XXXX二级建筑师精讲班讲义-建筑结构与建筑设备15151.docx

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1、前言本门课程程考察的的知识面面比较广广，知识识点比较较多，从从应试的的角度考考虑，至至少应做做到以下下几点。1、基本本原理要要明白。2、基本本知识点点要牢记记。3、简单单的计算算要会算算。4、复杂杂的计算算要理解解。第一章 建筑结结构设计计方法与与荷载第一节 建筑筑结构设设计方法法应用我国国现行设设计规范范进行结结构设计计时，采采用的是是以概率率理论为为基础的的极限状状态设计计方法。一、建筑筑结构基基本功能能结构在规规定的时时间（设设计使用用年限），在在规定的的条件下下（正常常设计、施施工、使使用、维维修）必必须保证证完成预预定的功功能，这这些功能能包括：(1)安安全性在正常施施工和正正常使用

2、用时，能能承受可可能出现现的各种种作用。并并且在设设计规定定的偶然然事件(如地震震、爆炸炸)发生生时及发发生后，仍仍能保持持必需的的整体稳稳定性所所谓整体体稳定性性。系指指在偶然然事件发发生时及及发生后后，建筑筑结构仅仅产生局局部的损损坏而不不致发生生连续倒倒塌。(2)适适用性在正常使使用时具具有良好好的工作作性能。如如不产生生影响使使用的过过大的变变形或振振幅，不不发生足足以让使使用者产产生不安安的过宽宽的裂缝缝。(3)耐耐久性在正常维维护下具具有足够够的耐久久性能。结构在正正常维护护条件应应能在规规定的设设计使用用年限满满足安全全、实用用性的要要求。上述对结结构安全全性、适适用性、耐耐久性

3、的的要求总总称为结结构的可可靠性。结结构的可可靠性的的概率度度量称为为结构的的可靠度度。也就就是说，可可靠度是是指在规规定的时时间内和和规定的的条件下下，结构构完成预预定功能能的概率率。结构的设设计使用用年限是是指设计计规定的的结构或或结构构构件不需需进行大大修，即即可按预预定目的的使用的的时期，我我国现行行规范规规定的设设计使用用年限应应按表111-11采用。类别设计使用用年限（年年）示例类别设计使用用年限（年年）示例15临时性结结构350普通房屋屋和构筑筑物225易于替换换的结构构构件4100纪念性建建筑和特特别重要要的建筑筑结构由此可见见，我国国通常的的建筑结结构设计计的使用用年限是是5

4、0年年。对于于按照我我国现行行设计规规范选用用的可变变作用及及与时间间有关的的材料性性能等取取值而选选用的时时间参数数则称为为设计基基准期。它它不等同同于建筑筑结构的的设计使使用年限限。建建筑结构构可靠度度设计统统一标准准（GGB500086620001）规规定的设设计基准准期为550年。相相应的建建筑结构构荷载规规范（GGB500009920001）所所考虑的的荷载统统计参数数都是按按设计基基准期为为50年年确定的的，如设设计时需需采用其其他设计计基准期期，则必必须另行行确定在在设计基基准期内内最大荷荷载的概概率分布布及相应应的统计计参数。二、结构构功能的的极限状状态与设设计状况况区分结构构

5、是否可可靠与失失效，其其分解标标志就是是极限状状态。当当整个结结构或结结构的一一部分超超过某一一特定状状态就不不能满足足设计规规定的某某一功能能要求，这这 个特特定状态态称为该该功能的的极限状状态。极极限状态态可分为为两类：1承载载能力极极限状态态当结构或或结构构构件达到到最大承承载能力力，或产产生了不不适于继继续承载载的变形形时，即即认为超超过了承承载能力力极限状状态。例例如：(1)整整个结构构或结构构的一部部分作为为刚体失失去平衡衡(如倾倾覆等)；(2)结结构构件件或连接接因超过过材料强强度而破破坏(包包括疲劳劳破坏)，或因因过度变变形而不不适于继继续承载载；(3)结结构转变变为机动动体系

6、；(4)结结构或结结构构件件丧失稳稳定(如如压屈等等)；(5)地地基丧失失承载能能力而破破坏(如如失稳等等)。事实上，承载能力极限状态就是结构或结构构件发挥最大承载能力的状态。2正常常使用极极限状态态这种极限限状态对对应于结结构或结结构构件件达到正正常使用用或耐久久性能的的某项规规定限值值的状态态。当结结构或结结构构件件出现下下列状态态之一时时，即认认为超过过了正常常使用极极限状态态：(1)影影响正常常使用或或外观的的变形；(2)影影响正常常使用或或耐久性性能的局局部损坏坏(包括括裂缝)；(3)影影响正常常使用的的振动；(4)影影响正常常使用的的其他特特定状态态。在建筑结结构设计计时，除除了考

7、虑虑结构功功能的极极限状态态之外，还还须根据据结构在在施工和和使用中中的环境境条件和和影响，区区分下列列三种设设计状况况：(1)持持久状况况，即在在结构使使用过程程中一定定出现，其其持续期期很长的的状况，例例如房屋屋结构承承受家具具和正常常人员荷荷载的状状况。持持续期一一般与设设计使用用年限为为同一数数量级。(2)短短暂状况况，即在在结构施施工和使使用过程程中出现现概率较较大，而而与设计计使用年年限相比比持续期期很短的的状况，如如结构施施工和维维修时承承受堆料料荷载的的状况。(3)偶偶然状况况，即在在结构使使用过程程中出现现概率很很小，且且持续期期很短的的状况，如如结构遭遭受火灾灾、爆炸炸、撞

8、击击、罕遇遇地震等等作用。这三种设设计状况况分别对对应不同同的极限限状态设设计。对对于持久久状况、短短暂状况况和偶然然状况，都都必须进进行承载载能力极极限状态态设计；对于持久久状况，尚尚应进行行正常使使用极限限状态设设计；而而对于短短暂状况况，可根根据需要要进行正正常使用用极限状状态设计计。第二节 作用用和作用用效应一、结构构上的作作用、作作用效应应和结构构抗力结构产生生各种效效应的原原因，统统称为结结构上的的作用。结结构上的的作用包包括直接接作用和和间接作作用。直直接作用用指的是是施加在在结构上上的集中中力或分分布力，例例如结构构自重、楼楼画活荷荷载和没没备自重重等。直直接作用用的计算算一般

9、比比较简单单，引起起的效应应比较直直观。间间接作用用指的是是引起结结构外加加变形或或约束变变形的作作用，例例如温度度的变化化、混凝凝土的收收缩或徐徐变、地地基的变变形、焊焊接变形形和地震震等，这这类作用用不是以以直接施施加在结结构上的的形式出出现的，但但同样引引起结构构产生效效应。间间接作用用的计算算和引起起的效应应一般比比较复杂杂，例如如地震会会引起建建筑物产产生裂缝缝、倾斜斜下沉以以至倒塌塌，但这这些破坏坏效应不不仅仅与与地震震震级、烈烈度有关关，还与与建筑物物所在场场地的地地基条件件、建筑筑物的基基础类型型和上部部结构体体系有关关。过去习惯惯上将上上述两类类不同性性质的作作用统称称为荷载

10、载。例如如将温度度变化称称为温度度荷载，将将地震作作用称为为地震荷荷载等，这这样就混混淆了两两类不同同性质的的作用，特特别是对对间接作作用的复复杂性认认识不足足。根据目前前结构理理论发展展水平以以及现有有规范颁颁布的现现状，对对直接作作用在结结构上的的荷载可可按建建筑结构构荷载规规范(GB550000920001)(以下简简称荷荷载规范范)的的规定采采用，对对间接作作用，除除了对地地震作用用按建建筑抗震震设计规规范(GB550011120001)(以下简简称抗抗震规范范)的的规定采采用外，其其余的间间接作用用暂时还还未制定定相应的的规范。考虑到广广大设计计人员的的现状及及习惯上上的衔接接，目前

11、前还未将将两类作作用严格格划分，而而将其简简称为荷荷载。作用在结结构上的的直接作作用或间间接作用用，将引引起结构构或结构构构件产产生内力力(如轴轴力、弯弯矩、剪剪力、扭扭矩等)和变形形(如挠挠度、转转角、侧侧移、裂裂缝等)，这些些内力和和变形总总称为作作用效应应，其中中由直接接作用产产生的作作用效应应称为荷荷载效应应。结构或结结构构件件承受内内力和变变形的能能力，称称为结构构的抗力力，如构构件的承承载能力力、刚度度的大小小、抗裂裂缝的能能力等。结结构抗力力与结构构构件的的截面形形式、截截面尺寸寸及材料料强度等等级等因因素有关关。二、荷载载的分类类荷载是一一个不确确定的随随机变量量。在建建筑结构

12、构可靠度度设计统统一标准准(B5000688一20001(以下简简称统统一标准准)中中，规定定设计基基准期为为50年年，在这这段期间间内，荷荷载不仅仅在量值值上是变变化的，并并且，作作用在结结构上的的时间持持续性也也是变化化的。因因此在荷荷载规范范中，将将荷载按按以下原原则进行行了分类类。1按随随时间变变异分类类(1)永永久荷载载(亦称称恒载)。在设设计基准准期内，其其量值不不随时间间变化，或或即使有有变化，其其变化值值与平均均值相比比可以忽忽略不计计的荷载载。如结结构的自自重、土土压力、预预应力等等。(2)可可变荷载载(亦称称活载)。在设设计基准准期内，其其量值随随时间变变化，且且其变化化值

13、与平平均值相相比不能能忽略的的荷载。如如楼(屋屋)面活活荷载、屋屋面积灰灰荷载、雪雪荷载、风风荷载、吊吊车荷载载等。(3)偶偶然荷载载。在设设计基准准期内，可可能出现现，也可可能不出出现，但但一旦出出现，其其量值很很大且持持续时间间很短的的荷载。如如地震、爆爆炸力、撞撞击力等等。2按随随空间位位置的变变异分类类(1)固固定荷载载。在结结构空间间位置上上具有固固定分布布的荷载载。如结结构自重重、楼面面上的固固定设备备荷载等等。(2)自自由荷载载。在结结构上的的一定范范围内可可以任意意分布的的荷载。如如民用建建筑楼面面上的活活荷载、工工业建筑筑中的吊吊车荷载载等。3按结结构的动动力反应应分类(1)

14、静静态荷载载。对结结构或结结构构件件不产生生加速度度或产生生的加速速度很小小可以忽忽略不计计。如结结构的自自重、楼楼面的活活荷载等等。(2)动动态荷载载。对结结构或构构件产生生不可忽忽略的加加速度。如如吊车荷荷载、地地震作用用、作用用在高层层建筑上上的风荷荷载等。三、荷载载的代表表值设计中用用来验算算极限状状态所采采用的荷荷载量值值，例如如标准值值、组合合值、频频遇值和和准永久久值。1荷载载标准值值荷载标准准值是指指在结构构的设计计基准期期内，在在正常情情况下可可能出现现的最大大荷载值值，例如如在荷荷载规范范中，住住宅楼面面的均布布活荷载载规定为为200kN。对于永久久荷载的的标准值值，是按按

15、结构构构件的尺尺寸(如如梁、柱柱的断面面)与构构件采用用材料的的重度的的标准值值(如梁梁、柱材材料为钢钢筋混凝凝土，则则其重度度的标准准值一般般取255kNm3)来确确定的数数值。对对常用材材料重度度，可按按荷载载规范附附录A采采用。对于可变变荷载的的标准值值，则由由设计基基准期内内最大荷荷载概率率分布的的某一分分位数来来确定，一一般取具具有955保证证率的上上分位值值，但对对许多还还缺少研研究的可可变荷载载，通常常还是沿沿用传统统的经验验数值。对对可变荷荷载的标标准值，可可按荷荷载规范范的规规定采用用。2荷载载组合值值当结构上上作用两两种或两两种以上上的可变变荷载时时，考虑虑到其同同时达到到

16、最大值值的可能能性较少少，因此此，在按按承载能能力极限限状态设设计或按按正常使使用极限限状态的的短期效效应组合合设计时时，应采采用荷载载的组合合值作为为可变荷荷载的代代表值。可变荷载载的组合合值，为为可变荷荷载乘以以荷载组组合值系系数。组组合值系系数见荷荷载规范范表4411。3荷载载频遇值值对变荷载载，在设设计基准准期内，其其超越的的总时间间为规定定的较小小比率或或超越频频率为规规定频率率的荷载载值。可变荷载载频遇值值应取可可变荷载载标准值值乘以荷荷载频遇遇值系数数。荷载载频遇值值系数见见荷载载规范表表4111。4荷载载准永久久值对可变荷荷载，在在设计基基准期内内，其超超越的总总时间约约为设计

17、计基准期期一半的的荷载值值。作用在建建筑物上上的可变变荷载(如住宅宅楼面上上的均布布活荷载载为20kNN)，其中中有部分分是长期期作用在在上面的的(可以以理解为为在设计计基准期期50年年内，不不少于225年)，而另另一部分分则是不不出现的的。因此此，我们们也可以以把长期期作用在在结构物物上面的的那部分分可变荷荷载看作作是永久久活载来来对待。可可变荷载载的准永永久值，为为可变荷荷载标准准值乘以以荷载准准永久值值系数q也就是是说，准准永久值值系数q，为荷荷载准永永久值与与荷载标标准值的的比值，其其值恒小小于10。在荷载规规范中，规规定了各各种不同同建筑楼楼面上均均布活荷荷载的准准永久值值系数q，如

18、对对住宅楼楼面的均均布活荷荷载，其其准永久久值系数数q=04，而而对书库库、档案案库则q=08，这这表示了了对不同同用途的的建筑物物，其准准永久值值系数q是不同同的。q的大小小表示了了均布活活荷载数数值变动动的大小小，q大表示示变动较较小，q小则表表示变动动大。如如住宅楼楼面的均均布活荷荷载标准准值为220kkN，准永永久值系系数q=04，因因此，荷荷载准永永久值为为200044=08kNN；而对一一般书库库、档案案库楼面面均布活活荷载为为500kN，准准永久值值系数q=08，因因此荷载载准永久久值为550088=4.0kNN。四、荷载载分项系系数与荷荷载设计计值1荷载载分项系系数荷载分项项系

19、数是是在设计计计算中中，反映映了荷载载的不确确定性并并与结构构可靠度度概念相相关联的的一个数数值。对对永久荷荷载和可可变荷载载，规定定了不同同的分项项系数。(1)永永久荷载载分项系系数G：当永永久荷载载对结构构产生的的效应对对结构不不利时，对对由可变变荷载效效应控制制的组合合取G=12；对对由永久久荷载效效应控制制的组合合，取G=135。当当产生的的效应对对结构有有利时，般情况下取G=10；当验算倾覆、滑移或漂浮时，取G=09；对其余某些特殊情况，应按有关规范采用。(2)可可变荷载载分项系系数Q：般情况况下取Q=14；但但对工业业房屋的的楼面结结构，当当其活荷荷载标准准值44kN时，考考虑到活

20、活荷载数数值已较较大，则则取Q=13。2荷载载设计值值荷载设计计值等于于荷载代代表值乘乘以荷载载分项系系数。按按承载能能力极限限状态计计算荷载载效应时时，需考考虑荷载载分项系系数；按按正常使使用极限限状态计计算荷载载效应时时(不管管是考虑虑荷载的的短期效效应组合合还是长长期效应应组合)，由于于对正常常使用极极限状态态的可靠靠度比对对承载能能力极限限状态的的可靠度度要求可可以适当当放松，因因此可以以不考虑虑分项系系数，即即分项系系数：110。(五)材材料强度度指标的的取值1强度度标准值值材料强度度标准值值为结构构设计时时采用的的材料性性能的基基本代表表值，具具有955的保保证率。2材料料分项系系

21、数材料强度度分项系系数是在在按承载载能力极极限状态态设计时时，按可可靠度指指标在计计算中所所采用的的系数值值。在我我国规范范中，通通过值及及材料、几几何参数数、荷载载基本参参量，求求出各种种结构用用的材料料分项系系数。对对混凝土土，材料料分项系系数取C=4；对HRRB3335、HHR4000、RRB4400级级钢筋，取取C=100。3材料料强度设设计值指材料强强度标准准值除以以材料分分项系数数值后的的值。在承载能能力极限限状态设设计中，采采用材料料强度设设计值。例：1工程程结构设设计的基基本功能能要求是是（）A安全性性、适用用性、耐耐久性、完完整性；B.安全全性、适适用性、耐耐久性、可可靠性C

22、.可靠靠性、完完整性、可可修复性性、耐久久性 D.安全全性、坚坚固性、耐耐久性、抗抗震性提示:参参见建建筑结构构可靠度度设计统统一标准准II (GBB 5000688-20001)第1. 0.7条。 答案:AA2. 设设计使用用年限是是设计规规定的结结构或结结构构件件( )。A.使用用寿命B.耐久久寿命C.可按按预定目目的使用用的时期期D.不需需进行大大修即可可按其预预定目的的使用的的时期提示:参参见建建筑结构构可靠度度设计统统一标准准II (GBB 500068820001)第第2.11.7条条。 答案:DD3建筑筑结构的的设计状状况包括括( )。A.持久久状况、短短暂状况况、偶然然状况 B

23、.承载载能力状状况、正正常使用用状况、偶偶然状况况C.持久久状况、短短暂状况况、破坏坏状况 D.耐久久性状况况、承载载能力状状况、破破坏状况况提示:参参见建建筑结构构可靠度度设计统统一标准准II (GBB 5000688-20001)第3.0.33条。 答案:AA5下列列构件中中哪一种种超过承承载能力力极限状状态（DD）。A构件件在荷载载作用下下产生较较大变形形而影响响使用B构件件在动力力荷载作作用下产产生较大大的振动动C构件件受拉区区混凝土土出现裂裂缝D构件件因过度度的塑性性变形而而不适于于继续承承载5. 对对于承载载能力极极限状态态设计,应考虑虑结构作作用效应应的最不不利组合合,即( ) 。A.基本本组合和和标准组组合B.标准准组合和和偶然组组合C.基本本组合和和偶然组组合D.持久久状态和和偶然状状态 提示:参参见建建筑结构构荷载规规范（GGB 5500009-220011)第33.0.5条。答案:CC