土木工程概論第2章建筑工程(2016)

1、建筑工程建筑工程第二章第二章 建筑工程建筑工程 主要內(nèi)容 1 概述 2 結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展 3 結(jié)構(gòu)設計理論的演變 4 施工技術(shù)的進步一、建筑物的功能和安全一、建筑物的功能和安全建筑物的功能建筑物的功能 建筑物的功能建筑物的功能指建筑物的用途，為和人們?nèi)粘Ｉ钪苯雨P聯(lián)的(住宅、商場、學校等）；與生產(chǎn)交通有關的（工廠、車站、碼頭等）；和文化事業(yè)有關的（圖書館、體育場、廣播電視塔等）；與社會活動有關的（辦公樓、賓館等）。概述概述 建筑物分類建筑物分類 按使用性能：分為工業(yè)建筑、農(nóng)業(yè)建筑和民用建筑。民用建筑又分為：居住建筑和公共建筑。 按層數(shù)：低層建筑（一般值13層的建筑。）、多層建筑（一般指高度在24

2、m以下的39層的建筑。在住宅建筑中，又將79層界定為中高層住宅建筑。）、高層建筑（10層及10層以上的或房屋高度大于28m的住宅建筑和建筑高度超過24m的其他非單層民用建筑。）和超高層建筑（建筑高度大于等于100m的民用建筑。） 按建筑材料：分為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)（磚砌體、石砌體、砌塊砌體和多孔磚砌體等）、鋼結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)、組合結(jié)構(gòu)和膜結(jié)構(gòu)。概述概述 概述概述建筑物的功能安全建筑物的功能安全 建筑結(jié)構(gòu)設計方法：建筑結(jié)構(gòu)設計方法：現(xiàn)行規(guī)范采用以概率論為基礎的極限狀態(tài)設計法，使結(jié)構(gòu)設計符合安全適用、經(jīng)濟合理、確保質(zhì)量的要求。 設計基準期與設計使用年限（設計基準期與設計使用年限（5年、年、50年

3、和年和100年）年） 建筑結(jié)構(gòu)安全等級（一級、二級和三級）建筑結(jié)構(gòu)安全等級（一級、二級和三級） 建筑結(jié)構(gòu)功能要求（安全性、適用性和耐久性）建筑結(jié)構(gòu)功能要求（安全性、適用性和耐久性） 極限狀態(tài)（承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)）極限狀態(tài)（承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)）概述概述建筑結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件建筑結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件 建筑物的基本構(gòu)件可分為板、梁、柱、拱板、梁、柱、拱。（按受力特征主要又劃分為軸心受力構(gòu)件、偏心受力構(gòu)件和受彎構(gòu)件。）板板1、定義 指平面尺寸較大而厚度較小的受彎構(gòu)件,長、寬兩方向的尺寸遠大于其高度。2、按受力形式分類單向板：指板上的荷載沿一個方向傳遞到支承構(gòu)件上的板。（長短之比3）雙

4、向板：指板上的荷載沿兩個方向傳遞到支承構(gòu)件上的板。（長短之比2）概述概述概述概述梁梁1、定義、定義 梁的截面寬度和高度尺寸遠小于其長度尺寸。 其作用效應主要為受彎和受剪。概述概述2、梁的分類、梁的分類截面形式：矩形梁、T形梁、倒T形梁等。所用材料：鋼梁、鋼筋混凝土梁、預應力混凝土梁、木梁及鋼與混凝土組成的組合梁等。支承形式：簡支梁、懸臂梁、連續(xù)梁。結(jié)構(gòu)位置:主梁、次梁、連梁、圈梁、過梁等。概述概述概述概述鋼筋混凝土梁截面鋼筋混凝土梁截面 a. 工字梁工字梁b.槽型梁槽型梁c.工字組合梁工字組合梁d.T型梁型梁e.疊合梁疊合梁f.箱形梁箱形梁 鋼梁截面鋼梁截面概述概述概述概述概述概述柱1、作用

5、屬于豎向承重構(gòu)件,主要承受梁傳遞的壓力以及柱的自重。2、定義 柱的截面尺寸遠小于其高度，荷載作用方向與柱軸線平行。3、分類截面形式：方柱、圓柱、管柱、矩形柱等。 所用材料：石柱、磚柱、木柱、鋼柱、鋼筋混凝土柱等。 長細比 ：短柱、長柱、中長柱。 受力 ：軸心受壓柱和偏心受壓柱。概述概述 拱拱 為曲線結(jié)構(gòu),主要承受軸向壓力,廣泛應用于拱橋,它比同跨度的梁要節(jié)省材料。概述概述概述概述結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展 房屋主體結(jié)構(gòu)的各種形式：房屋主體結(jié)構(gòu)的各種形式：剪力墻結(jié)構(gòu)剪力墻結(jié)構(gòu) ；框架結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu) ；框架剪力墻結(jié)框架剪力墻結(jié)構(gòu)；構(gòu)；框支剪力墻結(jié)構(gòu)；框支剪力墻結(jié)構(gòu)；拱結(jié)構(gòu)拱結(jié)構(gòu) ；網(wǎng)架結(jié)構(gòu)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)

6、 ；薄殼結(jié)構(gòu)；薄殼結(jié)構(gòu)； 懸索結(jié)構(gòu)懸索結(jié)構(gòu) ；折板結(jié)構(gòu)折板結(jié)構(gòu) 。結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展剪力墻結(jié)構(gòu)剪力墻結(jié)構(gòu) 框架結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展拱拱結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu) 網(wǎng)網(wǎng)架架結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu) 薄薄殼殼結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu) 懸懸索索結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu) 折折板板結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu) 結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展一、單層建筑1、按使用目的分類民用單層建筑 一般采用磚混結(jié)構(gòu)，即墻體采用磚結(jié)構(gòu)，屋面板采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。 單層工業(yè)廠房 一般采用鋼筋混凝土或鋼結(jié)構(gòu)柱，屋蓋采用鋼屋架結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)建筑具有施工方便，周期短，跨度大等儲多優(yōu)點，在單層廠房、倉庫等中被廣泛應用。 結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展單層工業(yè)廠房單層工業(yè)廠房 結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展

7、結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展 單層工業(yè)廠房單層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展 二、大跨度建筑1、定義 指跨度大于60m的建筑，常用于體育館、展覽館等。2、結(jié)構(gòu)體系網(wǎng)架結(jié)構(gòu) 是大跨度結(jié)構(gòu)中最常見的結(jié)構(gòu)形式，因其為空間結(jié)構(gòu)，又稱空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，如圖。網(wǎng)殼結(jié)構(gòu) 是以鋼桿件組成的曲面網(wǎng)格結(jié)構(gòu),它與網(wǎng)架的區(qū)別在于曲面與平面。結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展 空間網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展 懸索結(jié)構(gòu) 是將橋梁中的懸索“移植”到房屋建筑中，將兩個以上的索網(wǎng)或懸索體系組合起來，并設置強大的拱或剛架等結(jié)構(gòu)作為中間支撐，形成組合屋蓋結(jié)構(gòu)，如圖。 結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展 懸吊結(jié)構(gòu) 懸吊結(jié)構(gòu)與懸索結(jié)構(gòu)一樣，具有很好

8、的表現(xiàn)力，它是利用懸索將巨大的輕型屋蓋吊于空中，是懸吊結(jié)構(gòu)的一種創(chuàng)新。 另外伴隨著新型高分子膜材料的使用，索膜結(jié)構(gòu)和充氣結(jié)構(gòu)也大量出現(xiàn)，為建筑結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新提供了更多的發(fā)展空間。結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展 薄殼結(jié)構(gòu) 薄殼結(jié)構(gòu)常用的形狀為圓頂、折板等。悉尼歌劇院悉尼歌劇院結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展 懸懸索索結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)杜勒斯國際機場候機廳杜勒斯國際機場候機廳結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展 應力蒙皮結(jié)構(gòu) 它是用金屬薄板做成很多塊各種板片單元，焊接而成的空間結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展 三、多層建筑三、多層建筑1、定義 一般指高度在24m以下的39層的建筑。在住宅建筑中，又將79層界定為中高層住宅建

9、筑。2、結(jié)構(gòu)形式 常用結(jié)構(gòu)形式為磚混結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)。 磚混結(jié)構(gòu) 指墻體采用磚砌體，屋面和樓板采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)?？蚣芙Y(jié)構(gòu) 指由梁和柱剛性連接而成的骨架結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展 安徽宏村安徽宏村 東京國立博物館東京國立博物館 磚混結(jié)構(gòu)建筑外型特征磚混結(jié)構(gòu)建筑外型特征結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展 四、高層與超高層建筑四、高層與超高層建筑1、定義 高層建筑：10層及10層以上的或房屋高度大于28m的住宅建筑和建筑高度超過24m的其他非單層民用建筑。 超高層建筑：建筑高度大于等于100m的民用建筑。2、高層與超高層建筑的主要結(jié)構(gòu)形式： 框架結(jié)構(gòu)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)和筒體結(jié)構(gòu)等。結(jié)構(gòu)

10、體系的發(fā)展結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展 （1）框架結(jié)構(gòu) 其受力體系由梁、柱組成，用以承受豎向荷載，結(jié)構(gòu)的房屋墻體不承重，僅起到圍護和分隔作用。優(yōu)點：優(yōu)點：抗壓、抗彎能力較好；自重輕；建筑平面布置靈活，可加大建筑的高度與空間；整體性、抗震性較好。缺點：缺點：在承受水平荷載方面能力差；層數(shù)較高時，柱截面尺寸則變得很大，使經(jīng)濟與技術(shù)方面不如其他結(jié)構(gòu)體系合理。應用：應用：僅適用于房屋高度不大、層數(shù)不多的建筑。一般層數(shù)在8層以下采用。結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展 框架結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展 （2）剪力墻結(jié)構(gòu) 當房屋層數(shù)更多時,往往在建筑層數(shù)大于25層時采用，橫向水平荷載對結(jié)構(gòu)設計起控制作用,這時宜

11、采用剪力墻結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展 （3）框架-剪力墻結(jié)構(gòu) 框架-剪力墻結(jié)構(gòu)：以框架與剪力墻協(xié)同受力，剪力墻承受絕大部分水平荷載，框架以承受豎向荷載為主。 剪力墻：一段鋼筋混凝土墻體，因抗剪能力很強而被稱作剪力墻。（4）框支剪力墻結(jié)構(gòu) 這種結(jié)構(gòu)建筑上部為剪力墻結(jié)構(gòu)，用作住宅樓和辦公樓等；下部結(jié)構(gòu)為框架結(jié)構(gòu)，用作需要大空間的商場和停車場等。結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展 （5）筒體結(jié)構(gòu) 它是由一個或多個筒體作承重結(jié)構(gòu)的高層建筑體系，適用于層數(shù)較多的高層建筑。 筒體結(jié)構(gòu)分為：框筒體系、筒中筒體系、桁架筒體系、成束筒體系等。框筒體系 指內(nèi)芯由剪力墻構(gòu)成，周邊為框架結(jié)構(gòu)。筒中筒體系 當周邊的框

12、架柱布置較密時，可將周邊框架視為外筒，將內(nèi)芯的剪力墻視為內(nèi)筒，則構(gòu)成筒中筒體系。結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展 筒筒中中筒筒體體系系 結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展 桁架筒體系 在筒體結(jié)構(gòu)中，增加斜撐來抵抗水平荷載，以進一步提高結(jié)構(gòu)承受水平荷載的能力，增加體系的剛度。結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展 西爾斯塔樓筒體不同高度的截面西爾斯塔樓筒體不同高度的截面成束筒體系 由多個筒體組成的筒體結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展 特種結(jié)構(gòu) 指具有特種用途的工程結(jié)構(gòu)，包括高聳結(jié)構(gòu)、海洋工程結(jié)構(gòu)、管道結(jié)構(gòu)、容器結(jié)構(gòu)和核電站結(jié)構(gòu)等。煙囪1、定義 它是工業(yè)中常用的構(gòu)筑物，是把煙氣排入高空的高聳結(jié)構(gòu)，能改善燃燒條件，減

13、輕煙氣對環(huán)境的污染。2、按建筑材料分類 可分為：磚煙囪、鋼筋混凝土煙囪、鋼煙囪。秦嶺電站煙囪結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展 磚煙囪的高度一般不超過50m，多數(shù)呈圓截錐形，外表面坡度約為2.5，用普通粘土磚和水泥石灰砂漿砌筑。結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展水塔1、定義 它是儲水和配水的高聳結(jié)構(gòu)，是給水工程中常用的構(gòu)筑物，用來保持和調(diào)節(jié)給水管網(wǎng)中的水量和水壓。2、按建筑材料分類 可分為：鋼水塔、鋼筋混凝土水塔、磚石塔身與鋼筋混凝土水箱等。結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展 結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展 水池 水池同水塔一樣用于儲水，不同的是：水塔用支架或支筒支承，水池多建造在地面和地下。 可分為鋼水池、鋼筋

14、混凝土水池、磚石水池等。結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展 筒倉 筒倉:是儲存粒狀和粉狀松散物體（如谷物、面粉、水泥、碎煤等）的立式容器。 平面形狀可為圓形、矩形、多邊形，多個筒組合可形成群倉?？勺龀射撏矀}、鋼筋混凝土筒倉、磚砌筒倉等。結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展 核電站 核電站：是利用核裂變或核聚變反應所釋放的能量產(chǎn)生電能的熱力發(fā)電廠。 核電站發(fā)電原理，分為四步驟： 反應堆將原子核裂變釋放的核能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芨邷馗邏核?；蒸汽發(fā)生器將高溫高壓水變?yōu)轱柡驼羝?；飽和蒸汽推動汽輪機高速旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能； 發(fā)電機再將汽輪機傳來的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?結(jié)構(gòu)設計理論的演變結(jié)構(gòu)設計理論的演變 結(jié)構(gòu)設計理論的演變結(jié)構(gòu)設計

15、理論的演變一、結(jié)構(gòu)安全性一、結(jié)構(gòu)安全性 保證建筑物結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的安全，就要避免如下狀態(tài)的發(fā)生避免如下狀態(tài)的發(fā)生：（1）整個結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分作為剛體失去平衡。（2）結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接因為超過材料強度而破壞。（3）結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C動體系。（4）結(jié)構(gòu)或構(gòu)件喪失穩(wěn)定。（5）地基喪失承載能力而破壞。 以一棟3層樓建筑為例。（見課本圖2.28所示）限制條件：限制條件：經(jīng)濟性的限制和使用性的限制。結(jié)構(gòu)設計理論的演變結(jié)構(gòu)設計理論的演變 二、結(jié)構(gòu)設計的主要步驟二、結(jié)構(gòu)設計的主要步驟（1）方案設計：根據(jù)建筑師對整個建筑物的初步設計，提出相應的結(jié)構(gòu)方案，細分為初步設計和擴大的初步設計。包括地面上方的承重結(jié)構(gòu)系承重結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的構(gòu)

16、成方式統(tǒng)的構(gòu)成方式和結(jié)構(gòu)系統(tǒng)埋在地面下方的基礎形式基礎形式、結(jié)構(gòu)材料結(jié)構(gòu)材料、結(jié)構(gòu)系結(jié)構(gòu)系統(tǒng)主要要素（柱、梁、墻、板等構(gòu)件）的大體尺寸統(tǒng)主要要素（柱、梁、墻、板等構(gòu)件）的大體尺寸等。（2）技術(shù)設計（施工圖設計）：結(jié)構(gòu)工程師要詳細計算作用在建筑物上的荷載，采用力學分析方法計算出各種荷載對結(jié)構(gòu)系統(tǒng)產(chǎn)生的效應（反（反作用力或稱內(nèi)力、應力、變形等）作用力或稱內(nèi)力、應力、變形等），然后可以根據(jù)材料的強度、構(gòu)件和結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的承載力以及一定的評價尺度，進行結(jié)構(gòu)的安全性校核。（3）施工設計：是結(jié)構(gòu)設計時必須考慮的問題之一，包括施工過程中結(jié)包括施工過程中結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力和變形的分析等構(gòu)構(gòu)件受力和變形的分析等。結(jié)構(gòu)設計

17、理論的演變結(jié)構(gòu)設計理論的演變 三、結(jié)構(gòu)設計理論的發(fā)展和演變?nèi)?、結(jié)構(gòu)設計理論的發(fā)展和演變 結(jié)構(gòu)安全性以是否滿足如下簡單的公式來表達： 荷載（作用）的效應荷載（作用）的效應結(jié)構(gòu)的抵抗能力結(jié)構(gòu)的抵抗能力（1）從靜力學的應用到動力學的應用，是結(jié)構(gòu)分析中一個非常重要的進步。（2）在結(jié)構(gòu)設計中利用塑性力學是結(jié)構(gòu)分析理論的又一個重大進步。（3）從防止強度破壞拓展到防止失穩(wěn)破壞是結(jié)構(gòu)設計概念和設計理論的一個質(zhì)的重大進步。（4）確定性的結(jié)構(gòu)設計理論慢慢讓位給基于概率論的設計理論，這是上世紀結(jié)構(gòu)設計學的又一個重大的進步。施工技術(shù)的進步施工技術(shù)的進步 施工技術(shù)的進步施工技術(shù)的進步（1）由泥土燒制而成的磚和瓦這些人造

18、建筑材料，成為土木工程施工技術(shù)的第一次飛躍。（2）混凝土的出現(xiàn)給建筑物、構(gòu)筑物創(chuàng)造了新的結(jié)構(gòu)形式，促進了土木工程施工的新技術(shù)和新理論，形成第二次飛躍發(fā)展。（3）鋼材的冶煉和鋼結(jié)構(gòu)的應用孕育了土木工程施工技術(shù)的第三次飛躍。施工技術(shù)的進步施工技術(shù)的進步 施工技術(shù)的進步施工技術(shù)的進步 對土木工程施工的發(fā)展起關鍵作用的，往往首先是土木建筑材料，它的新型優(yōu)良，將帶來施工技術(shù)和理論的飛躍式發(fā)展。 土木工程施工方法和技術(shù)隨著建筑材料的進步經(jīng)歷了三次飛躍： （1 1）由泥土燒制而成的磚和瓦這些人造建筑材料，成為土木工程施）由泥土燒制而成的磚和瓦這些人造建筑材料，成為土木工程施工技術(shù)的第一次飛躍。工技術(shù)的第一次飛躍。 用磚和砌塊所建造的結(jié)構(gòu)，稱為砌體結(jié)構(gòu)，其雖取材方便，施工簡單，成本低廉，但施工至今仍以手工操作為主，勞動強度大，生產(chǎn)效率低，砌筑質(zhì)量也取決于操作工的技術(shù)水平，同時材料占用大量農(nóng)田，破壞人類生態(tài)環(huán)境。施工技術(shù)的進步施工技術(shù)的進步 （2 2）混凝土的出現(xiàn)給建筑物、構(gòu)筑物創(chuàng)造了新的結(jié)構(gòu)形式，促進了）混凝土的出現(xiàn)給建筑物、構(gòu)筑物創(chuàng)造了新的結(jié)構(gòu)形式，促進了土