第五章 建筑结构.docx

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第五章建筑结构

第五章建筑结构

5.1概述

一、建筑结构的概念与分类

1、建筑结构----一座建筑，它也像动物或雕塑的情况一样存在一个骨架，这个骨架能够承受和传递各种荷载和其他作用，我们称之为建筑结构。

2、按承重结构所用的材料不同，建筑结构可分为混凝土结构、砌体结构、钢结构、木结构等。

3、混凝土结构包括素混凝土结构、钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构等。

4、混凝土结构优点：

（1）承载力高。

（2）耐久性好。

（3）可模性好

（4）耐火性好。

（5）可就地取材。

（6）抗震性能好。

混凝土缺点：

（1）自重大

（2）抗裂能力差

（3）现浇时耗费模板多（4）工期长等

二、结构设计的基本要求

1、结构功能要求：

安全性、适用性、耐久性

2、结构功能极限状态可分为承载能力极限状态和正常适用极限状态两类。

当结构或构件出现下列状态之一时，即认为超过了承载能力极限状态：

①整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡②结构构件或其连接因超过材料强度而破坏③结构转变为机动体系④结构或构件丧失稳定

超过承载能力极限状态，安全得不到保证，所以要严格控制承载能力极限状态出现的概率

3、当结构或构件出现了下列状态之一时，即认为超过了正常使用状态：

①影响正常使用（包括影响美观）的变形

②影响正常使用或耐久性能的局部损坏

③影响正常使用的振动

④影响正常使用的其他特定状态

控制出现正常使用极限状态出现的概率，就是为了保证结构或构件的适用性与耐久性。

三、结构上的荷载与荷载效应

1、荷载的分类

结构上的荷载，通常按随时间的变异分类，可分为：

（1）永久荷载：

在结构试用期间，数值不随时间变化或变化值相对于平均值可以忽略不计的荷载。

结构的自重、土压力等均为永久荷载。

永久荷载也称为恒载。

（2）可变荷载：

在结构使用期间，数值随时间变化，且变化值相对于平均值不可忽略的荷载。

楼面活荷载、风荷载、雪荷载、吊车荷载等均为可变荷载。

可变荷载也称为活荷载或活载。

（3）偶然荷载：

在结构使用期间内出现的机率较小，但其一出现，其量值很大、持续时间很短。

如地震力、爆破力等。

2、荷载的代表值

在结构设计时，应根据不同的设计要求采用不同的荷载数值，称为代表值。

《荷载规范》给出了几种代表值：

标准值、组合值、

频遇值、准永久值

3、荷载标准值

荷载的标准值是指荷载正常情况下可能出现的最大值。

各种荷载标准值是建筑结构设计时采用的基本代表值。

4、荷载效应

荷载作用在结构上，产生的内力（如弯矩、

剪力和轴力等）及变形（如挠度、裂缝等）统称为荷载效应。

四、概率极限状态设计法

（1）由可变荷载效应控制的组合：

γG----永久荷载分项系数，一般情况下，对由可变荷载效应控制的组合采用1.2；对由永久荷载效应控制的组合，采用1.35。

当永久荷载效应对结构构件承载能力有利时，采用1

γQ1、γQi----第一个、第i个可变荷载分项系数、一般情况下采用1.4，当楼面荷载≥4KN/㎡，时采用1.3

SGK----按永久荷载标准值GK计算的荷载效应值

SQiK----按可变荷载标准值QiK计算的荷载效应值，其中SQiK为诸可变荷载效应中起控制作用者

ψci----第i个可变荷载的组合系数

（2）由永久荷载效应控制的组合

5.2钢筋混凝土结构基本知识

一、材料强度与锚固搭接

1、钢筋混凝土用钢GB1499-2007分三个部分：

热轧光圆钢筋、热轧带肋钢筋、钢筋焊接网。

2、钢筋牌号以阿拉伯数字或阿拉伯数字加英文字母表示，HRB335、HRB400、HRB500

分边以3、4、5表示，HRBF335、HRBF400

HRBF500分别以C3、C4、C5表示。

HRBF----细晶粒热轧钢筋

3、公称直接不大于10mm的钢筋，可不轧制标志，可采用挂标牌方法。

4、纵筋锚固与搭接

基本锚固长度：

d为钢筋直径，α为钢筋外形系数，光面取

0.16，带肋钢筋去取0.14。

受拉钢筋锚固长度按下列公式计算，且不应小于200mm。

εa----锚固长度修正系数，对普通钢筋按《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）第8.3.2条的规定采用，当多于一项时，可按连乘计算，但不应小于0.6，对预应力筋，可取1.0。

纵向受拉普通钢筋的锚固长度修正系数εa应按下列规定取用：

（1）当带肋钢筋的公称直径大于25mm时取1.0

（2）环氧树脂涂层带肋钢筋取1.25

（3）施工过程中易受扰动的钢筋取1.0

（4）当纵向受力钢筋的实际配筋面积大于其设计计算面积时，修正系数取设计计算面积与实际配筋面积的比值，但对有抗震设防要求及直接承受动力荷载的结构构件，不应考虑此项修正。

（5）锚固钢筋的保护层厚度为3d时修正系数可取0.80，保护层厚度为5d时修正系数可取0.70，中间按内插取值，此处d为锚固钢筋的直径。

当计算中充分利用纵向钢筋的抗压强度时，其锚固长度不应小于0.7la。

5、钢筋搭接

钢筋的连接可分为两类：

绑扎搭接；机械连接或焊接。

受力钢筋的接头宜设置在受力较小处，在同一根钢筋上宜少设接头。

6、纵向受拉钢筋绑扎搭接接头的搭接长度应根据位于同一连接区段内钢筋搭接接头面积百分率按下列公式计算，且任何情况下不得小于300mm。

ζ----纵向受拉钢筋搭接长度修正系数

二、受弯构件的一般构造

1、受弯构件概述

受弯构件----垂直于结构构件轴线作用的荷载，将使构件产生弯矩、剪力及弯曲变形。

主要承受弯矩和剪力的构件称为受弯构件。

如，楼盖或屋盖的梁和板、楼梯中梁和板、

门窗过梁、工业厂房中的吊车梁等。

2、梁的一般构造要求

梁的截面尺寸要满足承载力、刚度和抗裂三方面的要求。

3、为施工方便，并有利于模板的定型化，梁的截面尺寸应按统一规格采用；一般取为：

梁高h=150、180、200、240、250mm，大于250mm且不大于800mm时则按50mm递增，800mm以上则以100mm递增，梁宽b=120、150、180、200、240、250mm，大于250mm时则按50mm递增。

并非严格规定，宜根据具体情况灵活掌握。

4、当梁的腹板高度hw≥450mm时，在梁的两个侧面沿高度配置纵向构造钢筋。

5、混凝土保护层----混凝土结构构件中受力钢筋中最外层钢筋的外边缘至混凝土表面的距离。

6、板的一般构造要求

工程中现浇板的常用厚度有80mm，90mm，100mm，110mm，120mm，板厚以10mm的模数递增，板厚在250mm以上时以50mm的模数递增。

7、当按单向板设计时，除沿受力方向布置钢筋外，尚应在垂直受力方向布置分布钢筋。

双向板中两个方向均为受力筋，受力筋兼做分布筋。

分布筋的作用是固定受力筋的位置，将荷载均匀地传递给受力筋，还可以抵抗混凝土收缩、温度变化所引起的附加应力。

故分布筋应放置在受力筋的内侧，以使受力钢筋有效高度尽可能大。

三、受弯构件正截面承载力计算

受弯构件破坏的两种可能：

一种是由弯矩作用而引起的破坏，破坏截面与梁的纵轴垂直，称为正截面破坏；另一种由弯矩和剪力共同作用而引起的破坏，破坏截面时倾斜的，称为沿斜截面破坏。

因此，在设计钢筋混凝土受弯构件时，要进行正截面和斜截面承载力计算。

1、受弯构件正截面破坏形态

由于配筋率的不同，钢筋混凝土受弯构件将产生不同的破坏情况，以梁为例，根据正截面的破坏特征可分为适筋梁、超筋梁、少筋梁。

适筋梁----纵向受力钢筋的配筋率合适的梁

超筋梁----纵向受力钢筋的配筋率过大的梁

少筋梁----纵向受力钢筋的配筋率过少的梁

2、双筋矩形截面和T形截面的受力概念

（1）双筋矩形截面

不仅在截面受拉区配置纵向受拉钢筋，而且在受压区配置受压钢筋的梁称为双筋梁。

一般情况下是不经济的。

（2）T形截面

矩形截面受弯构件虽具有构造简单、施工方便等优点，但正截面承载力计算不考虑混凝土抗拉作用，因此，为节省混凝土、减轻构件自重，在不影响其承载力的情况下，可将受拉去混凝土挖去一部分，并将受拉钢筋集中放置，即形成T形截面。

3、实验和理论分析表明，T形截面梁受力后，翼缘受压时的压应力沿翼缘宽度方向的分布是不均匀的，离梁肋越远压应力越小。

四、受弯构件斜截面承载力计算

1、梁沿斜截面破坏的主要形态有三种：

斜压破坏、剪压破坏、斜拉破坏

2、梁中混凝土的受剪承载力就可抵抗斜截面的破坏时，可不进行斜截面承载力计算。

箍筋仅需按构造要求配置。

3、箍筋的构造要求

箍筋是受拉钢筋它的主要作用是使被斜裂缝分割的混凝土梁体能够传递剪力并抑制斜裂缝的开展。

·

五、受压构件

1、受压构件----承受以轴向压力为主的构件

钢筋砼受压构件按纵向压力作用线与截面形心是否重合，可分为轴心受压构件和偏心受压构件。

2、受压钢筋不宜采用高强度钢筋，一般采用HRB335级、HRB400级和RRB400级；箍筋一般采用HPB300级、HRB335级钢筋。

3、纵向钢筋

（1）纵向钢筋的直径不宜小于12mm。

4、箍筋

（1）箍筋不但可以防止纵向钢筋压屈，而且在施工时起固定纵向钢筋位置的作用，还对混凝土受压后的侧向膨胀起约束作用，因此柱中箍筋应做成封闭式。

（2）不允许采用有内折角的箍筋，避免产生外拉力，使折角处混凝土破坏。

六、预应力混凝土

1、为了充分发挥高强度钢筋的作用，可以在构件承受荷载以前，预先对受拉区的混凝土施加压力，使其产生预压应力。

当构件承受使用荷载而产生拉应力时，首先要抵消混凝土的预压应力，然后随着荷载的不断增加，受拉区砼才开始受拉进而出现裂缝，这种在受荷载以前预先对受拉区混凝土施加预压应力的构件，称为预应力混凝土构件。

2、根据张拉钢筋与浇筑砼的先后关系，预加应力的方法分为先张法与后张法。

（1）先张法是先张拉钢筋后浇筑混凝土。

（2）后张法是先浇混凝土后张拉钢筋。

3、预应力损失

预应力混凝土构件在制作、运输、安装、使用的各个过程中，由于张拉工艺和材料特性等原因，使钢筋中的张拉应力逐渐降低的现象。

七、楼盖、楼梯、雨蓬

1、楼盖

钢筋砼楼盖，按其施工工艺的不同，又分为现浇整体式、装配式、装配整体式三种形式

2、现浇整体式楼盖按梁板的结构布置情况，分为肋梁楼盖、井字楼盖、无梁楼盖等。

3、楼梯按照施工方式不同，可分为整体式和装配式，按照梯段结构形式的不同可分为板式楼梯、梁式楼梯、螺旋式楼梯等。

一般当楼梯使用荷载不大，且梯段的水平投影长度小于3m时，宜选用板式楼梯；当使用荷载较大，且梯段的水平投影长度不小于3m时，则宜采用梁式楼梯。

4、雨蓬可能发生三种破坏：

（1）在根部发生受弯断裂破坏

（2）雨蓬梁受弯、剪、扭发生破坏（3）雨蓬发生整体倾覆破坏。

八、单层厂房简介

我国采用较多钢筋砼排架结构，结构构件组成如下：

（1）柱是厂房结构的主要承重构件，承受屋架、吊车梁、支撑、连系梁和外墙传来的荷载并传递给基础。

柱的类型很多，按材料分：

砖柱、钢筋砼柱、钢柱等；按截面形式分：

单肢柱和双肢柱两大类；按截面的构造形式分：

矩形柱、工字形柱、双肢柱。

目前，许多地方大量使用钢柱。

（2）基础承受住和基础梁传来的全部荷载，并将荷载传给地基。

基础梁承受上部砖墙重量，并传递给基础。

（3）屋架是屋盖结构的主要承重构件，承受屋盖上的全部荷载并传递给柱。

（4）屋面板铺设与屋架或天窗架上，直接承受各类荷载并传递给屋架。

（5）吊车梁设在柱子的牛腿上，承受吊车和起重的重量，运动中将所有荷载传递给排架柱。

（6）联系梁是厂房纵向柱列的水平连系构件，用以增加厂房的纵向刚度，承受风荷载和上部墙体的荷载，并传递给柱列。

（7）支撑系统构件分设于屋架之间和纵向柱列之间，作用是加强厂房的空间整体刚度和稳定性，传递水平荷载和吊车产生的水平刹车力

（8）抗风柱：

单层厂房山墙面积较大，所受风荷载也大，故在山墙内侧设置抗风柱。

5.3砌体结构基本知识

一、砌体结构概述

砌体结构优点：

①材料来源广泛；②性能优良；③施工简单；④费用低廉

砌体结构缺点：

①砌体的抗压强度比块材低，抗拉、弯、剪强度更低，因为抗震性差；②因强度较低，砌体结构墙、柱截面尺寸较大，材料用量较多，因而结构自重大；③手工方式砌筑，生产效率较低，运输、搬运材料时损耗也大；④占用农田。

二、砌体结构材料

1、烧结普通砖、烧结多孔砖的强度等级MU30、MU25、MU20、MU15和MU10五级，其中MU表示砌体中的块体，其后数字表示块体的抗压强度平均值，单位为MPa。

2、砌筑砂浆的等级分为M15、M10、M7.5、

M5和M2.5。

其中M表示砂浆，其后数字表示砂浆的强度大小（单位为MPa）。

砼普通砖、砼多孔砖、单排孔砼砌块、煤矸石砼砌块砌筑砂浆强度用Mb表示，以区别其他砌筑砂浆。

三、砌体力学性能

1、影响砌体抗压强度的主要因素：

①块体和砂浆强度②砂浆的性能③块体的尺寸、形状与灰缝的厚度④砌筑质量

2、在进行砌体结构设计时，遇到下列情况的各种砌体，其砌体强度设计值应乘以相应的调整系数γa:

（1）对无筋砌体构件的截面面积A小于0.3㎡时，γa为其截面积加0.7，即γa=A+0.7;对配筋砌体构件，当其中砌体截面面积A小于0.2

㎡时，γa为其截面积加0.8，即γa=A+0.8；截面积A以平方米计。

（2）当砌体用强度等级小于M5.0的水泥砂浆砌筑时，γa=0.9。

（3）当验算施工中房屋的构件时，γa=1.1

四、房屋的空间工作和静力计算方案

1、无山墙和横墙的单层房屋，水平荷载传递路线为风荷载→纵墙→纵墙基础→地基。

两端加设了山墙的单层房屋，水平荷载传递路线为风荷载→纵墙→纵墙基础（屋盖结构→山墙→山墙基础）→地基。

房屋空间工作性能的主要影响因素为楼盖（屋盖）的水平刚度和横墙间距的大小。

2、在混合结构房屋内力计算中，根据房屋的空间工作性能，分为三种静力计算方案，即：

刚性方案、弹性方案、刚弹性方案。

五、墙、柱高厚比的验算

1、允许高厚比

砌体结构房屋中，作为受压构件的墙、柱除了满足承载力要求之外，还必须满足高厚比的要求。

所谓高厚比β是指墙、柱计算高度H0与墙厚h的比值。

六、过梁

1、对砖和小型砌块砌体，当梁、板下的墙体高度hw＜ln时，应计入梁、板传来的荷载。

当梁、板下的墙体高度hw≥ln时，可不考虑梁、板荷载。

2、对砖砌体，当过梁上的墙体高度hw＜ln/3

时，应按墙体的均布自重采用，其中ln为过梁的净跨，当墙体高度hw≥ln/3时，应按高度为

ln/3墙体的均布自重采用。

3、对砌块砌体，当过梁上的墙体高度hw＜

ln/2时，按墙体的均布自重采用。

当高度hw≥

ln/2时，应按高度为ln/2墙体的均布自重采用。

5.4钢结构基本知识

一、钢结构概述

1、钢结构是由型钢和钢板通过焊接、螺栓连接或铆接而制成的工程结构。

2、钢材的特点是强度高、自重轻、整体刚性好、变形能力强故用于建筑大跨度、超高型建筑特别适宜；材料匀质性和各向同性好；材料塑性、韧性好；工业化程度高；加工精度高、效率高、密闭性好。

缺点是耐火性和耐腐性较差。

二、建筑钢材的力学性能及其技术指标

1、伸长率

δ----伸长率

lo----试件原标距长度

l1----试件被拉断后标距间的长度

2、伸长率是衡量钢材塑性性质的主要指标，伸长率δ越大，钢材的塑性越好。

3、钢材三项基本力学性能指标

①屈服强度②抗拉强度③伸长率

三、影响建筑钢材力学性能的因素

1、化学成分对钢材性能的影响

锰和硅是钢材中的有益元素，都是脱氧剂

钒、铌、钛是钢中的合金元素，既可以提高钢材强度，又可保持良好的塑性、韧性

硫和磷是冶炼过程中留在钢中的杂质，是有害元素。

它们会降低钢材的塑性、韧性、可焊性和疲劳强度

氧和氮也属于有害杂质元素。

四、建筑钢材的规格

Q----钢材屈服点

A、B、C、D----分别为质量等级、其中A级最差、D级最优

F----沸腾钢

b----半镇静钢

Z----镇静钢

TZ----特殊镇静钢

Q235-AF表示屈服点为235N/mm2、质量等级为A级的沸腾钢；

Q235-B表示屈服点为235N/mm2、质量等级为B级的镇静钢（Z与TZ符号可以省略）

2、钢板代号用“宽*厚*长（单位为mm）”及其前面附加钢板横截面”-”的方法表示，如

-800*12*2100

3、普通工字钢以符号“I”后加截面高度如I16

20号以上的工字钢，同一截面高度有3种腹板厚度以a,b,c区分（a类腹板最薄）如I30b。

轻型工字钢以符号“QI”后加截面高度表示，如QI25。

单选33

4、角钢用符号L和“长肢宽*短肢宽*厚度”如

L100*80*8，等边角钢用符号L和“边宽*肢厚”

表示，如L20*3。

5、H型钢其代号分别为HW、HM、HN、HP，H型钢的规格以代号后加“高度*宽度*腹板厚度*翼缘厚度”如HW340*250*9*14。

五、钢结构的连接

1、钢结构所用的连接方法有焊接连接、螺栓连接和铆钉连接三种。

螺栓连接分普通螺栓连接和高强度螺栓连接两种。

2、焊接方法有电弧焊、电阻焊和气焊。

3、焊缝连接形式

①按被连接件之间的相对位置分类

分为平接、搭接、T形连接和角部连接。

②按焊缝的构造不同分类

依据焊缝构造不同，可分为对接焊缝和角焊缝两种形式。

③按施焊时焊件之间的空间相对位置分类

分为平焊、竖焊、横焊和仰焊

4、规定焊缝按其检验方法和质量要求分为一级、二级和三级。

钢结构中一般采用三级焊缝，便可满足通常的强度要求。

单选35

六、轻钢工业厂房简介

1、相对于钢筋砼结构工业厂房而言，轻型门式钢刚架工业厂房具有以下特点：

①施工速度快由于轻型门式钢刚架厂房构造相对简单，构件加工制作工厂化，现场安装预制装配化程度高。

②自重轻屋面、墙面采用压型钢板及冷弯薄壁型钢等材料组成，屋面、墙面的质量都很轻；承重结构门式刚架轻；基础小。

③绿色环保由于钢材可以回收利用，厂房也可搬迁重复利用，是绿色环保建筑。

2、轻钢工业厂房的组成

①门式刚架

②檩条、墙梁

③屋面板、墙板

④支撑、系杆

⑤基础

在多层轻钢工业厂房中，为防止对墙面的机械碰撞，在标高1.2米以下的墙体做成砖墙。

门式刚架结构的基础一般采用钢筋混凝土独立基础，刚架与基础用锚栓连接。

5.5木结构基本知识

（1）了解木结构的概念、发展前景

（2）熟悉木结构分类

一、木结构概述

木材受拉和受剪皆是脆性破坏，但在受压和受弯时具有一定的塑性。

二、木结构分类

木结构按连接方式和截面形状分为齿连接的原木或方木结构，裂环、齿板或钉连接的板材结构和胶合木结构。

5.6多、高层建筑结构简介

（1）了解高层建筑结构的概念

（2）掌握多、高层房屋结构体系

一、高程建筑概述

1、多层与高层房屋的荷载有：

①竖向荷载包括恒荷载、活荷载、雪荷载、

施工荷载等。

恒荷载主要是结构自重；活荷载有楼面活荷载、屋面活荷载和积灰荷载等。

②水平作用主要是风荷载、地震作用。

③温度作用

水平荷载随房屋高度的增加而迅速增大，在房屋更高时，水平荷载的影响甚至会对结构设计引起绝对控制作用。

二、多、高层房屋结构体系

1、框架结构框架结构适用高度6~15层，非地震区也可建到15~20层。

2、剪力墙结构一般适用于住宅、旅馆等开间要求较小的建筑，适用高度为15~50层。

3、框架-剪力墙结构适用高度为15~25层，一般不宜超过30层。

4、筒体结构适用于超高层

5.7新型建筑结构简介

（1）了解新型建筑结构的特点

（2）了解板片空间结构体系、高效预应力结构体系、膜结构、巨型结构体系

一、板片空间结构体系

1、板片结构体系一般用于高层的大空间楼盖或者复合剪力墙体系。

2、该结构体系不仅具有质轻、抗震性能好、造价低的优点，还具备良好的使用功能，推广价值巨大，发展前途不可限量。

二、膜结构

膜结构主要三种形式：

充气式、张拉式、骨架式。

5.8建筑结构抗震基本知识

一、抗震概述

1、衡量一次地震释放能量大小的等级，称为震级，用M表示。

2、一次地震，表示地震大小的震级只有一个，但距离震中不同的地点，却有不同的地震烈度。

二、抗震设防

1、建筑工程分为四个抗震设防标准：

①标准设防类②重点设防类③特殊设防类④适度设防类

重点设防类应按高于本地区抗震设防烈度一度的要求加强抗震措施。

特殊设防类应按高于本地区抗震设防烈度提高一度的要求加强其抗震措施。

适度设防类允许比本地区抗震设防烈度的要求适当降低其抗震措施。

三、抗震设防目标

小震不坏、中震可修、大震不倒

四、抗震等级的确定

一般现浇钢筋砼房屋抗震等级分为四级，砌筑一级抗震要求最高。

5.9地基与基础

一、地基承载力特征值修复

当基础宽度大于3m或埋置深度大于0.5m时，从载荷试验或其他原位测试、经验值等方法确定的地基承载力特征值尚应修正。

二、桩基础

按桩的承载性能分类可分为摩擦型桩和端承型桩。