土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式市公開(kāi)課一等獎(jiǎng)省賽課獲獎(jiǎng)?wù)n件

第二講土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式土木工程材料1、土木工程材料主要性是土木工程物質(zhì)基礎(chǔ)對(duì)功效有直接影響對(duì)經(jīng)濟(jì)性影響顯著對(duì)技術(shù)發(fā)展有直接推進(jìn)作用為理論發(fā)展提供動(dòng)力土木工程材料主要性第二講：土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式第1頁(yè)2、土木工程材料分類(lèi)土木工程材料種類(lèi)繁多，可有各種分類(lèi)方法。按起源分：天然材料、人造材料按性質(zhì)分：金屬材料、非金屬材料、有機(jī)材料、復(fù)合材料按用途分：結(jié)構(gòu)材料、功效材料、裝飾材料第二講：土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式土木工程材料分類(lèi)土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式第2頁(yè)3、慣用材料介紹3.1自然石、磚、瓦(1).自然石：重巖自然石（表觀密度大于18kN/m3）輕巖自然石（表觀密度小于18kN/m3）重巖自然石包含：花崗巖（granite）、砂巖（sandstone）、石灰石（limestone）等。輕巖自然石包含：貝殼石灰?guī)r（coquina）、凝灰?guī)r（tuff）。采取石料分為料石（ashlar）及毛石（rubble）兩類(lèi)。第二講：土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式慣用材料介紹土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式第3頁(yè)(2).磚磚（brick）由粘土燒制而成，分為紅磚和青磚。標(biāo)準(zhǔn)磚規(guī)格為240mm×115mm×53mm。有實(shí)心磚、空心磚兩類(lèi)。承重空心磚孔洞普通是豎向,空心磚厚度較大，重量較輕，有利于加緊砌筑進(jìn)度。第二講：土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式慣用材料介紹土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式第4頁(yè)石材或磚用砂漿砌筑而成構(gòu)件稱(chēng)為砌體（masonry）。(3).瓦當(dāng)前我國(guó)生產(chǎn)瓦多為平瓦。第二講：土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式慣用材料介紹土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式第5頁(yè)3.2、膠凝材料和砂漿膠凝材料（cementingmaterial）：和水成漿后能硬化成堅(jiān)實(shí)整體礦物質(zhì)粉狀材料，如石灰、燒石膏和水泥等。砂漿（mortar）是石灰、石膏或水泥等膠凝材料摻砂或礦渣等細(xì)骨料加水拌和而成，用以砌筑砌體。采取水泥砂漿時(shí)，往往還摻和一定量石灰膏或粘土漿以增加砂漿和易性，以確保砌體質(zhì)量，這種砂漿稱(chēng)為混合砂漿。第二講：土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式慣用材料介紹土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式第6頁(yè)3.3、混凝土和混凝土砌塊(1).混凝土混凝土：用水泥、砂（細(xì)骨料）和碎石（粗骨料），按一定重量百分比配合，加水拌和成型后結(jié)硬而成。水泥和砂、石百分比（按重量）稱(chēng)為配合比（mixratio）,水和水泥百分比稱(chēng)為水灰比。輕骨料混凝土（密度小于18kN/m3）;加氣混凝土，泡沫混凝土；低熱混凝土，無(wú)收縮混凝土，膨脹混凝土；耐酸混凝土，耐堿混凝土，耐熱混凝土；第二講：土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式慣用材料介紹土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式第7頁(yè)(2).混凝土砌塊用混凝土可制成砌塊（block），普通為空心結(jié)構(gòu)。

砌塊也可采取煤渣等材料制作，從而改進(jìn)了環(huán)境。采取砌塊建筑可大大減輕勞動(dòng)量，縮短工時(shí)，安裝能夠采取機(jī)械化，并降低墻壁材料在運(yùn)輸中損耗。第二講：土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式慣用材料介紹土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式第8頁(yè)3.4、鋼筋、鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土(1).鋼筋鋼筋按化學(xué)成份可分為：熱軋?zhí)妓劁?、熱軋普通低合金鋼。熱軋?zhí)妓劁摮需F元素外還含有少許碳、硅、錳、硫、磷等元素。（低碳鋼<0.25%、高碳鋼>0.6%）熱軋普通低合金鋼除碳素鋼中已經(jīng)有成份外，還加入少許合金元素，如錳、鈦、釩等，有效地改進(jìn)了鋼筋性能。第二講：土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式慣用材料介紹土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式第9頁(yè)鋼筋按其截面形式可分為：光面鋼筋、變形鋼筋。熱軋鋼筋直徑普通為6～32mm。小直徑鋼筋（10～12mm以下）做成盤(pán)圓供給，大直徑鋼筋長(zhǎng)度普通為12m。鋼筋接頭有搭接和焊接兩種。第二講：土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式慣用材料介紹土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式第10頁(yè)(2).鋼筋混凝土鋼筋混凝土本質(zhì)鋼筋混凝土是由兩種力學(xué)性能大不相同材料－－鋼筋和混凝土結(jié)合成整體，共同發(fā)揮作用一個(gè)建筑材料。

第二講：土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式慣用材料介紹土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式第11頁(yè)鋼筋混凝土主要優(yōu)缺點(diǎn)：主要優(yōu)點(diǎn)：（1）就地取材（2）耐久性（3）耐火性（4）整體性（5）剛性（6）可塑性主要缺點(diǎn)：（1）自重大（2）抗裂性差（3）費(fèi)工大、耗用木料多第二講：土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式慣用材料介紹土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式第12頁(yè)(3).預(yù)應(yīng)力混凝土

預(yù)應(yīng)力混凝土：利用預(yù)先建立壓應(yīng)力以抵消在荷載下產(chǎn)生拉應(yīng)力而做成。施加預(yù)應(yīng)力方法主要有：先張法、后張法。第二講：土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式慣用材料介紹土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式第13頁(yè)3.5、鋼應(yīng)用于工程結(jié)構(gòu)鋼材，除鋼板外，還有各種型鋼：角鋼、槽鋼、工字鋼、冷彎型鋼等。

利用鋼板和各種型鋼經(jīng)過(guò)連接可組成各種形狀截面。第二講：土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式慣用材料介紹土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式第14頁(yè)鋼結(jié)構(gòu)主要優(yōu)缺點(diǎn)：主要優(yōu)點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)重量輕鋼容重與屈服點(diǎn)比值相對(duì)較低，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面較小，重量較輕。普通為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)1/2-1/5。尤其適合用于大跨、超高、承載重結(jié)構(gòu)。（2）結(jié)構(gòu)性能好鋼材塑性、韌性好，變形能力強(qiáng)，計(jì)算準(zhǔn)確性好，可靠性高。（3）工業(yè)化程度高工業(yè)化程度高，施工精度好，勞動(dòng)生產(chǎn)率高。（4）符合可連續(xù)發(fā)展要求鋼材可重復(fù)利用程度高，符合可連續(xù)發(fā)展要求。第二講：土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式慣用材料介紹土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式第15頁(yè)

鋼結(jié)構(gòu)主要缺點(diǎn)：（1）耐火性差。鋼結(jié)構(gòu)在溫度250℃以?xún)?nèi)性質(zhì)改變很小，溫度到達(dá)300℃以后，強(qiáng)度逐步下降，到達(dá)450～650℃時(shí)，強(qiáng)度降為零。（2）易銹蝕。（3）價(jià)格較貴。第二講：土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式慣用材料介紹土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式第16頁(yè)3.6、木1.圓木直徑常在120mm以上，長(zhǎng)度普通為9m以?xún)?nèi)。2.方料（1）大料：兩面鋸開(kāi)及四面鋸開(kāi)。（2）條料：四面鋸平，厚度小于100mm，寬度小于厚度2倍。（3）板料：厚度小于100mm，寬度大于厚度2倍，其中厚度在35mm以下為薄板，大于35mm為厚板。第二講：土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式慣用材料介紹土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式第17頁(yè)4、土木工程材料發(fā)展展望4.1.墻體材料我國(guó)粘土磚用量很大，墻體材料產(chǎn)值約占建材工業(yè)總產(chǎn)值1/3，但新墻體材料只占5％左右。改革墻體材料勢(shì)在必行：利用工業(yè)廢料，大力應(yīng)用各種砌塊。適當(dāng)擴(kuò)大承重空心磚類(lèi)型和孔洞率。大力發(fā)展各種功效型環(huán)境保護(hù)復(fù)合墻體材料。如ALC、NALC、FCLC墻板等。第二講：土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式土木工程材料發(fā)展土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式第18頁(yè)4.2.混凝土混凝土應(yīng)以“輕質(zhì)、高強(qiáng)、高性能”作為主要發(fā)展方向。（1）提升結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度。（2）發(fā)展輕混凝土。（3）發(fā)展改性混凝土。（4）廣泛使用外加劑、合理使用摻和料。（5）逐步改造混凝土生產(chǎn)工藝。（6）大力提升混凝土質(zhì)量。（7）加強(qiáng)基礎(chǔ)理論研究。第二講：土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式土木工程材料發(fā)展土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式第19頁(yè)4.3.預(yù)應(yīng)力混凝土（1）應(yīng)提升我國(guó)高強(qiáng)鋼材產(chǎn)量。年我國(guó)預(yù)應(yīng)力混凝土產(chǎn)量達(dá)2500萬(wàn)噸，需高強(qiáng)度鋼材80萬(wàn)噸，與現(xiàn)有生產(chǎn)水平差距較大。（2）應(yīng)提升預(yù)應(yīng)力基本工藝水平，發(fā)展預(yù)應(yīng)力混凝土工業(yè)化生產(chǎn)。（3）逐步建立完整、先進(jìn)構(gòu)件制作、鋼絲成束、穿束、張拉、錨固和最終灌漿等工業(yè)體系。（4）提升張拉和錨固能力。第二講：土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式土木工程材料發(fā)展土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式第20頁(yè)4.4金屬材料合金改性材料耐候鋼材新型型材4.5功效材料隔熱保溫材料吸聲材料4.6裝飾材料環(huán)境保護(hù)材料4.7智能材料記憶合金第二講：土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式第二講：土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式土木工程材料發(fā)展土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式第21頁(yè)土木工程基本結(jié)構(gòu)形式1工程結(jié)構(gòu)基本元件工程結(jié)構(gòu)類(lèi)型伴隨建筑材料與工程力學(xué)進(jìn)展和人類(lèi)生產(chǎn)與生活需要而不停發(fā)展，由簡(jiǎn)單到復(fù)雜。但其基本元件按其受力持點(diǎn)仍分成梁、板、柱、拱、殼與索(拉桿)六大類(lèi)。這些基本元件能夠單獨(dú)作為結(jié)構(gòu)使用，在多數(shù)情況下常組合成各種多樣結(jié)構(gòu)類(lèi)型使用。

土木工程基本結(jié)構(gòu)形式第二講：土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式第22頁(yè)2工程結(jié)構(gòu)基本類(lèi)型工程結(jié)構(gòu)中慣用基本類(lèi)型有：梁、板、柱桁架、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)拱、殼體結(jié)構(gòu)、折板結(jié)構(gòu)懸索結(jié)構(gòu)、懸吊結(jié)構(gòu)排架、框架、剪力墻、筒體結(jié)構(gòu)、板柱結(jié)構(gòu)、墻板結(jié)構(gòu)充氣結(jié)構(gòu)等。

第二講：土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式工程結(jié)構(gòu)基本類(lèi)型土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式第23頁(yè)其它慣用結(jié)構(gòu)分類(lèi)概念工程結(jié)構(gòu)按其組成形式可分為實(shí)體結(jié)構(gòu)與組合結(jié)構(gòu)兩大類(lèi)。壩、橋墩、基礎(chǔ)等通常為實(shí)體結(jié)構(gòu)，房屋、橋梁、碼頭等通常由若干種元件組成，稱(chēng)為組合結(jié)構(gòu)。連接節(jié)點(diǎn)如只能承受拉力、壓力，稱(chēng)為鉸接，同時(shí)能承受彎矩等其它力，稱(chēng)為剛接或半剛接。若組成結(jié)構(gòu)與其所受之外力，在計(jì)算中可視為皆在同一平面之內(nèi)則稱(chēng)該結(jié)構(gòu)為平面結(jié)構(gòu)。若組成結(jié)構(gòu)承受不在同一平面內(nèi)外力，且計(jì)算時(shí)也按空間受力考慮，則稱(chēng)該結(jié)構(gòu)為空間結(jié)構(gòu)。第二講：土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式工程結(jié)構(gòu)基本類(lèi)型土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式第24頁(yè)3基本結(jié)構(gòu)介紹3.1板、梁

板和梁兩端支承在支座上以承受荷載，板和梁主要承受彎矩，稱(chēng)為受彎構(gòu)件。板和梁在荷載下各截面內(nèi)將產(chǎn)生彎矩M和剪力V，將產(chǎn)生彎曲變形（撓度）。第二講：土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式基本結(jié)構(gòu)介紹土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式第25頁(yè)3.2柱

柱承受荷載可能是軸心受壓、偏心受壓、軸心受拉、偏心受拉等。偏心受壓和偏心受拉構(gòu)件統(tǒng)稱(chēng)為偏心受力構(gòu)件。第二講：土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式基本結(jié)構(gòu)介紹土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式第26頁(yè)3.3拱

拱形成拱機(jī)理第二講：土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式基本結(jié)構(gòu)介紹土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式第27頁(yè)3.4桁架(1).鉸接桁架鉸接桁架由很多三角形組成。第二講：土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式基本結(jié)構(gòu)介紹土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式第28頁(yè)(2).剛接桁架第二講：土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式基本結(jié)構(gòu)介紹土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式第29頁(yè)3.5框架由梁或屋架和柱聯(lián)接而成結(jié)構(gòu)稱(chēng)為框架。框架節(jié)點(diǎn)有鉸接和剛接，前者稱(chēng)為排架，后者稱(chēng)為剛架。(1).排架第二講：土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式基本結(jié)構(gòu)介紹土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式第30頁(yè)(2).剛架第二講：土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式基本結(jié)構(gòu)介紹土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式第31頁(yè)第二講：土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式基本結(jié)構(gòu)介紹土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式第32頁(yè)第二講：土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式基本結(jié)構(gòu)介紹土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式第33頁(yè)3.6剪力墻

剪力墻(shearwall)也稱(chēng)抗風(fēng)墻或抗震墻，房屋或構(gòu)筑物中主要承受風(fēng)或地震產(chǎn)生水平力墻體，普通用鋼筋混凝土做成。分類(lèi)：剪力墻包含平面剪力墻和筒體剪力墻兩大類(lèi)。第二講：土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式第二講：土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式第二講：土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式第二講：土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式基本結(jié)構(gòu)介紹土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式第34頁(yè)3.7網(wǎng)架結(jié)構(gòu)(spatialgridstructure)由多根桿件按照一定網(wǎng)格形式經(jīng)過(guò)節(jié)點(diǎn)連結(jié)而成空間結(jié)構(gòu)。含有空間受力、重量輕、剛度大、抗震性能好等優(yōu)點(diǎn)；可用作體育館、影劇院、展覽廳、候車(chē)廳、體育場(chǎng)看臺(tái)雨篷、飛機(jī)庫(kù)、雙向大柱距車(chē)間等建筑屋蓋。缺點(diǎn)是匯交于節(jié)點(diǎn)上桿件數(shù)量較多，制作安裝較平面結(jié)構(gòu)復(fù)雜。分類(lèi)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)依據(jù)外形不一樣，可分為雙層板型網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、單層和雙層殼型網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。板型網(wǎng)架和雙層殼型網(wǎng)架桿件分為上弦稈、下弦桿和腹桿，主要承受拉力和壓力。單層殼型網(wǎng)架桿件除承受拉力外，還承受彎矩和剪力。第二講：土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式第二講：土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式基本結(jié)構(gòu)介紹土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式第35頁(yè)第二講：土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式基本結(jié)構(gòu)介紹土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式第36頁(yè)大跨度干煤棚網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)第二講：土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式第二講：土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式基本結(jié)構(gòu)介紹土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式第37頁(yè)3.8殼體結(jié)構(gòu)(shellstructure)由曲面形板與邊緣構(gòu)件(梁、拱或桁架)組成空間結(jié)構(gòu)，含有很好空間傳力性能，能以較小構(gòu)件厚度形成承載能力高、剛度大承重結(jié)構(gòu)，能覆蓋或圍護(hù)大跨度空間而不需中間支柱，能兼具承重和圍護(hù)雙重作用，從而節(jié)約結(jié)構(gòu)材料。殼體結(jié)構(gòu)可做成各種形狀，以適應(yīng)工程造形需要，廣泛用于工程結(jié)構(gòu)中。如大跨度建筑物頂蓋、各種工業(yè)用管道、壓力容器與冷卻塔、反應(yīng)堆安全殼、無(wú)線電塔、貯液罐等。工程結(jié)構(gòu)中采取殼體多由鋼筋混凝土做成。也可用鋼、木、石、磚或玻璃鋼做成。分類(lèi)殼體種類(lèi)很多，多依據(jù)曲面幾何特征(即兩個(gè)萬(wàn)間主曲率k1、k2乘積K，稱(chēng)為高斯曲率)進(jìn)行分類(lèi)。當(dāng)k1、k2同號(hào)時(shí)，K為正值，稱(chēng)正面斯曲率殼；當(dāng)k1、k2異號(hào)時(shí)，K為負(fù)值，稱(chēng)負(fù)高斯曲率殼；當(dāng)k1和k2中有—個(gè)為零時(shí)，K為零，稱(chēng)零高斯曲率殼；另外，還有混合型曲率殼，即一個(gè)殼體內(nèi)兼有正、負(fù)高斯曲率部分。第二講：土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式第二講：土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式基本結(jié)構(gòu)介紹土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式第38頁(yè)新石器時(shí)代第二講：土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式基本結(jié)構(gòu)介紹土木工程材料與基本結(jié)構(gòu)形式第39頁(yè)3.9懸吊結(jié)構(gòu)(suspendedstructure)樓面荷載經(jīng)過(guò)吊索或吊桿傳遞到固定在筒體或柱上水平懸吊粱或桁架上，并經(jīng)過(guò)筒體或柱傳遞到基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)體系。懸吊結(jié)構(gòu)水平荷載也由筒體或柱承受。懸吊結(jié)構(gòu)造型新奇，建筑功效多樣，能充分利用鋼材或預(yù)應(yīng)力混凝