結(jié)構(gòu)概念和體系第0章

1、結(jié)構(gòu)概念和體系結(jié)構(gòu)概念和體系 Structural Concepts and Systems （電子課件）（電子課件） 編制編制 ：計(jì)學(xué)閏：計(jì)學(xué)閏 高等教育出版社高等教育出版社高等教育電子音像出版社高等教育電子音像出版社緒緒 論論(Introduction )(Introduction )緒緒 論論( (Introduction ) ) 第第1 1章章 一些重要的結(jié)構(gòu)概念一些重要的結(jié)構(gòu)概念(Some Important Concepts of Structure) 第第2 2章章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的總體問題結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的總體問題 (The General Problems in Structural

2、Design )第第3 3章章 結(jié)構(gòu)的水平體系結(jié)構(gòu)的水平體系(The Horizontal Systems of Structure )第第5 5章章 工程實(shí)例簡(jiǎn)介工程實(shí)例簡(jiǎn)介(Introduction to Engineering Examples )第第4 4章章 結(jié)構(gòu)的豎向體系結(jié)構(gòu)的豎向體系(The Vertical Systems of Structure )緒 論（Introduction）結(jié)構(gòu)概念結(jié)構(gòu)概念結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)體系課程意義課程意義0.1 0.1 本課程的意義本課程的意義隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展專業(yè)之間的聯(lián)系常被忽視，使學(xué)生的知識(shí)變得零碎了專業(yè)之間的聯(lián)系常被

3、忽視，使學(xué)生的知識(shí)變得零碎了專業(yè)和學(xué)科專業(yè)和學(xué)科之間的分工之間的分工越來越細(xì)越來越細(xì)這對(duì)科學(xué)技這對(duì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展是術(shù)的發(fā)展是非常必要的非常必要的但過細(xì)的分但過細(xì)的分工有時(shí)也帶工有時(shí)也帶來一些弊病來一些弊病 平時(shí)只重視平時(shí)只重視構(gòu)件的設(shè)計(jì)計(jì)算構(gòu)件的設(shè)計(jì)計(jì)算，而對(duì)，而對(duì)結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)體系的構(gòu)成的構(gòu)成及其重要及其重要性認(rèn)識(shí)不足。性認(rèn)識(shí)不足。 有的學(xué)生雖能有的學(xué)生雖能求解復(fù)雜的力學(xué)問求解復(fù)雜的力學(xué)問題，卻不會(huì)從簡(jiǎn)單題，卻不會(huì)從簡(jiǎn)單的工程結(jié)構(gòu)中抽象的工程結(jié)構(gòu)中抽象出出計(jì)算簡(jiǎn)圖計(jì)算簡(jiǎn)圖。 有的學(xué)生雖有的學(xué)生雖能設(shè)計(jì)高層或大能設(shè)計(jì)高層或大跨建筑，但對(duì)最跨建筑，但對(duì)最基本的基本的結(jié)構(gòu)概念結(jié)構(gòu)概念理解不深。理解不

4、深。 作為一名合格的建筑作為一名合格的建筑師或結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)在師或結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)在設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)的最初階段最初階段作出結(jié)構(gòu)決定，對(duì)作出結(jié)構(gòu)決定，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行定性判斷，并能夠結(jié)構(gòu)進(jìn)行定性判斷，并能夠較快地作出近似的定量分析。較快地作出近似的定量分析。 0.1 0.1 本課程的意義本課程的意義 招標(biāo)書招標(biāo)書工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)進(jìn)程工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)進(jìn)程初步設(shè)計(jì)初步設(shè)計(jì)施工圖設(shè)計(jì)施工圖設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)0.1 0.1 本課程的意義本課程的意義先進(jìn)的設(shè)計(jì)思想先進(jìn)的設(shè)計(jì)思想充分地體現(xiàn)出來充分地體現(xiàn)出來通過通過方案設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) 工工 程程 師師 在特定的建筑空間中用整體概念來設(shè)計(jì)在特定的建筑空間中用整體概念來設(shè)計(jì)

5、結(jié)構(gòu)，并能有意識(shí)地利用總結(jié)構(gòu)體系與各基結(jié)構(gòu)，并能有意識(shí)地利用總結(jié)構(gòu)體系與各基本體系之間力學(xué)關(guān)系。本體系之間力學(xué)關(guān)系。主要任務(wù)主要任務(wù) 不僅能精確地計(jì)算和分析一個(gè)給定的體不僅能精確地計(jì)算和分析一個(gè)給定的體系或構(gòu)件。同時(shí)也要求具備豐富、踏實(shí)的整系或構(gòu)件。同時(shí)也要求具備豐富、踏實(shí)的整體結(jié)構(gòu)概念和基本體系的相互比較概念。體結(jié)構(gòu)概念和基本體系的相互比較概念。同時(shí)同時(shí) 國(guó)際上公認(rèn)的優(yōu)國(guó)際上公認(rèn)的優(yōu)秀結(jié)構(gòu)，都是由一種秀結(jié)構(gòu)，都是由一種或幾種結(jié)構(gòu)體系有機(jī)或幾種結(jié)構(gòu)體系有機(jī)結(jié)合而成。結(jié)合而成。0.1 0.1 本課程的意義本課程的意義本課程是一門理論與實(shí)際聯(lián)系密切，多學(xué)科綜合性的專業(yè)課本課程是一門理論與實(shí)際聯(lián)系密

6、切，多學(xué)科綜合性的專業(yè)課 引導(dǎo)學(xué)生深入理解結(jié)構(gòu)概念，學(xué)會(huì)從房屋總體（而不引導(dǎo)學(xué)生深入理解結(jié)構(gòu)概念，學(xué)會(huì)從房屋總體（而不只是結(jié)構(gòu)構(gòu)件）來分析和理解結(jié)構(gòu)體系。介紹和分析各種只是結(jié)構(gòu)構(gòu)件）來分析和理解結(jié)構(gòu)體系。介紹和分析各種常見的水平結(jié)構(gòu)體系、豎向結(jié)構(gòu)體系和工程實(shí)例。常見的水平結(jié)構(gòu)體系、豎向結(jié)構(gòu)體系和工程實(shí)例。介紹國(guó)內(nèi)外著介紹國(guó)內(nèi)外著名的建筑結(jié)構(gòu)名的建筑結(jié)構(gòu)剖剖 析析典型工程典型工程鋼鋼 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu)施工技術(shù)施工技術(shù)鋼筋混凝土鋼筋混凝土及砌體結(jié)構(gòu)及砌體結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)學(xué)等經(jīng)濟(jì)學(xué)等建筑設(shè)備建筑設(shè)備力力 學(xué)學(xué)房屋建筑學(xué)房屋建筑學(xué) 目的在于對(duì)各門目的在于對(duì)各門 課程作橫向聯(lián)系課程作橫向聯(lián)系0.1 0.1 本課程的意

7、義本課程的意義 使使學(xué)生學(xué)生 開闊開闊視野視野 了解作為建了解作為建筑功能和形式因筑功能和形式因素的結(jié)構(gòu)體系的素的結(jié)構(gòu)體系的基本類型及組成基本類型及組成 了解和掌握了解和掌握建筑方案中空間建筑方案中空間形式和結(jié)構(gòu)性能形式和結(jié)構(gòu)性能的相互關(guān)系的相互關(guān)系 理解理解和體會(huì)一和體會(huì)一些重要的些重要的結(jié)構(gòu)概念結(jié)構(gòu)概念 學(xué)會(huì)從工程中抽象出計(jì)算簡(jiǎn)圖，用近似方法學(xué)會(huì)從工程中抽象出計(jì)算簡(jiǎn)圖，用近似方法快速快速估算估算和比較各種設(shè)計(jì)方案，使得在房屋設(shè)計(jì)的最初階段就能保和比較各種設(shè)計(jì)方案，使得在房屋設(shè)計(jì)的最初階段就能保證建筑設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本協(xié)調(diào)。了解世界建筑業(yè)的現(xiàn)證建筑設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本協(xié)調(diào)。了解世界建筑業(yè)的

8、現(xiàn)狀以及我國(guó)建筑業(yè)的發(fā)展方向，以提高學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)。狀以及我國(guó)建筑業(yè)的發(fā)展方向，以提高學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)。剖析典型工程，介紹國(guó)內(nèi)外著名的建筑結(jié)構(gòu)剖析典型工程，介紹國(guó)內(nèi)外著名的建筑結(jié)構(gòu)0.1 0.1 本課程的意義本課程的意義 一棟優(yōu)秀的現(xiàn)代建筑必然是眾多專業(yè)一棟優(yōu)秀的現(xiàn)代建筑必然是眾多專業(yè)密切配合、創(chuàng)造性合作密切配合、創(chuàng)造性合作的成果。的成果。建筑物建筑物材料材料經(jīng)濟(jì)經(jīng)濟(jì)設(shè)備設(shè)備施工施工結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)建筑建筑其他其他 要加強(qiáng)各學(xué)科之間的相互滲透，要加強(qiáng)各學(xué)科之間的相互滲透，使建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備、環(huán)境等達(dá)到完美統(tǒng)一。使建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備、環(huán)境等達(dá)到完美統(tǒng)一。0.1 0.1 本課程的意義本課程的意義 艾菲爾鐵塔艾

9、菲爾鐵塔 從力學(xué)方面從力學(xué)方面: 鐵塔可看成是嵌固鐵塔可看成是嵌固在地上的懸臂梁，對(duì)于在地上的懸臂梁，對(duì)于高聳入云的鐵塔來說，高聳入云的鐵塔來說，風(fēng)荷載是其主要荷載，風(fēng)荷載是其主要荷載，由于鐵塔的總體外形與由于鐵塔的總體外形與風(fēng)荷引起的彎矩圖相似，風(fēng)荷引起的彎矩圖相似，因此充分利用了塔身材因此充分利用了塔身材料的強(qiáng)度和剛度，受力料的強(qiáng)度和剛度，受力非常合理。非常合理。風(fēng)風(fēng)荷荷下下的的彎彎矩矩圖圖M 以巴黎艾菲爾鐵塔（以巴黎艾菲爾鐵塔（Eiffel Tower）為例，它是）為例，它是1889年為紀(jì)年為紀(jì)念法國(guó)大革命勝利一百周年及巴黎世博會(huì)而建的標(biāo)志性建筑，高念法國(guó)大革命勝利一百周年及巴黎世博會(huì)而

10、建的標(biāo)志性建筑，高320 m，為當(dāng)時(shí)世界第一高度，用鋼達(dá)，為當(dāng)時(shí)世界第一高度，用鋼達(dá)9000t。它不僅滿足了標(biāo)志。它不僅滿足了標(biāo)志性建筑及展覽功能要求，并且由于其精美設(shè)計(jì)，一直保留至今。性建筑及展覽功能要求，并且由于其精美設(shè)計(jì)，一直保留至今。 0.1 0.1 本課程的意義本課程的意義 艾菲爾鐵塔艾菲爾鐵塔 從建筑方面從建筑方面: 現(xiàn) 在 ， 艾 菲現(xiàn) 在 ， 艾 菲爾鐵塔已成為巴黎爾鐵塔已成為巴黎和法國(guó)的象征。可和法國(guó)的象征?？梢娨粭潈?yōu)秀的建筑見一棟優(yōu)秀的建筑在社會(huì)、政治、經(jīng)在社會(huì)、政治、經(jīng)濟(jì)和文化中所起的濟(jì)和文化中所起的重 大 作 用 。 每 年重 大 作 用 。 每 年 600600多萬旅

11、游者登多萬旅游者登塔觀光，旅游收入塔觀光，旅游收入也十分可觀。也十分可觀。0.1 0.1 本課程的意義本課程的意義 菲爾鐵塔菲爾鐵塔 從結(jié)構(gòu)方面：從結(jié)構(gòu)方面： 底部底部斜框架斜框架輕易地跨越了大街，塔下暢通輕易地跨越了大街，塔下暢通無阻，更顯鐵塔的雄偉壯觀。艾菲爾鐵塔可謂建筑、結(jié)構(gòu)完無阻，更顯鐵塔的雄偉壯觀。艾菲爾鐵塔可謂建筑、結(jié)構(gòu)完美統(tǒng)一的代表。美統(tǒng)一的代表。0.1 0.1 本課程的意義本課程的意義 艾菲爾鐵塔艾菲爾鐵塔 0.1 0.1 本課程的意義本課程的意義艾菲爾鐵塔艾菲爾鐵塔例：雙曲拋物面冷卻塔例：雙曲拋物面冷卻塔（Cooling Tower with Hyperbolic Parab

12、oloid Shell）從工藝方面：從工藝方面： 汽輪機(jī)的效率和進(jìn)汽溫度汽輪機(jī)的效率和進(jìn)汽溫度與出汽溫度之差有關(guān)，溫差越與出汽溫度之差有關(guān)，溫差越大，效率越高，所以要用水來大，效率越高，所以要用水來冷卻汽輪機(jī)。冷卻水被加熱后，冷卻汽輪機(jī)。冷卻水被加熱后，用管道送到冷卻塔頂部噴灑下用管道送到冷卻塔頂部噴灑下來，并通過來，并通過滴水板滴水板盡量延長(zhǎng)熱盡量延長(zhǎng)熱水下落的路程，同時(shí)冷空氣從水下落的路程，同時(shí)冷空氣從冷卻塔下部進(jìn)入塔內(nèi)，與熱水冷卻塔下部進(jìn)入塔內(nèi)，與熱水進(jìn)行熱交換，被加熱的冷空氣進(jìn)行熱交換，被加熱的冷空氣體積膨脹，容重減輕，緩緩上體積膨脹，容重減輕，緩緩上升。升。 人們?cè)谑澜绺鞯氐幕痣姀S附

13、近常見到鋼筋混凝土雙曲拋物面人們?cè)谑澜绺鞯氐幕痣姀S附近常見到鋼筋混凝土雙曲拋物面冷卻塔冷卻塔（Reinforced Concrete Cooling Tower with hyperbolic paraboloid Shell），其功能是要冷卻汽輪機(jī)中被加熱了的冷卻水。其功能是要冷卻汽輪機(jī)中被加熱了的冷卻水。 雙曲拋物面冷卻塔塔身中雙曲拋物面冷卻塔塔身中部略細(xì)，加速了空氣上升速度，部略細(xì)，加速了空氣上升速度，形成上拔力，加速空氣流動(dòng)。形成上拔力，加速空氣流動(dòng)。到塔身上部，上升的空氣被繼到塔身上部，上升的空氣被繼續(xù)加熱，體積更加膨脹。此時(shí)，續(xù)加熱，體積更加膨脹。此時(shí)，上部塔身略為放寬，減少了上上

14、部塔身略為放寬，減少了上升空氣的阻力，有利于空氣流升空氣的阻力，有利于空氣流動(dòng)?？梢姡p曲拋物面冷卻塔動(dòng)。可見，雙曲拋物面冷卻塔在冷卻工藝上是很合理的。在冷卻工藝上是很合理的。熱水熱水冷空氣冷空氣滴水滴水板板例：雙曲拋物面冷卻塔例：雙曲拋物面冷卻塔(Cooling Tower with Hyperbolic Paraboloid Shell)從結(jié)構(gòu)方面從結(jié)構(gòu)方面： 圓形平面與矩形平面相比風(fēng)圓形平面與矩形平面相比風(fēng)荷載可減少約荷載可減少約30%; 塔身下部外塔身下部外形與風(fēng)荷載作用下的彎矩圖相似，形與風(fēng)荷載作用下的彎矩圖相似，逐漸加大的直徑對(duì)塔身穩(wěn)定性十逐漸加大的直徑對(duì)塔身穩(wěn)定性十分有利，使自上

15、而下逐漸增大的分有利，使自上而下逐漸增大的結(jié)構(gòu)自重均勻分布。結(jié)構(gòu)自重均勻分布。從施工方面從施工方面： 雙曲拋物面是一個(gè)旋轉(zhuǎn)曲面，雙曲拋物面是一個(gè)旋轉(zhuǎn)曲面，可由一根傾斜母線繞縱軸旋轉(zhuǎn)而可由一根傾斜母線繞縱軸旋轉(zhuǎn)而成，成，曲面上曲面上存在兩個(gè)母線方向。存在兩個(gè)母線方向。即即曲面上任一點(diǎn)都存在兩根曲面曲面上任一點(diǎn)都存在兩根曲面上的直線上的直線，施工比較方便，施工比較方便。軸線軸線母母線線例：雙曲拋物面冷卻塔例：雙曲拋物面冷卻塔（ Cooling Tower with hyperbolic paraboloid Shell） 雙曲拋物面冷卻塔可謂建筑造型、結(jié)構(gòu)形式和使雙曲拋物面冷卻塔可謂建筑造型、結(jié)構(gòu)

16、形式和使用功能的完美結(jié)合，世界各地到處都可看到雙曲拋物用功能的完美結(jié)合，世界各地到處都可看到雙曲拋物面冷卻塔。面冷卻塔。可見，即使設(shè)計(jì)像冷卻塔這樣一種可見，即使設(shè)計(jì)像冷卻塔這樣一種工程構(gòu)工程構(gòu)筑物筑物也要求設(shè)計(jì)者具有淵博的知識(shí)。也要求設(shè)計(jì)者具有淵博的知識(shí)。 雙曲拋物面冷卻塔優(yōu)美的結(jié)構(gòu)形雙曲拋物面冷卻塔優(yōu)美的結(jié)構(gòu)形式，加上冉冉升起的水氣形成地平線上式，加上冉冉升起的水氣形成地平線上一道美麗的風(fēng)景線，十分壯觀。采用雙一道美麗的風(fēng)景線，十分壯觀。采用雙曲拋物面殼這種薄壁空間結(jié)構(gòu)，受力合曲拋物面殼這種薄壁空間結(jié)構(gòu)，受力合理，自重輕，不但安全可靠，也經(jīng)濟(jì)合理，自重輕，不但安全可靠，也經(jīng)濟(jì)合理。理。例例:

17、 聲音聚焦聲音聚焦 SonicFocussing 球形或拋物面形的屋蓋結(jié)構(gòu)球形或拋物面形的屋蓋結(jié)構(gòu)( (殼體或拱結(jié)構(gòu)殼體或拱結(jié)構(gòu)) )，若曲面的，若曲面的焦點(diǎn)位置處理不當(dāng)，會(huì)形成焦點(diǎn)位置處理不當(dāng)，會(huì)形成聲聚焦聲聚焦。在焦點(diǎn)附近，強(qiáng)大的噪。在焦點(diǎn)附近，強(qiáng)大的噪音音會(huì)使人難以忍受，嚴(yán)重影響使用功能。音音會(huì)使人難以忍受，嚴(yán)重影響使用功能。 改變曲率改變曲率或或加設(shè)吊頂加設(shè)吊頂，可以減少或消除這種聲聚焦的現(xiàn)，可以減少或消除這種聲聚焦的現(xiàn)象?？梢姡谠O(shè)計(jì)的方案階段，應(yīng)注意基本的建筑功能、空象?？梢?，在設(shè)計(jì)的方案階段，應(yīng)注意基本的建筑功能、空間形式與結(jié)構(gòu)體系的協(xié)調(diào)一致。間形式與結(jié)構(gòu)體系的協(xié)調(diào)一致。(b)(

18、a)(b)(a) 拱形天棚的聲音聚焦現(xiàn)象拱形天棚的聲音聚焦現(xiàn)象0.1 0.1 本課程的意義本課程的意義更深入地理解和體會(huì)一些重要的結(jié)構(gòu)概念更深入地理解和體會(huì)一些重要的結(jié)構(gòu)概念本課程的本課程的意義意義 了解作為了解作為建筑功能和形建筑功能和形式因素的結(jié)構(gòu)式因素的結(jié)構(gòu)體系的基本類體系的基本類型及組成型及組成 了解和掌了解和掌握建筑方案握建筑方案中空間形式中空間形式和結(jié)構(gòu)性能和結(jié)構(gòu)性能的相互關(guān)系的相互關(guān)系學(xué)會(huì)用近似方法學(xué)會(huì)用近似方法快速快速估估算和比較各種設(shè)計(jì)方案算和比較各種設(shè)計(jì)方案 學(xué)會(huì)從工程中學(xué)會(huì)從工程中抽象出抽象出計(jì)算簡(jiǎn)圖計(jì)算簡(jiǎn)圖 使得在房屋設(shè)計(jì)的方使得在房屋設(shè)計(jì)的方案階段就能保證建筑設(shè)案階段

19、就能保證建筑設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本協(xié)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本協(xié)調(diào)。調(diào)。 概 述（Introduction） 結(jié)構(gòu)概念結(jié)構(gòu)概念結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)體系課程意義課程意義0.2 結(jié)構(gòu)概念結(jié)構(gòu)概念自自 重重結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)(Structure)是建筑物的是建筑物的基本受力骨架基本受力骨架 外部荷載作用外部荷載作用 變形作用變形作用環(huán)境作用環(huán)境作用 結(jié)構(gòu)自結(jié)構(gòu)自重，如梁、重，如梁、板、柱、墻板、柱、墻及構(gòu)造層荷及構(gòu)造層荷重等重等 活荷活荷載、風(fēng)荷載、風(fēng)荷載、雪荷載、雪荷載、地震載、地震作用等作用等 溫度變化引溫度變化引起的變形、地基起的變形、地基沉降、結(jié)構(gòu)材料沉降、結(jié)構(gòu)材料的收縮和徐變變的收縮和徐變變形等形等 陽光、陽光、雷雨

20、、海水、雷雨、海水、大氣污染作大氣污染作用等用等結(jié)構(gòu)失效將帶來生命和財(cái)產(chǎn)的巨大損失。結(jié)構(gòu)失效將帶來生命和財(cái)產(chǎn)的巨大損失。因此在設(shè)計(jì)中對(duì)結(jié)構(gòu)要有因此在設(shè)計(jì)中對(duì)結(jié)構(gòu)要有最基本的功能要求最基本的功能要求。0.2 結(jié)構(gòu)概念結(jié)構(gòu)概念可靠可靠Safety 適用適用Serviceability耐久耐久 Durability 在偶然事故在偶然事故后后 ( afteranaccident ) 仍能保仍能保持結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)持結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性定性（GeneralStability）1. 失效（破壞）失效（破壞）后果后果是否嚴(yán)重是否嚴(yán)重2.2.失效（破壞）失效（破壞）預(yù)兆預(yù)兆是否明顯是否明顯3.3.失效（破壞）失效（破

21、壞）概率概率的大小的大小 在結(jié)構(gòu)局部遭到破壞在結(jié)構(gòu)局部遭到破壞后，仍能保持有足夠的承載后，仍能保持有足夠的承載能力，不產(chǎn)生傾覆或失穩(wěn)，能力，不產(chǎn)生傾覆或失穩(wěn)，不產(chǎn)生過大的變形和裂縫，不產(chǎn)生過大的變形和裂縫，使損失控制在局部范圍內(nèi)。使損失控制在局部范圍內(nèi)。結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) 的的 基基 本本 功功 能能 要要 求求TheBasicPerformanceofStructure 世界上世界上沒有絕對(duì)的安沒有絕對(duì)的安全可靠！所謂全可靠！所謂安全就是失效安全就是失效概率小到人們概率小到人們可以接受的程可以接受的程度。度。0.2 結(jié)構(gòu)概念結(jié)構(gòu)概念武漢長(zhǎng)江大橋武漢長(zhǎng)江大橋 工程中工程中通常采用多通常采用多次次超靜定

22、超靜定結(jié)結(jié)構(gòu)。當(dāng)某個(gè)構(gòu)。當(dāng)某個(gè)桿件遭到破桿件遭到破壞后結(jié)構(gòu)會(huì)壞后結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生內(nèi)力重產(chǎn)生內(nèi)力重分布，保證分布，保證結(jié)構(gòu)整體不結(jié)構(gòu)整體不倒塌。倒塌。 概 述 （Introduction） 結(jié)構(gòu)概念結(jié)構(gòu)概念結(jié)構(gòu)體結(jié)構(gòu)體系系課程意義課程意義結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)體系：是是由許多結(jié)構(gòu)構(gòu)件由許多結(jié)構(gòu)構(gòu)件有效地組合有效地組合起來起來的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的整體的整體，用，用以承受各種以承受各種可能的可能的外部作用。外部作用。0.3 結(jié)構(gòu)體系和其他體系（系統(tǒng)）結(jié)構(gòu)體系和其他體系（系統(tǒng)）僅僅為人類提供一個(gè)擋風(fēng)避雨的場(chǎng)所僅僅為人類提供一個(gè)擋風(fēng)避雨的場(chǎng)所不僅要為人們提供有效的空間和環(huán)境，不僅要為人們提供有效的空間和環(huán)境，還提供良好的還提

23、供良好的設(shè)備和其它環(huán)境保障系統(tǒng)設(shè)備和其它環(huán)境保障系統(tǒng)早期早期房屋房屋現(xiàn)代現(xiàn)代建筑建筑0.3 結(jié)構(gòu)體系和其他體系（系統(tǒng)）結(jié)構(gòu)體系和其他體系（系統(tǒng)）水水(Water and Waste water)一幢現(xiàn)代建筑中的其他設(shè)施系統(tǒng)主要有一幢現(xiàn)代建筑中的其他設(shè)施系統(tǒng)主要有: 暖暖(Energy)電電(Electrical and Information works ) 上水系上水系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、消防水統(tǒng)、消防水系統(tǒng)等系統(tǒng)等 能源系統(tǒng)包能源系統(tǒng)包括煤氣、燃油、括煤氣、燃油、蒸汽、熱水、采蒸汽、熱水、采暖或空調(diào)系統(tǒng)等暖或空調(diào)系統(tǒng)等 動(dòng)力電和照明電系統(tǒng)、應(yīng)急動(dòng)力電和照明電系統(tǒng)、應(yīng)急照明系統(tǒng)、電報(bào)、電

24、傳、電話、照明系統(tǒng)、電報(bào)、電傳、電話、電視、信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、信息傳電視、信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、信息傳感系統(tǒng)、安全監(jiān)控系統(tǒng)等感系統(tǒng)、安全監(jiān)控系統(tǒng)等 這些系統(tǒng)都有其各自的特殊要求，又必須統(tǒng)一安置在房屋這些系統(tǒng)都有其各自的特殊要求，又必須統(tǒng)一安置在房屋內(nèi)部。既要保證這些設(shè)施正常有效地運(yùn)行，又要滿足房屋的使內(nèi)部。既要保證這些設(shè)施正常有效地運(yùn)行，又要滿足房屋的使用功能，有時(shí)會(huì)發(fā)生一些矛盾，這就要求設(shè)計(jì)人員用功能，有時(shí)會(huì)發(fā)生一些矛盾，這就要求設(shè)計(jì)人員在建筑設(shè)計(jì)在建筑設(shè)計(jì)的最初階段的最初階段協(xié)調(diào)好各個(gè)系統(tǒng)的基本要求。協(xié)調(diào)好各個(gè)系統(tǒng)的基本要求。0.3 結(jié)構(gòu)體系和其他體系（系統(tǒng)）結(jié)構(gòu)體系和其他體系（系統(tǒng)） 例如，設(shè)備系統(tǒng)

25、往例如，設(shè)備系統(tǒng)往往需要豎井，通風(fēng)管道，往需要豎井，通風(fēng)管道，這些豎井和通風(fēng)管道難這些豎井和通風(fēng)管道難免與建筑使用功能或結(jié)免與建筑使用功能或結(jié)構(gòu)構(gòu)件發(fā)生矛盾，這就構(gòu)構(gòu)件發(fā)生矛盾，這就需要在總體方案中給予需要在總體方案中給予充分考慮，一旦方案確充分考慮，一旦方案確定，各專業(yè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)定，各專業(yè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)已完成，再作修改就很已完成，再作修改就很困難了，有時(shí)會(huì)造成設(shè)困難了，有時(shí)會(huì)造成設(shè)計(jì)工作的大量返工，或計(jì)工作的大量返工，或嚴(yán)重影響使用功能。嚴(yán)重影響使用功能。 圖示為鋸齒形紡織圖示為鋸齒形紡織廠中風(fēng)道與結(jié)構(gòu)構(gòu)件的廠中風(fēng)道與結(jié)構(gòu)構(gòu)件的結(jié)合，使結(jié)合，使車間內(nèi)部整齊車間內(nèi)部整齊美觀。美觀。 左圖為在多層廠

26、左圖為在多層廠房中利用梁間空間作通房中利用梁間空間作通風(fēng)和排風(fēng)道，使風(fēng)和排風(fēng)道，使結(jié)構(gòu)系結(jié)構(gòu)系統(tǒng)和通風(fēng)系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)統(tǒng)和通風(fēng)系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合在一起。合在一起。 風(fēng)道梁風(fēng)道天溝出風(fēng)口送風(fēng)道回風(fēng)道梁 以單層工以單層工業(yè)廠房中的業(yè)廠房中的屋架為例屋架為例0.3 結(jié)構(gòu)體系和其他體系（系統(tǒng)）結(jié)構(gòu)體系和其他體系（系統(tǒng)）結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)體系荷荷 載載結(jié)構(gòu)構(gòu)件結(jié)構(gòu)構(gòu)件構(gòu)件設(shè)計(jì)構(gòu)件設(shè)計(jì)內(nèi)內(nèi) 力力構(gòu)件設(shè)計(jì)構(gòu)件設(shè)計(jì)配筋計(jì)算配筋計(jì)算結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在結(jié)構(gòu)體系中構(gòu)件的受力狀態(tài)與構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)的計(jì)算簡(jiǎn)圖不完全相同在結(jié)構(gòu)體系中構(gòu)件的受力狀態(tài)與構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)的計(jì)算簡(jiǎn)圖不完全相同 設(shè)計(jì)屋架時(shí)我們只考慮用屋架來承受作用在屋架設(shè)計(jì)屋架時(shí)我們只考慮

27、用屋架來承受作用在屋架平面內(nèi)的荷載，屋架在豎向能承受很大的豎向荷載，平面內(nèi)的荷載，屋架在豎向能承受很大的豎向荷載，也有很大的抗彎剛度。但也有很大的抗彎剛度。但屋架在其出平面方向屋架在其出平面方向( (垂直垂直屋架平面方向屋架平面方向) )的剛度和承載力都非常小，甚至小到的剛度和承載力都非常小，甚至小到可以忽略不計(jì)?？梢院雎圆挥?jì)。 但是，完成屋蓋支撐系統(tǒng)和蓋上屋面板以后，屋蓋就成為但是，完成屋蓋支撐系統(tǒng)和蓋上屋面板以后，屋蓋就成為一個(gè)剛度很大的一個(gè)剛度很大的“剛性盤體剛性盤體”，可以承受各個(gè)方向的荷載，協(xié)，可以承受各個(gè)方向的荷載，協(xié)調(diào)各柱的變形，屋蓋體系在水平方向還可以承受很大的水平彎調(diào)各柱的變

28、形，屋蓋體系在水平方向還可以承受很大的水平彎矩和水平剪力。此時(shí)，矩和水平剪力。此時(shí)，屋架只是屋蓋體系的一部分，甚至只相屋架只是屋蓋體系的一部分，甚至只相當(dāng)于整個(gè)屋蓋系統(tǒng)的當(dāng)于整個(gè)屋蓋系統(tǒng)的“加勁肋加勁肋”。由于結(jié)構(gòu)體系的有效高度很。由于結(jié)構(gòu)體系的有效高度很大，按結(jié)構(gòu)體系工作時(shí)附加給各個(gè)構(gòu)件的內(nèi)力一般都很小，在大，按結(jié)構(gòu)體系工作時(shí)附加給各個(gè)構(gòu)件的內(nèi)力一般都很小，在設(shè)計(jì)中常忽略不計(jì)，不會(huì)影響各構(gòu)件的承載力。設(shè)計(jì)中常忽略不計(jì)，不會(huì)影響各構(gòu)件的承載力。0.3 結(jié)構(gòu)體系和其他體系（系統(tǒng)）結(jié)構(gòu)體系和其他體系（系統(tǒng)） 如何將各結(jié)構(gòu)構(gòu)件組合如何將各結(jié)構(gòu)構(gòu)件組合成有效的結(jié)構(gòu)體系，對(duì)結(jié)構(gòu)成有效的結(jié)構(gòu)體系，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)

29、計(jì)人員來說，是十分重要設(shè)計(jì)人員來說，是十分重要的。在高層建筑和抗震結(jié)構(gòu)的。在高層建筑和抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中顯得尤其重要。設(shè)計(jì)中顯得尤其重要。 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中都要求解結(jié)構(gòu)內(nèi)力，可是在許多結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中都要求解結(jié)構(gòu)內(nèi)力，可是在許多情況下，引起內(nèi)力的荷載是含糊不清的。情況下，引起內(nèi)力的荷載是含糊不清的。 例如，地例如，地基不均勻下沉基不均勻下沉引起的結(jié)構(gòu)內(nèi)引起的結(jié)構(gòu)內(nèi)力。由于地基力。由于地基和結(jié)構(gòu)的交互和結(jié)構(gòu)的交互作用，實(shí)際結(jié)作用，實(shí)際結(jié)構(gòu)內(nèi)力的大小，構(gòu)內(nèi)力的大小，很難準(zhǔn)確求得。很難準(zhǔn)確求得。 再如，抗震設(shè)計(jì)中，地震本身就是再如，抗震設(shè)計(jì)中，地震本身就是個(gè)隨機(jī)量，地震荷載是個(gè)慣性力，它與個(gè)隨機(jī)量，地震荷載是個(gè)慣性

30、力，它與結(jié)構(gòu)剛度有關(guān)，隨著地震的發(fā)展，結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)剛度有關(guān)，隨著地震的發(fā)展，結(jié)構(gòu)剛度也在變化。盡管我們對(duì)地震已進(jìn)行剛度也在變化。盡管我們對(duì)地震已進(jìn)行了許許多多的調(diào)查研究，但至今房屋的了許許多多的調(diào)查研究，但至今房屋的抗震主要還依靠抗震主要還依靠“概念設(shè)計(jì)概念設(shè)計(jì)”，即提高，即提高結(jié)構(gòu)的整體性，形成可靠的結(jié)構(gòu)體系，結(jié)構(gòu)的整體性，形成可靠的結(jié)構(gòu)體系，以抵抗各種可能的不利作用以抵抗各種可能的不利作用。把房屋組成可靠的結(jié)構(gòu)體系顯得尤為重要把房屋組成可靠的結(jié)構(gòu)體系顯得尤為重要0.3 結(jié)構(gòu)體系和其他體系（系統(tǒng)）結(jié)構(gòu)體系和其他體系（系統(tǒng)） 以常見的以常見的混合結(jié)構(gòu)房屋混合結(jié)構(gòu)房屋為例，設(shè)置圈為例，設(shè)置圈梁和構(gòu)造

31、柱對(duì)梁和構(gòu)造柱對(duì)形成結(jié)構(gòu)體系形成結(jié)構(gòu)體系十分有利。當(dāng)十分有利。當(dāng)?shù)鼗a(chǎn)生不均地基產(chǎn)生不均勻沉降時(shí)，房勻沉降時(shí)，房屋就會(huì)有較大屋就會(huì)有較大的整體變形，的整體變形，如圖所示。如圖所示。 我們可把整個(gè)房我們可把整個(gè)房屋 看 作 一 受 彎 的屋 看 作 一 受 彎 的“梁梁”， 當(dāng)房屋中部當(dāng)房屋中部下沉?xí)r，設(shè)在基礎(chǔ)頂下沉?xí)r，設(shè)在基礎(chǔ)頂面的圈梁就像面的圈梁就像“梁梁”的配筋一樣承受拉力。的配筋一樣承受拉力。盡管圈梁的配筋很少盡管圈梁的配筋很少( ( 一 般 只 配一 般 只 配 4 1 0 或或412) )，然而這根，然而這根“梁梁”的有效高度相當(dāng)于房的有效高度相當(dāng)于房屋總高，內(nèi)力臂很大，屋總高，內(nèi)力臂很大，很少的幾根鋼筋就可很少的幾根鋼筋就可以承受很大的彎矩，以承受很大的彎矩，阻止砌體開裂，并減阻止砌體開裂，并減少不均勻沉降。少不均勻沉降。 當(dāng)房屋兩端下沉?xí)r，設(shè)在房屋頂當(dāng)房屋兩端下沉?xí)r，設(shè)在房屋頂部的圈梁，作用完全相同部的圈梁，作用完全相同。 0.3 結(jié)構(gòu)體系和其他體系（系統(tǒng)）結(jié)構(gòu)體系和其他體系（系統(tǒng)） 從這個(gè)例子中我們可以看出，從這個(gè)例子中我們可以看出，圈梁不是梁，只是一