建筑130.docx
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建筑130
a
1-1
1A410000建筑工程技术
IA411000
1A411010
建筑结构与构造
建筑结构工程的可靠性
1A411011
一、结构的功能要求
结构设计的主要目的是要保证所建造的结构安全适用，能够在规定的期限内满足各种
预期的功能要求。
并且要经济合理。
具体说，结构应具有以下几项功能:
（1）安全性
在正常施工和正常使用的条件下。
结构应能承受可能出现的各种荷载作用和变形而不
发生破坏;在偶然事件发生后，结构仍能保持必要的整体稳定性。
例如，厂房结构平时受
自重、吊车、风和积雪等荷载作用时，均应坚固不坏，而在遇到强烈地艇、爆炸等偶然事
件时，容许有局部的损伤，但应保持结构的整体稳定而不发生倒塌。
（2）适用性
在正常使用时，结构应具有良好的工作性能。
如吊车梁变形过大会使吊车无法正常运
行，水池出现裂缝便不能蓄水等.都影响正常使用.需要对变形、裂缝等进行必要的
控制。
（3）耐久性
在正常维护的条件下，结构应能在预计的使用年限内满足各项功能要求，也即应具有
足够的耐久性。
例如.不致因混凝土的老化、腐蚀或钢筋的锈蚀等而影响结构的使用
寿命.
安全性、适用性和耐久性概括称为结构的可靠性。
二、两种极限状态
为了使设计的结构既可靠又经济，必须进行两方面的研究:
一方面研究各种“作用”
在结构中产生的各种效应，另一方面研究结构或构件抵抗这些效应的内在的能力。
这里所
谓的“作用”主要是指各种荷载.如构件自重、人群重量、风压和积雪重等;此外还有外
加变形或约束变形，如温度变化、支座沉降和地震作用等。
后者中有一些往往被简化为等
效的荷载作用，如地震荷载等。
本书主要讨论荷载以及荷载所产生的各种效应，即荷载效
应.荷载效应是在荷载作用下结构或构件内产生的内力‘如轴力、剪力、弯矩等）、变形
（如梁的挠度、柱顶位移等）和裂缝等的总称。
抵抗能力是指结构或构件抵抗上述荷载效
应的能力，它与截面的大小和形状以及材料的性质和分布有关。
为了说明这两方面的相互
关系，现举一个中心受拉构件的例子（图1A411011-1）,
这里，荷载效应是外荷载在构件内产生的轴向拉力5.设构件截面积为A，构件材料
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s州卜·
单位面积的抗拉强度为I'l，则构件对轴向拉力的抵抗能力为
R=.f',A。
显然:
图1A411011-1
若S>R，则构件将破坏，即属于不可靠状态;
若SCR，则构件属于可靠状态;
若S=R，则构件处于即将破坏的边缘状态，称为极限状态。
很明显，S>R是不可靠的，R比S超出很多是不经济的。
我国的设计就是基于极限
状态的设计。
推广到一般情况，如果结构或构件超过某一特定状态就不能满足上述某项规定的功能
要求时，称这一状态为极限状态。
极限状态通常可分为如下两类:
承载力极限状态与正常
使用极限状态。
承载能力极限状态是对应于结构或构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形，
它包括结构构件或连接因强度超过而破坏，结构或其一部分作为刚体而失去平衡（如倾
覆、滑移），在反复荷载下构件或连接发生疲劳破坏等。
这一极限状态关系到结构全部或
部分的破坏或倒塌，会导致人员的伤亡或严重的经济损失，所以对所有结构和构件都必须
按承载力极限状态进行计算，施工时应严格保证施工质量，以满足结构的安全性。
正常使用的极限状态说明见1A411012的内容。
三、掌握杆件的受力形式
结构杆件的基本受力形式按其变形特点可归纳为以下五种:
拉伸、压缩、弯曲、剪切
和扭转，见图1A411011-20
图1A411011-2结构杆件的基本受力形式
（u）拉伸;（h）压缩;（‘·）弯曲;（d）剪切;（e）扭转
实际结构中的构件往往是几种受力形式的组合，如梁承受弯曲与剪力;柱子受到压力
与弯矩等。
四、材料强度的基本概念
结构杆件所用材料在规定的荷载作用下，材料发生破坏时的应力称为强度，要求不破
坏的要求，称为强度要求。
根据外力作用方式不同，材料有抗拉强度、抗压强度、抗剪强
度等。
对有屈服点的钢材还有屈服强度和极限强度的区别。
在相同条件下，材料的强度高，则结构杆件的承载力也高。
五、杆件稳定的基本概念
在工程结构中，受压杆件如果比较细长，受力达到一定的数值（这时一般未达到强度
破坏）时，杆件突然发生弯曲，以致引起整个结构的破坏，这种现象称为失稳。
因此，受
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压杆件要有稳定的要求。
图1A411011-3为一个细长的压杆，承受轴向压力p，当压力p增加
到尸。
时，压杆的直线平衡状态失去了稳定。
尸。
具有临界的性质，因此称
为临界力。
两端铰接的压杆，临界力的计算公式为:
尸。
=
护E了
Z2
临界力尸。
的大小与下列因素有关:
（1）压杆的材料:
钢柱的p。
比木柱大，因为钢柱的弹性模量E大;
（2）压杆的截面形状与大小:
截面大不易失稳，因为惯性矩I大;
（3）压杆的长度l:
长度大，p。
小，易失稳;
（4）压杆的支承情况:
两端固定的与两端铰接的比，前者尸。
大。
图1A411011-3
某压杆受力图
l。
称压杆的计算长度。
，卜‘19臼0
，曰1.矛‘
不同支座情况的临界力的计算公式为:
尸。
=
当柱的一端固定一端自由时，to=2l;两端固定时，to=0:
51;一端固定一端铰支时，
10=0.71;两端铰支时，to=to
临界应力等于临界力除以压杆的横截面面积A。
临界应力ad是指临界力作用下压杆
仍处于直线状态时的应力
，，·=pi.=7eE.工
A102A
I/A的单位是长度的平方，i二刀仄是一个与截面形状尺寸有关的长度，称作截面的
回转半径或惯性半径。
矩形截面的i=h/了12，圆形截面的i=d/40
从上式推出:
这里A=to/i，
力的综合因素。
护E
一（to/i）“
称作长细比。
护E
一又z
i由截面形状和尺寸来确定。
所以，长细比又是影响临界
当构件长细比过大时，常常会发生失稳破坏，我们在计算这类柱子的承载能力时，引
人一个小于1的系数p来反映其降低的程度。
尹值可根据长细比又算出来，也可查表得
出来。
1A411012熟悉建筑结构工程的适用性
一、建筑结构的适用性
建筑结构除了要保证安全外，还应满足适用性的要求，在设计中称为正常使用的极限
状态。
这种极限状态相应于结构或构件达到正常使用或耐久性的某项规定的限值，它包括构
件在正常使用条件下产生过度变形，导致影响正常使用或建筑外观;构件过早产生裂缝或
裂缝发展过宽;在动力荷载作用下结构或构件产生过大的振幅等。
超过这种极限状态会使
结构不能正常工作，使结构的耐久性受影响。
二、杆件刚度与梁的位移计算
结构杆件在规定的荷载作用下，虽有足够的强度，但其变形也不能过大，如果变形超
过了允许的范围，也会影响正常的使用。
限制过大变形的要求即为刚度要求，或称为正常
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使用下的极限状态要求。
梁的变形主要是弯矩所引起的，叫弯曲变形。
剪力所引起的变形很小，可以忽略
不计。
N
水」认兴月或
{，}.
通常我们都是计算梁的最大变形，如图1A411012所示
悬臂梁端部的最大位移为:
图1A411012梁由弯矩
引起的变形图
从公式中可以看出，影响位移因素除荷载外，
（1）材料性能:
与材料的弹性模量E成反比;
（2）构件的截面:
与截面的惯性矩I成反比，
还有:
如矩形截
面梁，其截面惯性矩Iz一买
1乙
（3）构件的跨度:
与跨度l的n次方成正比，此因素影响最大。
三、混凝土结构的裂缝控制
裂缝控制主要针对混凝土梁（受弯构件）及受拉构件。
裂缝控制分为三个等级:
（D构件不出现拉应力;
（2）构件虽有拉应力，但不超过混凝土的抗拉强度;
（3）允许出现裂缝，但裂缝宽度不超过允许值。
对
（1）,
（2）等级的混凝土构件，一般只有预应力构件才能达到。
1A411013熟悉建筑结构工程的耐久性
一、建筑结构耐久性的含义
建筑结构在自然环境和人为环境的长期作用下，发生着极其复杂的物理化学反应而造
成损伤，随着时间的延续，损伤的积累使结构的性能逐渐恶化，以致不再能满足其功能要
求。
所谓结构的耐久性是指结构在规定的工作环境中，在预期的使用年限内，在正常维护
条件下不需进行大修就能完成预定功能的能力。
建筑结构中，混凝土结构耐久性是一个复
杂的多因素综合问题，我国规范增加了混凝土结构耐久性设计的基本原则和有关规定，现
简述如下。
二、结构设计使用年限
我国《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068）首次提出了建筑结构的设计使用
年限，见表1A411013-1。
设计使用年限是设计规定的一个时期，在这一时期内，只需正
常维修（不需大修）就能完成预定功能，即房屋建筑在正常设计、正常施工、正常使用和
维护下所应达到的使用年限。
设计使用年限分类表1A411013-1
┌──┬────────┬───────────────┐
│类别│设计使用年限（年）│示例│
├──┼────────┼───────────────┤
│1│5│il$时性结构│
├──┼────────┼───────────────┤
│2│25│易于替换的结构构件│
├──┼────────┼───────────────┤
│3│50│普通房屋和构筑物│
├──┼────────┼───────────────┤
│4│100│纪念性建筑和特别重要的建筑结构│
└──┴────────┴───────────────┘
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三、混凝土结构耐久性的环境类别
在不同环境中，混凝土的劣化与损伤速度是不一样的，因此应针对不同的环境提出不
同要求。
根据《混凝土结构耐久性设计规范》（GB/T50476）规定，结构所处环境按其对
钢筋和混凝土材料的腐蚀机理，可分为如下五类，见表1A411013-20
环境类别表1A411013-2
环境类别
腐蚀机理
一般环境
保护层混凝土碳化引起钢筋锈蚀
冻融环境
反复冻融导致混凝土损伤
海洋抓化物环境
级盐引起钢筋锈蚀
除冰盐等其他抓化物环境
抓盐引起钢筋锈蚀
化学腐蚀环境
硫酸盐等化学物质对混凝土的腐蚀
注:
一般环境系指无冻融、抓化物和其他化学腐蚀物质作用。
四、混凝土结构环境作用等级
根据《混凝土结构耐久性设计规范》（GB/T50476）规定，环境对配筋混凝土结构的
作用程度见表1A411013-3.
环境作用等级
表1A411013-3
┌───────────┬──┬──┬───┬───┬────┬────┐
│磕俞翌瞥│A│t3│C│D│E│F│
││轻微│轻度│中度│严重│非常严重│极端严重│
├───────────┼──┼──┼───┼───┼────┼────┤
│一般环境│I一A│I一B│l:
一C││││
├───────────┼──┼──┼───┼───┼────┼────┤
│冻融环境│││n一c│U一n│B一E││
├───────────┼──┼──┼───┼───┼────┼────┤
│海洋抓化物环境│││m一c│m一D│!
n一E│皿一F│
├───────────┼──┼──┼───┼───┼────┼────┤
│除冰盐等其他抓化物环境│││I1'一C│IV一D│IN一E││
├───────────┼──┼──┼───┼───┼────┼────┤
│化学腐蚀环境│││1一c│V一D│v一E││
└───────────┴──┴──┴───┴───┴────┴────┘
当结构构件受到多种环境类别共同作用时，应分别满足每种环境类别单独作用下的耐
久性要求。
五、混凝土结构耐久性的要求
1.混凝土最低强度等级
结构构件的混凝土强度等级应同时满足耐久性和承载能力的要求，故《混凝土结构耐
久性设计规范》（GB/T50476）中对配筋混凝土结构满足耐久性要求的混凝土最低强度等
级作出相应规定，见表1A411013-40
2.一般环境中混凝土材料与钢筋最小保护层
一般环境中的配筋混凝土结构构件，其普通钢筋的保护层最小厚度与相应的混凝土强
度等级、最大水胶比应符合表1A411013-5的要求。
大截面混凝土墩柱在加大钢筋混凝土保护层厚度的前提下，其混凝土强度等级可低于
表1A411013-5的要求，但降低幅度不应超过两个强度等级，且设计使用年限为100年和
50年的构件，其强度等级不应低于C25和C200
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肠大嘟。
┌──────────────┬────────────────┐
│环魔类别与作用等级│设汁使用年陌│
│├─────┬────┬─────┤
││loo年│50年│）o年│
├──────────────┼─────┼────┼─────┤
│1一人│C3a│C25│CZS│
├──────────────┼─────┼────┼─────┤
│1-B│C35│C3O│C25│
├──────────────┼─────┼────┼─────┤
│I-C│C40│}05│}│
├──────────────┼─────┼────┼─────┤
│皿一C│C35,（.'45│C30,C45│}。
。
、CO│
├──────────────┼─────┼────┼─────┤
│n-D│}C40│C3s│C35│
├──────────────┼─────┼────┼─────┤
│皿一E│G5│C40│Cq0│
├──────────────┼─────┼────┼─────┤
│m-C,IV一C,V-C,m-D,W-D│C4S│Coo│C40│
├──────────────┼─────┼────┼─────┤
│V-D,10一E,IV-E│C3o│Gi5│C45│
├──────────────┼─────┼────┼─────┤
│v一E、N-F一│C55│C50│}。
。
│
└──────────────┴─────┴────┴─────┘
注预应力io赶土构件的混醚土R低强度等级不应低于以。
。
一般环境中混凝土材料与钢筋最小保护层厚度
裹IA4110135
┌────────┬──────────────────┬──────────────┬────────────────┐
│狱│loo年│50年│加年│
│├─────┬──────┬─────┼────┬─────┬───┼──────┬────┬────┤
││祝解」-│款│AR4-fib│很翻还上│款│渺舒│分民凝土│*Wt│级小保护│
││强度││f2WC}（mm）│6L度││>s}6t│拢度││>│
││等级│││邓级│││等级│││
├─────┬──┼─────┼──────┼─────┼────┼─────┼───┼──────┼────┼────┤
│板、墙=9面│I-A│}>M。
一│0.55│}2。
一│>C25│众60│}2。
一│>C25│0.60│20│
│形构件├──┼─────┼──────┼─────┼────┼─────┼───┼──────┼────┼────┤
││I-B│C35>C40│:
一:
:
│:
:
│C36>05│0.550.50│;:
│cx5>C34│0.600.55│:
:
│
│├──┼─────┼──────┼─────┼────┼─────┼───┼──────┼────┼────┤
││I-C│GOC45>C50│:
:
牛│:
:
│C35C4U│:
）:
│:
）│C30C35}IC40│:
:
:
│:
:
│
├─────┼──┼─────┼──────┼─────┼────┼─────┼───┼──────┼────┼────┤
│A;lt%M3V#│I-A│C30>C35│:
一5550│:
:
│C25>C30│0.600.55│:
:
│>（Z5│认60│20│
│├──┼─────┼──────┼─────┼────┼─────┼───┼──────┼────┼────┤
││I一U│C35>C4o│;:
:
│:
:
│星0│0.550.50│:
:
│c25>C30│:
:
:
:
│3025│
│├──┼─────┼──────┼─────┼────┼─────┼───┼──────┼────┼────┤
││I-C│C40Ca5>C50│0.450.400.36│:
:
│05（AO│:
:
:
│:
:
│_C9005│:
:
〕│353025│
└─────┴──┴─────┴──────┴─────┴────┴─────┴───┴──────┴────┴────┘
注:
1工一A环境中使用年限低于100年的板、墒.当混履土毋料最大公称粒径不大于15-时.保护层址小厚
度可降为Is...但口大水胶比不应大于。
.55,
2年平均气砚大于即℃且年平均盔度大于75%的环境.除1-A环境中的板、耽构件外。
棍故土最低强度
俘级应比表中规定提高一级，或将保护层级小厚度增大5mm,
3.直接接触士体浇筑的构件.其混赶土保护层厚度不应小干70.m,有混凝土垫层时.可按表IMIIM-5
确定、
9.处于流动水中或同时受水中泥沙冲刷的构件，共保护层厚度宜增加10-20mmr
5.预制构什的保护层厚度可比袅中规定减少S-
6当胶吸材料中粉燃灰和矿沼等洛丘小于2。
%时。
表中水胶比低于0.45的可适当用加。
当采用的混凝土强度等级比表IA411013-5的规定低一个等级时，混凝土保护层厚度
应增加5.m;当低两个等级时。
棍凝土保护层厚度应增加l0mm.
具有连续密封套管的后张预应力钢筋、其混凝士保护层厚度可与普通钢筋相同且不应
小于孔道直径的1/21否则应比普通钢筋增加l0mm.
www.TopS1A411000建筑结构与构造7
先张法构件中预应力钢筋在全预应力状态下的保护层厚度可与普通钢筋相同，否则应
比普通钢筋增加lommo
直径大于16mm的热轧预应力钢筋保护层厚度可与普通钢筋相同。
1A411020建筑结构平衡的技术
1A411021掌握结构平衡的条件
一、力的基本性质
（”力的作用效果
促使或限制物体运动状态的改变，称力的运动效果;促使物体发生变形或破坏，称力
的变形效果。
（2）力的三要素
力的大小、力的方向和力的作用点的位置称力的三要素。
（3）作用与反作用原理
力是物体之间的作用，其作用力与反作用力总是大小相等，方向相反，沿同一作用线
相互作用于两个物体。
（4）力的合成与分解
作用在物体上的两个力用一个力来代替称力的合成。
力可以用
线段表示，线段长短表示力的大小，起点表示作用点，箭头表示力
的作用方向。
力的合成可用平行四边形法则，见图1A411021-1,
尸，与尸:
合成R。
利用平行四边形法则也可将一个力分解为两个图IA411021-1
力，如将R分解为尸I,Pz。
但是力的合成只有一个结果，而力的力的合成与分解
分解会有多种结果。
（5）约束与约束反力
工程结构是由很多杆件组成的一个整体，其中每一个杆件的运动都要受到相连杆件、
节点或支座的限制或称约束。
约束杆件对被约束杆件的反作用力，称约束反力。
二、平面力系的平衡条件及其应用
（一）物体的平衡状态
物付湘对于地球处于静止状态和等速直线运动状态，力学上把这两种状态都称为平衡
状态。
（二）平衡条件
物体在许多力的共同作用下处于平衡状态时，这些力（称为力系）之间必须满足一定
的条件，这个条件称为力系的平衡条件。
1.二力的平衡条件
作用于同一物体上的两个力大小相等，方向相反，作用线相重合，这就是二力的平衡
条件。
2.平面汇交力系的平衡条件
一个物体上的作用力系，作用线都在同一平面内，且汇交于一点，这种力系称为平面
汇交力系。
平面汇交力系的平衡条件是，IX=0和MY=0，见图1A411021-20
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3.一般平面力系的平衡条件还要加上力矩的平衡，所以平面力系的平衡条件是Y-X=
0，my=0和艺M=0。
（三）利用平衡条件求未知力
一个物体，重量为W，通过两条绳索AC和BC吊着，计算AC,BC拉力的步骤为:
首先取隔离体，作出隔离体受力图;然后再列平衡方程，Y,X=0,YY=0，求未知力TI,
孔。
见图1A411021-3.
划:
y
轴.;
丫.
Pl.
一-一Y轴
物体
-w.-Y轴
物体
图IA411021-2平而汇交力系
（a）（b）
图1A411021-3利用平衡条件求未知力
（a）结构示意图;（b）隔离体图
（四）静定衍架的内力计算
1.析架的计算简图（见图1A411021-4）
首先对精架的受力图进行如下假设:
（1）拓架的节点是铰接;
（2）每个杆件的轴线是直线，并通过铰的中心;
（3）荷载及支座反力都作用在节点上。
/一
X,,个久}一
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a一
图1A411021-4析架的计算简图
）隔离体图
2.用节点法计算析架轴力
先用静定平衡方程式求支座反力XA,YA,Y13，再截取节点A为隔离体作为平衡对
象，利用Y,X=0和,Y=0求杆1和杆2的未知力。
二力杆:
力作用于杆件的两端并沿杆件的轴线，称轴力。
轴力分拉力和压力两种。
只
有轴力的杆称二力杆。
3.用截面法计算析架轴力
截面法是求析架杆件内力的另一种方法，见图1A411021-5.
首先，求支座反力YA.YB,XA;然后在衍架中作一截面，截断三个杆件，出现三个
未知力:
N,、N2,t'V3。
可利用ZX-0,YY=0和:
EMG=0求出y、Nz.凡。
（五）用截面法计算单跨静定梁的内力
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尸-2
P
P}}1
尸丁C
.马卢面
、、小、、截
（a）（b）
图IA411021-5截面法计算析架杆件内力
（“）析架受力图;（h）隔离体图
杆件结构可以分为静定结构和超静定结构两类。
可以用静力平衡条件确定全部反力和
内力的结构叫静定结构。
1.梁在荷载作用下的内力
图1A411021-6为一简支梁。
梁受弯后，上部受压，产生压缩变形;下部受拉，产生
拉伸变形。
V为1-1截面的剪力，Y'Y=0,V=Y..,o1一1截面_L有一拉力N和一压力
N，形成一力偶M
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