土木工程專業(yè)英語課文翻譯(雷自學(xué)).docx

第一課人造建材建筑材料是用于建筑目的任何材料,許多自然形成的物質(zhì),如黏土、砂子、木材、巖石,甚至巖石和樹葉都用來建造房屋.除了天然材料之外,人們還使用許多人造材料,它們或多或少地都是人工合成的.建材生產(chǎn)已經(jīng)是許多國家的固有產(chǎn)業(yè),這些人工材料通常都按特定工種分類,如木工、管道工、屋面和保溫工程,此處涉及到的是用于居住和結(jié)構(gòu)的建筑材料.磚和砌塊磚是一種窖中燒制的塊材,通常由黏土或者頁巖,甚至低級泥土等制成.在軟泥制作法中,粘土磚是用模具成型；而在商業(yè)化硬泥加工法中,更多的是將粘土擠壓過一個(gè)硬模,然后用鋼絲將其切成合適的尺寸.在17、18和19世紀(jì),磚曾被廣泛用作為建筑材料,這大概是因?yàn)槠湓诓粩鄵頂D的城市中比木材更耐火,而且較廉價(jià)的事實(shí).在20世紀(jì)晚期,另一種塊材取代了粘土磚,這就是所謂的煤渣砌塊,它們大都由混凝土制成.在發(fā)展中國家有一種重要的廉價(jià)建材稱為砂磚,與燒制粘土磚相比,其強(qiáng)度較低但卻更加廉價(jià).混凝土混凝土是一種復(fù)合材料,由骨料和粘結(jié)物（如水泥）制成.最常見的混凝土是波特蘭水泥,它是由礦物骨料、波特蘭水泥和水混合而成的.混合之后,水泥發(fā)生硬化反應(yīng),最終硬結(jié)成為一種像石頭一樣的材料.當(dāng)在一般意義上的使用時(shí),將這種材料稱為混凝土.對任意尺寸的混凝土結(jié)構(gòu),由于其抗拉強(qiáng)度很低,通常用鋼筋對其進(jìn)行加強(qiáng).為了盡可能的減少使混凝土結(jié)構(gòu)性能降低的氣泡,當(dāng)將具有流動(dòng)性的混凝土拌合料澆入鋼模時(shí),用振搗器將其排出.混凝土已經(jīng)是現(xiàn)代社會的主要建筑材料.混凝土造價(jià)低廉并且能夠長期支撐結(jié)構(gòu)物.金屬金屬用作為大型建筑物（如摩天大樓）的結(jié)構(gòu)框架,或者作為內(nèi)裝修材料.用于建材的金屬有很多種,鋼材是一種金屬合金,其主要成分為鐵,常用作為金屬結(jié)構(gòu)的建筑材料.鋼材強(qiáng)度高,柔性好,例如精制而成或者經(jīng)過處理,其耐久性亦好.若使用年限較長,銹蝕則是金屬的主要缺陷.鋁合金和錫合金的低密度和更好的耐銹蝕性有事抵消了其高成本,黃銅在過去更為常見,但是現(xiàn)在僅限于一些特殊場合.金屬廣泛應(yīng)用于預(yù)制結(jié)構(gòu)中,如匡西特活動(dòng)板房,在大多數(shù)大都市中其應(yīng)用比比皆是.生產(chǎn)金屬需要大量人力,特別是建筑業(yè)需要大量金屬時(shí)更是如此.其他用途的金屬有鈦、鉻、金和銀.鈦可以用于結(jié)構(gòu)物,但是其價(jià)格比鋼材高出許多.鉻、金和銀用于裝飾,這是因?yàn)樗鼈儍r(jià)格高而且結(jié)構(gòu)性能差,比如其抗拉強(qiáng)度和硬度都較低.玻璃自從有了覆蓋建筑物的小洞口的玻璃以來人們一直在使用明亮的窗戶.玻璃能使光線射入房間同時(shí)還能隔絕外界惡劣氣候.它通常是由硅和硅酸鹽混合制成,因而極易破碎.現(xiàn)代玻璃幕墻可以用來覆蓋整個(gè)建筑物表面,在空間框架中也可以玻璃來覆蓋大跨度屋面結(jié)構(gòu).陶瓷陶瓷制品有瓷磚和固定設(shè)備等,陶瓷最常用作為固定設(shè)備或建筑物表面裝飾.陶瓷曾經(jīng)是一種特殊的窯中燒制的粘土陶瓷,但是它已經(jīng)發(fā)展為一種技術(shù)含量更高的材料.塑料塑料這一術(shù)語包括一系列人造或者半人造有機(jī)縮合或聚合物,只要它們能模制或擠壓成為物體、膜或者纖維即可.其名來自于在半液態(tài)時(shí)的延展性.塑料的耐熱性、硬度和彈性千差萬別,結(jié)合此適應(yīng)性,塑料成分的一致性和其較輕的自重使其幾乎可以用于各行各業(yè).纖維織物帳篷曾經(jīng)是游牧民族住所首選,這其中包括兩種著名的形式,即圓錐形帳篷和蒙古包.隨著抗拉結(jié)構(gòu)的出現(xiàn),帳篷已經(jīng)發(fā)展成為以后總主要的結(jié)構(gòu)技術(shù).現(xiàn)代建筑物可由柔性材料制成,并由一種鋼纜體系或者內(nèi)部氣壓支撐.第二課抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度是使材料發(fā)生斷裂或者產(chǎn)生永久變形的應(yīng)力.材料的抗拉強(qiáng)度是一種延展特性,因此它并不取決于時(shí)間的尺寸.但是它取決于試件的制備、測試環(huán)境的溫度和材料溫度.抗拉強(qiáng)度以及彈性模量和抗銹蝕性都是用于各種結(jié)構(gòu)和機(jī)械裝置的工程材料的重要參數(shù),對于各種材料,如合金、復(fù)合材料、陶瓷、塑料盒木材等都規(guī)定了其抗拉強(qiáng)度.有三種抗拉強(qiáng)度屈服強(qiáng)度,是材料從彈性變形到塑性變形轉(zhuǎn)化時(shí)的應(yīng)力極限強(qiáng)度,是材料承受拉伸、壓縮或者剪切時(shí)可以承受的最大應(yīng)力,是應(yīng)力應(yīng)變曲線上的最大應(yīng)力斷裂強(qiáng)度,與應(yīng)以應(yīng)變曲線上的斷裂點(diǎn)相對應(yīng)的應(yīng)力各種抗拉強(qiáng)度如下面的低碳鋼的應(yīng)力應(yīng)變圖（Fig.T1.1a)所示：金屬材料在達(dá)到屈服點(diǎn)之前具有線性應(yīng)力應(yīng)變的關(guān)系.如圖Fig.T1.1a所示.由于應(yīng)力作用區(qū)的碳原子相互作用和錯(cuò)位,有一些鋼材在屈服強(qiáng)度后出現(xiàn)應(yīng)力下降現(xiàn)象.冷加工鋼材和合金鋼并無這種效果.大多數(shù)金屬的屈服點(diǎn)不是那么明確.應(yīng)力低于屈服強(qiáng)度是,在卸載之后變形可以完全恢復(fù),材料將返回到期初始形狀.如果應(yīng)力超過屈服點(diǎn),則變形就是不可恢復(fù)的,材料不會恢復(fù)到其最初始的形狀.這種不可恢復(fù)的變形稱為塑性變形.對于許多應(yīng)用來講,塑性變形是不能接受的,因而將屈服強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)極限強(qiáng)度.過了屈服點(diǎn)之后,鋼材和許多其他延性金屬將經(jīng)歷一段應(yīng)變硬化的過程,即在達(dá)到其極限強(qiáng)度之前隨著應(yīng)變的增長,應(yīng)力再次出現(xiàn)增長.如果材料是在這一點(diǎn)上卸荷,應(yīng)力應(yīng)變曲線將與起點(diǎn)和屈服點(diǎn)之間的曲線相平行.若是重新加載,它將會按照卸載曲線重新達(dá)到極限強(qiáng)度,并成為新的屈服強(qiáng)度.當(dāng)將金屬材料加載到其屈服強(qiáng)度之后,它將發(fā)生頸縮,即截面面積由于塑性流動(dòng)而開始減小.當(dāng)頸縮很大時(shí),可能導(dǎo)致工程應(yīng)力應(yīng)變曲線關(guān)系逆轉(zhuǎn)變化,即因?yàn)閹缀涡?yīng)而使應(yīng)力減少應(yīng)變增加.這是因?yàn)楣こ虘?yīng)力應(yīng)變是在假設(shè)發(fā)生頸縮前原橫截面積的基礎(chǔ)上算得的.如果此曲線是以真正的應(yīng)力和應(yīng)變描出,即真正的應(yīng)力是按減小后的截面修改后得到的,它將總是上升的而沒有下降段.在材料受壓加載中沒有觀察到頸縮現(xiàn)象.工程應(yīng)力應(yīng)變曲線的峰值應(yīng)力稱為極限強(qiáng)度.頸縮過后,材料將被拉斷,所儲蓄的彈性能量將以聲和熱的形式釋放出來.材料斷裂時(shí)的應(yīng)力稱為材料的抗拉強(qiáng)度.延性金屬?zèng)]有明確定義的屈服點(diǎn),通常將屈服強(qiáng)度定義為“0.2%殘余應(yīng)變”相對應(yīng)的應(yīng)力值.0.2%殘余應(yīng)變對應(yīng)的屈服強(qiáng)度可以通過殘余應(yīng)變?yōu)?.2%的橫坐標(biāo),以初始斜率畫平行直線與應(yīng)力應(yīng)變曲線的交點(diǎn)來確定.一條典型的鋁的0.2%殘余變形的應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖T1.1b所示.脆性材料比如混凝土和碳纖維是沒有屈服點(diǎn)的,沒有應(yīng)變硬化,這意味著最終的強(qiáng)度和斷裂強(qiáng)度是相同的.某一特殊的應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖T1.1c所示.典型的脆性材料不顯示任何的塑性變形,而且在彈性變形階段破壞.脆性破壞的特征之一是,這兩個(gè)部分可以被重新組合而形成與原始構(gòu)件相同的形狀.典型的脆性材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線是線性的.測試幾個(gè)相同的試件會有不同的破壞應(yīng)力.下面描述的是一典型的在高于玻璃轉(zhuǎn)化溫度以及低應(yīng)變率下所測試的脆性聚合物應(yīng)力應(yīng)變曲線.一些工程陶瓷在應(yīng)力低于破壞應(yīng)力是表現(xiàn)出較差的延性,但是曲線的初始部分是線性的.抗拉強(qiáng)度是用材料單位面積可以承受的力的大小來衡量的.在SI單位制中,單位是牛頓每平方米或者帕斯卡,可以加上適當(dāng)?shù)那熬Y.非十進(jìn)制單位是磅每平方英寸.北美工程師通常使用該協(xié)會的單位是兆帕.一兆帕是每平方英寸145.037738英鎊的力.對于例如巖石、砼、鑄鐵或土壤的脆性材料,抗拉強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度相比可以忽略不計(jì),許多工程應(yīng)用中假設(shè)為0.玻璃纖維比鋼具有更強(qiáng)的抗拉強(qiáng)度,但是大部分玻璃通常沒有,這是由于材料應(yīng)力強(qiáng)度因子缺陷.由于樣本尺寸較大,該缺陷大小也增加.一般說來,一個(gè)繩索抗拉強(qiáng)度總是比其單個(gè)纖維抗拉強(qiáng)度低.第三課梁梁是一種能夠通過抵抗彎曲變形來承受荷載的構(gòu)件.由于外部荷載、自重和外部反應(yīng)使梁產(chǎn)生彎曲的力都稱為彎矩.梁一般可以承受豎直方向的重力荷載,也能承受橫向荷載（例如由地震或風(fēng)引起的荷載）.由梁所承受的荷載被傳至柱、墻或大梁,大梁再將力傳至其附近的受壓結(jié)構(gòu)構(gòu)件.在輕型框架結(jié)構(gòu)中次梁安置在主梁上.梁的性能由它們的橫截面形狀長度和材料所決定.在現(xiàn)代建筑中,梁一般是由鋼材、鋼筋混凝土或木材制成.最常見的一種鋼梁是工字梁或者寬翼緣梁（也被稱為通用鋼梁）它們通常用在鋼結(jié)構(gòu)建筑或者橋梁結(jié)構(gòu)當(dāng)中.其他常見的梁的形狀還有槽型、箱型梁（空心結(jié)構(gòu)截面梁）、管型截面和L型彎矩的影響因素在本質(zhì)上講,由于施加在梁上的荷載,梁通常要承受壓力、拉力和剪力.一般而言,在重力荷載作用下,原梁上緣長度會略有減少而形成一較短的弧線,從而受壓；而同樣長度的原下緣則略有伸長而形成一較長的弧線,從而受拉.介于梁上緣和下緣中間部位的梁軸線的原廠與彎曲弧線長度相等,它既不受壓也不受拉,從而確定了中性軸的位置.在支撐處,梁承受剪力.有些鋼筋混凝土梁是完全受壓的.這些梁就是預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁,在制作時(shí)就希望它們在荷載作用下能夠產(chǎn)生壓力而不是拉力.先張拉高強(qiáng)度鋼筋,再將砼澆筑于其上,然后,當(dāng)混凝土開始養(yǎng)護(hù)時(shí),放松梁中的鋼筋,梁便受到偏心壓力的作用.這種偏心壓力時(shí)梁產(chǎn)生內(nèi)部彎矩,從而提高了梁的抗彎承載力.它們通常用在高速公路的橋梁中.梁的結(jié)構(gòu)分析的主要工具是歐拉伯努利梁方程.其他的確定梁的撓度的數(shù)學(xué)方法由虛功法和轉(zhuǎn)角位移法.工程師對確定梁的最大撓度最感興趣,因?yàn)榱河锌赡芘c玻璃之類的易碎材料接觸.出于美觀方面的考慮,梁的撓度要減小到最小.一個(gè)可見的下垂梁,即使在結(jié)構(gòu)上是安全的,也不能忽視,要避免產(chǎn)生較大的撓度.剛度較大的梁（更高的彈性模量）在荷載作用下產(chǎn)生的撓度更小.確定梁的應(yīng)力的數(shù)學(xué)方法有力矩分配法,柔度法和剛度法.一般形狀在鋼筋混凝土建筑物中,大多數(shù)梁的截面形狀是矩形,但是最有效的截面形式是通用梁.將大多數(shù)材料放置于距中性軸（對于通用梁來說就是其對稱軸）較遠(yuǎn)的位置增大了梁截面的二次矩,這反過來也增大了梁的剛度.在一個(gè)方向受彎時(shí),通用梁是最有效的截面形式：上下看起來都如工字型.如果柱子是在任何方向都受彎時(shí),最有效的截面形式是圓筒狀或者管狀.但對于單向受彎來說,通用梁就是首選.有效意味著對于相同的截面面積,當(dāng)承受相同的荷載時(shí),梁的撓度最小.梁的其他截面形式,例如L型梁、槽型梁或者管狀梁,當(dāng)工程中由特殊要求時(shí)也會使用.第六課結(jié)構(gòu)分析的基本原理結(jié)構(gòu)分析的主要目的是確定由外荷載引起的結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括以適當(dāng)?shù)姆椒ㄟx定結(jié)構(gòu)形式、確定荷載和構(gòu)件尺寸以便使所組成的結(jié)構(gòu)能在設(shè)計(jì)極限狀態(tài)內(nèi)支承各種荷載.結(jié)構(gòu)模型是對真實(shí)結(jié)構(gòu)的理想化.它盡可能準(zhǔn)確反映材料、結(jié)構(gòu)細(xì)部構(gòu)造、荷載及邊界條件的真實(shí)性能.結(jié)構(gòu)通常以三維形式出現(xiàn),對于不知規(guī)整的僅受對稱荷載作用的矩形結(jié)構(gòu),可以將其理想化為布置在正交軸上的二維框架.如果一個(gè)結(jié)構(gòu)的構(gòu)件處于同一平面,就稱為二維結(jié)構(gòu)或者平面結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)就是兩個(gè)或者更多構(gòu)件相連接的點(diǎn).梁是僅受到與其縱軸相交且只引起彎矩的荷載的構(gòu)件.拉桿就是僅受拉力作用的構(gòu)件,而柱式僅受軸向壓力作用的構(gòu)件.桁架是由設(shè)計(jì)成只受軸力作用的構(gòu)件所組成的結(jié)構(gòu)體系.如果結(jié)構(gòu)體系的節(jié)點(diǎn)能夠傳遞彎矩,則稱為框架,并假定其構(gòu)件既能承受彎矩,也能承受軸力和剪力.邊界條件鉸接點(diǎn)不傳遞力矩.假定它是無摩擦的,從而能使構(gòu)件相互轉(zhuǎn)動(dòng).滾軸支座能使與剛性表面所連接的構(gòu)件相對于此表面自由轉(zhuǎn)動(dòng),而且能沿著平行于此表面的任何一方向自由平動(dòng),但是不能沿著其他方向平動(dòng).固定支座不允許在任何方向上發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)或者平動(dòng).轉(zhuǎn)動(dòng)彈簧能提供一些轉(zhuǎn)動(dòng)約束,但是不能提供任何平動(dòng)約束.位移彈簧能在其變形方向上提供部分約束作用.荷載及反力量值和作用位置都不發(fā)生變化的荷載稱為永久荷載,也稱為恒載.它們可以包括結(jié)構(gòu)自重和其他一些荷載,如墻壁、樓面、屋面和永久荷載固定于結(jié)構(gòu)上的管道和設(shè)備.作用方向或者量值發(fā)生變化的荷載稱為可變荷載,常將它們稱為活荷載或者外加荷載,可包括由施工、風(fēng)、雨、地震、雪、爆炸和溫度變化等引起的荷載以及那些可以移動(dòng)的荷載,如家具和儲藏的材料.積水荷載由積累速度大于流離速度的雨水或者積雪在屋頂上產(chǎn)生的.風(fēng)荷載是作用于迎風(fēng)面的壓力或者作用于背風(fēng)面的壓力或者吸力.沖擊荷載是由突然施加的荷載或者由移動(dòng)荷載的變化引起的,通常取作為活荷載的一個(gè)分量.當(dāng)受外力作用時(shí),如果一個(gè)原來靜止的結(jié)構(gòu)受外力作用后仍保持靜止,則稱其處于靜力平衡狀態(tài),外力與支撐反力的合力為0.如果一個(gè)結(jié)構(gòu)在一個(gè)力系的作用下處于平衡,那么它必須滿足一下六個(gè)方程（T6.1）.以上方程的求和是關(guān)于x、y和z軸方向上所有的分力和彎矩進(jìn)行的.如果一個(gè)結(jié)構(gòu)僅受處于一個(gè)平面上的力的作用,以上方程簡化為（T6.2）.在固定支、鉸支座和滾軸支座上分別由三個(gè)、兩個(gè)和一個(gè)未知反力.對于一個(gè)特定結(jié)構(gòu),如果其總反力分量個(gè)數(shù)等于其可以列出的方程數(shù),則這些位置力便可以由平衡方程求出,并稱此結(jié)構(gòu)為靜定結(jié)構(gòu)；如果未知數(shù)的個(gè)數(shù)大于所能得到的方程數(shù),結(jié)構(gòu)便為超靜定結(jié)構(gòu)；否則,為不穩(wěn)定結(jié)構(gòu).結(jié)構(gòu)能支撐外界荷載的能力不但取決于反力分量的個(gè)數(shù)而且還取決于它們的排列.一個(gè)結(jié)構(gòu)可能有與可列出平衡方程相等或者更多的反力分量而并不穩(wěn)定,此時(shí)結(jié)構(gòu)稱為幾何不穩(wěn)定.疊加原理此原理認(rèn)為：如果一個(gè)結(jié)構(gòu)的性能為線彈性,則其上的作用力可以被分開或者分成任意方便的形式,并按照此形式對結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,且最終結(jié)果可由將這些單個(gè)結(jié)構(gòu)相加而得.此原理是用于計(jì)算像彎矩、剪力和撓度等的一些結(jié)構(gòu)反應(yīng).然而,以下兩種形式不適用疊加原理：1、當(dāng)加載后結(jié)構(gòu)的幾何形狀發(fā)生很大的變化,2、結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)力與應(yīng)變不成線性關(guān)系.第七課建筑框架分類對于建筑框架的設(shè)計(jì),定義各種框架體系有助于簡化分析模型.例如,對于框架及其支撐能用單一模型分析,因而沒有必要將它們分開.另一方面,對于設(shè)計(jì)不同的結(jié)構(gòu)體系之間相互作用的較復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu),簡化模型是有助于初步設(shè)計(jì)和計(jì)算結(jié)果的檢查.這些模型應(yīng)該能夠體現(xiàn)單個(gè)子結(jié)構(gòu)的性能以及他們對整個(gè)結(jié)構(gòu)的影響.剛架剛架的橫向剛度主要是通過由剛性節(jié)點(diǎn)相互連接的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗彎剛度.這些節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)必須使其具有足夠的強(qiáng)度和剛度,以及忽略不計(jì)的變形.變形必須足夠小,以便其對結(jié)構(gòu)內(nèi)力和彎矩或者結(jié)構(gòu)整體變形的分布無顯著影響.無支撐剛架應(yīng)在不依賴于額外橫向支撐系統(tǒng)來維持穩(wěn)定性前提下就可以抵抗側(cè)向荷載.這種框架本身必須能夠抵抗包括重力以及側(cè)向力在內(nèi)的一切設(shè)計(jì)荷載.同時(shí),在受到橫向風(fēng)或者地震荷載時(shí),它應(yīng)該由足夠的抗側(cè)移剛度抵抗側(cè)移.簡支框架（鉸接框架）鉸接框架是指結(jié)構(gòu)體系中的梁和柱通過鉸接來連接,體系不能抵抗任何側(cè)向荷載.整個(gè)結(jié)構(gòu)的整體性必須通過與其相連接的某種支撐體系來提供.橫向荷載由支撐體系來承擔(dān),而重力荷載由鉸接框架和支撐體系共同承擔(dān).在大多數(shù)情況下,支撐系統(tǒng)的橫向荷載影響非常小,框架設(shè)計(jì)中可以忽略二階效應(yīng).因此連接于支撐體系的簡單框架可以被歸類為無側(cè)移剛架.多層框架設(shè)計(jì)中可以采用鉸接的原因有以下幾條：1、鉸接框架更容易制作.對于鋼結(jié)構(gòu),只連接構(gòu)件腹板而不連接其翼緣更為方便.2、螺栓連接優(yōu)于焊接,主要是因?yàn)楹附油ǔＲ蠛缚p檢測、天氣保障以及表面處理.3、將結(jié)構(gòu)分為抗豎向荷載和抗水平方向荷載體系后,更容易對其進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析.例如,如果所有的柱子之間的大梁都采用簡支,簡支梁和柱子尺寸的確定將是一種直截了當(dāng)?shù)墓ぷ?4、為了有效減小水平位移,采用有支撐體系的簡支框架比采用剛性連接的無支撐框架體系更為經(jīng)濟(jì).實(shí)際結(jié)構(gòu)連接并不總是屬于鉸接或者剛性連接的范疇.事實(shí)上,實(shí)踐中所有的連接都是半剛性的.因此鉸接和剛接只是一種理想化的處理.現(xiàn)代設(shè)計(jì)規(guī)范允許使用的目前風(fēng)荷載彎矩設(shè)計(jì)概念中的半剛性框架設(shè)計(jì).在風(fēng)荷載彎矩設(shè)計(jì)中,假定該連接可以傳遞部分彎矩.支撐系統(tǒng)支撐系統(tǒng)是指可以為整個(gè)結(jié)構(gòu)體系提供橫向穩(wěn)定的結(jié)構(gòu),其形式可能是三角形桁架、剪力墻/核心筒或者是剛接框架.在鋼結(jié)構(gòu)中,常用三角形桁架來表示支撐體系,這是因?yàn)榕c節(jié)點(diǎn)自然連接的混凝土結(jié)構(gòu)不同,鋼構(gòu)件間最直接的連接方式就是將它們相互鉸接.因此,普通鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)有支撐系統(tǒng),以提供抗側(cè)移力.因此,除了如剪力墻或核心筒等剛性結(jié)構(gòu)外,一般僅采用三角形桁架做支撐.建筑物抵抗側(cè)向力的效能取決于其所采用的支撐體系的位置和類型、是否存在剪力墻、電梯井或樓梯井周圍的核心筒.支撐結(jié)構(gòu)與無支撐結(jié)構(gòu)的比較支撐系統(tǒng)的主要功能是抵抗側(cè)向力.建筑框架體系可以分為抵抗豎向荷載體系和抵抗水平荷載體系兩部分.在某些情況下,豎向承載體系也有一定的抵抗水平荷載的能力.因此,有必要確定兩種抗力的來源并比較其抵抗水平作用的能力.但是由于支撐體系是整體結(jié)構(gòu)的一部分,這種區(qū)別并不是那么明顯.為了比較二者,需要做出一些假設(shè)來定義這兩種結(jié)構(gòu).高層建筑高層建筑被唯一的定義為這樣一種建筑,其結(jié)構(gòu)導(dǎo)致在設(shè)計(jì)、施工和使用中出現(xiàn)與一般建筑不同的情況.從結(jié)構(gòu)工程師的角度看,合適的高層建筑結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的選擇必須滿足兩個(gè)重要條件：強(qiáng)度和剛度.高層建筑結(jié)構(gòu)必須能足以抵抗導(dǎo)致其水平方向剪切變形和傾覆變形的側(cè)向荷載和重力荷載.另一個(gè)重要的方面試在結(jié)構(gòu)規(guī)劃和布置時(shí),必須考慮到關(guān)于建筑細(xì)節(jié)、建筑物服務(wù)設(shè)施、垂直運(yùn)輸、防火安全以及其他方面的要求.結(jié)構(gòu)體系的效率是通過其抵抗更高的隨著框架高度而增加的側(cè)向荷載的能力來衡量.當(dāng)在一棟建筑物的設(shè)計(jì)中反映出側(cè)向荷載效應(yīng)時(shí),就認(rèn)為它是高層建筑.高層建筑的橫向位移必須加以限制,以防止結(jié)構(gòu)構(gòu)件和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的是損壞.在常遇的風(fēng)暴期間,樓頂?shù)募铀俣葢?yīng)維持在可以接受的限度內(nèi),以減少居住者的不舒適感.第八課建筑施工 在建筑和土木工程等領(lǐng)域，建設(shè)是一個(gè)過程，包括基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)或組裝。遠(yuǎn)不是一個(gè)單一的活動(dòng)，大規(guī)模的建設(shè)是多任務(wù)的壯舉。一般情況下，工作是由項(xiàng)目經(jīng)理管理，由施工經(jīng)理，設(shè)計(jì)工程師，建造師或項(xiàng)目建筑師監(jiān)督。 對于成功執(zhí)行一個(gè)項(xiàng)目的，有效的規(guī)劃是必不可少的。那些涉及有關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)計(jì)和執(zhí)行必須考慮工作對環(huán)境的影響，成功調(diào)度，預(yù)算，工地安全，材料供應(yīng)，物流不便而造成的施工延誤市民，準(zhǔn)備招標(biāo)文件等。筑施工是將結(jié)構(gòu)，以不動(dòng)產(chǎn)的過程中。建筑施工項(xiàng)目的絕大多數(shù)是小革新，比如增加了一個(gè)房間，或翻新的浴室。通常情況下，該物業(yè)的業(yè)主作為勞動(dòng)者，軍需官和設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)為整個(gè)項(xiàng)目。然而，所有的建筑項(xiàng)目包括一些共同的元素 - 設(shè)計(jì)，財(cái)務(wù)，法律等方面的考慮。大小不等的許多項(xiàng)目達(dá)到不良的最終結(jié)果，如建筑物倒塌，成本超支，和/或訴訟。出于這個(gè)原因，那些在該領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)做了詳細(xì)的計(jì)劃和維護(hù)項(xiàng)目中要小心，監(jiān)督，以確保取得積極的成果。 建筑施工采購私下或公開使用不同的交付方法，包括成本估算，硬投標(biāo)，議價(jià)，傳統(tǒng)，管理承包，施工管理，高風(fēng)險(xiǎn)，設(shè)計(jì)及建造和設(shè)計(jì) - 建造橋梁。 住宅建筑做法，技術(shù)和資源必須符合當(dāng)?shù)氐慕ㄖ?shí)踐權(quán)威的法規(guī)和規(guī)范。在該地區(qū)現(xiàn)有的材料一般規(guī)定使用（如磚與石材，木材與），建筑材料。建設(shè)對一個(gè)每平方米（或每平方尺）基礎(chǔ)的房子成本可根據(jù)現(xiàn)場情況，地方性法規(guī)，規(guī)模經(jīng)濟(jì)（定制設(shè)計(jì)的家園，往往更昂貴的建立）和熟練技工的情況相差很大。由于住宅建筑（以及所有其他類型的建筑）可產(chǎn)生大量的浪費(fèi)，精打細(xì)算又需要在這里。住宅建筑在美國最流行的方法是木框架結(jié)構(gòu)。由于效率的代碼已生效近幾年，新的建筑技術(shù)和方法已經(jīng)出現(xiàn)。大學(xué)建設(shè)管理部門對建設(shè)旨在提高效率，性能和減少建筑廢料的最新方法的最前沿。在現(xiàn)代工業(yè)化世界，建設(shè)通常需要翻譯的設(shè)計(jì)變成現(xiàn)實(shí)。正式的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)可以組裝計(jì)劃的物理程序，并將這些程序整合的其他部分。該設(shè)計(jì)通常包括圖紙和規(guī)格，通常通過一個(gè)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，包括測量師，土木工程師，造價(jià)工程師（或工料測量師），機(jī)械工程師，電氣工程師，結(jié)構(gòu)工程師，消防工程師，規(guī)劃顧問，建筑顧問，以及考古顧問。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)是最常見的（即合同）業(yè)主使用。在這個(gè)制度下，一旦設(shè)計(jì)是由設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)完成，一些施工企業(yè)或施工管理公司可能再被要求做一個(gè)申辦工作，無論是直接的設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，或圖紙和的基礎(chǔ)上，法案由工料測量師提供的數(shù)量。以下評標(biāo)，店主通常會授予的合同，最具成本效益的投標(biāo)人。 在設(shè)計(jì)現(xiàn)代的趨勢是整合原本分開的特色，尤其是大公司。在過去，建筑師，室內(nèi)設(shè)計(jì)師，工程師，開發(fā)人員，施工管理人員，以及總承包商更可能是完全獨(dú)立的公司，即使在規(guī)模較大的公司。目前，一個(gè)公司，名義上是一個(gè)“架構(gòu)”或“施工管理”公司可能存在的所有相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜业膯T工，或者有關(guān)聯(lián)的公司，提供每個(gè)必要的技能。因此，每一個(gè)這樣的公司可能會提供自己作為“一站式購物”的建設(shè)項(xiàng)目，從開始到結(jié)束。這被指定為在承包給出一個(gè)性能指標(biāo)，而且必須承擔(dān)該項(xiàng)目從設(shè)計(jì)到施工，同時(shí)秉承性能規(guī)格“設(shè)計(jì)建造”的合同。 幾個(gè)項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)可以幫助車主在這種整合，包括設(shè)計(jì)，建造，合作和施工管理。一般情況下，每個(gè)項(xiàng)目結(jié)構(gòu)允許所有者在整個(gè)設(shè)計(jì)和施工的建筑師，室內(nèi)設(shè)計(jì)師，工程師和施工人員的服務(wù)整合。對此，很多公司都在不斷增長超越了傳統(tǒng)的單獨(dú)設(shè)計(jì)或施工服務(wù)產(chǎn)品，并更加重視通過設(shè)計(jì)建造過程中建立與其他必要參與者的關(guān)系。 在加大建設(shè)項(xiàng)目的復(fù)雜性創(chuàng)造了必要培訓(xùn)，在項(xiàng)目生命周期的所有階段和發(fā)展建設(shè)作為需要許多子系統(tǒng)及其各個(gè)組成部分，包括可持續(xù)發(fā)展的緊密結(jié)合的先進(jìn)技術(shù)體系的欣賞設(shè)計(jì)的專業(yè)人士。建設(shè)工程是一門新興學(xué)科，它試圖滿足這一新的挑戰(zhàn)。第九課鋼筋混凝土鋼筋混凝土是在其中配置了鋼筋或者纖維來提高其強(qiáng)度的混凝土,否則它將是脆性材料.在工業(yè)化國家中幾乎所有的建筑用的混凝土都是鋼筋混凝土.歷史1864年,鋼筋混凝土作為建筑材料的首次應(yīng)用于威廉在英國所建造的一棟房子.1885年,一家德國公司W(wǎng)&F成立.W與1887年出版了一本關(guān)于鋼筋混凝土的書.他們在歐洲的主要競爭對手是成立1892年的FH公司.1878年,TH在美國取得了鋼筋混凝土的專利.美國的第一個(gè)鋼筋混凝土建筑是PCBC公司的煉油廠,它于1893年在加州阿拉梅達(dá)建成.結(jié)構(gòu)用途對混凝土配筋使其具有進(jìn)一步的抗拉強(qiáng)度,如果沒有鋼筋,許多建筑是不可能建成的.鋼筋混凝土包括多種類型的結(jié)構(gòu)和構(gòu)件,如板、墻、梁、柱、基礎(chǔ)、框架等等.鋼筋混凝土可分為預(yù)制混凝土和現(xiàn)澆混凝土.人們的注意力大都集中在對混凝土樓面系統(tǒng)的配筋上.設(shè)計(jì)和實(shí)施最有效的樓面系統(tǒng)是建造最佳建筑結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵.材料混凝土是水泥和骨料的混合物.當(dāng)混入少量水后,水泥就產(chǎn)生水化反應(yīng),形成一種微觀的不透明晶體結(jié)構(gòu),從而將骨料包裹并鎖定在其剛硬的結(jié)構(gòu)之中.典型的配合比的混凝土具有較高的抗壓強(qiáng)度.然而,任何較大的拉力將使剛硬的微觀晶格破裂.基于這個(gè)原因,一般無筋混凝土必須有充分的支撐以防拉力產(chǎn)生.如果將抗拉強(qiáng)度高的材料放置在混凝土內(nèi),那么復(fù)合材料鋼筋混凝土就不僅可以抵抗壓力,還可以抵抗彎矩和其他的張拉作用.工業(yè)中,幾乎可將混凝土抗壓而鋼筋抗拉的鋼筋混凝土澆筑成任何形狀和大小.主要特點(diǎn)鋼筋混凝土的三個(gè)物理特性決定了它的特殊性能.首先,混凝土的熱膨脹系數(shù)與鋼材的相近,可以消除因?yàn)闊崤蛎浕蛘呤湛s而產(chǎn)生的內(nèi)部應(yīng)力.其次,混凝土的水泥漿硬化時(shí),它與鋼筋外形相吻合,可以使兩種不同的材料之間傳遞有效的應(yīng)力.通常將鋼筋表面制成粗糙面或制成波紋,這可進(jìn)一步增強(qiáng)混凝土和鋼筋的粘結(jié)力.第三,由碳酸鈣所產(chǎn)生的堿性化學(xué)環(huán)境使鋼筋表面形成一種鈍化膜,從而使鋼筋比其在中性環(huán)境中的抗銹蝕性高得多.對一般鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),所需的相對鋼筋橫截面積通常都相當(dāng)小,其變化范圍從大部分梁板的1%到一些柱的6%.鋼筋通常采用不同直徑的橫截面積.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)有時(shí)具有一些構(gòu)造措施,如用于同風(fēng)的中空以及控制其水分和濕度防銹措施在潮濕和寒冷天氣下,受防凍劑作用的鋼筋混凝土道路和橋梁以及停車結(jié)構(gòu)以及其他結(jié)構(gòu)可得益于環(huán)氧涂層鋼筋、熱鍍鋼筋或不銹鋼鋼筋的使用.但在許多場合,良好的設(shè)計(jì)和精選的水泥拌合料就能對鋼筋起到足夠的保護(hù)作用.環(huán)氧樹脂密封鋼筋可容易地通過其淺綠色的環(huán)氧層加以識別.熱鍍鋼筋可能是光亮的或者灰暗的,不銹鋼鋼筋通常有典型的白色金屬光澤,從而能容易地將它與碳素鋼筋加以區(qū)分.熱鍍鋼筋、環(huán)氧樹脂密封鋼筋和不銹鋼鋼筋或光圓鋼筋可以參照美國的ASTM標(biāo)準(zhǔn)的A767規(guī)范,A775規(guī)范和A955規(guī)范.滲透性密封劑通常必須在養(yǎng)護(hù)一段時(shí)間后才能使用.密封劑包括油浸、塑料泡沫、薄膜和鋁箔、毛氈或者焦油密封過的布料.有時(shí)要用膨潤土密封路基.第十課混凝土的抗壓強(qiáng)度 混凝土硬化后的抗壓強(qiáng)度通常由在潮濕環(huán)境下養(yǎng)護(hù)28天后的標(biāo)準(zhǔn)試件來確定.這是歷史遺留的做法,因?yàn)樵S多研究人員都認(rèn)為選擇此特定的試驗(yàn)齡期其實(shí)并沒有成熟的技術(shù)依據(jù).例如,ASTNC39規(guī)定了試驗(yàn)試件的取樣制作養(yǎng)護(hù)以及試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)方法,從而使失效應(yīng)力的確定具有更好的重復(fù)性和再現(xiàn)性.歐洲實(shí)用規(guī)范規(guī)定將圓柱體或立方體作為標(biāo)準(zhǔn)試件.標(biāo)準(zhǔn)圓柱體的長徑比為2,而立方體的高寬比為1.圓柱體兩端帶有柱帽以確保其表面光滑和相互平行.立方體則通過在其有模板的兩側(cè)加載滿足同樣的要求.盡管外荷載是單軸壓力,但是試驗(yàn)機(jī)承載板與試件見得摩擦力是試件的兩端處于雙軸應(yīng)力狀態(tài).實(shí)際上,試件端部處于三軸應(yīng)力狀態(tài).這一端部效應(yīng)的影響隨著接觸面距離高的增大而減小.N建議距離取值為0.86d,其中d為試件的橫向尺寸.因此,立方體的影響區(qū)域會發(fā)生重疊,而標(biāo)準(zhǔn)圓柱體試件則不會,其中部區(qū)域不受端部效應(yīng)的影響.因此,與標(biāo)準(zhǔn)立方體相比,如果僅要根據(jù)荷載與面積的比值來計(jì)算,標(biāo)準(zhǔn)圓柱體在較低的外荷載作用下就會發(fā)生破壞,從而有報(bào)告認(rèn)為其應(yīng)力較低.盡管圓柱體強(qiáng)度更接近無約束單軸受壓狀態(tài)測得的強(qiáng)度,而立方體試驗(yàn)卻并不需要制備端部.圓柱體柱帽材料的強(qiáng)度必須高于圓柱體.對于高強(qiáng)混凝土,此點(diǎn)尤為重要：常常通過打磨用他個(gè)數(shù)夾具固定的時(shí)間端部來滿足中端部制備要求.因此,在這種情況下,立方體試驗(yàn)更方便,因?yàn)闇y試標(biāo)準(zhǔn)試件的主要目的是檢驗(yàn)混凝土制品的強(qiáng)度,選用圓柱體或者立方體均可獲得滿意的結(jié)果.一些研究者基于試驗(yàn)結(jié)果給出了標(biāo)準(zhǔn)圓柱體和標(biāo)準(zhǔn)立方體強(qiáng)度之間的關(guān)系.歐洲實(shí)用規(guī)范（EN206）提供了圓柱體強(qiáng)度從8-100MPa之間的圓柱體與立方體強(qiáng)度的對應(yīng)關(guān)系表格一般情況下的趨勢是立方體與圓柱體強(qiáng)度比隨著混凝土強(qiáng)度等級的提高而減小. 混凝土的抗壓強(qiáng)度通常是在養(yǎng)護(hù)28天后測定的.這一強(qiáng)度也是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范所采用的混凝土強(qiáng)度.然而,為了控制混凝土的質(zhì)量,這不再能滿足目前的施工速度.大體積混凝土有可能已經(jīng)澆筑在剛測定過28天強(qiáng)度的混凝土之上.如果試驗(yàn)結(jié)果與規(guī)定值不符合,則相關(guān)責(zé)任是不可接受的.正如現(xiàn)代制造業(yè)中那樣,應(yīng)盡快地評定產(chǎn)品質(zhì)量以便提供調(diào)節(jié)所必須的反饋.作為設(shè)計(jì)者,即便確保令人滿意的混凝土質(zhì)量是前提,土木工程師仍更關(guān)心已經(jīng)竣工的結(jié)構(gòu).然而,目前現(xiàn)場的實(shí)際情況是并不評估結(jié)構(gòu)的混凝土質(zhì)量,而是對在標(biāo)準(zhǔn)條件下生產(chǎn)、取樣和養(yǎng)護(hù)的混凝土進(jìn)行試驗(yàn).標(biāo)準(zhǔn)試件與現(xiàn)場混凝土可能存在差異,因?yàn)楹笳呶唇?jīng)充分振搗密實(shí),而且養(yǎng)護(hù)時(shí)間也短.有足夠的研究和實(shí)踐證據(jù)表明,一般情況下,現(xiàn)澆混凝土的強(qiáng)度低于相應(yīng)大的標(biāo)準(zhǔn)試件的強(qiáng)度.現(xiàn)場混凝土強(qiáng)度的評估可以根據(jù)從結(jié)構(gòu)構(gòu)件上鉆取芯樣并進(jìn)行試驗(yàn)來確定.ACI委員會建議如果三個(gè)芯樣的強(qiáng)度的平均值至少為規(guī)定值的85%,并且沒有單個(gè)芯樣強(qiáng)度低于規(guī)定值的75%時(shí),結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度就可以接受.BS6089建議基于混凝土芯樣的分項(xiàng)安全系數(shù)不應(yīng)低于1.2.設(shè)計(jì)者負(fù)責(zé)確定每種情況下的適用值,并要考慮所估計(jì)強(qiáng)度的可靠性以及相關(guān)失效的嚴(yán)重性.因?yàn)橛鴮?shí)用規(guī)范規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)試件為立方體,所以有必要將由圓柱芯樣確定的強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為等效的立方體強(qiáng)度.式中的公式是基于轉(zhuǎn)換過程中對于不同安全系數(shù)所使用的假定值.為了評估已有結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度,使用鉆芯法常常僅限于少量取芯.除了有切斷鋼筋的危險(xiǎn)之外,從關(guān)鍵部位取出混凝土也不盡如人意.因此,隨之出現(xiàn)了混凝土強(qiáng)度的間接評估方法.大多數(shù)方法均會導(dǎo)致混凝土近表面區(qū)域出現(xiàn)一定程度的損傷.許多試驗(yàn)方法已經(jīng)成為標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法,其具體細(xì)節(jié)也可以在各種試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中找到.第十一課鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)目前,美國的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是按照以下三種標(biāo)準(zhǔn)之一來進(jìn)行的：許用應(yīng)力設(shè)計(jì)（ASD）,用在鋼結(jié)構(gòu)建筑或者橋梁的設(shè)計(jì)中已經(jīng)有數(shù)十年了.結(jié)構(gòu)工程師們在鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)中一直使用它.將使用狀態(tài)下的構(gòu)建荷載作用下的應(yīng)力與所謂的容許應(yīng)力相比較,許用應(yīng)力通常被表示為屈服應(yīng)力或者抗拉強(qiáng)度除以安全系數(shù).由于過載的影響,材料強(qiáng)度不足和結(jié)構(gòu)分析中近似計(jì)算的需要,引入了安全系數(shù).許用應(yīng)力通常有下面的形式：Rn:單位應(yīng)力下構(gòu)件名義上的抵抗力Qni：正常使用狀態(tài)下,根據(jù)荷載類型計(jì)算出來的應(yīng)力F.S.:安全系數(shù)m：設(shè)計(jì)中考慮到得荷載的個(gè)數(shù)塑性設(shè)計(jì)（PD）,利用鋼鐵在首次屈服之后的額外強(qiáng)度.受彎時(shí),整個(gè)斷面的屈服是逐漸發(fā)生的,即屈服始于距離中性軸最遠(yuǎn)的纖維,結(jié)束于距離其最近的纖維.逐步屈服的現(xiàn)象稱為塑性變形,表示截面在首次屈服之后并不發(fā)生破壞.截面可以承載的額外彎矩超過與之相應(yīng)的首次屈服彎矩,取決于截面的形狀.為了量化此額外承載力,采用了一個(gè)所謂的形狀系數(shù)（定義為塑性彎矩與屈服彎矩之比,即引起整個(gè)截面屈服后形成塑性鉸時(shí)的彎矩與僅使距離中性軸最遠(yuǎn)的的纖維屈服時(shí)的彎矩的比值）.對于熱軋工字形截面,當(dāng)繞著強(qiáng)軸發(fā)生彎曲時(shí),形狀系數(shù)的值為1.15；當(dāng)繞著弱軸發(fā)生彎曲時(shí),形狀系數(shù)的值為1.5.對于一個(gè)超靜定結(jié)構(gòu),在形成塑性鉸之后結(jié)構(gòu)并不會失效破壞.在一個(gè)截面完全屈服之后,在結(jié)構(gòu)那些尚未屈服但承受不斷增加的額外荷載的部分會發(fā)生內(nèi)力重分配.當(dāng)有足夠數(shù)量的截面發(fā)生屈服,結(jié)構(gòu)就會變成不穩(wěn)定的,導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)形成塑性破壞機(jī)制,結(jié)構(gòu)就會失效.在塑性設(shè)計(jì)中,安全系數(shù)被用到應(yīng)用荷載中來獲得分解荷載.如果用因數(shù)化荷載計(jì)算出來的荷載效應(yīng)不超過結(jié)構(gòu)構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)塑性強(qiáng)度,那么設(shè)計(jì)師滿足強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)的.塑形設(shè)計(jì)的表達(dá)式如式（T11.2）所示.其中Rn表示結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)塑性強(qiáng)度值.Qni表示第i種荷載的標(biāo)準(zhǔn)荷載效應(yīng),i表示荷載種類,m表示荷載種類數(shù).對于鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì),如果Qn僅由重力荷載和活荷載組成,由AISC規(guī)程給定的荷載系數(shù)為1.7,如果除這兩種荷載之外還有風(fēng)荷載或地震荷載,則荷載系數(shù)為1.3.荷載和抗力系數(shù)設(shè)計(jì)師基于概率的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法.將極限狀態(tài)定義為一種狀態(tài),在此狀態(tài)下,結(jié)構(gòu)或其結(jié)構(gòu)變得不安全或變得不適合其要求的功能.在極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí),結(jié)構(gòu)根據(jù)其使用性的極限設(shè)計(jì),此極限可能與強(qiáng)度或使用性有關(guān).在制定LRFD方法時(shí),將荷載效應(yīng)和抗力都視為隨機(jī)變量.其可變性和不定性由頻率分布曲線表示.如果抗力超出荷載效應(yīng)較大的量值,則根據(jù)強(qiáng)度準(zhǔn)則認(rèn)為設(shè)計(jì)是符合要求的.安全度概念如圖T11.1所示.理論上講,除非荷載效應(yīng)Q超過抗力R,結(jié)構(gòu)便會失效.此陰影面積越小,結(jié)構(gòu)失效的可能性越小.在實(shí)際設(shè)計(jì)中,對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)抗力采用抗力系數(shù)以考慮確定其強(qiáng)度時(shí),任何可能的不確定性和難度.對不同類型荷載采用系數(shù)以反應(yīng)其量值確定時(shí)的不同程度的不定性.一般來說,對比較容易確定的荷載采用較低的系數(shù)值,而較難確定的則采用較高的系數(shù).LEFD方法的數(shù)學(xué)表達(dá)式（T11.3）所示.式中,Rn表示設(shè)計(jì)強(qiáng)度,Qni表示給定的荷載組合所需要的強(qiáng)度或荷載效應(yīng).第十二課測量測量或大地測量是一種科學(xué)和技術(shù)用來精確測定點(diǎn)在陸地或者三位空間的位置及其他們之間的距離和角度.這些點(diǎn)通常在地球表面,并經(jīng)常被土地所有者或者政府用來繪制地圖和界線,為了實(shí)現(xiàn)他們的目標(biāo),測量員用幾何、工程、三角學(xué)、數(shù)學(xué)、物理和法律等原理.美國測繪協(xié)會對測量的另一定義：測量時(shí)一種科學(xué)和藝術(shù),用來進(jìn)行所有主要測度以確定地球表面以上或以下點(diǎn)的相對應(yīng)位置以及地形或地物詳圖,并以方便的形式對其加以描述或建立這些點(diǎn)的位置或詳圖.再者,如上所及,一種稱為大地測量的特殊測量就是進(jìn)行詳細(xì)的研究和觀測,如通過觀測、現(xiàn)場測量、問卷或?qū)Ψǘ▋x器的研究和對地界的規(guī)劃、設(shè)計(jì)和確定的支持文件的數(shù)據(jù)分析來搜集信息.它涉及到以記錄和歷史證據(jù)文件為基礎(chǔ)而重新建立的地籍調(diào)查和土地界線,以及由法規(guī)或地方條例所規(guī)定的詳細(xì)地圖的繪制,已經(jīng)登記的土地測量、司法測量以及空間劃定.土地測量可以包括相關(guān)的服務(wù),如測繪和積累相關(guān)的數(shù)據(jù)、建筑布局測量、精確的長度測量、角度、高度、面積和體積以及水平和垂直控制測量,分析和利用土地測量數(shù)據(jù).有史以來,測量就是人文環(huán)境發(fā)展的一個(gè)重要元素,而且?guī)缀跏撬薪Y(jié)構(gòu)的規(guī)劃和施工的必要條件.其最熟悉的現(xiàn)代應(yīng)用領(lǐng)域包括運(yùn)輸、建筑、通信、測繪以及土地所有權(quán)的法律界限的定義.測量技術(shù)從歷史上看,可以使用不同的方法測量距離,如使用一定長度鏈環(huán)組成的鏈條,如甘特測鏈或用不銹鋼制成的卷尺.為了測量水平距離,要根據(jù)溫度降這些測鏈或卷尺拉緊以減小其下垂.此外,必須盡量保持測量儀器水平.在測量一個(gè)斜坡時(shí),測量人員可能要分段測量,也就是向上抬高測尺尾部,使其與上一個(gè)測段末端處的垂線垂直.歷史上,水平角使用羅盤測量的,羅盤具有磁方位,從中可以測量偏角.這種儀器后來得到改善,如安裝上帶有精細(xì)的刻度的刻度盤以提供更好的角度分辨率,也可通過在刻度盤上方安裝帶有十字線的更精確照準(zhǔn)的望遠(yuǎn)鏡.此外,還增設(shè)了水準(zhǔn)儀和能測量垂向角度的校準(zhǔn)圓盤,以及測量精度達(dá)到零點(diǎn)一度的游標(biāo)卡尺,如標(biāo)志著世紀(jì)性轉(zhuǎn)折的經(jīng)緯儀.測量高度的最簡單的方法就是采用高度計(jì),其本質(zhì)就是氣壓計(jì),它以氣壓作為高度指示,但是測量需要更高的精度.人們發(fā)明了各種測量手段,如采用高精度水準(zhǔn)儀進(jìn)行精密測量.校準(zhǔn)水準(zhǔn)儀以獲得一個(gè)精確的水平面,通過這個(gè)平面可測量所考慮點(diǎn)與儀器之間的高差,一般通過垂直測量尺來實(shí)現(xiàn).采用三角測量法時(shí),首先要知道物體的水平距離.如果此距離未知或者不能直接測量,其確定方法有三角測量文獻(xiàn)中有說明.然后,一個(gè)物體的高度可以通過測量已知距離的某點(diǎn)與物體頂部連成的直線與水平面之間的夾角來獲得.為了確定一個(gè)山頭的高度,測量者應(yīng)該從海平面開始測量,但是這里的距離可以過大,山也可能看不見.因此,應(yīng)該分段測量,即首先確定一個(gè)點(diǎn)的位置,然后移動(dòng)到這一點(diǎn),并作相應(yīng)的測量,并以此類推,直至到達(dá)山頂.測量設(shè)備直到上個(gè)世紀(jì)90年代,平面測量的基本工具包括確定短距離的卷尺、測定高度或高差的水準(zhǔn)儀以及支撐在三腳架上的經(jīng)緯儀.借助于這些儀器,人們便可以結(jié)合三角測量法測量角.從一個(gè)已知位置和高程開始,測量未知點(diǎn)的距離和角度.一種更現(xiàn)代化的儀器室全站儀,它是裝有電子測量設(shè)備經(jīng)緯儀,當(dāng)設(shè)置為水平面時(shí)也可以用為水準(zhǔn)儀.自從有了全站儀,他已經(jīng)使測量完成了從光學(xué)儀器到帶有電腦和軟件的完全電子化設(shè)備的科技變遷.現(xiàn)代一流的全站儀不再需要反射鏡或棱鏡來返回測距,它們是完全的自動(dòng)遙控系統(tǒng),甚至可以用電子郵件的形式將測點(diǎn)數(shù)據(jù)發(fā)到辦公室的電腦,并能連接到衛(wèi)星定位系統(tǒng),如全球定位系統(tǒng).雖然實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)GPS系統(tǒng)已增加了測量的速度,但是只能在水平方向精確到約20mm,垂直方向精確到大約30-40mm.然而,GPS系統(tǒng)不能在樹木覆蓋或者建筑密集的地方很好的工作.全站儀以及其他類型的測量儀器仍在廣泛的使用.單人式自動(dòng)遙控全站儀能使測量人員取得精確的測量結(jié)果而無需額外的人員來觀看和擰動(dòng)望遠(yuǎn)鏡或記錄數(shù)據(jù).一個(gè)更快的測量大面積的方法是用裝備有激光掃描儀的一架直升飛機(jī),并結(jié)合GPS來確定位置和高程.為了提高精度,可以在地面上設(shè)立信標(biāo),此方法精度達(dá)到5-40cm.第十三課土的基本性質(zhì)和有效應(yīng)力土力學(xué)是一門專門利用工程力學(xué)（如運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、流體力學(xué)和材料力學(xué)）原理來預(yù)測土力學(xué)性能的學(xué)科.在土木工程、地球物理工程和工程地質(zhì)領(lǐng)域,土力學(xué)與巖體力學(xué)一起形成了解決工程問題的基礎(chǔ).土力學(xué)的一些基本理論涉及土的分類和描述、有效應(yīng)力、剪切強(qiáng)度、固結(jié)、側(cè)向土壓力、土的承載力、斜坡穩(wěn)定和滲透性.基礎(chǔ)、堤岸、擋土墻、土木結(jié)構(gòu)和地下硐室都在某些方面用土力學(xué)進(jìn)行設(shè)計(jì).圖的基本性質(zhì)土通常由固相、液相和氣相三相構(gòu)成.土的力學(xué)性質(zhì)直接依賴于這三相的彼此作用和所加勢能的大小.土壤固相包括粘土晶體、非粘土礦物質(zhì)、非粘土晶體、有機(jī)質(zhì)和析出鹽.這些礦物質(zhì)由以各種晶體形式組織在一起的燕子構(gòu)成,其中包括氧原子、硅原子、氫原子和鋁原子.這些元素與鈣、鈉、鉀、鎂、碳一起占據(jù)了99%的土固體質(zhì)量.盡管非粘土含量要大于粘土和有機(jī)物含量,但是后者對土的特性影響更大.按粒徑大小,顆?？梢苑譃檎惩?、粉土、礫石、卵石和漂石.土中的水通常由不同類型和數(shù)量的溶解電解質(zhì)組成.存在于土中的可溶和不可溶有機(jī)物來自于化學(xué)品泄漏、廢棄物泄漏和受到污染的地下水.部分飽和土的氣相通常為空氣,但是在生物活動(dòng)較高的地區(qū)或化學(xué)污染的土中有可能是有機(jī)氣體.土礦物學(xué)研究土顆粒的大小、形狀和物理化學(xué)以及圖的承載力和壓縮性.土的結(jié)構(gòu)是由顆粒組織結(jié)構(gòu)（顆粒聯(lián)系、顆粒的幾何排列、顆粒組和土中寶貴的空隙大小）、成分和顆粒之間的相互作用共同形成的.土結(jié)構(gòu)也用來解釋天然土和從塑土的差異.土結(jié)構(gòu)全面反映了土的成分、形成歷史、目前狀況和環(huán)境變化.在高孔隙率和新壓縮土中初始條件控制新近沉積物的結(jié)構(gòu),從而低孔隙率的老土更多的反映了沉積后的變化.與其他工程材料一樣,土體在荷載作用下會發(fā)生變形.這種變形分為剪切和壓縮變形兩類.通常,土不能抵抗拉力.在某些情況下,土顆粒會粘結(jié)在一起,在短期內(nèi)能抵抗較小的拉力.沙土和多數(shù)礫石土的顆粒主要由硅石構(gòu)成.它們可能呈圓形或棱角銳利,也可能介于兩者之間.粘土由巖石晶體的風(fēng)華形成,因此一般由硅鋁酸鹽礦物構(gòu)成.粘土粒通常呈片狀,與其質(zhì)量相比,表面積較大.因?yàn)橘|(zhì)量非常小,粘土粒特性受作用在其表面的靜電引力和斥力控制.這些力能將水吸附到粘土粒表面,表面吸水的厚度受到水中溶解鹽的影響.有效應(yīng)力的概念是KT對土力學(xué)所做出的最重要的貢獻(xiàn)之一.有效應(yīng)力衡量了作用在土骨架上的應(yīng)力大小,因而決定了圖抵抗剪應(yīng)力的能力.它自身并不能測定,而必須根據(jù)能測定的或能以適當(dāng)?shù)木裙浪愠鰜淼钠渌麅蓚€(gè)參數(shù)的差來計(jì)算.作用在一個(gè)土體平面上的有效應(yīng)力等于總應(yīng)力與孔隙水壓力之差.總應(yīng)力總應(yīng)力由土平面以上的土自重和所有作用在土表面的力構(gòu)成.總應(yīng)力隨著深度增大而增加,與上覆土的密度成正比.孔隙水壓力孔隙水壓力是作用在上述土平面上的水壓力,通常記為靜水壓力.對于在流動(dòng)水條件下的穩(wěn)定計(jì)算,u必須由流網(wǎng)來估算.如果潛水面水平,孔隙水壓力隨水深而線性增加.第十四課基礎(chǔ)基礎(chǔ)是用來支撐墻體柱子并且把它們的荷載以如下方式加以分散并傳遞到土中的結(jié)構(gòu)：（a）使荷載不超過土的承載力,（b）避免過度沉降、不均勻沉降和轉(zhuǎn)動(dòng)（c）保證在抗傾覆和抗滑動(dòng)方面有足夠的安全性.當(dāng)基礎(chǔ)將荷載傳遞到土中時(shí),基礎(chǔ)便受壓.基礎(chǔ)的沉降取決于許多因素,如土的類別,荷載大小、基礎(chǔ)埋深和基礎(chǔ)類別.如果相同結(jié)構(gòu)物的不同基礎(chǔ)由不同的沉降量,那么在結(jié)構(gòu)物中會形成新的應(yīng)力.過度的不均勻沉降會可能造成建筑物中非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞,甚至使所受影響部位失效.豎向荷載通常作用在基礎(chǔ)的形心.如果作用荷載的合力不在承載面的形心處,就會產(chǎn)生彎矩.在這種情況下,基礎(chǔ)一邊的壓力會大于另一邊的壓力,造成一邊更大的沉降量,并且甚至造成基礎(chǔ)轉(zhuǎn)動(dòng).如果在不同的基礎(chǔ)下土的承載能力不同,例如,如果一個(gè)建筑物的基礎(chǔ)一部分在土上,一部分在巖石上,便會發(fā)生不均勻沉降.通常在這種情況下,在這部分之間設(shè)置一條縫使之分開,從而允許它們有各自獨(dú)立的沉降量.基礎(chǔ)種類不同種類的基礎(chǔ)都可以用來支撐建筑物的墻和柱,最常用的見圖T14.1（a-g）.對于墻,擴(kuò)展基礎(chǔ)就是一個(gè)比墻寬并且沿著墻的方向延伸的平板.方板或者矩形板接觸用在獨(dú)立柱的下方.當(dāng)兩柱相聚太近以致它們的基礎(chǔ)重合或?qū)⒁佑|時(shí),應(yīng)該在兩者下面建一個(gè)聯(lián)合基礎(chǔ).當(dāng)柱的基礎(chǔ)不能再其某一個(gè)方向伸出時(shí),可用其附近周圍空間更大的另一個(gè)基礎(chǔ)來解決這一問題；即可在它們下方采用聯(lián)合基礎(chǔ)或者連梁基礎(chǔ).當(dāng)結(jié)構(gòu)荷載相對土的承載力較大時(shí),采用片筏基礎(chǔ)時(shí)比較經(jīng)濟(jì)的.一種簡單的形式就是在整個(gè)建筑物下采用一塊雙向配筋的混凝土板.事實(shí)上,它能使結(jié)構(gòu)浮于土上,并且由于它具有很大的剛度,所以其不均勻沉降可以忽略不計(jì).甚至可硬通過將筏板基礎(chǔ)建成倒置的主次梁樓蓋來獲得更大的剛度,即由主梁支撐柱.有時(shí)候,倒置的無梁樓蓋也可用作筏板基礎(chǔ).基礎(chǔ)形狀受軸心荷載作用的基礎(chǔ)所需面積公式由以下公式獲得T14.1,其中q是指允許承載力,D和L是指未乘系數(shù)的恒載和活荷載.允許承載力是根據(jù)基于荷載試驗(yàn)和其他試驗(yàn)方法的土力學(xué)原理來確定.使用荷載作用下的允許壓應(yīng)力通常是基于2.5到3.0之間的安全系數(shù)乘以極限承載力以避免,并使沉降保持在容許范圍內(nèi).風(fēng)荷載和地震作用下所需基礎(chǔ)面積由T14.2獲得.應(yīng)當(dāng)注意到基礎(chǔ)尺寸是按未因數(shù)化得荷載和土壓力確定的,這不同于混凝土構(gòu)件的強(qiáng)度設(shè)計(jì),后者是用因數(shù)化荷載和因數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度所確定的.以下情況下基礎(chǔ)是偏心受壓的,如果它支撐的柱不在基礎(chǔ)面積的中心或由柱子在其與基礎(chǔ)結(jié)合處所傳來的不僅有豎向荷載還有彎矩.無論在哪一種情況下,基礎(chǔ)底部的荷載作用都能夠用豎向荷載P和彎矩M表示.仍假設(shè)所產(chǎn)生的壓應(yīng)力為線性分布.只要最終偏心距e=M/P不超過基礎(chǔ)面積的核心距K,則常用的彎曲計(jì)算公式可確定基礎(chǔ)最外緣的壓應(yīng)力.基礎(chǔ)的面積由反復(fù)試算確定的.如果偏心距超出核心區(qū)之外,Eq會使基礎(chǔ)的一側(cè)的q為負(fù)值.因?yàn)樵谕僚c基礎(chǔ)接觸面上無法傳遞拉應(yīng)力,Eq不在適用.一旦確定了基礎(chǔ)所需的面積,那就必須將其設(shè)計(jì)成有足夠剛度以抵抗所有由外荷載作用引起的彎矩、剪力和其他內(nèi)部作用.為此,ACI規(guī)范上的荷載系數(shù)如同適用于其他結(jié)構(gòu)一樣,也適用于基礎(chǔ).十六課地震工程 地震工程是建筑物和構(gòu)筑物受地震荷載的行為的研究。它既是結(jié)構(gòu)和土木工程的一個(gè)子集。地震工程的主要目標(biāo)是：1，理解建筑或民用基礎(chǔ)設(shè)施和地面之間的相互作用。2.Foresee強(qiáng)烈地震對市區(qū)和民用基礎(chǔ)設(shè)施的潛在后果。3，設(shè)計(jì)，建設(shè)和維護(hù)結(jié)構(gòu)在地震暴露與建筑法規(guī)執(zhí)行到期望和遵守。 經(jīng)過適當(dāng)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)不一定要非常強(qiáng)或昂貴。地震工程最強(qiáng)大和預(yù)算工具振動(dòng)控制技術(shù)，特別是，基礎(chǔ)隔震。地震荷載 地震荷載是指應(yīng)用地震產(chǎn)生的攪動(dòng)的結(jié)構(gòu)。它發(fā)生在結(jié)構(gòu)要么與地面，或與鄰近結(jié)構(gòu)，或與海嘯重力波的接觸面。地震荷載依賴，主要是關(guān)于：1.在現(xiàn)場預(yù)計(jì)地震的參數(shù)2.該網(wǎng)站的巖土工程參數(shù) 3.結(jié)構(gòu)的參數(shù)4.從海嘯（如適用）預(yù)期重力波的特性。 有時(shí)，地震載荷超過一個(gè)結(jié)構(gòu)抵抗它不被打破，部分或完全的能力。由于它們的相互作用，地震荷載和結(jié)構(gòu)的抗震性能是密切相關(guān)的。 抗震性能 地震或抗震性能，以維持其應(yīng)有的功能，比如它的安全性和適用性，在過了特定的地震曝光建筑物的或結(jié)構(gòu)的能力的執(zhí)行。一個(gè)結(jié)構(gòu)，通常認(rèn)為是安全的，如果它不被部分或完全坍塌危及那些或周圍的生活和福祉。的結(jié)構(gòu)可考慮維修的，如果它能夠履行其設(shè)計(jì)操作功能。 地震工程的基本概念，在各大建筑法規(guī)實(shí)施的，假設(shè)一個(gè)建筑應(yīng)該生存大一個(gè)（最強(qiáng)大的預(yù)期地震）雖然有部分破壞。繪畫與人體的比喻，這將有關(guān)節(jié)脫臼，肋骨骨折，創(chuàng)傷和脊柱打落牙齒，但要按照規(guī)定的建筑規(guī)范活著，因此，可以接受的。這種情況是一個(gè)主要障礙實(shí)施地震工程技術(shù)的采用振動(dòng)控制任何結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新，特別是最有效的品牌基礎(chǔ)隔震。 然而，另一種抗震性能化設(shè)計(jì)方法已經(jīng)存在。其中有些人，對于評估或預(yù)期的抗震性能的比較，用故事表現(xiàn)評級r作為一個(gè)主要標(biāo)準(zhǔn)，而抗震性能比（ SPR）是用于建筑物的抗震性能達(dá)到一個(gè)相當(dāng)準(zhǔn)確的預(yù)測該點(diǎn)的“嚴(yán)重?fù)p害”的狀態(tài)?？拐鹦阅茉u估 建筑結(jié)構(gòu)在地震的風(fēng)險(xiǎn)績效評估是地震工程最熱門的話題之一。工程師需要知道的直接傷害到個(gè)別建筑物須到指定的地面震動(dòng)相關(guān)的實(shí)際或預(yù)期的抗震性能的量化水平。要做到這一點(diǎn)，最好的方法是把結(jié)構(gòu)上的振動(dòng)臺，模擬大地顫抖，看會發(fā)生什么情況下一個(gè)（如果你沒有時(shí)間站在現(xiàn)場，