建筑結構緒論修改PPT課件.pptVIP

1 建筑結構基本原理 土木建筑學院土木系高秋梅 2 1 1建筑結構與建筑的關系1 2建筑結構的分類 特點及應用情況1 3本課程的任務和學習方法 第一章概論 3 1 建筑 建筑物和構筑物的通稱 2 建筑物 人們社會生活和生產(chǎn)的環(huán)境 如住宅 廠房 3 構筑物 一般不直接進入其間進行生活和生產(chǎn)的空間 如煙囪 水塔等 1 1建筑結構與建筑的關系 一 基本概念 4 4 建筑的基本要素 適用美觀強度 取決于組成建筑物的物質(zhì)技術條件 即結構 為建筑存在的基礎 沒有結構就沒有建筑 最基本特征 建筑形象 使人產(chǎn)生的美學感受 滿足建筑實用功能要求 最基本特性 5 5 建筑結構 建筑物的空間承重骨架系統(tǒng) 是由若干個構件單元 按照一定組成規(guī)則 通過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 構件 承重結構中有著獨立的力學功能的基本單元 它們是固定在一起的 彼此間除由于應變有微量位移外 沒有相對運動 如多層建筑結構的基本構件有板 梁 墻 柱 基礎等 還有常用的由桿件 拱和殼體組成的結構 6 建筑設計是按照建筑功能的要求 運用力學原理 材料性能 結構造型 設備配置 施工方法 建筑經(jīng)濟等專業(yè)知識 并與人文理念 藝術感觀相融合 經(jīng)過不斷加工 精心雕琢的創(chuàng)作過程 建筑結構與建筑藝術的統(tǒng)一 建筑師是 統(tǒng)領 二 建筑結構與建筑的關系 7 作為一名建筑師 懂得建筑結構知識 還可以從材料性能和結構的造型能力中得到啟迪與構思 創(chuàng)造出新型的 壯觀的建筑 8 2020 3 21 8 這是一個鋼筋混凝土的梁板結構 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 但又不是簡單的統(tǒng)一 建筑師利用混凝土的可模性對挑梁作了藝術加工 在支座附近挖了一個孔 既減輕了結構自重 受力也合理了 同時獲得了較好的藝術效果 意大利佛羅倫薩運動場大看臺 意大利建筑師奈爾維 一個技術上完善的作品 有可能在藝術上效果甚差 但是 無論是古代還是現(xiàn)代 卻沒有一個從美學觀點上是公認的杰作而在技術上卻不是一個優(yōu)秀作品的 著名建筑工程大師P L 奈爾維 9 三 建筑結構基本構件 水平構件 梁 板等 用以承受豎向荷載 基礎 其作用是將建筑物承受的荷載傳至地基 豎向構件 柱 墻等 其作用是支承水平構件或承受水平荷載 10 1 受彎構件 M V 板 板的長 寬兩方向的尺寸遠大于其高度 梁 梁的截面寬度和高度尺寸遠小于其長度尺寸 11 墻 墻的長寬兩方向尺寸遠大于其厚度 荷載作用方向與墻面平行 作用效應主要為受壓 2 受壓 拉 構件 M N V 12 柱 屬于豎向承重構件 主要承受梁傳來的壓力以及柱自重 柱的截面尺寸遠小于其高度 荷載作用方向與柱軸線平行 13 桁架 截面尺寸遠小于其長度的構件 主要承受軸向壓力或拉力 組成平面桁架或空間網(wǎng)架 平面桿系結構由剛性二力桿通過鉸接連接而成 14 多為彎剪扭構件 3 受扭構件 M N V T 15 一 按照結構層數(shù)分類 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24m者為高層 不包括高度超過24m的單層主體建筑 3 建筑物高度超過100m時 不論住宅或公共建筑均為超高層 1 2各種建筑結構分類 特點及應用情況 高層建筑混凝土結構技術規(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構 16 高層建筑的分類 世界高層建筑委員會1972年建議 將高層建筑劃分為以下四類 第一類 9 16層 高度不超過50m 第二類 17 25層 高度不超過75m 第三類 26 40層 高度不超過100m 第四類 40層以上 高度100m以上 17 高層建筑結構特點 高層建筑中 水平荷載和地震作用對結構設計起著決定性的作用 18 二 按所用材料的不同分為 1混凝土結構 以混凝土為主要材料的結構 2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 6組合結構 鋼 混凝土組合結構 鋼管混凝土等 19 1 混凝土結構 主要以混凝土材料 并根據(jù)需要配置鋼筋 預應力筋 鋼骨 鋼管等 作為主要承重材料的結構 均可稱為混凝土結構 ConcreteStructure 素混凝土結構 鋼筋混凝土結構 預應力混凝土結構 纖維增強塑料混凝土 20 素混凝土結構 PlainConcrete 1 混凝土結構分類 21 鋼筋混凝土結構 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 鋼筋綁扎并預埋管線 24 4 預留管道 5 澆筑混凝土 25 6 混凝土養(yǎng)護 7 拆模板 26 預應力混凝土結構 PrestressedConcrete 27 纖維增強塑料混凝土 FiberReinforcedPlastic 28 2 混凝土結構的優(yōu)缺點 優(yōu)點1 材料利用合理 2 可模性好 3 耐久性和耐火性較好 維護費用低 鋼筋有混凝土的保護層 不易產(chǎn)生銹蝕 而混凝土的強度隨時間而增長 混凝土是不良熱導體 30mm厚混凝土保護層可耐火2小時 使鋼筋不致因升溫過快而喪失強度 4 現(xiàn)澆混凝土結構的整體性好5 剛度大 阻尼大6 易于就地取材 29 缺點 1 自重大 不適用于大跨 高層結構 2 抗裂性差 普通RC結構 在正常使用階段往往帶裂縫工作 環(huán)境較差 露天 沿海 化學侵蝕 時會影響耐久性 也限制了普通RC用于大跨結構 高強鋼筋無法應用 3 承載力有限 在重載結構和高層建筑底部結構 構件尺寸太大 減小使用空間 4 施工復雜 工序多 支模 綁鋼筋 澆筑 養(yǎng)護 工期長 施工受季節(jié) 天氣的影響較大 5 混凝土結構一旦破壞 其修復 加固 補強比較困難 輕骨料混凝土 纖維混凝土 高性能混凝土 自密實混凝土 纖維加固混凝土 30 2 砌體結構 1 砌體結構的組成 塊體 砂漿 2 材料的基本力學特性 砌體抗壓強度較高 但抗拉強度很低 3 砌體結構的優(yōu)缺點 優(yōu)點 較易就地取材 具有很好的耐火性 以及較好的化學及大氣穩(wěn)定性 成本低較經(jīng)濟 缺點 自重大 強度低 抗震性能差 砌筑工作繁重 砂漿和砌塊的粘結力較弱 占用農(nóng)田 影響環(huán)境 31 萬里長城 32 趙州橋 33 3 鋼結構 1 鋼結構的特點 輕質(zhì)高強 塑性韌性好 材質(zhì)均勻 各相同性 可焊性好 制作簡便 施工工期短 鋼材容易銹蝕 對鋼結構必須注意防護 特別是薄壁構件 密閉性較好 鋼材的低溫脆性 鋼材耐熱但不耐火 34 2 鋼結構的應用 1 重型結構及大跨度建筑結構 2 多層 高層及超高層建筑結構 3 輕鋼結構 4 塔桅等高聳結構 5 鋼 混凝土組合結構 35 36 37 倫敦千年穹頂 日本明石海峽大橋 38 39 鋼骨混凝土結構 SteelReinforcedConcrete EncasedConcrete 4 組合結構 CompositeStructure 40 鋼管混凝土結構 ConcreteFilledTube 可利用箍筋約束混凝土來提高混凝土的抗壓強度 甚至直接采用鋼管來約束混凝土 41 鋼管混凝土結構工程實例 美國西雅圖雙聯(lián)廣場大廈58層四根大鋼管混凝土柱混凝土抗壓強度133Mpa直徑3 05m管壁厚30mm承受60 豎向荷載 42 鋼 混凝土混合結構 CompositeStructure HybridStructure 43 1單層大跨度房屋結構2混合結構3框架結構4剪力墻結構5框架 剪力墻結構6筒體結構7其他形式結構 三 按結構體系分類 44 1 單層大跨度房屋結構 1 排架結構單層廠房 排架結構由屋架或屋面梁 柱和基礎組成 柱與屋架鉸接 而與基礎剛接 廣泛應用于單層廠房 排架結構傳力明確 構造簡單 施工也較方便 進行排架內(nèi)力分析時 通常可將屋架或屋面梁簡化為與柱頂鉸接剛度無限大的鏈桿 45 46 a 無鉸剛架 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 交接處形成剛結點 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 整個剛架呈 門 形 故稱為門式剛架 現(xiàn)在已有相應的國家標準圖 鋼結構門式鋼架跨度可達75m 2 剛架結構 47 48 3 拱結構 拱是一種從古到今廣泛應用的結構體系 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 無鉸拱 雙鉸拱 三鉸拱 拱的最大特點是產(chǎn)生水平推力 也是區(qū)別于梁的重要標志 主要內(nèi)力為壓力 受力性能好 能夠充分利用材料強度 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 最大跨度已達到200m以上 49 50 2 混合結構 主要承重構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構 或木結構 而墻 柱基礎等豎向承重構件采用砌體材料 結構布置方案 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框架結構體系 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構體系 一 建筑結構的概念及分類 優(yōu)點 建筑室內(nèi)空間布置靈活 平面和立面變化豐富 缺點 在水平荷載作用下 結構的側(cè)向剛度較小 水平位移較大 故稱其為柔性結構體系 框架結構抗震性能較差 適用于非抗震設計 層數(shù)較少 建造高度不超過60m的建筑中 經(jīng)濟層數(shù)為10層左右 房屋的高寬比5 7為宜 52 4框架 剪力墻結構體系 在抗架結構內(nèi)同時增設一些抗側(cè)剛度很大的墻體 大大提高了房屋結構抵抗水平側(cè)移的能力 一 建筑結構的概念及分類 水平荷載主要由剪力墻來承受 從受力特點看 由于框剪結構中的剪力墻側(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 以上用剪力墻來承擔 在水平荷載作用下 框剪結構的整體變形為彎剪形 53 適用范圍 剪力墻結構適用于40層以下的高層旅館 住宅等房屋 其適用高度見表 利用建筑物的鋼筋混凝土墻體作為抗側(cè)力構件并同時承受豎向荷載的結構體系 一 建筑結構的概念及分類 優(yōu)點 結構整體性好 剛度大 抗側(cè)力性能好 同時抗震性能也較好 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層的房屋中應用較為泛 缺點 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 剪力墻結構體系 54 55 框支剪力墻結構 框支剪力墻 是指在框架 剪力墻結構 在轉(zhuǎn)換層的位置 上部布置剪力墻體系 部分剪力墻應落地 一般多用于下部要求大開間 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 剪力墻結構抗震性能差 造價高 應盡量避免采用 框支剪力墻能滿足現(xiàn)代建筑不同功能組合的需要 當結構設計不可避免此種結構型式 應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筒體結構體系 適用于層數(shù)超過40 50層時的超高層建筑 57 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 筒體結構在各個方向的抗側(cè)剛度都很大 是目前高層建筑中較多采用的結構形式 d 成束筒結構 c 多重筒結構 a 框架 筒體結構 b 筒中筒結構 58 SearsTower108層 高度443m 上海商貿(mào)大廈 框筒結構 筒中筒結構 束筒 多筒 結構 59 上海金茂大廈88層 建筑高度420 5m 建筑面積28 9萬平方米 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SOM設計事務所設計 框架 筒體結構 60 7 其他型式結構 1 薄殼結構 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)生明顯的彎曲應力 但可以承受曲面內(nèi)的軸力和剪力 61 2 網(wǎng)架結構 由平面桁架發(fā)展起來的一種空間受力體系 為多次超靜定結構 在節(jié)點荷載作用下 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 簡稱網(wǎng)架 外形呈曲面狀的叫曲面網(wǎng)架 簡稱網(wǎng)殼 桿件多為鋼管或角鋼制作 其節(jié)點為空心球節(jié)點或鋼板焊接節(jié)點 62 63 3 懸索結構 由柔性受拉索及其邊緣構件所形成的承重結構 由索網(wǎng) 側(cè)邊構件和下部支承結構組成 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 主要用于橋梁結構 用于體育館則適用于大跨度建筑物 如體育館 影劇院等 64 懸索橋的主要缺點是剛度小 在荷載作用下容易產(chǎn)生較大的撓度和振動 需注意采取相應的措施 65 2000年建成的倫敦 千年穹頂 屋蓋采用圓球形的張力膜結構 膜面支承在72根輻射狀的鋼索上 其截面為2 32 這些鋼索則通過間接25m的斜拉吊索與系索為桅桿所支撐 吊索與系索同時對桅桿起穩(wěn)定作用 66 4 折板結構 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構 這種折板也可作為垂直構件的墻體或其他承重構件使用 67 1 3本課程的任務和學習方法 鋼筋混凝土結構 砌體結構 鋼結構 地基基礎 建筑結構抗震 建筑結構課程 68 1 了解建筑結構計算的基本原則 學習目的 2 掌握鋼筋砼結構 砌