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1、建筑结构及选型教材第一章 梁和悬挑结构梁的形式材料分类：石梁、木梁、钢梁、钢筋混凝土梁、预应力混凝土梁、钢钢筋混凝土组合梁。钢筋混凝土梁是目前应用最广的梁，钢筋与混凝土共同工作使其有耐久、耐火及经济。但挠度及变形约束了跨度。梁截面形式分类：矩形、T形、工字型、十字形等。梁按支座约束条件分类：静定与超静定、单跨与多跨、简支与悬臂。悬挑结构悬挑结构的形式材料：钢筋混凝土、钢材形式：阳台、屋盖、房屋。第二章 桁架结构桁架结构中的桁架指的是桁架梁，是格构化的一种梁式结构。桁架结构常用于大跨度的厂房、展览馆、体育馆和桥梁等公共建筑中。由于大多用于建筑的屋盖结构，桁架通产也被称为屋架。桁架结构的受力特点由

2、简支梁发展成为桁架桁架的实质是利用构件的截面几何特征的有利因素（增大惯性矩、抵抗矩的同时，减少构件的截面面积），达到减轻结构自重的效果。桁架结构的组成：弦杆（上弦杆、下弦杆）、腹杆（斜杆、竖杆）*经抽象简化后，杆轴交于一点，且“只受节点荷载作用的直杆、铰结体系”的工程结构。*特性：只有轴力，而没有弯矩和剪力。轴力又称为主内力。*整个结构对支座没有横向推力。桁架结构的特点桁架的各杆件受力均以单向拉、压为主。通过对上下弦杆和腹杆的合理布置，可适应结构内部的弯矩和剪力分布。由于水平方向的拉、压内力实现了自身平衡，整个结构不对支座产生水平推力。结构布置灵活。应用范围非常广。桁架梁和实腹梁想比，在抗弯方

3、面，由于将受拉与受压的截面集中布置在上下两端，增大了内力臂，使得以同样的材料用量。实现了更大的抗弯强度。在抗剪方面，通过合理布置腹杆，能够将剪力逐步传递给支座。这样无论是抗弯还是抗剪，桁架结构都能够使材料强度得到充分发挥，从而适用于各种跨度的总建筑屋盖结构。重要的意义还在于，它将横弯作用下的实腹梁内部复杂的应力状态转化为桁架杆件内简单的拉压应力状态，使我们能够直观地了解力的分布和传递，便于结构的变化和组合。空间（二维）桁架所有组成桁架的杆件以及荷载的作用都在同一平面内。空间（三维）桁架组成桁架的杆件不都在同一平面内。桁架结构的计算假定（1）组成桁架的所有杆件都是直杆，所有各杆的中心线都在同一平

4、面内。（2）桁架的杆件与杆件连接节点均视为铰接节点。（3）所有外力（包括荷载及支座反力）都作用在桁架的中心平面内，并集中总用在节点上。桁架结构的内力：桁架的整体为格构式的受弯构件。（1）弦杆的内力：上弦杆受压，下弦杆受拉。（2）腹杆的内力：竖腹杆和斜腹杆。桁架杆件的内力桁架杆件的内力分布与桁架几何形状有关：（1）平行弦桁架：弦杆内力两端小中间逐渐增大、腹杆内力由中间向两端增大。（2）三角形桁架：弦杆内力由中间向两端逐渐增大，腹杆内力由两端向中间增大。（3）折线形桁架：杆件内力分布均匀。木屋架木屋架可形成三角形屋架，有两坡式和四坡式的坡屋顶，建筑造型美观。钢木屋架钢木屋架是指受压杆件如上弦杆及斜

5、杆均采用木材制作，受拉杆件如下弦杆及拉杆均采用钢材制作。拉杆一般用圆钢材料，下弦杆可以采用圆钢或型钢材料的屋架。钢屋架屋架的分类：屋架的外形通常有三角形、梯形、多边形等。按杆件的布置分类：豪式、芬克式、再分式。按外形分类：平行弦桁架、三角形桁架、抛物线桁架、梯形桁架、下折式。 轻钢屋架结构形式主要有：三角形、三铰拱、梭形屋架。轻型钢屋架的上弦一般用小角钢，下弦和腹杆可用小角钢、圆钢、薄壁型钢或钢杆。三铰拱屋架：杆系承压较弱，整体刚度差，适用于跨度不大于18米屋架。梭形屋架：易取材。截面重心低，空间刚度好，稳定性更好。预应力桁架（1）降低结构高度，采用高强度钢材。（2）上弦杆初始受拉，下弦杆初始

6、受压。（3）恒载作用时弦杆内力很小。（4）两阶段设计，小变形，线性叠加。钢筋混凝土钢组合屋架组合屋架合理用材（上弦等压杆为混凝土，下弦等拉杆为钢拉杆）充分发挥两种不同材料的力学性能，自重轻。屋架结构的选型（1）屋架结构的受力：抛物状的拱形受力最为合理，梯形屋架具有较好的力学性能，施工方便，在大中跨建筑中被广泛应用，三角形屋架一般仅适用于中小跨度，矩形屋架常用作托架。（2）屋面防水构造：三角形屋架多用于自由排水，梯形等屋架用于有组织排水。（3）材料的耐久性及使用环境：环境湿度较大、有侵蚀性介质不宜采用木屋架和钢屋架。（4）跨度18m以下：钢筋混凝土钢组合屋架；36m以上：钢屋架。屋架结构的布置考

7、虑建筑外观及使用功能要求进行包括屋架的跨度、间距、标高等布置。承重方式为横墙承重。屋架的节点钢构件的连接方式：铆接、焊接、螺栓连接。钢屋架节点处一般采用节点板将各杆件相连。构件与节点板采用焊接。桁架的形式变化与组合桁架的几何形式可采用对称或不对称形式，以及半跨形式，可水平或倾斜，也可倒置以适应不同的建筑造型需要。屋架结构的支承桁架支撑的作用：（1）保证桁架结构的空间几何的稳定性。（2）保证桁架结构空间刚度和空间整体性。（3）为桁架提供必要的侧向支撑。（4）承受并传递水平荷载。（5）保证结构安装时的稳定和方便。立体桁架立体桁架具有较大的平面外刚度，有利于吊装和使用，接受支撑用材，可取得更大跨度，

8、保证结构的整体性。但节点的构造复杂，焊缝要求高，制作复杂。第三章 单层刚架结构实腹式门式刚架，轻型钢结构。格构式更大跨度，钢管空间框架门式刚架的适用范围刚架：是将梁和柱子通过刚性节点连接起来，形成刚性节点框架结构，属于平面结构体系，用于大跨建筑。刚架可以是单跨或多跨刚架（称门式钢架），也可是多层刚架（称框架）。刚架的特点：梁端存在刚节点，可将梁的端弯矩传递给柱子。与同样跨度的简支梁相比，由于梁端负弯矩的存在，降低了跨中弯矩，从而可以实现较大跨度。门式刚架的受力特点刚架结构与排架的比较：竖向荷载作用下，柱对梁的约束作用，减少了梁中的弯矩和挠度。水平荷载作用下，梁对柱的约束作用，兼骚了柱内的弯矩和

9、侧向位移。门式刚架按约束条件分类（1）无铰刚架:三次超静定，刚度好，内力分布均匀，柱底弯矩大。（2）两较干架：一次超静定，刚架内弯矩较大，筑基无弯矩。（3）三铰刚架：静定，基础不均匀沉降对结构没影响，省材，刚度差。梁柱线刚比对结构内力的影响竖向荷载作用：当两端柱的刚度不等，梁两端的内力不等。水平荷载作用：当两端柱的刚度不等，柱承受的的侧向剪力和弯矩不等。门式刚架的高跨比对结构内力的影响门式刚架的高度与跨度之比决定了刚架的基本形式。刚架的高度减小，支座水平推力增大。构构造对结构内力的影响(1)两较刚架，为减少横梁内力，可采用设水平拉杆。(2)悬杆外纵墙，利用墙重的偏心作用，以减少刚架横梁内力。(

10、3)支座内设，利用支座反力的偏心，以减少刚架横梁内力。温度变化对结构内力的影响使用时室外内温差，施工与使用时的季节温差都会引起温度变化，温度变化会使超静定结构产生内力，刚度越大，内力越大。支座移动对结构内力的影响支座位移，转动都会使刚架结构内力发生改变。单层刚架结构的选型框架、空腹桁架、单层刚架、单柱悬挑、格构式刚架。胶合木刚架结构不受原木尺寸的限制，可用短薄的板材拼接成任意合理截面形式的构件；可剔除木节等缺点以提高强度；具有较好的防腐和耐燃性能。钢刚架结构分类：实腹式和格构式刚架实腹式适用于跨度不是很大，构造简单，安装方便；格构式适用范围广，刚度大、省材。单层刚架结构的构造与布置横向布置与物

11、价结构相同，屋架横向刚架。横向承重，不受模数限制，布置支撑形成整体结构。矩形平面建筑结构多采用等间距，等跨度的平行刚架布置。建筑净空高，内部空间大。刚架节点的连接构造梁柱交接处及跨中屋脊处设置安装拼接单元，用螺栓连接。拼接节点处可加腋与不加腋。刚架柱脚支座构造空间钢管刚架：圆管焊接，加工精度高，节点构造复杂。单层刚架结构的布置（1）纵向长度可达200m，不用设伸缩缝（螺栓连接）；（2）纵向构件保证空间稳定性：檩条，墙梁，吊车梁，支撑；（3）支撑：柱间支撑、屋面支撑、墙面支撑，保证稳定，减小计算长度；（4）屋面和上柱支撑设在端部，下柱设在中部。刚架基本形式的变化构件形式的变化，提高了刚架的刚度，

12、丰富结构的美学表现。构件的粗细变化与弯矩图协调一致，符合人们审美心理。第四章 拱式结构造型独特（曲线），支承处有推力，受压为主。拱结构的优点（1）弯矩比相应简支梁小，有水平推力。（2）用料省，自重轻，跨度大。（3）可用抗压性能强的砖石材料。（4）构造复杂，施工费用高。拱结构的薄弱点拱结构的薄弱点在于它是一种平面结构，整体平面外刚度极差，且在压力作用下，易产生屈曲现象。为此，一方面要使拱身截面具有足够的宽度，必要时可用立体结构形式，还可设置侧向支撑体系。或者 实行多拱联合，例如形成筒形拱，交叉拱等结构体系，增强结构整体稳定性，以便更好的发挥拱结构在大跨建筑中的独特优势。拱结构的受力特点在同一平面

13、内所受的力，有曲线（或折线）形构件组成的拱形结构来承受。拱来承受整个屋盖的竖向荷载和水平荷载。拱脚无推力即为曲梁，受力同简支梁。结构支撑方式双铰拱：最常见，受力合理，制作和安装方便，较经济，温度应力低。无铰拱：受力最合理，最经济，须设强支座，温度应力高。三铰拱：应用不广，拱顶较使结构构造复杂化。拱脚水平推力的平衡拱是有推力的结构，当拱脚地基反力不能有效地抵抗其水平推力时，拱变成为曲梁，这时拱截面将产生与梁截面相同的弯矩。解决拱脚水平推力的常见四种平衡方式：（1）拉杆拱水平推力由拉杆直接承受。（2）水平推力通过刚性水平结构传递给总拉杆。（3）推力由竖向承重结构承担。（4）落地拱利用地基基础直接承

14、受水平推力。拱结构的形式：天然石材、烧结砖、土坯、木材、钢筋混凝土、钢材。实腹拱、桁架拱、拉杆拱、薄壁拱、圆弧拱、抛物线拱、悬链线拱、轴线与压力线接近拱式结构的选型与布置结构支承方式：双铰拱、无铰拱、三铰拱。拱的矢高：在竖向荷载总量相同的情况下，矢高比越小，推力越大。矢高的选择：（1）满足建筑造型及建筑使用功能要求。（2）应使饥饿哦股受力合理。（3）满足屋面排水构造要求。支座反力（1）在竖向荷载作用下，拱支座产生水平推力。（2）在竖向荷载作用下，水平推力。H=Mg/f（3）水平推力与拱的矢高f成反比。*拱身截面的内力（拱梁与简支梁的内力区别）（1）弯矩计算：拱身内的弯矩小于相同跨度相同荷载作用

15、下的简支梁内的弯矩。（2）剪力计算：拱身截面内的剪力小于相同跨度相同荷载作用下的简支梁内的剪力。（3）轴力计算：拱身截面内存在有较大的轴力，而简支梁中是没有轴力。合理轴线形式与结构的支承条件、外荷载的作用形式有关。当拱轴线的竖向坐标与相同跨度、相同荷载作用下的简支梁弯矩值成正比时，可使拱截面内弯矩为零，拱形合理。（在竖向均布荷载作用下，三铰拱的合理拱线为抛物线；在径向均布荷载作用下，三铰拱、无铰拱的合理拱线为圆弧线。拱的合理轴线合理轴线可使拱身各截面处于弯矩为零，仅受轴向力的拱轴曲线。（合理的轴线形式与结构的支承条件、外荷载的作用形式有关。）内力分析（1）采用合理地拱身轴线形式，可使拱身各截面

16、的弯矩为零。（2）拱脚支座存在较大的推力。拱身的截面弯矩、剪力小于相同条件下简支梁的弯矩。剪力。（3）拱身截面攒在较大轴力。简支梁轴力为零。拱截面的主要尺寸截面形式拱身有实体和格构式两种形式。钢结构拱一般采用格构式，钢筋混凝土拱一般采用实体形式，截面有矩形、工字形两种。拱的结构布置拱的结构选型需考虑：1）结构的支承形式2）拱的矢高3）拱身形式（拱轴线方程）4）拱身截面形式及高度布置：并列布置、径向布置、环向布置、井式布置、多交叉布置。第五章 钢筋混凝土空间薄壁结构薄壳由两个几何曲面构成的空间结构。（或是空间薄壁结构）主要承受各种作用产生的中面的内的力，其厚度远远小于其宽度和长度。薄壳结构按曲面

17、生成的形式分筒壳、圆顶薄壳、双曲扁壳和双曲抛物面壳；由平板构成的折板、雁型板等。材料大多采用钢筋混凝土。壳体内力分布均匀，能充分利用材料强度，同时又能将称重与围护两种功能融合为一。薄壳结构为曲面的薄壁结构，为双向的空间结构，主要靠曲面内的双向轴向力和顺剪力（薄膜内力）来承重。壳体的强度和刚度主要是利用几何形状的合理性，而不是以增大其结构截面尺寸取得。工程中因壳体优越的双向直接受力性能-强度大，极大的空间刚度-刚度大，屋面与承重合一-板架合一等特性；用料省，自重轻，覆盖面大，稳定性好，容易适应建筑功能和造型需要，故应用较广泛。薄壳是由上下两个几何曲面构成的。两个曲面之间的距离为板的厚度。（1）零

18、高斯曲线：一个主方向为直线其曲率为零。（2）正高斯曲线：两个方向主曲率同号。（3）负高斯曲线：两个方向主曲率异号。平移曲面-一条竖向曲线（母线）沿另一竖向曲线（导线）平移形成曲面。椭圆抛物面壳、双曲抛物面壳直纹曲面-一段直线（母线）的两端沿一条或两条固定曲线（导线）移动形成。薄壳结构的内力一般情况下壳板的径向和环向弯矩较小，可忽略，壳板内力可按无弯矩理论计算（理想的薄壳无弯矩和抗扭能力）。单位面积上的内力：在竖向荷载作用下只能有正向力和顺剪力。薄壳结构的施工（1)现浇混凝土壳体（2)预制单元、现场高空装配成整体壳体（3)地面现浇混凝土壳体或预制单元装配后整体提升（4)装配整体式叠合壳体（钢丝网

19、水泥薄板上在浇混凝土）（5)采用柔膜喷涂成壳（柔膜上涂抹或喷射砂浆）圆顶薄壳：是正高斯曲率的旋转曲面壳，由壳面与支座环组成，壳面厚度可以做的很薄，一般为曲率半径的1/600，跨度可以很大。支座环对圆顶壳起箍的作用，并通过它将整个薄壳搁置在支承构件上。圆顶薄壳的组成及结构形式壳板：应具有一定的强度和刚度。支座环：薄壳结构保持几何图形不变的保证。下部支承：承受结构荷载并传至基础。支座环的拉力及壳面边缘局部弯矩支座环对圆顶壳板起套箍作用，承受壳身边缘传递来的推力，是圆顶结构保持几何形体不变的保证。推力使支座环在水平面受拉。支座环对壳板的约束使壳面边缘产生径向的局部的弯矩。支承结构：常见的支承方式：（

20、1）通过支座环支承在房屋的竖向承重构件上（砖墙、钢筋混凝土柱等）。（2）支承在斜柱或斜拱上。（3）支承在框架上。（4）直接落地支承在基础上。圆顶壳板的内力在轴对称荷载作用下，圆径向受力（压力顶小底大）；圆环向受力，顶部为压力，底部或受拉力或受压力。拱与壳比较拱结构：几何特征为外形呈现曲线状，结构特征为以压力为主的平面结构，支座处有水平推力，受力特征为主要承受压力。壳体结构：几何特征为外形呈曲线，结构特征为空间薄壁结构，受力特征为双向直接传力，主要薄壁内力（轴向力及顺剪力）。筒壳与锥壳筒壳的结构组成筒壳（柱面薄壳）：是单向有曲率的薄壳。由壳身、侧边缘构件和横隔组成。筒壳的结构受力特点壳身与侧边缘

21、构件共同工作，整体受力。横隔是筒壳的横向支承，缺少它，筒身的形体就要破坏。横隔间的距离为壳体的跨度l1，侧边构件间距离为壳体的波长l2。当l1/l23时为长壳，纵向梁的传力作用显著，按梁的理论计算； l1/l21时，长折板；当波长l2/跨度l11时，短折板。*折板的受力特点及计算要点（1）双向受力与传力：竖向荷载作用下，折缝与两侧斜板提供抗弯刚度承担此荷载。并借折缝把力传给折缝端头的支座。其横向靠多跨连续板传力，因横向有弯矩，板仍不能太薄或不能太宽。（2）折缝的保证作用：在横向作连续板的支座，在纵向使各块斜板连城整体，保证其纵向刚度。（3）横隔的保证作用：横隔不仅是折板的支座和板的边框，其最主

22、要的作用是保证薄而高的斜板不变位，使之具有足够的横向刚度，从而具有纵向刚度的折板发挥其强度。折板结构的构造折板结构的板单元有矩形、三角形两种。用于无盖则排水效果较好，并可构成折板钢架。折板的结构形式（1）无边梁折板由若干等厚度的平板和横隔组成。（预制v形折板就是其中的一种）（2）有边梁折板一般为现浇结构，由折板、边梁和横隔构件三部分组成.(筒壳式折板）折板的结构形式多样，可做折板梁，折板墙、柱，折板钢架，折板拱，折板壳等。折板的结构布置（1）外伸悬挑挑檐、雨篷、站台、看台顶棚。（2）形变沿纵向变化波宽与波高，护两端支座一高一低，改变造型。（3）并列组合并列等宽的折板只能组成矩形，用追星变宽折板

23、则能并列出扇形或环形。（4）反向并列组合基本单元为一块三角形折板，为变截面v或，相隔相反组合。折板的组合：各块斜板互相依靠，提高整体折板承载能力。第六章 平板网架结构平板网架结构网架结构是由空间网架结构：许多杆件根据建筑形体要求，按一定规律进行布置，通过节点连接组成的网状的三维空间杆系结构。具有三维受力特点，一般为高次超静定的空间结构。各杆件主要承受轴向力。网架的结构形态按构成方式可分为;平板网架和曲面网架。网架的组成双层网架上弦杆，下弦杆两个平面与上下弦之间的腹杆组成。（适用于跨度不大于50m）三层网架上弦杆，下弦杆中弦杆按个平面与三层弦之间的腹杆组成（适用跨度大于50m）特点：能够承受各方

24、向的作用，且网架为高次超静定结构。网架结构中的空间交汇的杆件，即为受力杆件，有互为支撑杆件，协同工作。网架结构整体性能好，稳定性好，空间刚度大，能有效承受非对称荷载、集中荷载和动荷载，有较好的抗震性能。平板网架是无水平推力、拉力的空间结构，一般简支在支座上。网架结构实现了较小规格的杆件束建造大跨度结构，结构站空间较小，且可利用空间大（网架上下弦之间的空间布置各种管线）。适用:网架结构平面布置灵活，可用于矩形、圆形、椭圆形、多边形。扇形等多种建筑平面，适用不同跨度、不同平面形状、不同支承条件、不同功能需要的建筑物。建筑造型新颖、轻巧、壮观。网架的结构形式及选型网架的结构形式按构成港式可分为交叉桁

25、架体系和角锥体系两类。交叉桁架体系：两向或三向的相互价差平面桁架组成交叉立体桁架。交叉桁架体系网架一片片平面桁架相互交叉组成立体桁架。每片桁架的上弦杆、下弦杆及腹杆位于同一垂直平面。整个网架科两向。三向交叉而成。（1）双向正交正放网架网架由相互90相交的平面桁架组成，桁架平行或垂直于建筑边缘线。上下弦的网格尺寸相同，同一方向的每个平面桁架长度相同，受力均匀，构造简单，便于制作安装。由于网架的上下弦网格都为方形网格，属于几何可变体系，需要适当设置水平支撑，保证其在水平力作用下的几何不变形。适用于建筑平面为正方形、近正方的矩、正多边形、圆形，此时两个方向的桁架跨度相近，空间作用明显，跨度以3060

26、m的中等跨度。（2）两向正交斜放网架两组相互交叉成90的平面桁架组成，且两组桁架分别于其相应的建筑平面边线成45。两向正交斜放网架中每片桁架的长短不同，用于平面为矩形的建筑时，角部短桁架对于与之相交的长桁架起着弹性支座的作用，减小了长桁架的跨度，从而降低了跨中弯矩。但四角支座处产生拔力。两向正交斜放网架用于平面为长方形的建筑时，桁架的跨度不因建筑边长增加而增大，桁架的最大跨度保持一定值（短边的2倍）与两向正交正放网架相比有空间刚度大，用钢量省的优点。(3)两向斜交斜放网架两组相互交叉不能为90的平面桁架组成，切两组桁架分别与其相应的建筑平面边线的交角也不相同。构造复杂，受力性能不好，很少采用。（4）三向交叉网架（5）三向交叉网架（桁架互成60交角），平面呈正三角形格。适合建筑平面为三角形，六边形以及圆形平面的大跨建筑（常用于建筑跨度大于60m），它比两向相交的网架空间刚度大，受力均匀。但它的节点处交汇杆件多，节点构造复杂。角锥体系网架由基本单元