建筑结构概论课程总结复习.ppt

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1、建筑结构概论总复习建筑结构概论总复习建筑结构课程基本要求：建筑结构课程基本要求：l1 掌握建筑结构的基本概念；l2 了解建筑结构构件受力和传力特点；l3 了解建筑结构中材料的基本知识（种类、特性）；l4 掌握常见结构的构件组成、结构布置原则和方法；l5 了解特殊结构的基本组成和特点；l6 结合现行课程进行结构布置的训练。第第0 0单元单元(1)(1)：结构概念：结构概念结构的概念结构的概念受力、传力的体系，实现建筑空间的重要技术。受力、传力的体系，实现建筑空间的重要技术。结构的作用结构的作用抵抗自重作用、承担外部重力作用、承担侧抵抗自重作用、承担外部重力作用、承担侧 向力作用、承担特殊力作用。

2、向力作用、承担特殊力作用。结构的组成结构的组成形成跨度的结构构件：梁、板、桁架等。形成跨度的结构构件：梁、板、桁架等。垂直传力的结构构件：柱子、墙等。垂直传力的结构构件：柱子、墙等。抵抗侧向力的结构构件：墙、支撑等。抵抗侧向力的结构构件：墙、支撑等。承担全部各种荷载结构构件：基础各种荷载结构构件：基础。结构的基本设计要求结构的基本设计要求结构的安全性要求、结构的实用性要结构的安全性要求、结构的实用性要 求、结构的耐久性要求、结构的稳定性要求。求、结构的耐久性要求、结构的稳定性要求。第第0 0单元单元(2)(2)：建筑结构的类型建筑结构的类型(1)按建筑材料划分 木结构 砌体（包括砖、砌块、石等

3、）结构 钢筋混凝土结构 钢结构 墙体承重结构 框架结构 剪力墙结构，框架剪力墙结构 筒体结构，框桶结构 (2)按结构型式划分 拱结构 网架结构，网壳结构 薄壳(包括折板)结构 悬索结构 充气结构 单层结构单层结构(多用于单层工业厂房、食堂等多用于单层工业厂房、食堂等)(3)(3)按体型划分按体型划分 多层结构多层结构(一般一般2 27 7层层)高层结构高层结构(一般一般8 8层以上层以上)大跨结构大跨结构(跨度大约在跨度大约在404050m50m以上以上)第第0 0单元单元(3(3）：荷载概念）：荷载概念 荷载荷载外界、建筑构造与建筑结构自身对于结构的所形成的力；外界、建筑构造与建筑结构自身对

4、于结构的所形成的力；荷载的分类荷载的分类恒荷载与活荷载恒荷载与活荷载、静荷载与动荷载、集中荷载、分静荷载与动荷载、集中荷载、分 布荷载；布荷载；结构材料的基本要求结构材料的基本要求强度强度 刚度刚度 重度重度 低价低价 环保环保 常用建筑结构材料的力学性能特点常用建筑结构材料的力学性能特点 砖，石材、混凝土：砖，石材、混凝土：抗压强度高，抗拉强度低；抗压强度高，抗拉强度低；钢材：钢材：抗拉强度高，有屈服和强化的特点抗拉强度高，有屈服和强化的特点 图1-1 建筑结构的各种形式 （a）墙体结构；(b)框架结构；(c)深梁结构；(d)筒体结构；(e)拱结构；(f)网架结构；(g)薄壳结构；(h)悬索

5、结构；(i)折板结构第第0单元单元(4)：风荷载的作用特点风荷载的作用特点迎风面风力为压力，侧风面随着与风的夹角的变化，风力逐渐有压力转变为吸力；矩形、圆形、三角形等不同的平面形状的建筑物，各个侧面所受的风力作用差异很大。建筑物表面粗糙会加大风力的作用。l第第0 0单元单元(5)(5)：结构常用材料的物理与力学性质：结构常用材料的物理与力学性质 混凝土的基本性能混凝土的基本性能l混凝土的抗压强度比较大，但是其抗拉强度抗拉强度很低，一般不作为计算依据；l在实际结构设计中，混凝土的受拉区配有钢筋来承受拉力；l对于特殊建筑物，如抗渗型要求较高的水池、地下室的外墙等需要使用混凝土的受拉强度进行抗裂计算

6、。钢材的基本性能钢材的基本性能l钢材性能优良，强度高，尤其是比强度高，在工程计算中可以近似的认为钢材是理想的力学材料。l钢材质地均匀，各向同性，有良好的塑性和韧性。钢材较混凝土材料更易于加工，易于工业化生产。l钢材的最大缺陷：在于易腐蚀与耐火性差，需要在其表面涂刷防锈漆与防火涂料，现代技术已经比较圆满地解决了此类问题。l钢材的连接：主要采用焊接与机械连接两大类。钢结构因自重轻、质地均匀，具有较好的延性，因而抗震及抗动力荷载性能好。1.1.砌体结构砌体结构 优点：优点：1)1)就地取材。就地取材。2)2)很好的耐火性，较好的化学稳定性和大气稳定。很好的耐火性，较好的化学稳定性和大气稳定。3)3)

7、比起钢筋混凝土结构来，节约水泥、钢材和木材，可连续施工。比起钢筋混凝土结构来，节约水泥、钢材和木材，可连续施工。4)4)采用砌块或大型板材作墙体时，可以减轻结构自重，采用砌块或大型板材作墙体时，可以减轻结构自重，加快施工进加快施工进度，进行工业化生产和施工。度，进行工业化生产和施工。第第1 1单元（单元（1 1）结构的特点结构的特点2.2.混凝土结构混凝土结构 优点：优点：1 1）强度高；）强度高；2 2）耐久性好；）耐久性好；3 3）耐火性好；）耐火性好；4 4）可模性好；）可模性好；5 5）整体性好；）整体性好；6 6）易于就地取材。）易于就地取材。缺点：缺点：结构自重大、抗裂性较差、一旦

8、损坏修复比较困难、施工结构自重大、抗裂性较差、一旦损坏修复比较困难、施工受季节环境影响较大等。受季节环境影响较大等。3.3.钢结构钢结构 优点优点:1)1)钢结构自重轻而承载力高钢结构自重轻而承载力高 。2)2)钢材最接近于匀质等向体钢材最接近于匀质等向体 。3)3)钢材的塑性和韧性好钢材的塑性和韧性好 。4 4）钢材具有可焊性）钢材具有可焊性 。5)5)钢结构具有不渗漏的特性钢结构具有不渗漏的特性 。6)6)钢结构制造工厂化、施工装配化钢结构制造工厂化、施工装配化 。缺点缺点:1)1)钢材耐腐蚀性差，应采取防护措施钢材耐腐蚀性差，应采取防护措施 。2)2)钢结构耐热性能好，但防火性能差钢结构

9、耐热性能好，但防火性能差 。结构的特点结构的特点结构的特点结构的特点第第1 1单元单元(2)(2)：常用结构的组成和应用范围常用结构的组成和应用范围1.砌体结构(1)一般民用建筑中的基础、内外墙、柱和地沟等构件。(2)在工业厂房中，用来砌筑围护墙、烟囱、料斗、地沟、管道支架、对渗水性要求不高的水池等特殊结构。(3)农村建筑如猪圈、粮仓等。(4)在交通运输方面，砌体结构除可用于桥梁，隧道外，各式地下渠道，涵洞，挡土墙也常用砌筑。(5)在水利建设方面，可以用石料砌筑坝、堰和渡槽等。第第1 1单元单元(2)(2)：常用结构的组成和应用范围常用结构的组成和应用范围2.2.框架结构框架结构框架的组成：梁

10、、板、柱、基础。结构布置方式：多为横向框架，纵向联系体系。框架结构中垂直荷载的作用：对中柱产生轴心受压作用或近似轴心受压作用，对于边柱产生偏心受压作用，顶层偏心作用大，底层偏心作用小；框架结构中水平荷载的作用：对于所有构件均产生弯矩、剪力作用，底层弯矩大，顶层相对小。第第1 1单元单元(2)(2)：常用结构的组成和应用范围常用结构的组成和应用范围3.桁架结构l桁架结构受力合理、计算简单、施工方便、适应性强，不会对支座产生横向水平推力，因而在结构工程中应用广泛。l桁架常用来作为屋盖承重结构，也常称为屋架。l桁架的主要缺点是结构高度大，侧向刚度小。不仅增加了屋盖处的外墙的材料用料，而且增加了采暖通

11、风负荷。l对于钢桁架，由于杆件截面小，上弦平面外（侧向）稳定性差，难以抵抗侧向力，这就需要设置很多支撑。都按构造(长细比)要求确定截面，故耗钢量不少，却未能材尽其用。l 梁在竖向均布荷载作用下，梁上的弯矩和剪力的分布极不均匀，梁截面内的正应力和剪应力的分布也极不均匀。在弯矩作用下，截面正应力分布为受压区和受拉区两个三角形，在中和轴处应力为零，在上下边缘处正应力为最大，因此，若以上下边缘处材料的强度作为控制值，则中间部分的材料不能充分发挥作用。l 在剪力作用下，剪应力在中和轴处最大，在上下边缘处为零，分布在上下边缘处的材料不能充分发挥其抗剪作用。尽管通过改变梁的截面形式(例如把梁截面由矩形改为工

12、字形)、改变梁的截面尺寸(例如在梁的跨中和支座附近变高度、变梁宽)等做法可改善梁的受力性能，但这些都只是量变而非质变。l桁架结构的组成桁架结构的组成l桁架结构的受力特点：桁架结构的受力特点：l桁架结构则具有与简支梁完全不同的受力性能。尽管从结构整体来说，外荷载所产生的弯矩图与剪力图与作用在简支梁上时完全一致，但在桁架结构内部，则是桁架的上弦受压、下弦受拉，由此形成力偶来平衡外荷载所产生的弯矩。外荷载所产生的剪力则是由斜腹杆轴力中的竖向分量来平衡。因此，在桁架结构中，各杆件单元(上弦杆、下弦杆、斜腹杆、竖杆)均为轴向受拉或轴向受压构件，使材料的强度可以得到充分的发挥。第第1 1单元单元(2)(2

13、)：常用结构的组成和应用范围常用结构的组成和应用范围l4.4.拱结构拱结构：l（1）按结构支承方式分类 l（2）受力特点 l（3）水平推力四种平衡方式 l（4）拱结构的支撑系统 l（5）拱结构的实际应用 l（6）拱结构的布置方式l拱结构概念复习：l（1）按结构支承方式分类：三铰拱、两铰拱和无铰拱三种；有钢筋混凝土结构、钢结构、胶合木结构、砖石砌体结构；拱身截面有格构式和实腹式，还有等截面式和变截面式。l（2）受力特点：拱身截面弯矩小，剪力小，轴力大，合理拱轴为一抛物线，存在较大的水平推力。l（3）水平推力四种平衡方式：拉杆承担，刚性水平结构“承担”，竖向承重结构承担，基础承担上。l（4）拱结构

14、的支撑系统：为了保证拱在轴线平面外的受压稳定性，须设置横向支撑，为了传递作用于山墙上的风荷载，还应设置纵向支撑。l（5）拱结构的实际应用：建筑中多用于屋面结构。l（6）拱结构的布置：并列拱或交叉拱结构第第1 1单元单元(2)(2)：常用结构的组成和应用范围常用结构的组成和应用范围l5.网架结构网架结构l一、平板网架结构的特点l二、平板网架的结构体系及其形式第第1 1单元单元(2)(2)：常用结构的组成和应用范围常用结构的组成和应用范围l平板网架结构的特点：平板网架结构的特点：l属于杆件空间结构，杆件仅承受轴力；l刚度大、稳定性好、安全储备高；l属于无水平推力或拉力的空间结构；l制作安装的工厂化

15、、标准化程度高；第第1 1单元单元(2)(2)：常用结构的组成和应用范围常用结构的组成和应用范围l平板网架的结构体系及其形式平板网架的结构体系及其形式l1）交叉桁架体系分为：两向正交正放:适用于正方形平面 两向正交斜放：适用于矩形平面 三向交叉网架：适用于圆形、三角形、多边形平面 2）角锥体系分为：三角锥体 四角锥体 六角锥体l6.6.薄壁空间结构薄壁空间结构l（1）薄壁空间结构类型 l（2）受力特点 l（3）圆顶薄壳结构的组成和特点l（4）圆顶结构壳板厚度l（5）筒壳、扁壳结构的组成和特点l壳体厚度远小于壳体的最小曲率半径时，称为薄壳结构或薄壁空间结构。l（1）薄壁空间结构的类型：旋转曲面，

16、平移曲面，直纹曲面；圆顶结构，筒壳结构，双曲扁壳和扭壳。l（2）薄壁空间结构的受力特点：双向轴力和受剪，下部环向受拉(圆顶)；纵向受拉（筒壳）。l（3）圆顶薄壳结构的组成和特点：壳身、支座环、支承构件；壳身有平滑式、肋形式和多面式等；支座环是防止圆顶下部裂缝和空间平衡的重要构件。l（4）圆顶结构壳板厚度：可取圆顶半径的1600。对于钢筋混凝土圆顶，壳板厚度不应小于40mm。l（5）筒壳、扁壳结构的组成和特点：壳身、边梁和横隔。双向轴力和受剪，下部环向受拉，故边梁同样有防裂和平衡作用，横隔起抗剪作用。薄壳空间结构的类型薄壳空间结构的类型环向受拉而开裂圆顶薄壳结构的破坏特点圆顶薄壳结构的破坏特点纵

17、向边梁防裂横隔抗剪和加强刚度l图是高层建筑单位建筑面积的材料用量或土建造价与建筑物层数之间的关系。由图可见，随着建筑物层数的增加，楼面结构所耗用的材料几乎不变，而柱和墙为了承受竖向荷载所消耗的材料与层数近乎呈线性的关系增长。值得注意的是，为承受侧向荷载所需要的材料的增长与层数成抛物线关系。在超高层范围内，层数的增加会引起土建造价的大幅度上升。第第3 3单元单元 高层建筑结构高层建筑结构12 12 高层建筑结构高层建筑结构l高层建筑的综合功能和特殊设施使高层建筑的设计错综复杂。如美国芝加哥的西尔斯大厦，设置的附属设施足以能解决诸如购物、宴会、娱乐、卫生、教育、保险、运输、停车场、公共事业、废物和

18、污水处理、防火等问题。l这栋建筑物中的电力系统能为147000人的城市服务，空调设备可以调节6000户住房的温度，为解决每天16500人的竖向交通问题。因为其中共设102部电梯，这些电梯就象是城市中的街道，而整个建筑物就象是一座城市。l高层建筑结构型式的局限性，也限制了建筑物向更高的空间发展，限制了建筑功能上的诸多要求。12 12 高层建筑结构高层建筑结构l高层建筑结构的计算分析方法与多层建筑结构的是一样的，但是高层建筑结构的计算内容又具有以下方面的特殊性：l一是构件轴向变形对结构内力与位移的影响已不可忽略；l构件截面的剪切变形对结构内力和位移的影响也已不可忽略。l二是侧向风荷载或地震作用所产

19、生的结构内力与位移常常成为结构设计的控制因素。l 框架框架剪力墙结构剪力墙结构l框架剪力墙结构体系是由框架和剪力墙共同作为承重结构的受力体系。它克服了框架结构抗侧力刚度小的缺点，弥补了剪力墙结构开问过小的缺点，既可使建筑平面灵活布置，又能对常见的30层以下的高层建筑提供足够的抗侧刚度。因而在实际工程中被广泛应用。l框架剪力墙结构布置的关键是剪力墙的数量及位置。从建筑布置角度看，减少剪力墙数量则可使建筑布置更灵活。但从结构的角度看，剪力墙往往承担了大部分的侧向力，对结构抗侧刚度有明显的影响，因而剪力墙数量不能过少。l剪力墙应沿房屋的纵横两个方向均有布置，以承受各个方向的地震作用或风荷载，横向剪力

20、墙宜布置在房屋的平面形状变化处、刚度变化处、楼梯间及电梯间，以及荷载较大的地方。同时，剪力墙应尽量布置在建筑物的端部附近。图12-2-8表示两种不同的剪力墙布置方案，图a)的两道剪力墙集中布置在建筑平面的中部，图b)的两道剪力墙布置在建筑平面的两端，这两个结构方案具有相同的抗侧刚度，但很显然图b)布置方式使结构具有较大的抗扭能力。l l框架框架剪力墙结构的两种基本形式剪力墙结构的两种基本形式框架剪力墙片框架剪力墙筒l框架剪力墙结构的受力特点剪力墙的受侧力变形以弯曲为主框架的受侧力变形以剪切为主联合变形曲线12 12 高层建筑结构高层建筑结构l高层建筑结构承受竖向荷载和侧向水平力的作用，建筑物的

21、侧向位移，常会成为结构设计的控制因素。l侧向位移过大，会导致建筑装修与隔墙的损坏，造成电梯运行困难，使居住者感觉不良。另一方面，侧向位移过大，竖向荷载将会产生显著的附加弯矩，使结构内力增大，甚至会引起主体结构的开裂或破坏。因此，必须对建筑物的侧向位移进行控制。l 剪切变形剪切变形弯曲变形弯曲变形12 12 高层建筑结构高层建筑结构l根据不同的结构体系，针对不同的侧向力形式，建筑物的侧向位移应小于表12-1-1的限制值。l 12 12 高层建筑结构高层建筑结构高层建筑的力学特征高层建筑的力学特征高层建筑以抵抗侧向力为主，控制其侧向刚度是设计的基本要求；高层建筑的概念设计是重要的，尤其对于抗震问题

22、；高层建筑多采用空间结构而非平面结构，更有效的利用材料。高层建筑的常见结构形式高层建筑的常见结构形式框架结构、框架剪力墙结构、剪力墙结构；筒体结构、悬挂结构、巨型框架结构等12.2 12.2 结构体系结构体系l（1）框架结构体系框架结构体系l 与多层框架结构体系相似，高层建筑中框架结构体系也由纵、横向框架所组成，形成空间框架结构，以承受竖向荷载和水平力的作用。l 与其他高层建筑结构体系相比，框架结构具有布置灵活、造型活泼等优点，容易满足建筑使用功能的要求，如会议厅、休息厅、餐厅和贸易厅等的布置。同时，经过合理设计，框架结构可以具有较好的延性和抗震性能。l 框架结构构件断面尺寸较小，结构的抗侧刚

23、度较小，水平位移大，在地震作用下容易由于大变形而引起结构构件的损坏，因此其建设高度受到限制，一般在非地震区不宜超过60m，在地震区不宜超过50m。l l框架结构的受力特性如图所示。图a)为框架在各层楼面竖向荷载作用下的弯矩图，图b)为框架在侧向力作用下的弯矩图（下大上小）（下大上小），图c)为框架在侧向力作用下的变形图（典型的剪切变形）（典型的剪切变形）。剪切变形剪切变形下大上小下大上小l（2）剪力墙结构体系）剪力墙结构体系l剪力墙结构是将建筑物的外墙和部分内隔墙设计为钢筋混凝土承重墙的结构，这样的承重墙就是剪力墙。l剪力墙既能承受竖向荷载，更主要是用来承受水平荷载。l一般来说，剪力墙的宽度和

24、高度与整个房屋的宽度和高度相同，宽达十几米或更大，高达几十米以上。而其厚度则很小，一般为160300mm，最厚可达500mm。l剪力墙主要是承受水平力，并提供较大的抗侧力刚度，它使剪力墙受剪且受弯，剪力墙也因此而得名，以便与一般仅承受竖向荷载的墙体相区别。在地震区，该水平力主要由地震作用产生，因此，剪力墙有时也称为抗震墙。（2）剪力墙结构体系）剪力墙结构体系剪力墙结构全部结构均采用剪力墙的结构体系。侧向刚度大，适宜做较高的高层建筑；由于墙片的约束，内部空间划分较为狭小，不利于形成灵活并开敞性的空间，较适宜做宾馆与住宅；剪力墙横向尺度不宜过大，以保证墙体受弯的力学状态，避免受剪；必要时在剪力墙上规则的开洞，使整体墙片成为联肢墙片；剪力墙竖向布置应连续，孔洞应是规则的，墙片的横向尺度不宜相差悬殊；剪力墙中应设置暗柱与暗梁，即竖向与水平的钢筋加强带；剪力墙边缘钢筋应形成刚性封闭，避免边缘失稳破坏。l结构布置训练作业：l结合现在正在进行的设计课程，利用已形成的建筑设计方案，进行结构布置设计。l要求：绘制结构平面图、结构剖面图，结构立体系统图、结构构造节点详图，结构设计说明等。l一号图纸一张。