建筑结构选型00_绪论.pptx

1、,建筑结构选型,*,1,李广军,建筑结构选型概论，叶献国主编，武汉理工大学出版社，2007年 建筑结构选型，张建荣主编，中 国建筑工业出版社，2007年 结构概念和体系，计学闰、王力 编著，高等教育出版社，2004年,参考资料,9/2/2019,李广军,2,参考资料,9/2/2019,李广军,3,0.0 概述0.1 结构选型的意义0.2 结构概念0.3 结构体系0.4 结构选型0.5 结构的组成与分类,9/2/2019,李广军,4,0 绪论,0 绪论,9/2/2019,李广军,5,0.0 概述一、概念建筑结构建筑物的特质二、建筑与结构的关系建筑形式决定结构型式结构型式影响建筑设计选型是一门综合

2、性的科学问题，包括建筑 艺术、结构、施工、设备、预算等多专业的 密切配合。,9/2/2019,李广军,6,建筑结构是形成一定空间及造型，并 具有承受人为和自然界施加于建筑物的各 种荷载作用，使建筑物得以安全使用的骨 架。,0 绪论,0.0 概述,什麽是结构,建筑结构(Building structure)是房屋建筑的空间受力骨架体系 是，建筑物得以存在的基础 构件：是结构的组成部分，如板 梁、柱、基础等 结构的作用：承担荷载,9/2/2019,李广军,7,0 绪论,0.0 概述,9/2/2019,李广军,8,首先是骨架所形成的空间能良好地为人类生 活与生产服务，并满足人类对美观的需求，为此 须

3、选择合理的结构型式。,其次是应合理选择结构的材料和受力体系，充分发挥所用材料的作用，使结构具有抵御自然 界各种作用的能力，如结构自重、使用荷载、风 荷载和地震作用等。,0 绪论,0.0 概述建筑结构的功能,9/2/2019,李广军,9,荷载：自重、外部荷载作用（活荷载、风荷 载、雪荷载、和地震作用等）、变形作用（温度变化引起的变形、地基沉降等）、环境作用（大气污染作用等）,9/2/2019,李广军,10,求：,结构的基本功能要可靠、适用、耐久，以及在偶然事故中，当局 部结构遭到破环后，仍能保持结构的整体稳定 性。,0 绪论,0.0 概述,9/2/2019,李广军,11,9/2/2019,李广军

4、,12,9/2/2019,李广军,13,9/2/2019,李广军,14,9/2/2019,李广军,15,9/2/2019,李广军,16,9/2/2019,李广军,17,9/2/2019,李广军,18,9/2/2019,李广军,19,9/2/2019,李广军,20,图例：风压特征,9/2/2019,李广军,21,建筑结构是保证房屋安全的重要手段。建筑结 构的形式是为了满足建筑功能要求，为创造建筑 的美而服务。建筑结构与建筑设计是两个既相互独立又紧密 联系的专业工种。建筑结构是解决坚固问题，处于服务地位，由 注册结构师完成；建筑设计是解决功能、适用和美观的问题，处 于先行与主导地位，由注册建筑师完

5、成。建筑设计必须和建筑结构有机结合起来，只有 真正符合结构逻辑的建筑才具有真实的表现力和 实际的可行性，富有建筑的个性。,9/2/2019,李广军,22,建筑与结构的关系小结,建筑设计要解决,环境、场地、体型 与人的活动有关的空间组织 建筑技术问题 建筑艺术和室内布置,9/2/2019,李广军,23,结构设计要解决,结构型式 结构材料 结构的承载力、变形、倾覆、稳定等问 题 结构连接构造和施工方法,9/2/2019,李广军,24,建筑设计和结构设计的对应关系,建筑平面和体型是所采用结构型式的反应；结 构型式的选择受着建筑平面和体型设计效果的 影响。结构的正确是建筑美观的必要条件，结构的正 确不

6、能代替建筑的美，却能增添建筑的美。一栋优秀的建筑必然是建筑、结构、设备等各 专业工种的密切配合的成果。,9/2/2019,李广军,25,9/2/2019,李广军,26,9/2/2019,李广军,27,三、建筑造型的分类,9/2/2019,李广军,28,混合结构体系,四、结构的分类混凝土结构 砌体结构 钢结构木结构五、结构体系：框架体系 剪力墙体系框架-剪力墙体系 筒体体系,结构构件受 与传力的组 方成式,9/2/2019,李广军,29,0.1 结构选型的意义,9/2/2019,李广军,30,9/2/2019,李广军,31,0.1 结构选型的意义人们在世界各地的火电厂附近常见到钢筋混凝土双曲抛物

7、,面冷却塔（Reinforced Concrete Cooling Tower with hyperbolic paraboloidShell），其功能是要冷却汽轮机中被加热了的冷却水。,0.1 结构选型的意义,9/2/2019,李广军,32,拱形天棚的声聚焦现 象,声音聚焦,Sonic Focussing,球形或抛物面形的屋盖结构(壳体或拱结构)，若曲,面的焦点位置处理不当，会形成声音聚焦。在焦点附近，强 大的躁音会使人难以忍受，严重影响使用功能。,改变曲率或加设吊顶，可以减少或消除这种声聚焦的,(b)(b),(a)(a),拱形天棚的声聚焦现象,现象。可见，在设计的方案阶段，应注意基本的建筑

8、功能 空、间形式与结构体系的协调一致。9/2/2019,33,0.1 结构选型的意义,9/2/2019,李广军,34,0.2 结构概念“结构概念”人们对结构的一般规律及其最本质特征的认识。一、基本受力状态二、材料对结构的影响 三、构件尺度的概念 四、构件受力后的变形 五、预应力的概念,9/2/2019,李广军,35,一、基本受力状态,9/2/2019,李广军,36,轴心受拉是最合理的受力状态；轴压状态材料利用较好，但须防止失稳。弯剪状态材料不能充分利用，但工程中不可避免，应注意选择合理截面和型式。扭转状态对截面抗力最为不利，但亦不可避免，应注意选择合理截面和结构布,9/2/2置01。9,37,

9、李广军,二、材料对结构的影响,9/2/2019,李广军,38,二、材料对结构的影响1.充分发挥材料特性,9/2/2019,李广军,39,二、材料对结构的影响1.充分发挥材料特性 砌体高塔：大雁塔建于公元925年，底层25m25m，共7层，高64m，底层墙厚9.15m，中间仅7m2空间,9/2/2019,李广军,40,二、材料对结构的影响2.选择合理的截面形式及结构形式,9/2/2019,李广军,41,二、材料对结构的影响2.选择合理的截面形式及结构形式,9/2/2019,李广军,42,二、材料对结构的影响3.采用组合结构，充分发挥材料的特性,9/2/2019,李广军,43,二、材料对结构的影响

10、3.采用组合结构，充分发挥材料的特性,9/2/2019,李广军,44,二、材料对结构的影响4.利用三向受压应力状态，提高材料的强度和延性,9/2/2019,李广军,45,三、构件尺度的概念,实际工 程,按比例放大巨型景观行 吗？,如果麻雀变 成鸵鸟，还 能飞起来,9/2/2019,李广军,46,吗？按比例缩小微缩景观很受欢迎,三、构件尺度的概念,结构尺度的变化，将改变结构内部作用效应和抗力 的比例，从而改变结构的受力状态。,9/2/2019,李广军,47,【V10】=0.25（10b110h01）fc=100【V1】大跨度结构应重点解决结构自重、刚度等问 题，应选择受力更合理的结构型式,同上,

11、略【V1】=0.25b1h01 fc常规结构比例在一定跨 度范围内才适用,由混凝土控制时 最大抗剪能力 结论,【M10】=100AS1fyrs10h01=1000【M1】,【M1=AS1fyrsh01】,f1=（5/384）g10L104/(E1I10)=100 f1,f1=（5/384）g1L14/(E1I1),10=M10/W10=101,1=M1/W1,M10=100g1(10L1)2/8=10000M1W10=10b1(10h1)2/6=1000W1,M1=g1L12/8W1=b1h12/6,V10=100g110L1/2=1000V1,V1=g1L1/2,放大10倍的简支梁g10=1

12、0b110h1r=100g1,弹性分析自重线荷载g最大剪力 V最大弯矩M 截面抵抗矩W 最大正应力 挠度f钢筋混凝土梁抗 弯承载力由钢筋控制时,放大10倍的简支梁受力分,9/2/2019,李广军,48,析原简支梁g1=b1h11r,四、构件受力后的变形,9/2/2019,李广军,49,四、构件受力后的变形,9/2/2019,李广军,50,五、预应力的概念,9/2/2019,李广军,51,五、预应力的概念,9/2/2019,李广军,52,五、预应力的概念,9/2/2019,李广军,53,五、预应力的概念,9/2/2019,李广军,54,0.3 结构体系建筑结构不是结构构件的简单组合，重要的是将各

13、种结构 构件有效地组合成结构体系，以承受各种可能的外部作用。现代建筑中的设施大致包括：水上水系统、排水系统、消防水系统等；暖能源系统(煤气、燃油、蒸汽、热水)、采暖系统或 空调系统等；电动力电系统、照明电系统、应急照明系统、电报电、传、电话、电视、信息网络系统、信息传感系统、安全监控系 统等。,9/2/2019,李广军,55,0.3 结构体系各系统均各有特殊要求，既要保证各设施正常运行，又要满足 房屋使用功能，要求设计人员在建筑设计的最初阶段协调好各系 统的基本要求。,9/2/2019,李广军,56,0.3 结构体系圈梁的平面布置图,9/2/2019,李广军,57,0.4 结构选型在建筑设计中

14、，空间组合和建筑造型的主要环节是选择最 佳结构方案，即 结构选型。比如：关于房屋刚度。通过一座小塔楼的几种结构方案，讨论如何提高结构刚度。设塔楼平面尺寸相同，边长均为5.2m，结构截面面积均为4m2方案1：由四根1m见方的小柱组成，其截 面刚度为四根柱截面刚度的总和：,9/2/2019,李广军,58,方案2：将四根小柱合并为一根大 柱，则刚度为：,方案1：刚度为：,9/2/2019,李广军,59,方案1：刚度：方案2：刚度：方案3：将四根1m见方的柱“拍扁”，做成四片独立的墙，每片为0.2m5m，则刚度为：,9/2/2019,李广军,60,方案1：刚度：方案2：刚度：方案3：刚度：方案4：将上

15、述四片墙在墙角处连成整体，形成箱形截面，根据材料力学知识：,9/2/2019,李广军,61,方案1：刚度：方案2：刚度：方案3：刚度：方案4：刚度：,9/2/2019,李广军,62,方案1：刚度：方案2：刚度：方案3：刚度：方案4：刚度：,9/2/2019,李广军,63,方案5：将四根小柱顶端加上刚性很大的连系梁，形成框架，保 证四根小柱共同工作，则刚度为：,方案4：刚度：,9/2/2019,李广军,64,方案5受力分析：,在左侧水平荷 载下：若没有刚性横 梁，两排柱都像独 立悬臂柱一样自由 侧移。,65,若在柱顶加上刚性横粱，并与柱刚性连接，则变形后刚性横 粱中存在很大剪力。剪力迫使左柱拉长

16、、右柱压缩，在柱中产生轴力，使左柱受 拉、右柱受压，形成反向力矩，抵消一部分倾覆力矩。刚性横梁受到左柱拉力和右柱压力的力矩作用，转角大大减 小。可见，柱间刚性横梁使柱顶变形一致，引起柱内的附加轴9力，/2/2并019组成反向力矩，大大减少李柱广顶军 侧移，提高了结构刚度。,方案6：形成框架,增设中间横梁，形 成多层框架，以减少柱 的计算长度，防止柱子 失稳。,9/2/2019,李广军,66,方案6：形成框架,在多层框架中加上交叉支撑，形成桁架体系，则构 件内力以轴力(拉压)为主，弯矩大大减小，从而大大 提高了结构的抗侧移刚度。,方案7：形成桁架体系,9/2/2019,李广军,67,方案6：形成框架,方案7：形成桁架体系,方案8：让塔楼体形接近弯矩图,多功能广播电视发射塔,9/2/2019,李广军,68,0.4 结构选型在建筑设计中，空间组合和建筑造型的主要环节是选择最 佳结构方案，即结构选型。影响结构选型的主要因素：一、建筑物的功能要求二、建筑结构材料性能对结构选型的影响 三、施工技术水平对建筑结构型式的影响四、体系结构计算手段的提升和设计理论的发展 五、经济因素对于结构选型的制约,9