第一章 緒論(4課時(shí)).ppt

1、工程結(jié)構(gòu),主講 賈燕 鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院,教材及主要參考書：,工程結(jié)構(gòu)，薛茹主編，鄭州大學(xué)出版社 建筑結(jié)構(gòu)（第四版），熊丹安主編，華南理工大學(xué)出版社，2009.1 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理，劉文峰主編，高等教育出版社，2005； 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范,課程主要內(nèi)容,第一章 緒論 第二章 工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)方法 第三章 結(jié)構(gòu)材料的力學(xué)性能及選用 第四章 鋼筋混凝土受彎構(gòu)件 第五章 鋼筋混凝土受壓構(gòu)件 第六章 鋼筋混凝土受拉構(gòu)件 第七章 鋼筋混凝土受扭構(gòu)件 第八章 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)概述,第九章 鋼筋混凝土梁板結(jié)構(gòu) 第十章 砌體結(jié)構(gòu) 第十一章 單層廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第十二章 多

2、高層房屋結(jié)構(gòu) 第十三章 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件簡介,課程主要內(nèi)容,5,學(xué)習(xí)要求與成績?cè)u(píng)價(jià),學(xué)習(xí)要求： a 課前提前預(yù)習(xí) b 課堂積極參與 c 課后及時(shí)復(fù)習(xí) 成績計(jì)算： a 課程實(shí)踐：10% b 平時(shí)成績（平時(shí)作業(yè)）：10% c 期終考試：80%,6,第一章 緒論,結(jié)構(gòu)是由梁、柱、墻、板、桿、殼等基本構(gòu)件組成的一個(gè)承力系統(tǒng)。 工程結(jié)構(gòu)包括建筑結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu)、地下結(jié)構(gòu)、水工結(jié)構(gòu)、特種結(jié)構(gòu)等。本課程主要講述建筑結(jié)構(gòu)的有關(guān)問題。 結(jié)構(gòu)的功能主要是形成構(gòu)筑物所需要的空間骨架，并能夠長期安全可靠地承受各種荷載和變形作用（包括可能遭遇的意外事故）及其影響。,8,0.1 建筑結(jié)構(gòu)的概念,建筑結(jié)構(gòu)（結(jié)構(gòu)） 工程中由若

3、干構(gòu)件連接而成的能承受作用的平面或空間體系。 注： “作用” 能使結(jié)構(gòu)或構(gòu)件產(chǎn)生效應(yīng)（內(nèi)力、變形、裂縫等）的各種原因的總稱。 （1）直接作用 即荷載：如結(jié)構(gòu)自重、人群荷載、風(fēng)荷載等； （2）間接作用：如地震、基礎(chǔ)沉降、溫度變化等。,9,0.2 建筑結(jié)構(gòu)的組成,1. 水平構(gòu)件：梁、板等，用以承受豎向荷載。 2.豎向構(gòu)件：柱、墻等，其作用是支承水平構(gòu)件或承受水平荷載。 3. 基礎(chǔ)：其作用是將建筑物承受的荷載傳至地基。,10,建筑決定著建筑物的外在特質(zhì)使用性和美觀性 結(jié)構(gòu)決定著建筑物的內(nèi)在特質(zhì)安全性、適用性和耐久性,1.1 建筑和結(jié)構(gòu)的關(guān)系,設(shè)計(jì)中要保證建筑與結(jié)構(gòu)的和諧統(tǒng)一,建筑設(shè)計(jì) （外觀和使用）

4、,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （外力和內(nèi)力）,用途、功能、文化、環(huán)境、歷史、地理等條件,功能、材料、環(huán)境、地理、施工等條件,設(shè)計(jì)目標(biāo)：技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用、確保質(zhì)量,古羅馬大斗獸場（公元70-82）,巴黎圣母院歐洲中世紀(jì)建筑，1163,14,故宮是中國傳統(tǒng)建筑藝術(shù)的結(jié)晶，它體出當(dāng)時(shí)帝王至尊、江山永固的主題思想，創(chuàng)造出巍峨壯觀、富麗堂皇的組群空間和建筑形象，堪稱中國古代大型組群布置的典范。,建筑物實(shí)體同時(shí)具有的利用價(jià)值和觀賞價(jià)值,建筑物實(shí)體同時(shí)具有的利用價(jià)值和觀賞價(jià)值,悉尼歌劇院以張開的“貝殼”的形式，與其四周的海景相得益彰，已成為悉尼市乃至整個(gè)澳大利亞的形象代表，是澳大利亞旅游觀光的重要景點(diǎn)之一。,平衡

5、 穩(wěn)定 承載能力 適用 經(jīng)濟(jì) 美觀,1.2 工程結(jié)構(gòu)的基本要求,18,1.3 工程結(jié)構(gòu)的分類,按材料分類：混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu) 按用途分:建筑結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu)、地下結(jié)構(gòu)、水工結(jié)構(gòu)、特種結(jié)構(gòu) 按受力和構(gòu)造特點(diǎn)分類：混合結(jié)構(gòu)、排架結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)及其它結(jié)構(gòu)。,混凝土結(jié)構(gòu)的概念 素混凝土結(jié)構(gòu) 混凝土結(jié)構(gòu) 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu),1、混凝土結(jié)構(gòu),20,2、砌體結(jié)構(gòu),由塊體（磚、石材、砌塊）和砂漿砌筑而成的墻、柱作為建筑物主要受力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)稱為砌體結(jié)構(gòu)。,22,主要優(yōu)點(diǎn)： 1）取材方便，造價(jià)低廉； 2）具有良好的耐火性及耐久性； 3）具有良好的保溫、隔熱、隔音性能，節(jié)能

6、效果好； 4）施工簡單，技術(shù)容易掌握和普及，也不需要特殊 的設(shè)備。 主要缺點(diǎn)： 自重大，強(qiáng)度低，整體性差，砌筑勞動(dòng)強(qiáng)度大。,砌體結(jié)構(gòu),23,以鋼材為主制作的結(jié)構(gòu) 。,3、鋼結(jié)構(gòu),24,25,26,27,28,2008年北京奧運(yùn)會(huì)主體育場“鳥巢”,29,30,鳥巢內(nèi)景,31,主要優(yōu)點(diǎn)： 1）材料強(qiáng)度高，自重輕，塑性和韌性好，材質(zhì)均勻； 2）便于工廠生產(chǎn)和機(jī)械化施工，便于拆卸，施工工期短； 3）具有優(yōu)越的抗震性能； 4）無污染、可再生、節(jié)能、安全，符合建筑可持續(xù)發(fā)展的 原則，可以說鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展是21世紀(jì)建筑文明的體現(xiàn)。,鋼結(jié)構(gòu),32,鋼結(jié)構(gòu),主要缺點(diǎn)： 易腐蝕，需經(jīng)常油漆維護(hù)，故維護(hù)費(fèi)用較高；鋼結(jié)

7、構(gòu)的耐火性差，當(dāng)溫度達(dá)到250時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)的材質(zhì)將會(huì)發(fā)生較大變化；當(dāng)溫度達(dá)到500時(shí)，結(jié)構(gòu)會(huì)瞬間崩潰，完全喪失承載能力。,33,4、木結(jié)構(gòu) 指全部或大部分用木材制作的結(jié)構(gòu)。,34,35,36,37,主要優(yōu)點(diǎn)： 易于就地取材，制作簡單。 主要缺點(diǎn)： 易燃、易腐蝕、變形大，并且木材使用受到 國家嚴(yán)格限制。,木結(jié)構(gòu),38,1.4 混凝土結(jié)構(gòu)的一般概念,混凝土結(jié)構(gòu),素混凝土結(jié)構(gòu),鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu),素混凝土結(jié)構(gòu),鋼筋混凝土結(jié)構(gòu):根據(jù)構(gòu)件的受力特征，在混凝土構(gòu)件的適當(dāng)部分配置鋼筋。,鋼筋,箍筋,支撐,預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)：通過預(yù)拉鋼筋使受壓區(qū)產(chǎn)生拉力,預(yù)應(yīng)力筋,混凝土,空心,鋼骨混凝土結(jié)構(gòu),型鋼

8、,縱向鋼筋,箍筋,鋼管混凝土結(jié)構(gòu),鋼管,核心混凝土,鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu),45,混凝土(Concrete)： 抗壓強(qiáng)度高，而抗拉強(qiáng)度卻很低 一般抗拉強(qiáng)度只有抗壓強(qiáng)度的1/81/20 破壞時(shí)具有明顯的脆性性質(zhì)( Brittle),因此，素混凝土構(gòu)件在實(shí)際工程的應(yīng)用很有限，主要用于以受壓為主的基礎(chǔ)、柱墩、室外地坪和一些非承重結(jié)構(gòu)。,基本材料性能,Pcr = 9.7kN,fc=13.4N/mm2 ft=1.54N/mm2,ft,sc= ft,素混凝土梁受力性能,Pu Pcr,破壞時(shí)跨中截面受壓邊緣的壓應(yīng)力與抗拉強(qiáng)度相近，遠(yuǎn)未達(dá)到混凝土的抗壓強(qiáng)度，破壞表現(xiàn)為脆性斷裂，無明顯預(yù)兆。,鋼 材(Steel)：

9、 抗拉和抗壓強(qiáng)度都很高 具有屈服現(xiàn)象，破壞時(shí)表現(xiàn)出較好的延性 細(xì)長的鋼筋受壓時(shí)極易壓曲，僅能作為受拉構(gòu)件,純鋼構(gòu)件的承載力往往取決于鋼材的壓曲，材料強(qiáng)度一般得不到充分地發(fā)揮。,將混凝土和鋼材這兩種材料有機(jī)地結(jié)合在一起，可以取長補(bǔ)短，充分利用材料的性能。,Pcr = 9.7kN,fc=13.4N/mm2 ft=1.54N/mm2 fy=335N/mm2,ft,sc= ft,鋼筋混凝土梁,Pu 52.5kN,fy,配置鋼筋后，RC梁的承載力比素混凝土梁大大提高，鋼筋的抗拉強(qiáng)度和混凝土的抗壓強(qiáng)度均得到充分利用，且破壞過程有明顯預(yù)兆。,Py 50.0kN,fc,Pcr = 9.7kN,fc=13.4N

10、/mm2 ft=1.54N/mm2 fy=335N/mm2,ft,sc= ft,鋼筋混凝土梁,Pu 52.5kN,fy,Py 50.0kN,fc,但從開裂荷載到屈服荷載，在很長的過程帶裂縫工作； 通常裂縫寬度很小，不致影響正常使用。 但裂縫導(dǎo)致梁的剛度顯著降低，使得鋼筋混凝土梁不能應(yīng)用于大跨度結(jié)構(gòu)。如何解決？,50,鋼筋混凝土梁與素混凝土梁的破壞情況對(duì)比,52,發(fā)揮鋼筋抗拉、抗壓強(qiáng)度高的特點(diǎn)；發(fā)揮混凝土抗壓強(qiáng)度高，而避免抗拉強(qiáng)度低的弱點(diǎn)。,鋼筋與混凝土合理的組合原則,53,鋼筋與混凝土共同工作的條件 （1）混凝土結(jié)硬后，能與鋼筋牢固地粘結(jié)在一起，傳遞應(yīng)力。 （2）二者具有相近的線脹系數(shù)，不會(huì)由

11、于溫度變化產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力和相對(duì)變形而破壞粘結(jié)力。 鋼筋 st = 1.2 105 混凝土 ct = 1.0 1.5 105 （3）呈堿性的混凝土可以保護(hù)鋼筋，使鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有較好的耐久性。,混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)： 材料利用合理：鋼筋和混凝土的材料強(qiáng)度可以得到充分發(fā)揮，結(jié)構(gòu)承載力與剛度比例合適，基本無局部穩(wěn)定問題，單位應(yīng)力價(jià)格低，對(duì)于一般工程結(jié)構(gòu)，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)于鋼結(jié)構(gòu)。 可模性好：混凝土可根據(jù)需要澆筑成各種性質(zhì)和尺寸，適用于各種形狀復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，如空間薄殼、箱形結(jié)構(gòu)等。 耐久性和耐火性較好：鋼筋有混凝土的保護(hù)層，不易產(chǎn)生銹蝕，而混凝土的強(qiáng)度隨時(shí)間而增長；混凝土是不良熱導(dǎo)體，30mm厚混凝土保護(hù)層

12、可耐火2小時(shí)，鋼筋不致因升溫過快而喪失承載力。, 現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)的整體性好：且通過合適的配筋，可獲得較好的延性，適用于抗震、抗爆結(jié)構(gòu)；同時(shí)防振性和防輻射性能較好，適用于防護(hù)結(jié)構(gòu)。 剛度大、阻尼大：有利于結(jié)構(gòu)的變形控制。 易于就地取材：混凝土所用的砂、石，易于就地取材，近年來，已有利用工業(yè)廢料來制造人工骨料，或作為水泥的外加成分改善混凝土的性能。,混凝土結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)： 自重大：不適用于大跨、高層結(jié)構(gòu)。,輕質(zhì)、高強(qiáng)和預(yù)應(yīng)力, 抗裂性差：普通RC結(jié)構(gòu)，在正常使用階段往往帶裂縫工作，環(huán)境較差(露天、沿海、化學(xué)侵蝕)時(shí)會(huì)影響耐久性；也限制了普通RC用于大跨結(jié)構(gòu)，高強(qiáng)鋼筋無法應(yīng)用。,預(yù)應(yīng)力混凝土, 承載力有

13、限：在重載結(jié)構(gòu)和高層建筑底部結(jié)構(gòu)，構(gòu)件尺寸太大，減小使用空間。,高強(qiáng)、鋼骨、鋼管混凝土, 施工復(fù)雜，工序多（支模、綁鋼筋、澆筑、養(yǎng)護(hù)），工期長，施工受季節(jié)、天氣的影響較大。, 混凝土結(jié)構(gòu)一旦破壞，其修復(fù)、加固、補(bǔ)強(qiáng)比較困難。,鋼模、飛模、滑模等，泵送、早強(qiáng)、商品、高性能、免振自密實(shí)混凝土等,混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)不斷得到發(fā)展，如最近研究開發(fā)的采用碳纖維布加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)，快速簡便。,混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展簡況及其應(yīng)用 1824年英國人阿斯普丁(J.Aspdin)發(fā)明硅酸鹽水泥 1849年法國人朗波(L.Lambot)制造了第一只鋼筋混凝土小船 1872年在紐約建造第一所鋼筋混凝土房屋 混凝土結(jié)構(gòu)的開始

14、應(yīng)用于土木工程距今僅150多年。 與磚石結(jié)構(gòu)、鋼木結(jié)構(gòu)相比，混凝土結(jié)構(gòu)的歷史并不長，但發(fā)展非常迅速，目前混凝土結(jié)構(gòu)已成為大量土木工程結(jié)構(gòu)中最主要的結(jié)構(gòu)，而且高性能混凝土和新型混凝土結(jié)構(gòu)形式還在不斷發(fā)展。,第一章 緒論,1.2 混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷史與應(yīng)用概況,混凝土結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用,房屋建筑 單層及多層房屋，如單層廠房、多層廠房、多層框架結(jié)構(gòu)等； 高層建筑，如框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)、框筒結(jié)構(gòu)、筒中筒 結(jié)構(gòu)、桁架筒結(jié)構(gòu)、成束筒結(jié)構(gòu)等； 大跨屋蓋結(jié)構(gòu)，包括平面結(jié)構(gòu)體系和空間結(jié)構(gòu)體系。,地下建筑工程 包括各種工業(yè)、交通、民用和軍用的地下工程，如礦井和巷道、鐵路 隧道和道路隧道、地下鐵道和水底隧道

15、、地下倉庫和油庫，以及各種 用途的輸水和其他的水式隧道等。,第一章 緒論,1.2 混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷史與應(yīng)用概況,特種工程結(jié)構(gòu) 包括高聳結(jié)構(gòu)、海洋工程結(jié)構(gòu)、管道結(jié)構(gòu)和容器結(jié)構(gòu)等。如煙囪、 冷卻塔、水池、筒倉、料斗、料倉和儲(chǔ)罐、電視塔等。,道路和橋梁,水利工程 如壩、水電站、攔洪壩、引水渡槽、船閘、船塢、碼頭、污水池、 港口、排灌管等。,60,61,廣東國際大廈,全美最高，世界第二的美國 芝加哥的希爾斯大廈,混凝土結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用,63,橋面結(jié)構(gòu),混凝土結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用,64,混凝土結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用,橋墩,混凝土結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用,上海楊浦大橋,混凝土結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用,楊浦大橋橋面結(jié)構(gòu),混凝土結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用

16、,68,混凝土結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用,上海南浦大橋,69,第一章 緒論,上海莘莊大型立交工程 該工程由15條線路，6條主線、20個(gè)定向匝道構(gòu)成；占地面積45.8公頃，整個(gè)立交橋梁結(jié)構(gòu)長度11.1公里、面積8.4萬m2。,混凝土結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用,70,海洋石油鉆井平臺(tái),混凝土結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用,長江三峽工程,大型水利工程設(shè)施,混凝土結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用,72,1.5 本課程的學(xué)習(xí)任務(wù)和學(xué)習(xí)方法,鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能； 混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(jì)原則; 彎、剪、拉、壓、扭等基本構(gòu)件的承載力計(jì)算(截面設(shè)計(jì))； 變形和裂縫寬度驗(yàn)算； 預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的計(jì)算； 砌體結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能、受力特征和承載力計(jì)算,本課程的主要任務(wù),工程結(jié)

17、構(gòu)課程學(xué)習(xí)中應(yīng)注意的問題,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件（工程結(jié)構(gòu)）,問題的復(fù)雜性,問題的綜合性,問題不是單一的,解答是不唯一的,受力性能,材料的力學(xué)性能,兩種材料的配比,兩種材料的共同工作,學(xué)習(xí)中應(yīng)注意的問題：,1、構(gòu)件和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)綜合性問題 設(shè)計(jì)過程包括結(jié)構(gòu)方案、構(gòu)件選型、材料選擇、配筋構(gòu)造、施工方案等，還需要考慮安全適用和經(jīng)濟(jì)合理。 設(shè)計(jì)中許多數(shù)據(jù)可能有多種選擇方案，因此設(shè)計(jì)結(jié)果不是唯一的。 最終設(shè)計(jì)結(jié)果應(yīng)經(jīng)過各種方案的比較，綜合考慮使用、材料、造價(jià)、施工等各項(xiàng)指標(biāo)的可行性，才能確定較為合適的一個(gè)設(shè)計(jì)結(jié)果。,學(xué)習(xí)中應(yīng)注意的問題：,2、工程項(xiàng)目的建設(shè)是國家的重要工作，必須依照國家頒布的法規(guī)進(jìn)行 各種設(shè)計(jì)規(guī)范或規(guī)程是具有約束性和立法性的文件，其目的是使工程