东南大学建筑学院二年级建筑结构考试复习整理.docx

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东南大学建筑学院二年级建筑结构考试复习整理

第二章

结构上的作用

作用：

引起结构内力和变形的一切原因

直接作用：

荷载

间接作用：

不是直接以力出现，但是对结构产生内力

作用效应：

作用在结构上产生的内力和变形等反应

由直接作用（荷载）引起的效应称为荷载效应

作用的分类

时间：

永久/可变/偶然

位置：

固定/可动

反映：

静态/动态

永久荷载的代表值：

标准值：

取分布的平均值，保证率50%

可变荷载的代表值：

标准值/准永久值/组合值

材料强度的代表值：

标准值

结构的抗力

定义：

抵抗作用效应的能力

抗力不定性主要因素：

材料性能/几何参数/计算模式

结构的功能

安全性/适用性/耐久性

分项系数

荷载标准值*分项系数=荷载效应

分项系数：

恒载1.2活载1.4

材料/分项系数=材料强度

第三章

屈服强度：

设计时钢材允许达到的最大应力

极限强度：

材料能承受的最大应力

影响钢材性能的一般因素

1）化学成分

碳：

有利点：

含碳量高，强度高

不利点：

塑性、可焊性、耐疲劳性、耐锈蚀能力劣化。

锰：

有利点：

提高强度，消除硫氧热脆影响，改善冷脆；

不利点：

塑性、可焊性、耐疲劳性、耐锈蚀能力劣化。

硅：

有利点：

提高强度，对塑性等无明显影响；

不利点：

塑性韧性、可焊性、耐锈蚀能力不利。

硫、氧：

有利点：

无

不利点：

“热脆”，不利于焊接或热加工；还会降低塑性、韧性、抗疲劳能力和耐锈蚀能力

 磷、氮：

有利点：

提高强度和耐锈蚀能力；

不利点：

“冷脆”；降低塑性和可焊性等。

2）钢材缺陷

3）钢材硬化

时效硬化

冷作硬化

应变时效

4）温度

5）应力集中

结构对钢材的要求

具有较高的屈服强度和极限强度

具有良好的塑性和韧性

具有良好的工艺加工性能

良好的耐腐蚀能力

与混凝土良好的粘结力

结构用钢材的分类

碳素钢，低合金钢，热处理钢

钢材形式

钢结构中：

钢板、型钢、圆钢、钢管、薄壁型钢

钢筋混凝土中：

钢筋、钢丝、钢绞线

混凝土的应力应变关系

简单受力

上升段：

应力小：

近似线性关系

应力大：

非线性关系

近峰值：

不稳定非线性

下降段：

反弯点后平缓

影响因素：

混凝土强度，加载速度

简单受力下混凝土强度：

立方体抗压强度

用途：

混凝土力学性能的基本代表值，混凝土强度等级划分依据

影响因素：

材料成分、养护、龄期、试验方法、试件尺寸

轴心抗压强度（棱柱体）

双向应力：

双向压：

强度提高

双向受拉：

相互影响不大

一拉一压：

强度降低

减压或剪拉：

压应力小：

正比/压应力大：

反比

钢筋与混凝土的粘结

粘结

作用：

保证力的相互传递，是共同工作的基本条件

钢筋应力变化与粘结力成正比

无应力变化，粘结应力为0

与钢筋面积、周长有关

钢筋端部的锚固

裂缝间应力传递

裂缝截面：

H拉应力为0

离开一段d：

H有拉应力

两条裂缝中间：

H拉应力最大

粘结力组成

化学吸附作用，摩擦作用，机械咬合作用，附加咬合作用

影响粘结强度的因素

钢筋表面形状

H强度

钢筋位置，保护层厚度，钢筋间距

横向钢筋和侧向压力

砌体的材料及力学性质

块体材料：

砖（MU，5级），砌块，石材

砂浆M，5级

作用：

使块体连接成整体，抹平块体表面，填补块体间缝隙

砌体对砂浆要求

符合强度/耐久

有一定可塑性，砌筑时易均匀铺开

足够保水性

影响砌体强度的主要因素

块体&砂浆的强度

砂浆的弹塑性性能

砂浆的流动性

转的性质&灰缝厚度

砌筑质量

第四章

钢结构的连接方法

焊缝连接，螺栓连接（普通螺栓/高强螺栓），铆钉连接

螺栓：

打孔，穿杆，拧紧

普通螺栓：

Q235

M16，M20

螺栓长度：

夹紧长度为4-6倍直径

防止螺母松动的措施：

垫圈、焊死

 孔型：

II类孔

破坏形式

栓杆剪断/孔壁挤压破坏/钢板拉断

端部钢板剪断/栓杆受弯破坏（通过构造防止）

高强螺栓：

中碳钢/低合金钢，级别8.8,10.9

受剪/受拉/剪拉

摩擦型

变形小，耐疲劳，可拆卸

可用于直接承受动力荷载

以摩擦力被克服作为承载能力极限状态

承压型

滑移后特性与普通螺栓一样

焊缝连接&焊缝形式

平接、搭接和顶接（T形）

俯焊、立焊、横焊和仰焊（避免）

连续焊缝/间断焊缝

对接焊缝和角焊缝

对接焊缝

基本不产生应力集中

承受动力荷载的结构，对接焊缝最有利

引弧板

不同宽、厚板件连接

纵横交错对接焊缝

角焊缝

手里复杂，强度低，传力不直接

钢结构中应用普遍

第五章

钢梁承受的内力：

弯，剪，扭

钢梁的截面类型

设计内容：

强度，整体稳定，局部稳定，刚度

钢梁强度验算内容：

正应力，剪应力，局部压应力，折算应力

强度计算简化：

正应力：

考虑适当的塑性发展

剪应力：

与材料力学相同

局部压应力：

荷载取值、计算点位置、计算方法

折算应力：

折算方法、强度指标

强度指标与厚度

弯曲正应力

一、正应力分布

弯矩作用下受力的三个阶段：

弹性阶段/弹塑性阶段/塑性阶段

弹性工作阶段

弹塑性阶段

实质：

把最大应变之前的应力等比例绘到中性轴和最外纤维之间，然后求解对应弯矩

塑性阶段

抗弯强度计算

直接承受动力荷载：

不考虑塑性变形，边缘纤维屈服为极限状态

直接承受静力/间接动力：

考虑截面部分发展塑性变形

剪应力

截面剪力大部分由腹板处的剪应力平衡

荷载不通过截面剪切中心，剪应力由弯曲&扭转产生

局部压应力

翼缘受沿腹板平面作用的集中荷载，且该荷载处未设置支承加劲肋时，计算腹板计算高度上边缘的局部压应力

集中荷载位置固定时（支座处反力，次梁传来集中力），一般在荷载作用处的梁腹板上设置支承加劲肋，可不验算腹板局部压应力

对移动集中荷载，验算不满足时，加大腹板厚度

折算应力

某些截面腹板计算高度边缘处，同时受正应力、剪应力，（局部压应力），应验算折算应力

钢梁的整体稳定

梁：

受弯构件，截面窄高，提高梁的承载能和刚度

弯矩较小时：

梁仅在弯矩作用平面内弯曲

弯矩增加，梁在承载力常委充分发挥前发生侧向弯曲&扭转————整体失稳

纯弯工字梁整体失稳形态为双向弯曲+扭转

整体稳定性能影响因素

与荷载类型有关：

均匀弯矩、集中力

与荷载的作用位置有关：

荷载在剪心以上、以下

与梁的侧香港读Ely有关：

加大翼缘宽度比加大腹板、翼缘厚度有效

与受压翼缘的自由长度l有关：

与受压翼缘的侧向支撑强烈相关

结构稳定型由结构体系（支撑距离）决定

不计算整体稳定的情况：

1）有铺板密铺在梁的受压翼缘上并与其牢固相连，能组织梁的受压翼缘的侧向位移时

2）H型钢或工字型截面简支梁l/b小于规定数值

提高梁的整体稳定性，较经济合理的方法是设置侧向支撑，减少梁受压翼缘的自由长度

钢梁截面设计

设计方法：

初选截面，进行验算，不满足则重新修改

型钢梁截面设计：

计算梁所承受的最大弯矩，估算梁截面的抵抗矩

验算弯曲正应力，局部压应力，整体稳定&刚度

可不验算折算应力&剪应力

组合梁

梁的内力较大时，需采用组合梁：

常用形式：

三块钢板焊成的工字型截面

梁的局部稳定和加劲肋设计

梁截面选用考虑：

合理使用材料：

薄，截面展开

局部稳定的危害：

恶化工作条件，降低构件承载能力，动力荷载作用下易引起疲劳破坏

型钢截面一般已经考虑局部稳定问题

局部稳定实质：

矩形薄板的屈曲

梁翼缘板的局部稳定

工字梁：

三边简支，一边自由，承受单向正压力

1）限制翼缘宽度，使材料强度发生破坏前不发生屈曲

2）双向各项异性

腹板局部稳定

支承简化：

四边简支/弹性嵌固的矩形板

措施：

布置加劲肋

局部压应力——横向加劲肋

正应力——纵向加劲肋（防止纯弯失稳）

剪应力——短加劲肋（防止横向压应力）

支座处&固定集中荷载处——支承加劲肋

梁的拼接

工厂拼接：

钢材尺寸限制，翼缘/腹板需接长/拼大

工地拼接：

运输/安装条件，梁分段制作/运输

工厂拼接

连接方式：

对接焊&角焊缝

关键问题：

连接位置，材料利用，受力大小，位置错开

腹板&翼缘宜采用对接焊缝拼接，并用引弧板

尽可能等强焊接

工地拼接

动力荷载：

常用高强螺栓

高强螺栓连接原则：

翼缘尽可能等强

腹板承受全部剪力及分配到的弯矩

第六章

轴心受压构件的整体稳定

轴心受压构件的失稳现象：

弯曲失稳、弯扭失稳和扭转失稳

屈曲临界力

钢构件缺陷使轴心手拉构件的整体稳定承载力降低：

初弯曲，初偏心，残余应力

轴心受压构件的局部稳定

实腹式轴心受压构件—承受压力为主

实腹式轴心受压构件的截面设计

截面面积尽量远离主轴

两个主轴方向长细比接近

便于与其它构件相连

构造简单,制造省工,节约钢材

选用采购容易的定型钢材

常用截面型式的利用

工形截面

H型钢、焊接H型钢

 圆管

＋型（十字型）

实腹式构件的截面选择

按整体稳定初选截面尺寸

 验算长细比、整体稳定、局部稳定

若有局部削弱，验算强度

若不满足，循环

尚需考虑制造可能性

构造要求

 焊缝4～8mm

腹板高厚比比较大时，采用横向加劲肋

横隔

格构式轴心受力构件

格构式构件一般由两个或多个分肢用缀件（缀板或缀条）组成

分肢:

轧制槽钢/工字钢/焊接工字形/角钢

缀件的作用:

将各分肢连成整体，使其共同受力

承受绕虚轴弯曲时产生的剪力

 缀条常用单角钢，与分肢翼缘组成桁架体系，对承受横向剪力有较大刚度。

缀板常采用钢板，每隔一定距离设置一道与分肢组成刚架体系，刚度略低

格构式构件便于调整两分肢间的距离，使构件两主轴方向的稳定性相等

格构式轴心受压构件的设计内容

 强度

 刚度（长细比）

整体稳定

局部稳定（分肢的稳定和板件的稳定）

格构式轴心受压构件的整体稳定

一般只需验算绕实轴和虚轴的弯曲稳定

实轴：

同实腹式构件

虚轴：

连接两分肢的缀件的抗剪刚度比实腹式构件腹板弱，需要考虑剪切变形的影响。

第七章

拉弯构件和压弯构件

常称为偏心受拉构件或偏心受压构件

截面：

通常做成在弯矩作用方向具有较大的截面尺寸

偏心受压构件的破坏特征

受拉破坏（大偏心受压破坏）

受压破坏（小偏心受压破坏）

偏心受拉构件的破坏特征

大偏心受拉破坏：

作用点在钢筋外

小偏心受拉破坏：

作用点在钢筋之间

第八章

钢筋混凝土构件的刚度

跨高比

主梁：

1/8——1/12不宜小于1/15

次梁：

1/12——1/15不宜小于1/18

楼板：

1/35——1/40不宜小于1/45

钢筋直径

钢筋直径越细，裂缝间距越小，裂缝宽度越小

单向板、双向板

结构方案布置（布置柱、主梁、次梁）

关系到建筑物的使用、造价、美观等

柱网布置：

满足工艺要求、主梁跨度要求（5-8m）

主梁：

联系柱与柱之间；一个方向主梁的间距是次梁的跨度

次梁：

跨度一般为4～7米，次梁间距是板的跨度

板：

跨度一般为1.7——3米，板厚60+1/30——1/40跨度

隔墙、设备一般放置在梁上

梁格、柱网应力求整齐

密肋楼盖（井式梁系）

无梁板楼盖（板柱结构）——板厚较大，柱上板带和跨中板带

第十三章

多高层建筑结构

框架结构

 恒载

 活载

风载、雪载、灰载

地震作用

温度

高层建筑结构的分类

材料：

钢筋混凝土、钢骨混凝土、钢结构

结构体系：

框架结构、剪力墙结构、框剪结构、筒体结构

框架结构

剪力墙结构

框架－剪力墙结构

筒体－框架结构

筒中筒结构

成束筒结构

加强层结构

措施原则：

强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件

基础

材料：

钢筋混凝土，砌体（毛石，砖）

形式：

独立，条形、柱下条形、柱下十字，筏板基础，箱形基础

桩：

摩擦桩和端承桩

基础破坏形式和配筋形式

独立基础：

抗弯、抗冲切

条形基础：

抗弯、抗剪

筏板基础：

抗弯、抗剪

地基承载力丧失的表现：

沉降、挤出、倾覆、下沉

第十六章

预应力

在结构承受外部荷载之前，有目的地施加一系列作用，以改善结构在外荷载下的一些行为或加强其承载能力。

预应力结构的形象理解：

等效荷载（张拉力，矢高）

预加应力的方法

先张法和后张法

预应力混凝土分类

有粘结和无粘结

体内束和体外束

预应力的优点：

改善裂缝

减小挠度

减小断面

增大刚度

提高抗疲劳能力

防止失稳

预检验结构构件

预应力混凝土结构的材料

高强钢材

高强混凝土

锚具

波纹管

预应力损失

摩擦损失

锚固损失

松弛损失

徐变损失

预应力结构的经济性

预加力的程度

承载能力的观点

经济效益

综合效益