T建筑結構基本計算原理之緒論

第一篇建筑結構基本計算原理(1-2章）第一章緒論1.1建筑結構的分類1.2各種建筑結構特點及應用情況1.3建筑結構基本理論及設計方法的發(fā)展1.4建筑結構課程的要求、注意的問題1第一章（共一講）

本章的主要內容：建筑結構的分類；各類結構的優(yōu)缺點及其應用和發(fā)展簡況；本課程的學習方法和需要注意的問題。第一講能力訓練121.1建筑結構的分類一.建筑結構定義簡單的說就是房屋的承重骨架。第一章總論1.1建筑結構的分類二、建筑結構的組成柱下基礎樓板柱梁梁墻樓梯墻下基礎地下室底板3第一章總論1.1建筑結構的分類三.建筑結構的分類按所用材料的不同分為：1）混凝土結構（以混凝土為主要材料的結構）包括：

鋼筋混凝土結構—配置受力的普通鋼筋，鋼筋網或鋼骨架；

預應力混凝土結構—配置預應力鋼筋的混凝土結構；

素混凝土結構—沒有配置受力的鋼筋的混凝土結構。42）鋼結構:以鋼材(鋼板、型鋼）為主制作的結構3）砌體結構:由塊材通過砂漿砌筑而成的結構4)木結構:指全部或大部分用木材制作的結構5）混合結構:由兩種及兩種以上材料作為主要承重結構的房屋此外還有鋼—混凝土組合結構、鋼管混凝土等。

第一章總論1.1建筑結構的分類按其承重結構的類型分為：

1）框架結構2）剪力墻結構3）框架——剪力墻結構4）筒體結構。本章目錄51）框架結構※采用梁、柱組成的結構體系作為建筑承重結構。※框架結構的主要構件是梁和柱，而墻體只是作為圍護構件。※可以做成預制或現(xiàn)澆框架，平面布置比較靈活，可以獲得較大的使用空間，※比混合結構強度高整體性強，但隨層數增多抗側剛度不足。

請看框架結構組成第一章總論1.1建筑結構的分類62）剪力墻結構

※利用建筑物的縱向及橫向的鋼筋混凝土墻體作為主要承重構件，再配以梁板組成的承重結構體系?！鋲w同時也起圍護及分割房間的作用?！w性好，剛度大，抗震性能好，適于建造高層建筑（10－50層范圍內都適用）。※不過剪力墻間距太小，平面布置不靈活，自重大，不適應建造公共建筑，一般適用于建造住宅。

請看剪力墻結構組成第一章總論1.1建筑結構的分類73）框架—剪力墻結構※框架結構的基礎上，沿框架縱、橫方向的某些位置，在柱與柱之間設置數道鋼筋混凝土墻體作為剪力墻?！虼怂强蚣芎图袅Φ挠袡C結合，綜合了二者的優(yōu)點：一個布置靈活，一個抗側力高。

請看框架－剪力墻結構組成第一章總論1.1建筑結構的分類84）筒體結構※用鋼筋混凝土墻組成一個筒體作為房屋的承重結構※筒體可以由密柱深梁組成一個筒體，也可以用多個筒體組成筒中筒、束筒，還可以將框架和筒體聯(lián)合起來組成框筒結構?！搀w結構在各個方向的抗側剛度都很大，是目前高層建筑中較多采用的結構形式?？蛲彩巧蟼€世紀60年代由美國工程師法盧齊－坎恩第一次提出來的。

請看筒體結構組成

其它結構還有殼體結構、網架結構、懸索結構等等，它們大多用于大跨度結構中。第一章總論1.1建筑結構的分類91.2各種建筑結構特點及應用情況一.鋼筋混凝土結構

第一章總論1.2各種建筑結構特點及應用情況1.鋼筋混凝土的組成：鋼筋+混凝土(混凝土:現(xiàn)代主要的人造工程結構材料)2.兩種材料的基本力學特性：

鋼筋——抗拉與抗壓強度較高，破壞時表現(xiàn)出較好的延性；

混凝土——抗壓強度高，抗拉強度遠低于其抗壓強度（之比約為10%，破壞時具有明顯的脆性性質）10第一章總總論論1.2各種建筑筑結構特特點及應應用情況況4.關于鋼筋筋混凝土土梁與素素混凝土土梁的比比較試驗驗：（1）試驗情情況介紹紹：同條條件下的的對比試試驗；請看素混混凝梁實實驗（40秒)請看鋼筋筋混凝土土梁實驗驗(2分）3.配筋的基基本原則則：使鋼筋在在結構中中處于受受拉；使使混凝土土在結構構中處于于受壓。。素混凝土土梁—承載力低低，一開開裂即告告破壞，，破壞前前無預兆兆（為脆脆性）；；鋼筋混凝凝土梁—承載力高高，混凝凝土開裂裂后，其其承擔的的拉應力力轉移到到鋼筋。請看圖片片（2）試驗結結果小結結：11第一章總總論論1.2各種建筑筑結構特特點及應應用情況況⑴鋼筋和混凝土土之間存在有有良好的粘結結力，在荷載作用下，可可以保證兩種種材料協(xié)調變變形，共同受受力；⑵鋼筋與混凝土土具有基本相相同的溫度線線膨脹系數（鋼材為1.2×10-5，混凝土為(1.0~1.5)×10-5），因此當溫度變變化時，兩種種材料不會產產生過大的變變形差而導致兩者者間的粘結力力破壞。5.鋼筋與混凝土土共同工作的的條件：鋼筋（材）和和混凝土兩種種材料的物理理力學性能很很不相同，他他們可以結合合在一起共同同工作，是因因為：12第一章總總論1.2各種建筑結構構特點及應用用情況6.配筋的基本要求：（1）鋼筋的布置置（即在結構構中的位置））和數量由計計算確定；（2）在鋼筋的端端部應有錨固固長度或彎鉤鉤（常稱為構構造要求）。137混凝土結構的的優(yōu)缺點：優(yōu)點⑴材料利用用合理：鋼筋和混凝土土的材料強度度可以得到充充分發(fā)揮，結結構承載力與與剛度比例合合適，基本無無局部穩(wěn)定問問題，單位應應力價格低，，對于一般工工程結構，經經濟指標優(yōu)于于鋼結構。⑵可模性好好：混凝土可根據據需要澆筑成成各種性質和和尺寸，適用用于各種形狀狀復雜的結構構，如空間薄薄殼、箱形結結構等。⑶耐久性和和耐火性較好好，維護費用用低：鋼筋有混凝土土的保護層，，不易產生銹銹蝕，而混凝凝土的強度隨隨時間而增長長；混凝土是是不良熱導體體，30mm厚混凝土保護護層可耐火2小時，使鋼筋不致致因升溫過快快而喪失強度度。第一章總總論1.2各種建筑結構構特點及應用用情況14⑷現(xiàn)澆混凝凝土結構的整整體性好：通過合適的配配筋，可獲得得較好的延性性，適用于抗抗震、抗爆結結構；同時防防振性和防輻輻射性能較好好，適用于防防護結構。⑸剛度大、、阻尼大：有利于結構的的變形控制。。⑹易于就地地取材：混凝土所用的的大量砂、石石，易于就地地取材，近年年來，已有利利用工業(yè)廢料料來制造人工工骨料，或作作為水泥的外外加成分，改改善混凝土的的性能。第一章總論論1.2各種建筑結構構特點及應用用情況15缺點：⑴自重大：：不適用于大跨跨、高層結構構。第一章總論論1.2各種建筑結構構特點及應用用情況⑵抗裂性差差：普通RC結構，在正常常使用階段往往往帶裂縫工工作，環(huán)境較較差(露天、沿海、、化學侵蝕)時會影響耐久久性；也限制制了普通RC用于大跨結構構，高強鋼筋筋無法應用。。⑶承載力有限：：在重載結構和和高層建筑底底部結構，構構件尺寸太大大，減小使用用空間。⑷施工復雜雜，工序多（支模、綁鋼鋼筋、澆筑、、養(yǎng)護），工期長，施工工受季節(jié)、天天氣的影響較較大。⑸混凝土結構一一旦破壞，其其修復、加固固、補強比較較困難。168混凝土結構的的發(fā)展與應用用概況混凝土結構的的開始應用于于土木工程距距今僅150多年。1824年英國人阿斯斯普丁(J.Aspdin)發(fā)明硅酸鹽水水泥。1849年法國人朗波波(L.Lambot)制造了第一只只鋼筋混凝土土小船。1872年在紐約建造造第一所鋼筋筋混凝土房屋屋。與磚石結構、、鋼木結構相相比，混凝土土結構的歷史史并不長，但但發(fā)展非常迅迅速，是目前前土木工程結結構中應用最最為廣泛結構構，而且高性能混凝土土和新型混凝土結結構形式還在不斷斷發(fā)展。第一章總論論1.2各種建筑結構構特點及應用用情況17第一階段：從鋼筋混凝土土的發(fā)明至上上世紀初鋼筋和混凝土土的強度都比比較低。主要用于建造造中小型樓板板、梁、柱、、拱和基礎等等構件。第一章總總論1.2各種建筑結構構特點及應用用情況混凝土結構的的發(fā)展在結構方面：目前，鋼筋筋混凝土結構構向大跨度、、高層發(fā)展在材料方面：向高強、輕輕質、耐久、、抗震的方向向發(fā)展。18第一章總總論1.2各種建筑結構構特點及應用用情況第二階段：從上世紀20年代到第二次次世界大戰(zhàn)前前后混凝土和鋼筋筋強度的不斷斷提高。1928年法國杰出的的土木工程師師E.Freyssnet發(fā)明了預應力力混凝土，使使得混凝土結結構可以用來來建造大跨度度19第一章總總論1.2各種建筑結構構特點及應用用情況第三階段：二戰(zhàn)以后到現(xiàn)現(xiàn)在隨著建設速度度加快，對材材料性能和施施工技術提出出更高要求，，出現(xiàn)裝配式式鋼筋混凝土土結構、泵送送商品混凝土土等工業(yè)化生生產技術。高強混凝土和和高強鋼筋的的發(fā)展、計算算機的采用和和先進施工機機械設備的發(fā)發(fā)明，建造了了一大批超高高層建筑、大大跨度橋梁、、特長跨海隧隧道、高聳結結構等大型工工程，成為現(xiàn)現(xiàn)代土木工程程的標志。20二.砌體體結結構構第一一章章總總論論1.2各種種建建筑筑結結構構特特點點及及應應用用情情況況1.砌體體結結構構的的組組成成：：砌塊塊＋＋砂砂漿漿2.材料料的的基基本本力力學學特特性性：：砌體體抗抗壓壓強強度度較較高高，，但但抗抗拉拉強強度度很很低低；；3.砌體體結結構構的的優(yōu)優(yōu)缺缺點點：優(yōu)點點：較易易就就地地取取材材、、具具有有很很好好的的耐耐火火性性，，以以及及較較好好的的化化學學及及大大氣氣穩(wěn)穩(wěn)定定性性、、成成本本低低較較經經濟濟。。缺點點：：自重重大大，，強強度度低低、、砌砌筑筑工工作作繁繁重重、、砂砂漿漿和和砌砌塊塊的的粘粘結結力力較較弱弱、、占占用用農農田田，，影影響響環(huán)環(huán)境境。21第一一章章總總論論1.2各種種建建筑筑結結構構特特點點及及應應用用情情況況（1）發(fā)發(fā)展展：：歷史史悠悠久久：：考考古古資資料料表表明明，，我我國國在在新新石石器器時時代代末末期期（（約約6000－4500年前前）），，已已有有地地面面木木架架建建筑筑和和木木骨骨泥泥墻墻建建筑筑。。分為為三三個個階階段段：：第一一階階段段：：在清清朝朝末末年年，，19世紀紀中中葉葉以以前前主要要以以城城墻墻、、佛佛塔塔和和少少數數磚磚砌砌重重型型穹穹拱拱佛佛殿殿以以及及石石橋橋等等。。代表表有有萬里里長長城城、南南京京靈靈谷谷寺寺無無梁梁殿殿后后面面走走廊廊的的磚磚砌砌穹穹窿窿、、河北北趙趙縣縣的的趙州州橋橋。4.砌體體結結構構在在我我國國的的的的發(fā)發(fā)展展與與應應用用情情況況：22第一一章章總總論論1.2各種種建建筑筑結結構構特特點點及及應應用用情情況況第三三階階段段：：解放后到現(xiàn)在在在原有基礎上上有了長足的的進步。無論論在橋梁、房房屋，且在新結構、新技技術方面也有有了很大的發(fā)發(fā)展，并建立立了具有我國國特色的結構設設計計算理論論。第二階段：19世紀中葉到解解放前砌體材料主要要還是粘土磚磚，由于在封封建及后來的的半殖民地半封建制度下下，磚石結構構的實踐和理理論發(fā)展緩慢慢。（2）發(fā)展趨勢：：高強、空心、、薄壁大板和和配筋砌體等等。23三.鋼結構第一章總總論1.2各種建筑結構構特點及應用用情況1.鋼結構的特點點：優(yōu)點：（1）強度高、強強重比大；塑塑性、韌性好好；（2）材質質均勻勻，符符合力力學假假定，，安全全可靠靠度高高；（3）工廠廠化生生產，，工業(yè)業(yè)化程程度高高，施施工速速度快快；缺點：：鋼結構構耐熱熱不耐耐火；；易銹銹蝕，，耐腐腐性差差。24第一章章總總論論1.2各種建建筑結結構特特點及及應用用情況況2.鋼結構的應應用：（1）重型結構構及大跨度度建筑結構構；（2）多層、高高層及超高高層建筑結結構；（3）輕鋼結結構；（4）塔桅等等高聳結結構；（5）鋼－混混凝土組組合結構構。我國是最最早應用用鋼結構構的國家家，但是是歷史的的原因致致使現(xiàn)代代建筑鋼鋼結構的的應用及及發(fā)展與與發(fā)達國國家相比比，已有有相當大大的差距距。254鋼結構的初始缺陷幾何缺陷：初彎曲初傾斜桿件長度誤差材料缺陷：鋼材并非理想的勻質體和各向同性體本章目目錄錄第一章總總論論工廠制造：驗收、放樣、加工、裝配、矯正、除銹和涂漆工地安裝：擴大拼裝、吊裝就位、臨時固定、最后固定3鋼結構的建造過程1.2各種建筑筑結構特特點及應應用情況況5鋼結構的發(fā)展發(fā)展低合金高強度鋼材和型鋼品種結構和構件設計計算方法的深入研究結構形式的革新結構優(yōu)化設計261.3建筑結構構基本理理論及設設計方法的發(fā)發(fā)展一.結構設計計方法的的發(fā)展過過程1.彈性理論論為基礎礎的容許許應力設設計方法法2.破壞階段段設計方方法3.極限狀態(tài)態(tài)設計方方法4.概率設計計法：以近似概概率為基基礎的極極限狀態(tài)設計計法。未來：全概率設設計法、、生命全全過程設設計法第一章總總論論1.3建筑結構構基本理理論及設設計方法法的發(fā)展展27二.我國現(xiàn)行行結構設設計規(guī)范范（部分分）《建筑結構構可靠度度設計統(tǒng)統(tǒng)一標準準》GB50068-2001《建筑結構構荷載規(guī)規(guī)范》GB5009-2001《混凝土結結構設計計規(guī)范》GB50010-2002《砌體結構構設計規(guī)規(guī)范》GB50003-2001《鋼結構設設計規(guī)范范》GB50017-2003。設計人員員必須遵遵照各種種結構類類型設計規(guī)范范或規(guī)程程進行設計計。各種設計計規(guī)范或或規(guī)程是是具有約約束性和和立法性性的文件件，其目目的是使工程程結構的的設計在在符合國國家經濟濟政策的的條件下下，保證證設計質量和工工程項目目的安全全可靠。。注意在學學習中，，有關基基本理論論的應用用最終都都要落實實到規(guī)范范的具體規(guī)定定。第一章總總論論1.3建筑結構構基本理理論及設設計方法法的發(fā)展展本章目目錄錄281.4建筑結構構課程的的要求、、注意的的問題一.要求1.掌握結構構材料的的力學性性能；2.掌握結構構設計的的基本原原則；3.熟悉結構設計計規(guī)范和其它它相應規(guī)范；；4.熟練基本的設設計計算、查查閱有關表格格和構造要求求；5.學會識讀結構構施工圖，正正確理解設計計意圖。第一章總總論1.4建筑結構課程程的要求、特特點及學習方方法291.4建筑結構課程程的要求、特特點及學習方方法第一章總總論1.應通過實習、、參觀等各種種渠道，了解解建筑物各構構件的受力特特點、結構布布置、結構構構造，從而來來積累感性認認識。二.學習中中應注注意的的問題題2.完成一一定量量的習習題有有助于于理解解和掌掌握本本課程程的內內容和和基本本概念念；按按要求求完成成單項項能力力訓練練和綜綜合能能力訓訓練，，在掌掌握知知識的的前提提下培培養(yǎng)職職業(yè)能能力。。30第一章章緒緒論論1.4建筑結結構課課程的的要求求、特特點及及學習習方法法3.建筑結結構材材料的的力學學性能能、結結構構構件的的內力力計算算與建建筑材材料、、建筑筑力學學課程程密切切相關關，建建筑結結構課課程是是建筑筑施工工、建建筑施施工項項目管管理、、地基基與基基礎等等課程程的基基礎課課程。。因此此學好好本課課程，，有助助于理理解和和學好好其他他課程程。4.建筑筑結結構構構構件件的的計計算算方方法法，，大大部部分分是是建建立立在在實實驗驗的的基基礎礎上上，，特特別別是是混混凝凝土土和和砌砌體體構構件件，，由由于于所所用用材材料料的的物物理理力力學學性性能能的的復復雜雜性性，，對對實實驗驗的的依依賴賴性性很很強強。。學學習習中中要要特特別別注注意意計計算算公公式式的的適適用用范范圍圍和和限限制制條條件件。。31第一一章章緒緒論論1.4建筑筑結結構構課課程程的的要要求求、、特特點點及及學學習習方方法法5.本課程中中涉及眾眾多的構構造措施施與結構構計算，，它們在在課程中中有著同同等重要要的地位位。各種種構造措措施是長長期科學學實驗和和工程實實踐經驗驗的總結結，是對對結構計計算中未未考慮到到的因素素所采取取的技術術措施。。工程事事故常常常是由于于不重視視構造措措施或構構造措施施不當而而發(fā)生的的。因此此在學習習中要充充分重視視構造措措施和構構造處理理，并注注意弄清清其中的的道理。。32第一章章緒緒論論6.建筑結結構設設計規(guī)規(guī)范、、規(guī)程程是多多年來來建筑筑科學學研究究成果果和工工程實實踐經經驗的的總結結，是是國家家頒布布的技技術規(guī)規(guī)定和和標準準，已已具有有某些些法律律性質質，設設計、、施工工、工工程管管理人人員應應嚴格格遵守守和執(zhí)執(zhí)行。。在學學習本本課程程時，，自覺覺查閱閱、熟熟悉有有關規(guī)規(guī)范，，以便便于工工作中中應用用。1.4建筑結結構課課程的的要求求、特特點及及學習習方法法33第一章章緒緒論論1.4建筑結結構課課程的的要求求、特特點及及學習習方法法三.本課程程的教教學環(huán)環(huán)節(jié)1.課堂教教學及及討論論；2.教學試試驗；；（實實驗錄錄像））3.單項能能力訓訓練；；（在在課堂堂或課課后））4.綜合能能力訓訓練（（專題題訓練練、課課程設設計））；5.工程經經驗積積累（（自行行安排排）。本章章目目錄錄作業(yè)思考題34◆容許應應力設設計法法◎鋼筋混混凝土土結構構的受受力性性能不不是彈彈性的的；◎結構中中一點點達到到容許許應力力，結結構即即認為為失效效；◎沒有考考慮結結構功功能的的多樣樣性要要求；；◎安全系數是憑憑經驗確定的的，缺乏科學學依據。35◆破損階段設計計法整個截面達到到極限承載力力才認為失效效，考慮了材材料塑性和強強度的充分發(fā)發(fā)揮，極限荷荷載可以直接接由試驗驗證證，構件的總總安全度較為為明確?！虻踩禂礙仍然憑經驗確定，，◎沒有考慮結構構功能的多樣樣性要求的問問題。36◆極限狀態(tài)設計計法除要求對承載載力極限狀態(tài)態(tài)進行設計外外，還包括的的撓度和裂縫縫寬度（適用用性）的極限限狀態(tài)的設計計。對于承載力極極限狀態(tài)，針針對荷載、材材料的不同變變異性，不再再采用單一的的安全系數，，而采用的多多系數表達，，◎材料強度fck和fsk是根據統(tǒng)計后后按一定保證證率取其下限限分位值，反反映的材料強強度的變異性性。◎荷載值qik也盡可能根據據各種荷載的的統(tǒng)計資料，，按一定保證證率取其上限限分位值。◎荷載系數kqi，材料強度系數數kc和ks仍按經驗確定定，但對于不不同荷載的變變異大小，可可取不同的荷荷載系數。37◆以概率理論為為基礎的極限限狀態(tài)設計法法由于實際結構構中的不確定定性，因此無無論如何設計計結構，都會會有失效的可可能性存在，，只是可能性性大小不同而而已。為了科學定量量的表示結構構可靠性的大大小，采用概概率方法是比比較合理的。。失效概率越小小，表示結構構可靠性越大大。因此，可可以用失效概概率來定量表表示結構可靠靠性的大小。。結構可靠性的的概率度量稱稱為結構可靠度。當失效概率Pf小于某個值時時，人們因結結構失效的可可能性很小而而不再擔心，，即可認為結結構設計是可可靠的。該失失效概率限值值稱為容許失效概率率[Pf]。失效概率Pf=P(S>R)383940