建筑結(jié)構(gòu)緒論修改PPT課件.pptVIP

1 建筑結(jié)構(gòu)基本原理 土木建筑學(xué)院土木系高秋梅 2 1 1建筑結(jié)構(gòu)與建筑的關(guān)系1 2建筑結(jié)構(gòu)的分類(lèi) 特點(diǎn)及應(yīng)用情況1 3本課程的任務(wù)和學(xué)習(xí)方法 第一章概論 3 1 建筑 建筑物和構(gòu)筑物的通稱 2 建筑物 人們社會(huì)生活和生產(chǎn)的環(huán)境 如住宅 廠房 3 構(gòu)筑物 一般不直接進(jìn)入其間進(jìn)行生活和生產(chǎn)的空間 如煙囪 水塔等 1 1建筑結(jié)構(gòu)與建筑的關(guān)系 一 基本概念 4 4 建筑的基本要素 適用美觀強(qiáng)度 取決于組成建筑物的物質(zhì)技術(shù)條件 即結(jié)構(gòu) 為建筑存在的基礎(chǔ) 沒(méi)有結(jié)構(gòu)就沒(méi)有建筑 最基本特征 建筑形象 使人產(chǎn)生的美學(xué)感受 滿足建筑實(shí)用功能要求 最基本特性 5 5 建筑結(jié)構(gòu) 建筑物的空間承重骨架系統(tǒng) 是由若干個(gè)構(gòu)件單元 按照一定組成規(guī)則 通過(guò)正確的連接方式所組成的能夠承受并傳遞荷載和其他間接作用的骨架 構(gòu)件 承重結(jié)構(gòu)中有著獨(dú)立的力學(xué)功能的基本單元 它們是固定在一起的 彼此間除由于應(yīng)變有微量位移外 沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng) 如多層建筑結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)件有板 梁 墻 柱 基礎(chǔ)等 還有常用的由桿件 拱和殼體組成的結(jié)構(gòu) 6 建筑設(shè)計(jì)是按照建筑功能的要求 運(yùn)用力學(xué)原理 材料性能 結(jié)構(gòu)造型 設(shè)備配置 施工方法 建筑經(jīng)濟(jì)等專業(yè)知識(shí) 并與人文理念 藝術(shù)感觀相融合 經(jīng)過(guò)不斷加工 精心雕琢的創(chuàng)作過(guò)程 建筑結(jié)構(gòu)與建筑藝術(shù)的統(tǒng)一 建筑師是 統(tǒng)領(lǐng) 二 建筑結(jié)構(gòu)與建筑的關(guān)系 7 作為一名建筑師 懂得建筑結(jié)構(gòu)知識(shí) 還可以從材料性能和結(jié)構(gòu)的造型能力中得到啟迪與構(gòu)思 創(chuàng)造出新型的 壯觀的建筑 8 2020 3 21 8 這是一個(gè)鋼筋混凝土的梁板結(jié)構(gòu) 雨蓬的挑梁伸出17m 它的彎矩圖是二次拋物線 建筑師把挑梁的外形與其彎矩圖統(tǒng)一起來(lái) 但又不是簡(jiǎn)單的統(tǒng)一 建筑師利用混凝土的可模性對(duì)挑梁作了藝術(shù)加工 在支座附近挖了一個(gè)孔 既減輕了結(jié)構(gòu)自重 受力也合理了 同時(shí)獲得了較好的藝術(shù)效果 意大利佛羅倫薩運(yùn)動(dòng)場(chǎng)大看臺(tái) 意大利建筑師奈爾維 一個(gè)技術(shù)上完善的作品 有可能在藝術(shù)上效果甚差 但是 無(wú)論是古代還是現(xiàn)代 卻沒(méi)有一個(gè)從美學(xué)觀點(diǎn)上是公認(rèn)的杰作而在技術(shù)上卻不是一個(gè)優(yōu)秀作品的 著名建筑工程大師P L 奈爾維 9 三 建筑結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件 水平構(gòu)件 梁 板等 用以承受豎向荷載 基礎(chǔ) 其作用是將建筑物承受的荷載傳至地基 豎向構(gòu)件 柱 墻等 其作用是支承水平構(gòu)件或承受水平荷載 10 1 受彎構(gòu)件 M V 板 板的長(zhǎng) 寬兩方向的尺寸遠(yuǎn)大于其高度 梁 梁的截面寬度和高度尺寸遠(yuǎn)小于其長(zhǎng)度尺寸 11 墻 墻的長(zhǎng)寬兩方向尺寸遠(yuǎn)大于其厚度 荷載作用方向與墻面平行 作用效應(yīng)主要為受壓 2 受壓 拉 構(gòu)件 M N V 12 柱 屬于豎向承重構(gòu)件 主要承受梁傳來(lái)的壓力以及柱自重 柱的截面尺寸遠(yuǎn)小于其高度 荷載作用方向與柱軸線平行 13 桁架 截面尺寸遠(yuǎn)小于其長(zhǎng)度的構(gòu)件 主要承受軸向壓力或拉力 組成平面桁架或空間網(wǎng)架 平面桿系結(jié)構(gòu)由剛性二力桿通過(guò)鉸接連接而成 14 多為彎剪扭構(gòu)件 3 受扭構(gòu)件 M N V T 15 一 按照結(jié)構(gòu)層數(shù)分類(lèi) 民用建筑通則 第1 0 5條 1 住宅建筑按層數(shù)劃分為 1 3層為低層 4 6層為多層 7 9層為中高層 10 30層為高層 2 除住宅建筑之外的公共建筑及綜合性建筑總高度超過(guò)24m者為高層 不包括高度超過(guò)24m的單層主體建筑 3 建筑物高度超過(guò)100m時(shí) 不論住宅或公共建筑均為超高層 1 2各種建筑結(jié)構(gòu)分類(lèi) 特點(diǎn)及應(yīng)用情況 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程 JGJ3 2010規(guī)定 10層及10層以上或房屋高度大于28m的住宅建筑以及房屋高度大于24m的其他高層民用建筑混凝土結(jié)構(gòu) 16 高層建筑的分類(lèi) 世界高層建筑委員會(huì)1972年建議 將高層建筑劃分為以下四類(lèi) 第一類(lèi) 9 16層 高度不超過(guò)50m 第二類(lèi) 17 25層 高度不超過(guò)75m 第三類(lèi) 26 40層 高度不超過(guò)100m 第四類(lèi) 40層以上 高度100m以上 17 高層建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 高層建筑中 水平荷載和地震作用對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)起著決定性的作用 18 二 按所用材料的不同分為 1混凝土結(jié)構(gòu) 以混凝土為主要材料的結(jié)構(gòu) 2鋼結(jié)構(gòu) 以鋼材 鋼板 型鋼 為主制作的結(jié)構(gòu) 3砌體結(jié)構(gòu) 由塊材通過(guò)砂漿砌筑而成的結(jié)構(gòu) 4木結(jié)構(gòu) 指全部或大部分用木材制作的結(jié)構(gòu) 5混合結(jié)構(gòu) 由兩種及兩種以上材料作為主要承重結(jié)構(gòu)的房屋 6組合結(jié)構(gòu) 鋼 混凝土組合結(jié)構(gòu) 鋼管混凝土等 19 1 混凝土結(jié)構(gòu) 主要以混凝土材料 并根據(jù)需要配置鋼筋 預(yù)應(yīng)力筋 鋼骨 鋼管等 作為主要承重材料的結(jié)構(gòu) 均可稱為混凝土結(jié)構(gòu) ConcreteStructure 素混凝土結(jié)構(gòu) 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu) 纖維增強(qiáng)塑料混凝土 20 素混凝土結(jié)構(gòu) PlainConcrete 1 混凝土結(jié)構(gòu)分類(lèi) 21 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) ReinforcedConcrete 22 1 支模板 1 支模板 2 模殼安置 1 支模板 2 模殼安置 23 3 鋼筋綁扎并預(yù)埋管線 24 4 預(yù)留管道 5 澆筑混凝土 25 6 混凝土養(yǎng)護(hù) 7 拆模板 26 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu) PrestressedConcrete 27 纖維增強(qiáng)塑料混凝土 FiberReinforcedPlastic 28 2 混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)1 材料利用合理 2 可模性好 3 耐久性和耐火性較好 維護(hù)費(fèi)用低 鋼筋有混凝土的保護(hù)層 不易產(chǎn)生銹蝕 而混凝土的強(qiáng)度隨時(shí)間而增長(zhǎng) 混凝土是不良熱導(dǎo)體 30mm厚混凝土保護(hù)層可耐火2小時(shí) 使鋼筋不致因升溫過(guò)快而喪失強(qiáng)度 4 現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)的整體性好5 剛度大 阻尼大6 易于就地取材 29 缺點(diǎn) 1 自重大 不適用于大跨 高層結(jié)構(gòu) 2 抗裂性差 普通RC結(jié)構(gòu) 在正常使用階段往往帶裂縫工作 環(huán)境較差 露天 沿海 化學(xué)侵蝕 時(shí)會(huì)影響耐久性 也限制了普通RC用于大跨結(jié)構(gòu) 高強(qiáng)鋼筋無(wú)法應(yīng)用 3 承載力有限 在重載結(jié)構(gòu)和高層建筑底部結(jié)構(gòu) 構(gòu)件尺寸太大 減小使用空間 4 施工復(fù)雜 工序多 支模 綁鋼筋 澆筑 養(yǎng)護(hù) 工期長(zhǎng) 施工受季節(jié) 天氣的影響較大 5 混凝土結(jié)構(gòu)一旦破壞 其修復(fù) 加固 補(bǔ)強(qiáng)比較困難 輕骨料混凝土 纖維混凝土 高性能混凝土 自密實(shí)混凝土 纖維加固混凝土 30 2 砌體結(jié)構(gòu) 1 砌體結(jié)構(gòu)的組成 塊體 砂漿 2 材料的基本力學(xué)特性 砌體抗壓強(qiáng)度較高 但抗拉強(qiáng)度很低 3 砌體結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn) 較易就地取材 具有很好的耐火性 以及較好的化學(xué)及大氣穩(wěn)定性 成本低較經(jīng)濟(jì) 缺點(diǎn) 自重大 強(qiáng)度低 抗震性能差 砌筑工作繁重 砂漿和砌塊的粘結(jié)力較弱 占用農(nóng)田 影響環(huán)境 31 萬(wàn)里長(zhǎng)城 32 趙州橋 33 3 鋼結(jié)構(gòu) 1 鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) 輕質(zhì)高強(qiáng) 塑性韌性好 材質(zhì)均勻 各相同性 可焊性好 制作簡(jiǎn)便 施工工期短 鋼材容易銹蝕 對(duì)鋼結(jié)構(gòu)必須注意防護(hù) 特別是薄壁構(gòu)件 密閉性較好 鋼材的低溫脆性 鋼材耐熱但不耐火 34 2 鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用 1 重型結(jié)構(gòu)及大跨度建筑結(jié)構(gòu) 2 多層 高層及超高層建筑結(jié)構(gòu) 3 輕鋼結(jié)構(gòu) 4 塔桅等高聳結(jié)構(gòu) 5 鋼 混凝土組合結(jié)構(gòu) 35 36 37 倫敦千年穹頂 日本明石海峽大橋 38 39 鋼骨混凝土結(jié)構(gòu) SteelReinforcedConcrete EncasedConcrete 4 組合結(jié)構(gòu) CompositeStructure 40 鋼管混凝土結(jié)構(gòu) ConcreteFilledTube 可利用箍筋約束混凝土來(lái)提高混凝土的抗壓強(qiáng)度 甚至直接采用鋼管來(lái)約束混凝土 41 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)工程實(shí)例 美國(guó)西雅圖雙聯(lián)廣場(chǎng)大廈58層四根大鋼管混凝土柱混凝土抗壓強(qiáng)度133Mpa直徑3 05m管壁厚30mm承受60 豎向荷載 42 鋼 混凝土混合結(jié)構(gòu) CompositeStructure HybridStructure 43 1單層大跨度房屋結(jié)構(gòu)2混合結(jié)構(gòu)3框架結(jié)構(gòu)4剪力墻結(jié)構(gòu)5框架 剪力墻結(jié)構(gòu)6筒體結(jié)構(gòu)7其他形式結(jié)構(gòu) 三 按結(jié)構(gòu)體系分類(lèi) 44 1 單層大跨度房屋結(jié)構(gòu) 1 排架結(jié)構(gòu)單層廠房 排架結(jié)構(gòu)由屋架或屋面梁 柱和基礎(chǔ)組成 柱與屋架鉸接 而與基礎(chǔ)剛接 廣泛應(yīng)用于單層廠房 排架結(jié)構(gòu)傳力明確 構(gòu)造簡(jiǎn)單 施工也較方便 進(jìn)行排架內(nèi)力分析時(shí) 通?？蓪⑽菁芑蛭菝媪汉?jiǎn)化為與柱頂鉸接剛度無(wú)限大的鏈桿 45 46 a 無(wú)鉸剛架 b 雙鉸剛架 c 三鉸剛架 d 雙跨剛架 剛架的橫梁和立柱整體澆筑在一起 交接處形成剛結(jié)點(diǎn) 該處需要較大截面 因而剛架一般為變截面 橫梁一般為人字形 整個(gè)剛架呈 門(mén) 形 故稱為門(mén)式剛架 現(xiàn)在已有相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)圖 鋼結(jié)構(gòu)門(mén)式鋼架跨度可達(dá)75m 2 剛架結(jié)構(gòu) 47 48 3 拱結(jié)構(gòu) 拱是一種從古到今廣泛應(yīng)用的結(jié)構(gòu)體系 桿軸為凸向外荷載的曲線 在豎向荷載的作用下產(chǎn)生推力以軸向受壓力 拱分為 無(wú)鉸拱 雙鉸拱 三鉸拱 拱的最大特點(diǎn)是產(chǎn)生水平推力 也是區(qū)別于梁的重要標(biāo)志 主要內(nèi)力為壓力 受力性能好 能夠充分利用材料強(qiáng)度 可采用抗壓性能較好的磚石及混凝土等材料 也可以采用鋼桁架拱 使用跨度較大 最大跨度已達(dá)到200m以上 49 50 2 混合結(jié)構(gòu) 主要承重構(gòu)件由不同的材料組成的房屋 如房屋的樓蓋和屋蓋采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) 或木結(jié)構(gòu) 而墻 柱基礎(chǔ)等豎向承重構(gòu)件采用砌體材料 結(jié)構(gòu)布置方案 縱橫墻承重方案 內(nèi)框架承重方案 橫墻承重方案 縱墻承重方案 51 3框架結(jié)構(gòu)體系 以由鋼筋混凝土梁 柱組成的框架作為豎向承重和抗水平作用的結(jié)構(gòu)體系 一 建筑結(jié)構(gòu)的概念及分類(lèi) 優(yōu)點(diǎn) 建筑室內(nèi)空間布置靈活 平面和立面變化豐富 缺點(diǎn) 在水平荷載作用下 結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度較小 水平位移較大 故稱其為柔性結(jié)構(gòu)體系 框架結(jié)構(gòu)抗震性能較差 適用于非抗震設(shè)計(jì) 層數(shù)較少 建造高度不超過(guò)60m的建筑中 經(jīng)濟(jì)層數(shù)為10層左右 房屋的高寬比5 7為宜 52 4框架 剪力墻結(jié)構(gòu)體系 在抗架結(jié)構(gòu)內(nèi)同時(shí)增設(shè)一些抗側(cè)剛度很大的墻體 大大提高了房屋結(jié)構(gòu)抵抗水平側(cè)移的能力 一 建筑結(jié)構(gòu)的概念及分類(lèi) 水平荷載主要由剪力墻來(lái)承受 從受力特點(diǎn)看 由于框剪結(jié)構(gòu)中的剪力墻側(cè)向剛度比框架的側(cè)向剛度大得多 在水平荷載作用下 一般情況下 約80 以上用剪力墻來(lái)承擔(dān) 在水平荷載作用下 框剪結(jié)構(gòu)的整體變形為彎剪形 53 適用范圍 剪力墻結(jié)構(gòu)適用于40層以下的高層旅館 住宅等房屋 其適用高度見(jiàn)表 利用建筑物的鋼筋混凝土墻體作為抗側(cè)力構(gòu)件并同時(shí)承受豎向荷載的結(jié)構(gòu)體系 一 建筑結(jié)構(gòu)的概念及分類(lèi) 優(yōu)點(diǎn) 結(jié)構(gòu)整體性好 剛度大 抗側(cè)力性能好 同時(shí)抗震性能也較好 適宜于建造高層建筑 一般在10 40層范圍內(nèi)都可采用 在20 30層的房屋中應(yīng)用較為泛 缺點(diǎn) 剪力墻間距太小 3 8m 平面布置往往受到限制而不夠靈活 5 剪力墻結(jié)構(gòu)體系 54 55 框支剪力墻結(jié)構(gòu) 框支剪力墻 是指在框架 剪力墻結(jié)構(gòu) 在轉(zhuǎn)換層的位置 上部布置剪力墻體系 部分剪力墻應(yīng)落地 一般多用于下部要求大開(kāi)間 上部住宅 酒店且房間內(nèi)不能出現(xiàn)柱角的綜合高層房屋 框支 剪力墻結(jié)構(gòu)抗震性能差 造價(jià)高 應(yīng)盡量避免采用 框支剪力墻能滿足現(xiàn)代建筑不同功能組合的需要 當(dāng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不可避免此種結(jié)構(gòu)型式 應(yīng)采取措施積極改善其抗震性能 56 由剪力墻或密柱框架組成的筒體具有很大的空間剛度和抗側(cè) 抗扭能力 用于承受水平荷載 筒體有如以樓板作為剛性隔板加勁的箱形截面豎向懸臂梁 6筒體結(jié)構(gòu)體系 適用于層數(shù)超過(guò)40 50層時(shí)的超高層建筑 57 用鋼筋混凝土墻組成一個(gè)筒體作為房屋的承重結(jié)構(gòu) 筒體可以由密柱深梁組成一個(gè)筒體 也可以用多個(gè)筒體組成筒中筒 束筒 還可以將框架和筒體聯(lián)合起來(lái)組成框筒結(jié)構(gòu) 筒體結(jié)構(gòu)在各個(gè)方向的抗側(cè)剛度都很大 是目前高層建筑中較多采用的結(jié)構(gòu)形式 d 成束筒結(jié)構(gòu) c 多重筒結(jié)構(gòu) a 框架 筒體結(jié)構(gòu) b 筒中筒結(jié)構(gòu) 58 SearsTower108層 高度443m 上海商貿(mào)大廈 框筒結(jié)構(gòu) 筒中筒結(jié)構(gòu) 束筒 多筒 結(jié)構(gòu) 59 上海金茂大廈88層 建筑高度420 5m 建筑面積28 9萬(wàn)平方米 于1998年8月28日竣工 鋼筋混凝土核心筒 外框鋼骨混凝土及鋼柱 美國(guó)SOM設(shè)計(jì)事務(wù)所設(shè)計(jì) 框架 筒體結(jié)構(gòu) 60 7 其他型式結(jié)構(gòu) 1 薄殼結(jié)構(gòu) 一種以受壓為主的空間受力體系 其曲面厚度很薄 壁厚往往小于曲面主曲率的1 20 不致產(chǎn)生明顯的彎曲應(yīng)力 但可以承受曲面內(nèi)的軸力和剪力 61 2 網(wǎng)架結(jié)構(gòu) 由平面桁架發(fā)展起來(lái)的一種空間受力體系 為多次超靜定結(jié)構(gòu) 在節(jié)點(diǎn)荷載作用下 桿件主要承受軸力 受力合理 空間剛度大 整體性和穩(wěn)定性好 抗震性能好 適用于多種建筑平面形狀 外形呈平板狀的叫平板網(wǎng)架 簡(jiǎn)稱網(wǎng)架 外形呈曲面狀的叫曲面網(wǎng)架 簡(jiǎn)稱網(wǎng)殼 桿件多為鋼管或角鋼制作 其節(jié)點(diǎn)為空心球節(jié)點(diǎn)或鋼板焊接節(jié)點(diǎn) 62 63 3 懸索結(jié)構(gòu) 由柔性受拉索及其邊緣構(gòu)件所形成的承重結(jié)構(gòu) 由索網(wǎng) 側(cè)邊構(gòu)件和下部支承結(jié)構(gòu)組成 分為單層懸索和雙層懸索 索的材料可以采用鋼絲束 鋼絲繩 鋼鉸線 鏈條 圓鋼 以及其他受拉性能良好的線材 主要用于橋梁結(jié)構(gòu) 用于體育館則適用于大跨度建筑物 如體育館 影劇院等 64 懸索橋的主要缺點(diǎn)是剛度小 在荷載作用下容易產(chǎn)生較大的撓度和振動(dòng) 需注意采取相應(yīng)的措施 65 2000年建成的倫敦 千年穹頂 屋蓋采用圓球形的張力膜結(jié)構(gòu) 膜面支承在72根輻射狀的鋼索上 其截面為2 32 這些鋼索則通過(guò)間接25m的斜拉吊索與系索為桅桿所支撐 吊索與系索同時(shí)對(duì)桅桿起穩(wěn)定作用 66 4 折板結(jié)構(gòu) 一種由許多塊鋼筋混凝土板連接成折形的整體薄壁折板屋頂結(jié)構(gòu) 這種折板也可作為垂直構(gòu)件的墻體或其他承重構(gòu)件使用 67 1 3本課程的任務(wù)和學(xué)習(xí)方法 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) 砌體結(jié)構(gòu) 鋼結(jié)構(gòu) 地基基礎(chǔ) 建筑結(jié)構(gòu)抗震 建筑結(jié)構(gòu)課程 68 1 了解建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算的基本原則 學(xué)習(xí)目的 2 掌握鋼筋砼結(jié)構(gòu) 砌