结构选型.docx

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结构选型

建筑结构概念与选型

题型

填空选择ｏｒ　判断　　　简答　　结构布置

第一讲（3月8日）

绪论

一．什么是建筑？

人为创造的三维空间环境，建筑物和构筑物的统称。

建筑应具三要素？

１.使用功能　原始

２.运用技术、使用材料　　核心　

3美观性辅助

二．什么是杆件（构件）？

定义：

组成建筑物的各个部分

受力杆件：

承受荷载（不包括自重）的杆件

垂直：

墙、柱　　　　水平：

梁、楼板

荷载：

结构工作时所承受的外力

类型：

　　１.按时间分（恒、活）

　　　　　２．按方向（水、垂）

三．结构

建筑的受力骨架，由受力杆件构成（建筑中承受荷载的基本元素，杆件是其中的一种小原子）

结构的影响因素；ａ．荷载　ｂ．变形　　ｃ．环境作用　　ｄ．地基承载状况

对结构的要求：

可靠、安全，具有承载力（强度），具有足够抗变形能力（刚度）

1.可靠度

　　　失效概率（在使用期内的）

　　　失效后的后果程度

　　　有无预兆

２．适用性

３.耐久性

四．结构体系

定义：

利用联系杆件，将承受荷载的各个结构联系成整体，共同协调工作。

五．与其他体系之间的关系

2常用的重要结构概念

一．受力形式

拉图

压

弯

剪

扭

二．材料性能对结构的影响

砖、石、钢混：

抗拉弱、抗压强用在受压部位，用在受拉部位时需要提高扭矩

木：

受拉弱、受压强破坏属于劈裂

钢：

受拉：

受压接近1：

1

三．结构变形的影响

杆件受力变形图

画变形趋势的规律：

１．在Ｍ＝０点，为变形拐点

2.嵌固端，变形曲线与原构件轴线相切

3.连续梁中间支座两侧变形曲线的切线斜率相同

4.框架节点变形后，沿外荷载方向转动，各杆件夹角不变

5.直接受外力荷载作用的杆件变形大

四．构件尺度的影响合理性

五．三向受力：

三维控制

六．预应力

不能提高杆件的承载力（强度）而是减小变形（提高刚度）

七．体系杆件

1.圈梁

增加建筑物整体刚度，起腰箍作用

２４０Ｘ２４０　　　　　１４钢筋

１）尺寸（间距）要求　　　　　２）不能做内凹设置

３）砖混结构设置圈梁，一般至少为两道

２.构造柱

　　增加E

　　　ＥＩ－刚度

　　　Ｉ－惯性矩（杆件截面尺度）

３．墙垛、墙墩

增加I

作业：

独立柱受压时的计算公式

荷载

第二讲（３月１５日）

第一章混合建筑（砖混结构）

1．概述

一．受力特点

1.组成

　　　水平：

梁、板　（受弯构件）――材：

钢混

　　　垂直：

墙（受压）　――材：

砖、石、钢混

２、承重结构形式

１）水平承重结构

　　ａ简支梁（板）　　ｂ连续梁（板）　　ｃ伸臂梁　　ｄ肋梁楼板（主次梁）

　ｅ井格梁　ｆ无梁楼板　ｇ密梁密肋楼板、压型钢板样板　

　　　　２）垂直杆件的承重

　　　　　　ａ　横墙承重

特点：

　增加横向刚度，横向刚度大

建筑立面灵活

建筑平面使用受限制

经济性差

　　　ｂ纵墙承重

特点：

横向刚度弱

经济性好（外保＋承）

建筑立面具有局限性

内部空间使用灵活

ｃ混合承重

特点：

双向，建筑的整体刚度均得到提高

经济性最佳

建筑空间使用满足要求

水平杆件布置达到合理跨度

　ｄ外墙内柱承重

　　　使用功能要求大空间　　但不要求通视

　　　　　　外围护结构承重

　　　　　　建筑高度要求不高

　　特点：

内部空间使用极其灵活，随意划分

　　　　　建筑整体刚度更好

　　　　　当地基沉降不一致时，楼板会产生附加内力，使结构有发生破坏的可能　　

　　　　　当温度发生变化时，楼板会产生附加内力使楼板变形

二．混合建筑的受力特点分析

满足水平力的办法：

1）建筑高度降低

2）采取构造措施：

圈梁、构造柱、墙垛、墙墩

3）设刚性横墙

2承重墙的受力方案

一．垂直荷载作用下

二．水平荷载作用下

1.无山墙

2.有山墙图+公式

三．构造措施

1）保证楼板和墙体的连接

2）在楼板的洞口处加强刚度，在楼梯外设构造设施

3）合理地设置刚性横墙的间距

楼板类型

刚性方案

刚弹性方案

弹性方案

整体楼板

装配整体式楼板

装配式无檩体系

L<32m

32

L≥72m

装配式有檩体系

轻钢屋盖

密铺望瓦屋盖

L<20

20≤L<48

L≥48

冷摊瓦屋面

石棉瓦屋面

L<16

16≤L<36

L≥36

4）刚性横墙厚度≥180常用240

5）刚性横墙上允许开洞，开洞率不大于50%宽度A≤50%B

6）刚性横墙的设置

单层——刚性横强宽度B要大于高度H

多层——B≥H/2

7）刚性横墙应贯穿整个建筑进深

作业：

找一个以前做的方案，画出承重墙，看有没有做刚性横墙的可能

第三讲（3月22日）

3水平杆件的受力分析

一．简支梁

特点：

1）内力简单、计算简单

2）等截面梁

施工方便、美观性好

材料浪费、自重大、经济性不好

3）不等截面梁

结构合理、材料用料最少、自重轻

二、连续梁

特点：

受力合理、节省材料、自重小

室内净高增大

现浇周期长，工种要求素质高、施工复杂

应避免某个支座产生向上的拔力

连续梁一般边缘处跨度小，中间跨度加大

三、伸臂梁

特点：

1）弯矩调幅后，杆件内力减小，杆件尺寸降低

2）弯矩调幅的合理结果就是正负弯矩相等，材料利用施工合理

3）尺寸要求，两端悬臂占总跨的1/4左右，中间占总梁长近1/2,为最合理设计

四、肋梁楼板

建筑短向的跨度是主梁长，主梁的间距是次梁的跨度，次梁间距是楼板的跨度。

关系

短边——主梁跨

主梁间距——次梁跨

次梁间距——板跨

传力方式

荷载——板——次梁——主梁——墙——基础

五、井格梁（互为支座连续梁）

长边：

短边>2,单向板/<2,双向板

相同板面积、相同荷载，双向板支座受力小

相同梁高（支座），双向板面积可大些。

形式：

1）正交正放

适用：

正方形平面

2）正交斜放

适用：

正方、矩形平面

3）斜交斜放

适用：

圆、三角形、菱、八边形平面

边缘短梁要和其他梁一样高，井格梁为连续梁，支座两边支座力大，短梁要与长梁共同受力，井格梁不管长短做的要一样高。

六、无梁楼板

适用：

（无梁）等厚楼板加柱帽，增加抗剪能力

七、密梁密肋

五种楼板梁的经济适用尺度（根据经验统计）

楼板

合理跨度（m）

截面高度

单向板

1.7~3

空心预制3.3或3.6

简支单向≥1/35L连续》≥1/40L且民用楼板≥70

工业楼板≥80屋面板≥60

双向板

3~5

四边简支≥1/45L四边连续≥1/50L

次梁

4~6

简支H=（1/10~1/14）L.连续h=（1/12~1/18）L

主梁

6~12

H=（1/8~1/12）L

井格梁

10~30

格距2.4~4h=（1/16~1/20）L

悬臂梁

/

梁（1/6~1/8）L板≥1/12L

第二章高层建筑

1概述

一、发展原因

1、社会原因：

人口增长；经济发展不均衡；人的思想意识

2、技术原因：

材料：

轻质高墙（钢材、钢混）

结构计算理论日趋成熟

计算机的应用

设备更新

二、特点

1）使用上：

节约用地，提高容积率

2）尺度特点：

高跨比大（高度尺度较大、水平尺度小）

3）内力：

做设计着重处理水平荷载引起的变形（M）

为什么做设计重点放在弯矩上

水平荷载引起的变形较大，会引起

A建筑装饰面破坏，剥落、开裂

B交通工具失去性能

C设备管线遭到破坏

综上：

高层建筑需控制水平变形

三、受力（垂直、水平）

2变形分析——压缩、侧移

一、压缩变形

二、水平侧移

措施：

1减小水平荷载

1）合理的建筑平面形状（式）

2）合理的建筑体形

3）注意地段的主导风向和建筑的合理朝向

2增加惯性矩

1）控制建筑的高宽比（高宽比小、距大）

框架结构控制在≤4/1

框剪结构≤5/1

纯剪力墙或筒体结构≤6/1

2）将材料集中使用

3改变承重杆件的形式/`状

4双向承重杆件形成整体

5水平杆件、垂直杆件刚接（水平梁和墙或柱刚接形成体系）

6）技术手段

3建筑倾覆

一．原因

二．措施

1）控制高宽比（4：

15：

16：

1）

2）支撑点（建筑的支撑构件）尽可能对称

3）建筑外形尽量对称均匀（风荷载均匀）

4）做地下室能抵抗倾覆h/H≥1/12（h—地下室底板到地表面高度

5）尽量降低桩基础高度H—屋顶到地面

6）承台到建筑地面的高与建筑高比h`/H`≥1/15

7）建筑重心尽可能降低

4建筑扭转

一．原因

刚度：

抵抗变形的能力的合力

刚度中心：

建筑物抵抗外荷载作用变形的能力的合力作用点

扭转：

建筑的刚度中心和外力的合力作用中心不重合时，发生扭转。

二．措施

1）建筑的刚度尽可能对称（在外立面形状对称时）

2）当外立面不对称时，设变形缝

3）脚柱加强（抵抗扭转、应力集中、分担的内力大）

5结构体系

一．框架作用

1.垂直荷载作用下比较

2.水平荷载作用下比较

基本假定：

水平横梁刚度无限大，与垂直杆刚接

3.框架作用

1）定义：

具有一定刚度的横梁与柱刚性连接。

横梁能够帮助柱子提高水平荷载的作用，称为框架作用

2）完全框架作用：

当横梁刚度无限大时，横梁对柱的帮助达到最大。

能使柱子的水平变形比独立柱减小3/4,此作用即~

3）实际工程中的应用：

满足梁的线刚度与柱的线刚度比值

大于4时看作完全框架作用

4）改善：

1）增加柱的截面（轻易不用）

2）增加柱数量2~4

3）增加横梁数

第四讲（4月11日）

5结构体系（补充）

二．常见的结构类型

1.框架结构

1）横向框架

特点ⅰ横向刚度大，抵抗横向变形能力强

ⅱ影响走廊纵向管线铺设

ⅲ对面房间通视

2）纵向框架山墙朝着常年的主导风向

3）井格框架

4）纵横双向框架

框架结构常用数据：

框架结构使用高度：

50m以内/15层以下

框架主梁高度是跨度的1/8~1/12,一般取上限

框架结构的变形图

2.剪力墙结构

ⅰ作用：

抵抗弯矩

因为柱子做胖就可以抵抗剪力，而做成普通柱（墙）是为了抵抗弯矩。

越宽，抵抗能力越大。

ⅱ1）横向剪力墙（允许开洞）

2）纵向剪力墙

ⅲ结论：

剪力变形随建筑高度增高，变形逐层减小

弯曲变形随建筑高度增高，变形逐层增大

ⅳ数据：

高度适用范围：

50层以下/140m以下

剪力墙厚度：

最薄140mm,常用200mm.

3.框剪结构

ⅰ结论：

在协调一致层以下剪力墙主要发挥作用，

在协调一致层以上框架主要发挥作用。

——遵循原则

ⅱ框剪设置：

1）框架结构以承受垂直荷载为主，仅承受30%水平荷载剪力墙承受70%水平荷载，尽可能不受垂直荷载，在框架基础上尽可能少设剪力墙

2）剪力墙尽可能横向布置，以加强建筑横向刚度

3）地震区适当做纵向剪力墙，满足控制变形能力即可

4）剪力墙设置之后，框架柱子仍然保留（承受垂直荷载），横向剪力墙和纵向剪力墙最好连接在一起，增加抵抗能力

5）剪力墙离建筑中心稍远有利于抗扭，并且不能放到最边缘

6）剪力墙最好布置在楼板刚度不一样的地方（电梯楼梯间）

7）剪力墙间距

抗震地区

横截面形式

非震区

6~7级

8

9

整浇

≤5B

≤60

≤4B

≤50

≤3B

≤40

≤2B

≤30

装配整浇

≤3.5B

≤50

≤3B

≤40

≤2.5B

≤30

——

——

高度运用范围：

130m以内/40层以内,常做15~25层

4.筒结构

形式：

1）外框内筒2）毗邻筒

3）外筒内框4）筒中筒

5）束筒

7其他建筑体系

一．巨型框架

二．巨型桁架

三．巨型悬挂体（占地小）

第五讲（4月19日）

第三章大跨建筑

1、概述

一．特点

1）高跨比小1：

4以上

2）内部空间没有支撑杆件，要求通视（使用功能）

二．受力分析

1.垂直荷载作用

水平杆件内力大（M）——水平杆件高

垂直杆件受到压力大（N）——垂直杆件胖

2.水平荷载作用

水平杆件抵抗能力大。

变形小（前提：

水平荷载小，建筑高度小）

垂直杆件抵抗能力大

三．水平杆件形式的定义（演变）过程

1、矩形梁

2、异形梁

3、结构式

板作用：

1）保证上拉下压区需要的高度/力臂值

2）保证其抗剪能力

4、设中间支撑、连续梁（板）

5、利用预应力（提刚，剪变形）

6、悬索结构（材料集中使用）

7、三向受力（壳）

2网架结构

一、屋架（格构式）

二、网架（双向格构式）

单向格构式保护互相彼此不发生出平面失稳，使节点受到空间力的作用

1、特点

A杆件受集中力的作用（拉压的简单力）

B杆件之间距离比较远，整个屋架惯性距大

C杆件截面小，结构自重轻，不用大型吊装设备

D适用平面任意、多样

E杆件型号少，便于安装

F节点处受三向空间力的作用、承载能力大、（点不用太大，一般球支点）

球节点：

1）两种类型

空心杆件与两个半球焊接/实心螺纹连接

2）所有杆件力汇聚于球心，即空间受力

3）最少一球节点，连接6根杆，最多13根。

2、屋盖形式

1）平板网架

类型适合平面

正交正放正方形/近似~（计算简单、施工方便）

正交斜放矩形

斜交斜放异形平面（计算复杂，施工较复杂，美观、形式丰富，适用于任何异形平面）

2）角锥网架

3）网壳

3、网架的尺寸

跨度

h

b

L<30m

（1/10~1/13）L

（1/8~1/12）L

30≤l<60

（1/12~1/15）L

（1/10~1/12）L

L≥60

（1/14~1/18）L

（1/13~1/18）L

4.网架的`屋面：

轻屋盖

带保温的压型钢板（两层钢板中夹多空棉、隔声）

纤维混凝土板（玻璃丝纤维代替钢筋、减轻自重）

排水：

材料垫坡（设小柱单片施工）

结构找坡

3拱结构

一．特点

1、拱结构垂直杆件、水平杆件做成连续整体

2、杆件内以压力为主，存在比较小的拉力

拱轴内存在比较小的弯矩（由拱轴高度自身尺寸来抵抗）

拱结构常使用抗压性能好的材料：

砖、石、混凝土、钢混

3、拱结构支座存在比较大的水平推力H

f:

矢高

当f为1/2L时，水平跨度为0

公式为应用在拱内几乎为压力的拱轴曲线（理想）

工程中选择f≤1/4?

时，可以做成圆弧

其内力接近理想拱轴曲线。

二、水平力处理措施

1、设拉杆

2、设宽飞檐

3、连续拱

4、斜拉索

5、框架

6、剪力墙

7、设水平板

8、大基础

三、屋面（钢混屋面板）

单向板

结构出坡排水

四、拱轴布置形式

单向布置（在短向布置）

双向布置斜交斜放

正交斜放

五、井格式钢结构拱

4悬索结构

一、特点

1柔性材料

材料的内部只有拉应力，没有弯矩、剪力

2受空间力的作用

3在索的支座处，存在一较大水平拉力

二、解决水平拉力措施

1斜柱

2设平衡索

3设框架

4剪力墙

5设拉索

6设压杆

7和拱结合

三、索的形成（屋面）

1索的组成

钢绞线

原因：

最大限度地发挥性能，每根绞丝的受力都是均匀的。

2索的布置方式

一般的布置是按长向布置

1）单层单曲（一个方向有曲率）索

A排水：

调整失高，将最中间的索拉紧而两侧依次略拉紧成坡

B屋面稳定

当受到半跨力时，一侧产生压力、变形导致屋面板破裂。

当受到反向荷载时，产生反向变形。

总之悬索结构不能产生反向变形，只能自然悬链线变形，否则就会导致屋面破坏

解决措施：

1）设斜拉索

2）重屋盖——轻混屋面板

W>1.5W风荷载

3）预应力（事先给反向变形）

4）设稳定索

2）双层单曲索

压杆：

钢混拉杆：

钢索

排水：

调节矢高

承重索：

正高斯曲线稳定索：

负高斯曲线

3）单层双曲索——索网

结构空间占的比例小

4）双层双曲

辐射状双层双曲索

四．支撑结构

承压：

钢混柱、钢柱

抗水平拉力:

：

斜柱、框架、剪力墙。

1）柱应整体协调工作

2）体系工作状态

3）柱间体系

4）屋面体系

边缘构件——大圈箍（环梁）

加强屋盖整体刚度，非受力杆件

网架补充

六．支撑结构

1、布置形式图

1）周边布置（柱）

托梁托着上面网架使节点变形时在同一位置，作成空的时则托架

2）悬挑布置

3）中间布置

2、边缘构件

大圈箍、大环梁

§5壳结构

一、特点

1）屋面厚度与跨度的比值从几十分之一到几千分之一。

类似于膜，

壳结构存在膜张力（拉力）

2）具有以形抵形的表面形式（以反向变形抵抗挠曲变形）

内部以受压为主，内部有非常小的弯矩。

3）壳结构表面每一点受到的力都不一样（三向空间力）

二、壳面形成方式

1平移壳

2旋转壳

三．支撑结构

柱支撑

需要边缘构件（壳薄与柱连续产生局压，所以边缘构件做成结构转换层）壳——转换层——柱

三、施工方式

1）满堂红脚手架

2）用土坯做成膜板，现场预制吊装安装