建筑結構講義

1、建筑結構基本功能第一章 建筑結構設計方法與荷載第一節(jié)  建筑結構設計方法應用我國現行設計規(guī)范進行結構設計時，采用的是以概率理論為基礎的極限狀態(tài)設計方法。一、建筑結構基本功能結構在規(guī)定的時間（設計使用年限），在規(guī)定的條件下（正常設計、施工、使用、維修）必須保證完成預定的功能，這些功能包括：（1）安全性，即建筑結構在正常施工和正常使用時，能承受可能出現的各種作用（如荷載、溫度變化、正常維修）。并且在設計規(guī)定的偶然事件（如地震、爆炸）發(fā)生時及發(fā)生后，仍能保持必需的整體穩(wěn)定性。（2）適用性，即建筑結構在正常使用過程中，應保持良好的工作性能。例如結構構件應有足夠的剛度，以免產生過大的振動和變形

2、，使人產生不適的感覺。（3）耐久性，即建筑結構在正常維修條件應能在規(guī)定的設計使用年限滿足安全、實用性的要求。上述對結構安全性、適用性、耐久性的要求總稱為結構的可靠性。結構的可靠性的概率度量稱為結構的可靠度。也就是說，可靠度是指在規(guī)定的時間內和規(guī)定的條件下，結構完成預定功能的概率。結構的設計使用年限是指設計規(guī)定的結構或結構構件不需進行大修，即可按預定目的使用的時期，我國現行規(guī)范規(guī)定的設計使用年限應按表1-1采用。由此可見，我國通常的建筑結構設計的使用年限是50年。對于按照我國現行設計規(guī)范選用的可變作用及與時間有關的材料性能等取值而選用的時間參數則稱為設計基準期。它不等同于建筑結構的設計使用年限。

3、統(tǒng)一標準規(guī)定的設計基準期為50年。相應的建筑結構荷載規(guī)范所考慮的荷載統(tǒng)計參數都是按設計基準期為50年確定的，如設計時需采用其他設計基準期，則必須另行確定在設計基準期內最大荷載的概率分布及相應的統(tǒng)計參數。二、結構功能的極限狀態(tài)與設計狀況區(qū)分結構是否卡靠與失效，其分界標志就是極限狀態(tài)。當整個結構或結構的一部分超過某一特定狀態(tài)就不能滿足設計規(guī)定的某一功能要求，這種特定狀態(tài)稱為該功能的極限狀態(tài)。極限狀態(tài)可分為兩類：1承載能力極限狀態(tài)當結構或結構構件達到最大承載能力，或產生了不適于繼續(xù)承載的變形時，即認為超過了承載能力極限狀態(tài)。例如：（1）整個結構或結構的一部分作為剛體失去平衡例如煙囪在風荷載作用下整體

4、傾翻。（2）結構構件或連接因超過材料強度而破壞（包括疲勞破壞），例如軸心受壓短柱中的混凝土和鋼筋分別達到抗壓強度而破壞，或因過度變形而不適于繼續(xù)承載；（3）結構轉變?yōu)闄C動體系，例如簡支梁跨中截面達到抗彎承載力形成三鉸共線的機動體系，從而喪失承載能力。（4）結構或結構構件喪失穩(wěn)定（如壓屈等），例如細長柱達到臨界荷載后因壓曲失穩(wěn)而破壞。（5）地基喪失承載能力而破壞（如失穩(wěn)等）。事實上，承載能力極限狀態(tài)就是結構或結構構件發(fā)揮最大承載能力的狀態(tài)。2正常使用極限狀態(tài)這種極限狀態(tài)對應于結構或結構構件達到正常使用或耐久性能的某項規(guī)定限值的狀態(tài)。當出現下列狀態(tài)之一時，即認為超過了正常使用極限狀態(tài)：（1）影響正

5、常使用或外觀的變形，如梁的撓度過大影響正常使用。（2）影響正常使用或耐久性能的局部損壞（包括裂縫）；（3）影響正常使用的振動，如樓板的振幅過大影響正常使用；（4）影響正常使用的其他特定狀態(tài)，如基礎產生不均勻沉降過大。在建筑結構設計時，除了考慮結構功能的極限狀態(tài)之外，還須根據結構在施工和使用中的環(huán)境條件和影響，區(qū)分下列三種設計狀況：（1）持久狀況，即在結構使用過程中一定出現，其持續(xù)期很長的狀況，例如房屋結構承受家具和正常人員荷載的狀況。持續(xù)期一般與設計使用年限為同一數量級。（2）短暫狀況，即在結構施工和使用過程中出現概率較大，而與設計使用年限相比持續(xù)期很短的狀況，如結構施工和維修時承受堆料荷載的

6、狀況。（3）偶然狀況，即在結構使用過程中出現概率很小，且持續(xù)期很短的狀況，如結構遭受火災、爆炸、撞擊、罕遇地震等作用。這三種設計狀況分別對應不同的極限狀態(tài)設計。對于持久狀況、短暫狀況和偶然狀況，都必須進行承載能力極限狀態(tài)設計；對于持久狀況，尚應進行正常使用極限狀態(tài)設計；而對于短暫狀況，可根據需要進行正常使用極限狀態(tài)設計。三、結構極限狀態(tài)的設計表達式建筑結構設計應根據使用過程中在結構上可能同時出現的荷載，按承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)分別進行荷載（效應）組合，并應取各自的最不利的效應組合進行設計。1承載力極限狀態(tài)設計表達式根據荷載規(guī)范的要求，結構構件承載力設計應根據荷載效應的基本組合或偶然

7、組合進行，其一般表達式為      （1-1） 式中  0結構重要性系數；一般為二級取1.0    S結構效應組合的設計值；    R結構構件抗力的設計值，應按各有關建筑結構設計規(guī)范的規(guī)定確定。    (1)結構構件重要性系數0    根據建筑結構可靠度設計統(tǒng)一標準，在建筑結構設計時，根據破壞可能產生的后果(危及人的生命安全、造成經濟損失、產生社會影響等)的嚴重性，采用不同的安全等級。建筑的安全等級見表1-

8、2 表1-2在抗震設計中不考慮結構構件的重要性系數。建筑物中各類結構的安全等級，宜與整個結構的安全等級相同。對于其中部分結構構件的安全等級可進行調整，根據需要對某些構件的安全等級采取提高一級或降低一級。    (2)荷載效應組合設計值S    1)荷載效應基本組合    a對于基本組合，荷載效應組合的設計值S應從下列組合值中取最不利值確定：    (a)由可變荷載效應控制的組合：（1-2）式中  G永久荷載的分項系數，應按荷載規(guī)范第325條采用； 

9、0;  Qi第i個可變荷載的分項系數，其中Q1為可變荷載Q1的分項系數，應按荷載規(guī)范第325條采用；    SGk按永久荷載標準值Gk計算的荷載效應值；    SQik按可變荷載標準值Qik計算的荷載效應值，其中SQ1k為諸可變荷載效應中起控制作用者；    ci可變荷載a的組合值系數，應分別按荷載規(guī)范各章的規(guī)定采用；    n參與組合的可變荷載數。    (b)由永久荷載效應控制的組合：（1-3）注：基本組合中的設計值僅適用于荷載與荷

10、載效應為線性的情況。    當對SQlk無法明顯判斷時，輪次以各可變荷載效應為SQlk，選其中最不利的荷載效應組合。    當考慮以豎向的永久荷載效應控制的組合時，參與組合的可變荷載僅限于豎向荷載。b對于一般排架、框架結構，基本組合可采用簡化規(guī)則，并應按下列組合值中取最不利值確定：    (a)由可變荷載效應控制的組合：（1-4）     (b)由永久荷載效應控制的組合仍按公式(1-3)式采用。    c基本組合的荷載分項系數，應按下列規(guī)定采用：

11、    (a)永久荷載的分項系數：    I當其效應對結構不利時    對由可變荷載效應控制的組合，應取12；    對由永久荷載效應控制的組合，應取135。    當其效應對結構有利時    一般情況下應取10；    對結構的傾覆、滑移或漂浮驗算，應取09。    (6)可變荷載的分項系數：    一般情況下應取14； &#

12、160;   對標準值大于4kN的工業(yè)房屋樓面結構的活荷載應取13。    注：對于某些特殊情況，可按建筑結構有關設計規(guī)范的規(guī)定確定。    2)荷載效應偶然組合    對于偶然組合，荷載效應組合的設計值宜按下列規(guī)定確定；偶然荷載的代表值不乘分項系數：與偶然荷載同時出現的其他荷載可根據觀測資料和工程經驗采用適當的代表值。各種情況下荷載效應的設計值公式，可由有關規(guī)范另行規(guī)定。2正常使用極限狀態(tài)表達式    對于正常使用極限狀態(tài)，應根據不同的設計要求，采用荷載

13、的標準組合、頻遇組合或準永久組合，并應按下列設計表達式進行設計：SC    (16)    式中  C結構或結構構件達到正常使用要求的規(guī)定限值，例如變形、裂縫、振幅、加速度、應力等的限值，應按各有關建筑結構設計規(guī)范的規(guī)定采用。     所謂標準組合，主要用于當一個極限狀態(tài)被超越時將產生嚴重的永久性損害的情況，其荷載效應組合的設計值S應按下式采用：    （1-6）    注：組合中的設計值僅適用于荷載與荷載效應為線性的情況。&

14、#160;   所謂頻遇組合，主要用于當一個極限狀態(tài)被超越時將產生局部損害、較大變形或短暫振動等情況。其荷載效應組合的設計值S應按下式采用：  （1-7）    式中f1可變荷載Q1的頻遇值系數，應按有關的規(guī)定采用；    qi可變荷載Qi的準永久值系數，應按有關的規(guī)定采用。    注：組合中的設計值僅適用于荷載與荷載效應為線性的情況。所謂準永久組合，當長期效應是決定先因素的一下情況，其荷載效應組合的設計值S可按下式采用：  （1-8）  

15、60; 注：組合中的設計值僅適用于荷載與荷載效應為線性的情況。四、結構的可靠度與可靠指標第二節(jié) 作用和作用效應    一、結構上的作用、作用效應和結構抗力（了解）    結構產生各種效應的原因，統(tǒng)稱為結構上的作用。結構上的作用包括直接作用和間接作用。直接作用指的是施加在結構上的集中力或分布力，例如結構自重、樓面活荷載和設備自重等。直接作用的計算一般比較簡單，引起的效應比較直觀。間接作用指的是引起結構外加變形或約束變形的作用，例如溫度的變化、混凝土的收縮或徐變、地基的變形、焊接變形和地震等，這類作用不是以直接施加在結構上的形式出現的，但

16、同樣引起結構產生效應。間接作用的計算和引起的效應一般比較復雜，例如地震會引起建筑物產生裂縫、傾斜下沉以至倒塌，但這些破壞效應不僅僅與地震震級、烈度有關，還與建筑物所在場地的地基條件、建筑物的基礎類型和上部結構體系有關。    過去習慣上將上述兩類不同性質的作用統(tǒng)稱為荷載。例如將溫度變化稱為溫度荷載，將地震作用稱為地震荷載等，這樣就混淆了兩類不同性質的作用，特別是對間接作用的復雜性認識不足。    根據目前結構理論發(fā)展水平以及現有規(guī)范頒布的現狀，對直接作用在結構上的荷載可按建筑結構荷載規(guī)范（GB 500092001）（以下簡稱荷載規(guī)范）

17、的規(guī)定采用，對間接作用，除了對地震作用按建筑抗震設計規(guī)范（GB 500112001）（以下簡稱抗震規(guī)范）的規(guī)定采用外，其余的間接作用暫時還未制定相應的規(guī)范。    考慮到廣大設計人員的現狀及習慣上的銜接，目前還未將兩類作用嚴格劃分，而將其簡稱為荷載。    作用在結構上的直接作用或間接作用，將引起結構或結構構件產生內力（如軸力、彎矩、剪力、扭矩等）和變形（如撓度、轉角、側移、裂縫等），這些內力和變形總稱為作用效應，其中由直接作用產生的作用效應稱為荷載效應。    結構或結構構件承受內力和變形的能力，稱為結

18、構的抗力，如構件的承載能力、剛度的大小、抗裂縫的能力等。結構抗力與結構構件的截面形式、截面尺寸及材料強度等級等因素有關。二、荷載的分類（掌握）荷載是一個不確定的隨機變量。在建筑結構可靠度設計統(tǒng)一標準（B 50068一2001（以下簡稱統(tǒng)一標準）中，規(guī)定設計基準期為50年，在這段期間內，荷載不僅在量值上是變化的，并且，作用在結構上的時間持續(xù)性也是變化的。因此在荷載規(guī)范中，將荷載按以下原則進行了分類。1按隨時間變異分類（1）永久荷載（亦稱恒載）。在設計基準期內，其量值不隨時間變化，或即使有變化，其變化值與平均值相比可以忽略不計的荷載。如結構的自重、土壓力、預應力等。（2）可變荷載（亦稱活載）。在設

19、計基準期內，其量值隨時間變化，且其變化值與平均值相比不能忽略的荷載。如樓（屋）面活荷載、屋面積灰荷載、雪荷載、風荷載、吊車荷載等。（3）偶然荷載。在設計基準期內，可能出現，也可能不出現，但一旦出現，其量值很大且持續(xù)時間很短的荷載。如地震、爆炸力、撞擊力等。2按隨空間位置的變異分類（1）固定荷載。在結構空間位置上具有固定分布的荷載。如結構自重、樓面上的固定設備荷載等。（2）自由荷載。在結構上的一定范圍內可以任意分布的荷載。如民用建筑樓面上的活荷載、工業(yè)建筑中的吊車荷載等。3按結構的動力反應分類（1）靜態(tài)荷載。對結構或結構構件不產生加速度或產生的加速度很小可以忽略不計。如結構的自重、樓面的活荷載、

20、屋面積灰荷載、雪荷載等。（2）動態(tài)荷載。對結構或構件產生不可忽略的加速度。如吊車荷載、地震作用、作用在高層建筑上的風荷載等。三、荷載的代表值設計中用來驗算極限狀態(tài)所采用的荷載量值，例如標準值、組合值、頻遇值和準永久值。1荷載標準值荷載標準值是指在結構的設計基準期內，在正常情況下可能出現的最大荷載值，例如在荷載規(guī)范中，住宅樓面的均布活荷載規(guī)定為20kN。對于永久荷載的標準值，是按結構構件的尺寸（如梁、柱的斷面）與構件采用材料的重度的標準值（如梁、柱材料為鋼筋混凝土，則其重度的標準值一般取25kNm3）來確定的數值。對常用材料重度，可按荷載規(guī)范附錄A采用。對于可變荷載的標準值，則由設計基準期內最大

21、荷載概率分布的某一分位數來確定，一般取具有95保證率的上分位值，但對許多還缺少研究的可變荷載，通常還是沿用傳統(tǒng)的經驗數值。對可變荷載的標準值，可按荷載規(guī)范的規(guī)定采用。2荷載組合值當結構上作用兩種或兩種以上的可變荷載時，考慮到其同時達到最大值的可能性較少，因此，在按承載能力極限狀態(tài)設計或按正常使用極限狀態(tài)的短期效應組合設計時，應采用荷載的組合值作為可變荷載的代表值?？勺兒奢d的組合值，為可變荷載乘以荷載組合值系數。組合值系數見荷載規(guī)范表411。3荷載頻遇值對變荷載，在設計基準期內，其超越的總時間為規(guī)定的較小比率或超越頻率為規(guī)定頻率的荷載值?？勺兒奢d頻遇值應取可變荷載標準值乘以荷載頻遇值系數。荷載頻

22、遇值系數見荷載規(guī)范表411。4荷載準永久值對可變荷載，在設計基準期內，其超越的總時間約為設計基準期一半的荷載值。作用在建筑物上的可變荷載（如住宅樓面上的均布活荷載為20kN），其中有部分是長期作用在上面的（可以理解為在設計基準期50年內，不少于25年），而另一部分則是不出現的。因此，我們也可以把長期作用在結構物上面的那部分可變荷載看作是永久活載來對待。可變荷載的準永久值，為可變荷載標準值乘以荷載準永久值系數q也就是說，準永久值系數q，為荷載準永久值與荷載標準值的比值，其值恒小于10。在荷載規(guī)范中，規(guī)定了各種不同建筑樓面上均布活荷載的準永久值系數q，如對住宅樓面的均布活荷載，其準永久值系數q=0

23、4，而對書庫、檔案庫則q=08，這表示了對不同用途的建筑物，其準永久值系數q是不同的。q的大小表示了均布活荷載數值變動的大小，q大表示變動較小，q小則表示變動大。如住宅樓面的均布活荷載標準值為20kN，準永久值系數q=04，因此，荷載準永久值為20×04=08kN；而對一般書庫、檔案庫樓面均布活荷載為50kN，準永久值系數q=08，因此荷載準永久值為50×08=4.0kN。 四、荷載分項系數與荷載設計值1荷載分項系數荷載分項系數是在設計計算中，反映了荷載的不確定性并與結構可靠度概念相關聯的一個數值。對永久荷載和可變荷載，規(guī)定了不同的分項系數。（1）永久荷載分項系數

24、G：當永久荷載對結構產生的效應對結構不利時，對由可變荷載效應控制的組合取G=12；對由永久荷載效應控制的組合，取G=135。當產生的效應對結構有利時，般情況下取G=10；當驗算傾覆、滑移或漂浮時，取G=09；對其余某些特殊情況，應按有關規(guī)范采用。（2）可變荷載分項系數Q：般情況下取Q=14；但對工業(yè)房屋的樓面結構，當其活荷載標準值>4kN時，考慮到活荷載數值已較大，則取Q=13。2荷載設計值荷載設計值等于荷載代表值乘以荷載分項系數。按承載能力極限狀態(tài)計算荷載效應時，需考慮荷載分項系數；按正常使用極限狀態(tài)計算荷載效應時（不管是考慮荷載的短期效應組合還是長期效應組合），由于對正常使用極限狀態(tài)

25、的可靠度比對承載能力極限狀態(tài)的可靠度要求可以適當放松，因此可以不考慮分項系數，即分項系數：10。五、材料強度指標的取值1強度標準值材料強度標準值為結構設計時采用的材料性能的基本代表值，具有95的保證率。2材料分項系數材料強度分項系數是在按承載能力極限狀態(tài)設計時，按可靠度指標在計算中所采用的系數值。在我國規(guī)范中，通過值及材料、幾何參數、荷載基本參量，求出各種結構用的材料分項系數。對混凝土，材料分項系數取C =1.4；對HRB335、HR400、RRB400級鋼筋，取C = 1.10。3材料強度設計值指材料強度標準值除以材料分項系數值后的值。在承載能力極限狀態(tài)設計中，采用材料強度設計值。第三節(jié) 荷

26、載的標準值一、民用建筑樓面均布活荷載1樓面活荷載是房屋結構設計中的主要荷載。荷載規(guī)范規(guī)定的民用建筑樓面均布活荷載標準值及其組合值、頻遇值、準永久值系數如表1-5所列。   注：本表所給各項活荷載適用于一般使用條件，當使用荷載較大或情況特殊時，應按實際情況采用。    第6項書庫活荷載當書架高度大于2m時，書庫活荷載尚應按每米書架高度不小于25/m2確定。    第8項中的客車活荷載只適用于停放載人少于9人的客車；消防車活荷載是適用于滿載總重為300KN的大型車輛；當不符合本表的要求時，應將車輪的局部荷載按結構效應的

27、等效原則，換算為等效均布荷載。    第11項樓梯活荷載，對預制樓梯踏步平板，尚應按15kN集中荷載驗算。    本表各項荷載不包括隔墻自重和二次裝修荷載。對固定隔墻的自重應按恒荷載考慮，當隔墻位置可靈活自由布置時，非固定隔墻的自重應取每延米長墻重（kN/m）的13作為樓面活荷載的附加值（kN）計入，附加值不小于10kN。2設計樓面梁、墻、柱及基礎時，表1-5中的樓面活荷載標準值在下列情況下應乘以規(guī)定的折減系數。（1）設計樓面梁時的折減系數：1）第1（1）項當樓面梁從屬面積超過25m2時，應取09；2）第1（2）-7項當樓面梁從屬面積

28、超過刃m2時，應取09；3）第8項對單向板樓蓋的次梁和槽形板的縱肋應取08；對單向板樓蓋的主梁應取06；  對雙向板樓蓋的梁應取08；4）第912項應采用與所屬房屋類別相同的折減系數。（2）設計墻、柱和基礎時的折減系數1）第1（1）項應按表11-5規(guī)定采用；2）第1（2）-7項應采用與其樓面梁相同的折減系數；3）第8項對單向板樓蓋應取05；  對雙向板樓蓋和無梁樓蓋應取08；4）第9-12項應采用與所屬房屋類別相同的折減系數。    注：樓面梁的從屬面積應按梁兩側各延伸二分之一梁間距的范圍內的實際面積確定。二、民用建筑屋面均布活荷載 

29、 房屋建筑的屋面，其水平投影面上的屋面均布活荷載，應按表1-7采用。  屋面均布活荷載，不應與雪荷載同時組合。屋面均布活荷載表1-7  注：不上人的屋面，當施工或維修荷載較大時，應按實際情況采用；對不同結構應按有關設計規(guī)范的規(guī)定，將標準值作02kN的增減。      上人的屋面，當兼作其他用途時，應按相應樓面活荷載采用。      對于因屋面排水不暢、堵塞等引起的積水荷載，應采取構造措施加以防止；必要時，應按積水的可能深度確定屋面活荷載。   &

30、#160;   屋面花園活荷載不包括花圃土石等材料自重。直升機停機坪荷載應根據直升機總重按局部荷載考慮，同時其等效均布荷載不低于5.0KNm2。局部荷載應按直升機實際最大起飛重量確定，當沒有機型技術資料時，一般可依據輕、中、重三種類型的不同要求，按下述規(guī)定選用局部荷載標準值及作用面積：輕型，最大起飛重量2t，局部荷載標準值取20kN，作用面積020m×020m；中型，最大起飛重量4t，局部荷載標準值取40kN，作用面積025m×025m；重型，最大起飛重量6t，局部荷載標準值取60kN，作用面積030m×030m；荷載的組合值系數應取07，頻遇

31、值系數應取06，準永久值系數應取0。三、施工和檢修荷載及欄桿水平荷載1設計屋面板、檁條、鋼筋混凝土挑檐、雨篷和預制小梁時，施工或檢修集中荷載（人和小工具的自重）應取10kN，并應在最不利位置處進行驗算。注：對于輕型構件或較寬構件，當施工荷載超過上述荷載時，應按實際情況驗算，或采用加墊板、支撐等臨時設施承受。    當計算挑檐、雨篷承載力時，應沿板寬每隔10m取一個集中荷載；在驗算挑檐、雨篷傾覆時，應沿板寬每隔2530m取一個集中荷載。2樓梯、看臺、陽臺和上人屋面等的欄桿頂部水平荷載，應按下列規(guī)定采用：（1）住宅、宿舍、辦公樓、旅館、醫(yī)院、托兒所，幼兒園，應取05k

32、Nm；（2）學校、食堂、劇場、電影院、車站、禮堂、展覽館或體育場，應取10kNm。3當采用荷載準永久組合時，可不考慮施工和檢修荷載及欄桿水平荷載。四、雪荷載雪荷載是房屋屋面結構的主要荷載之一。在寒冷地區(qū)的大跨度結構和輕型結構，對雪荷載更為敏感。雪在屋面上的積存對結構產生的作用，與當地的地面積雪大小及氣候條件等密切相關。1.雪荷載標準值及基本雪壓荷載規(guī)范規(guī)定，屋面水平投影面上的雪荷載標準值，應按下式計算：（1-13） 式中  sk雪荷載標準值，kN；     r屋面積雪分布系數；      s0基

33、本雪壓，kiN。基本雪壓系以當地一般空曠平坦地面上統(tǒng)計所得50年一遇最大積雪的自重確定?；狙簯春奢d規(guī)范全國基本雪壓分布圖的規(guī)定采用。山區(qū)的基本雪壓，當無實測資料時，可按當地空曠平坦地面的基本雪壓值乘以12采用。全國基本雪壓標準值范圍為010kN。雪荷載的組合值系數可取07；頻遇值系數可取06；準永久值系數應按雪荷載分區(qū)I、和的不同，分別取05、02和0；雪荷載分區(qū)按荷載規(guī)范的規(guī)定采用。2屋面積雪分布系數屋面積雪分布系數實際上就是將地面基本雪壓換算為屋面雪荷載的換算系數，它與屋面形式、朝向及風力等因素有關。荷載規(guī)范規(guī)定的屋面積雪分布系數，應根據不同類別的屋面形式，按表1-8采用。表1-8&

34、#160;設計建筑結構及屋面的承重構件時，可按下列規(guī)定考慮積雪的分布情況：屋面板和檁條按積雪不均勻分布的最不利情況考慮；屋架可分別按積雪全跨均勻分布情況，不均勻分布情況和半跨均勻分布的情況考慮；框架和柱可按全跨均勻分布情況考慮。五、風荷載風荷載是建筑結構上的一種主要的直接作用，對高層建筑尤為重要。風壓隨高度而增大，且與地面的粗糙度有關；建筑物體型與尺寸不同，作用在建筑物表  畫上的實際風壓力（或吸力）不同；風壓不是靜態(tài)壓力，實際上是脈動風壓，對于高寬比較大的房屋結構，應考慮風的動力效應。1風荷載標準值及基本風壓垂直于建筑物表面上的風荷載標準值，應按下述公式計算：（1）當計算主要承重結

35、構時 （1-14）式中Wk風荷載標準值(kN)；z高度z處的風振系數；S風荷載體型系數；Z風壓高度變化系數；0基本風壓(kNn)。(2)    當計算圍護結構時（1-15）  式中  gz高度z處的陣風系數?；撅L壓應按荷載規(guī)范附錄D4中附表D4給出的50年一遇的風壓采用，但不得小于03kN：，對于高層建筑、高聳結構以及對風荷載比較敏感的其他結構，基本風壓應適當提高，并應由有關的結構設計規(guī)范具體規(guī)定。2地面粗糙度與風壓高度變化系數Z對于平坦或稍有起伏的地形，風壓高度變化系數應根據地面粗糙度類別按表11-8確定。地面粗糙度可分為A、B、C、D四類

36、：（1）A類指近海海面和海島、海岸、湖岸及沙漠地區(qū)；   （2）B類指田野、鄉(xiāng)村、叢林、丘陵以及房屋比較稀疏的鄉(xiāng)鎮(zhèn)和城市郊區(qū)；（3）C類指有密集建筑群的城市市區(qū)；（4）D類指有密集建筑群且房屋較高的城市市區(qū)。表1-9從表1-9中，可以看出：1）當地面粗糙度類別相同時，離地面越高，Z值越大，但當達到一定高度后，Z越接近以至相同；2）對同一高度，Z則A區(qū)>B區(qū)>C區(qū)>D區(qū)，但當450m后，其值相同；3）表中Z變化為從062至312，當離地面5lOm高，B類時，Z=10。 3風荷載體型系數S風速只是代表在自由氣流中各點的風速。氣流以不同形式在房屋表面繞

37、過，房屋對氣流形成某種干擾，因此房屋設計時不能直接以自由氣流的風速作為結構荷載。風壓在建筑物各表面上的分布是不均勻的，設計上取其平均值采用。一般地，在房屋的迎風墻面上，墻面受正風壓（壓力）；在背風墻面上受負風壓（吸  力）；在側墻面上受負風壓；在屋面上，因屋面形狀的不同，風壓可表現為正風壓或負風壓。荷載規(guī)范規(guī)定的房屋風荷載體型系數可按表1-10采用。注：表圖中符號表示風向；+表示壓力；表示吸力。2表中的系數未考慮鄰近建筑群體的影響。    表11-9中未列入的房屋類別，詳見荷載規(guī)范。 4風振系數Z荷載規(guī)范規(guī)定，對于基本自振周期T1大于025s的

38、工程結構，如房屋、屋蓋及各種高聳結構，以及高度大于30m且高寬比大于15的高柔建筑，均應考慮風壓脈動對結構產生順風向風振的影響。順風向風振系數值大于1。其值與脈動增大系數、脈動影響系數、振型系數有關。其值計算詳見荷載規(guī)范的規(guī)定。六、常用材料和構件自重常用材料和構件自重見表111。 表1-11 注：以上材料自重單位，自第144項為kNm3，第4569項為kN。    以上常用材料自重中，應熟記下列材料自重值：    鋼筋混凝土    25kNm3；    鋼

39、    785kNm3；    磚砌體    1820kNm3；    木材（由于樹種和含水率不同差別較大，可以榆、松、水曲柳為例）7kNm3；第二章   建筑結構與結構選型第一節(jié)建筑結構基本概念一、建筑結構的定義    建筑物用來形成一定空間及造型，并具有抵御人為和自然界施加于建筑物的各種作用力，使建筑物得以安全使用的骨架，即稱為結構。二、建筑結構的組成建筑結構一般都是由以下結構構件組成的；  

40、  1水平構件    用以承受豎向荷載的構件。一般有：    （1）板，包括平板、曲面板、斜板；    （2）梁，直梁、曲梁、斜梁；    （3）桁架、網架等。    2豎向構件    用以支承水平構件或承擔水平荷載的構件。一般有：    （1）柱；    （2）墻體；    （3）框架。  

41、60; 3基礎    是上部建筑物與地基相聯系的部分，用以將建筑物所承受的所有荷載傳至地基上。三、建筑結構的分類     1按組成建筑結構的主要建筑材料劃分    （1）鋼筋混凝土結構；    （2）砌體結構：磚砌體，石砌體，小型砌塊，大型砌塊，多孔磚砌體等；    （3）鋼結構；    （4）木結構；    （5）塑料結構；    （6）薄膜充氣結構o&#

42、160;   2按組成建筑結構的主體結構形式劃分    （1）墻體結構：以墻體作為支承水平構件及承擔水平力的結構；    （2）框架結構；    （3）框架-剪力墻（抗震墻）；    （4）筒體結構；    （5）桁架結構；    （6）拱形結構；    （7）網架結構；    （8）空間薄壁結構（包括：薄殼、折板、幕式結構）； 

43、;   （9）鋼索結構（懸索結構）；    （10）薄膜結構。    3按組成建筑結構的體形劃分    （1）單層結構（多用于單層廠房、食堂、影劇場、倉庫等）；    （2）多層結構（26層）；    （3）高層結構（一般為7層以上）；    （4）大跨度結構（跨度在4050m以上）。    4.按結構的受力特點劃分    （1）平面結構

44、體系（2）空間結構體系。第二節(jié) 建筑結構基本構件設計基本構件是組成結構體系的單元。按受力特征來劃分主要有以下三類：軸心受力構件、偏心受力構件和受彎構件。（一）軸心受力構件當構件所受外力的作用點與構件截面的形心重合時，則構件橫截面產生的應力為均勻  分布，這種構件稱為軸心受力構件。可分為：1軸心受拉構件如圖2-1所示構件，外力F使構件橫斷面僅產生均勻拉應力時即為軸心受拉構件。常用于桁架的下弦桿及受拉斜腹桿。               &

45、#160;   圖2-1如圖構件內的應力（單位面積上內力的大?。?-1）此構件的承載能力為1（即抗力大于荷載）材料的允許應力。這種構件最能充分發(fā)揮材料的強度。2 軸心受壓構件                    圖2-2外力以壓力的方式作用在構件的軸心處，使構件產生均勻壓應力時，即為軸心受壓構件。其截面應力為：（2-2）軸心受壓構件截面應力1尚未達到材料的強度設計值前就會因彎折而失去

46、承載能力這種現象稱為喪失穩(wěn)定性。因此其際承載力是由穩(wěn)定性控制，穩(wěn)定系數<1，故其承載力的表達式為：（2-3）式（2-3）中的即為按穩(wěn)定考慮構件臨界應力時的承載力與強度承載力的比值，稱為穩(wěn)定系數。由此可見相同材料的拉桿與壓桿受同樣的荷載F作用時，拉桿所需的截面尺寸要比壓桿小。拉桿所需截面為：壓桿所需截面為：材料的強度設計值(即允許應力)。<1，故A2>A1值與桿件的長細比有關；=l0/il0桿件計算長度，i截面的回轉半徑； 越大，越小。則實際承載力越小。一般提高壓桿承載力的措施為：(1)選用有較大i值的截面，即面積分布盡量遠離中和軸；(2)改變柱端固接條件或增設中間支承以改變桿

47、件計算長度l0。靜力學基本知識力的概念：使物體的運動狀態(tài)發(fā)生改變或者變形的作用。靜力學三大公理公理1 力的平行四邊形定則作用于物體上同一點的兩個力可以合成一個合力，此合力仍作用于這一點，其力矢由此二力為鄰邊所作平行四邊形的對角線來決定。公理2 二力平衡公理作用于剛體上的兩個力平衡的充分必要條件是：兩個力的大小相等、方向相反、作用線相同，簡稱等值、反向、共線。公理3 加減平衡力系公理在任意力系中加上、或減去任何平衡力系，并不影響原力系對剛體的作用效果。力偶：大小相等、方向相反、作用線平行但不重合的兩個力稱為力偶。力對點之距矩：定點到力的作用線的距離乘以力的大小。應力：內力的集度稱為應力。兩作用線

48、的垂直距離稱為力偶臂。它對剛體只有轉動效應，沒有平動效應。    二、偏心受力構件    偏心受力構件分為兩種：偏心受拉和偏心受壓構件。    1偏心受拉構件    偏心受拉構件又稱拉彎構件，如圖2-3示，拉力F作用點與構件的軸心偏離，使構件產生既受拉又受彎。偏心受拉構件截面應力是由兩種應力疊加的，其邊沿應力公式為：圖2-3偏心受拉構件（2-4）拉應力為正，壓應力為負構件的承載能力應滿足maxmax邊沿最大拉應力；min邊沿最小拉應力；W截面抵抗矩。由（2-4）可見在受同樣的

49、外拉力時，偏心受拉構件應力要比軸心受拉構件，增大許多，因此在結構設計應盡量避免出現這種構件。2偏心受壓構件如圖2-4所示，構件承受的壓力作用點與構件的軸心偏離，構件既受壓又受彎，這樣的構件稱為偏心受壓構件（亦稱壓彎構件）。常見于屋架的上弦桿、框架結構柱，磚墻及磚垛等。圖2-4偏心受壓構件截面產生的邊沿應力公式為：（2-5）max邊沿最大壓應力；min邊沿最小壓應力。由式（2-5）知，在受同樣的壓力F時，由于偏心，截面內受壓一側的壓應力增加，而且當偏心引起的彎矩M距較大時，截面內除壓應力外將產生一部分拉應力。若壓力作用點在構件截面的兩個方向上均有偏心，則稱為雙向偏心構件三、受彎構件水平構件在跨間

50、承受荷載，構件發(fā)生彎曲且產生彎矩（構件截面的內力效應；作用在截面上的力偶）和剪力，從而使構件截面內產生彎曲應力和剪應力。這種構件即稱為受彎構件。這是結構設計中最常見的單跨梁和多跨梁就屬于受彎構件。（1）簡支梁在不同荷載作用下的彎矩圖及剪力圖見圖2-5 圖2-5簡支梁在不同荷載作用下的彎矩及剪力(2)多跨連續(xù)梁在均布荷載作用下的彎矩和剪力見圖2-6。圖2-6多跨連續(xù)梁在均布荷載作用下的彎矩和剪力（3）梁截面內的應力分布     1）彎曲應力（圖10-8）（2-6）    2）邊沿最大應力：（2-7）式中  y距中和軸

51、的距離；+max邊沿最大拉應力；max邊沿最大壓應力。彎曲應力沿截面高度為三角形分布，中和軸處應力為零；順時針彎曲時中和軸以上為壓應力，中和軸以下為拉應力；逆時針彎曲時，中和軸以上為拉應力，以下為壓應力。見圖2-7.圖2-7彎曲壓力分布2)剪應力剪應力在截面上的分布也是不均勻的，其分布規(guī)律如圖2-8。圖2-8剪應力分布平均剪應力：（2-8）截面上的剪應力（2-9）I截面慣性矩；S計算點以上截面對中和軸的面積矩；b界面寬度。剪應力沿截面分布具有如下特征：剪應力在梁高方向的分布是中和軸處最大，以近拋物線的形狀分布，在截面邊沿處剪應力為零。沿梁長度方向，支座處剪力最大，剪應力也最大；截面的抗剪主要靠

52、腹板（即梁的截面中部）。（4）受彎構件的變形受彎構件在荷載作用下要產生彎曲，于是將產生彎曲變形，使梁產生撓度。1）梁的撓度跨中最大。2）撓度的大小與正彎矩成正比。3）跨度相同、荷載相同時，簡支梁的撓度比連續(xù)梁、二端固定或一端固定一端簡支的梁要大。4）撓度的大小與梁的EI（剛度）成反比。 （5）受彎構件的設計要點1）要滿足彎曲應力不超過材料的強度設計值。即最大彎矩處的最大彎曲應力必須小于強度設計值。     （2-10）   2）梁內最大剪力的斷面平均剪應力不超過材料抗剪的設計值。  3）梁的最大撓度值不得超過規(guī)范規(guī)定的數值。

53、四、幾種基本構件的比較上述幾種基本構件的合理應用，就能取得合理的結構設計。1軸心受拉構件是受力最好的構件（1）最能充分發(fā)揮材料性能。因在外力作用下，沿構件全長及截面的內力及應力都是均勻分布。（2）在承受相同的荷載下，與受壓和受彎構件相比所需的斷面最小。（3）只有具有最多數量的軸拉構件和較少軸壓和受彎構件組成的結構體系才是最省材料和經濟合理的體系。2軸壓構件承載力受穩(wěn)定的影響，故應避免長桿受壓，設計時要特別注意側向穩(wěn)定。3偏心受壓構件在相同截面下，因受偏心彎矩的影響，其承載力將隨偏心距的加大而大為減小。而且也要考慮側向穩(wěn)定的影響。4受彎構件（1）構件內的內力不均勻分布，因此不能充分發(fā)揮材料的作用

54、。（2）還存在變形能否滿足要求的問題，有時雖已滿足強度要求，變形不能滿足時，則應按變形要求增大構件斷面尺寸。第三節(jié)多層與高層建筑結構體系10層及10層以上或高度超過28m為高層建筑。一、多層砌體結構（一）概述在同一房屋結構體系中，采用兩種或兩種以上不同材料組成承重結構體系的房屋，稱為混合結構房屋。磚砌體結構是指由鋼筋混凝土樓（屋）蓋和磚墻承重的結構體系（亦稱磚混結構）。砌體結構一般是指采用鋼筋混凝土樓（屋）蓋和用磚或其他塊體（如：混凝土砌塊）砌筑的承重墻組成的結構體系。木樓（屋）蓋與磚墻承重的結構體系，稱為磚木結構。（二）砌體結構的優(yōu)缺點和應用范圍1主要優(yōu)點（1）主要承重結構（承重墻）是用磚（

55、或其他塊體）砌筑而成的，這種材料任何地區(qū)都有，便于就地取材。常用的墻體材料有：a燒結普通磚：黏土磚、煤矸石磚、頁巖磚、煤矸石頁巖磚；b燒結多孔磚：黏土多孔磚（P型、M型）、煤矸石多孔磚、頁巖多孔磚；c蒸壓灰砂磚、蒸壓粉煤灰磚；d混凝土小型空心砌塊。（2）墻體既是圍護和分隔的需要，又可作為承重結構，一舉兩得。（3）砌體結構的剛度一般比較較大。（4）施工比較簡單，進度快，技術要求低，施工設備簡單。2主要缺點（1）砌體強度比混凝土強度低得多，故建造房屋的層數有限，一般不超過7層。（2）砌體是脆性材料，抗壓能力尚可，抗拉、抗剪強度都很低，因此抗震性能較差。（3）多層砌體房屋一般宜采用剛性方案，故其橫墻

56、間距受到限制，因此不可能獲得較大的空間，故一般只能用于住宅、普通辦公樓、學校、小型醫(yī)院等民用建筑以及中小型工業(yè)建筑。（三）磚砌體房屋的墻體布置方案1橫墻承重方案樓層的荷載通過板梁傳至橫墻，橫墻作為主要承重豎向構件，縱墻僅起圍護、分隔、自承重及形成整體作用。優(yōu)點：橫墻較密，房屋橫向剛度較大，整體剛度好。外縱墻不是承重墻，因此立面處理比較方便，可以開設較大的門窗洞口?？拐鹦阅茌^好。缺點：橫墻間距較密，房間布置的靈活性差，故多用于宿舍、住宅等居住建筑。2縱墻承重方案其受力特點是：板荷載傳給梁，再由梁傳給縱墻。這時縱墻是主要承重墻。橫墻只承受小部分荷載，橫墻的設置主要為了滿足房屋剛度和整體性的需要，其

57、間距比較大。優(yōu)點：房間的空間可以較大，平面布置比較靈活。缺點：房屋的剛度較差，縱墻受力集中，縱墻較厚或要加壁柱。適用于：教學樓、實驗室、辦公樓、醫(yī)院等。3縱橫墻承重方案根據房間的開間和進深要求，有時需采取縱橫墻同時承重的方案。橫墻的間距比縱墻承重方案小。但一般可比橫墻承重方案大，房屋的剛度介于前兩者之間。4內框架承重方案在外墻承重的同時，有一部分內墻采用鋼筋混凝土柱代替，以取得較大的空間。內框架承重方案的特點：（1）橫墻較少，房屋的空間剛度較差；（2）墻的帶形基礎與柱的單獨柱基沉降不容易一致；（3）鋼筋混凝土柱與磚墻的壓縮性能不一樣，容易造成不均勻變形而產生次應力，當層數較多時，在設計上應給予

58、考慮；（4）以柱代替內承重墻，在使用上可以取得較大的空間。適用于：教學樓、醫(yī)院、商店、旅館等建筑物。（四）砌體房屋的構造要求1要滿足墻體的高厚比（1）砌體結構設計規(guī)范規(guī)定磚墻（或磚柱）的允許高厚比應按砌體結構設計規(guī)范（GB 500032001）61.1式驗算。（2）當高厚比不能滿足要求時，可采取以下措施：1）增加墻體厚度；2）加設壁柱（即墻垛）；3）加設構造柱；4）減小橫墻間距。2橫墻間距s根據橫墻間距s的不同，磚砌體房屋的靜力計算有三種計算方案見表2-1，如圖2-9：圖2-9  砌體房屋的計算方案（1）剛性方案。在荷載作用下，樓層視為墻、柱的不動鉸支座。即認為房屋不產生水平位移。（

59、2）剛彈性方案。在荷載作用下，樓層視為墻柱可動鉸支座，樓蓋平面較大，可考慮空間工作的平面排架或框架計算。其空間影響系數可按砌體結構設計規(guī)范表424采用。（3）彈性方案。房屋在水平力作用下將產生水平位移，房屋的靜力計算可按屋架、大梁與墻（柱）為鉸接的不考慮空間工作的平面排架或框架計算。3縱墻盡可能貫通。45層及5層以上房屋的墻，以及受振動或層高大于6m的墻、柱所用材料的最低強度等級，應符合下列要求：（1）磚采用MUl0；（2）砌塊采用MU75；（3）石材采用MU30；（4）砂漿采用M5。注：對安全等級為一級或設計使用年限大于50年的房屋，墻、柱所用材料的最低強度等級應至少提高一級。5地面以下或防

60、潮層以下的砌體，潮濕房間的墻，所用材料的最低強度等級應符合表22的要求。表2-2注：在凍脹地區(qū)，地面以下或防潮層以下的砌體，不宜采用多孔磚，如采用時，其孔洞應用水泥砂漿灌實。當采用混凝土砌塊砌體時，其孔洞應采用強度等級不低于Cb20的混凝土灌實；對安全等級為一級或設計使用年限大于50年的房屋，表中材料強度等級應至少提高一級，6承重的獨立磚柱截面尺寸不應小于240mmX 370mm。毛石墻的厚度不宜小于350mm，毛料石柱較小邊長不宜小于400 mm。注：當有振動荷載時，墻、柱不宜采用毛石砌體。7跨度大于6m的屋架和跨度大于下列數值的梁，應在支承處砌體上設置混凝土或鋼  筋混凝土墊塊；

61、當墻中設有圈梁時，墊塊與圈梁宜澆成整體。（1）對磚砌體為48m；（2）對砌塊和料石砌體為42m；（3）對毛石砌體為39m。8當梁跨度大于或等于下列數值時，其支承處宜加設壁柱，或采取其他加強措施；（1）對240mm厚的磚墻為6m，對180mm厚的磚墻為48m；（2）對砌塊、料石墻為48m。9預制鋼筋混凝土板的支承長度，在墻上不宜小于l00mm；在鋼筋混凝土圈梁上不宜小于80mm；當利用板端伸出鋼筋拉結和混凝土灌縫時，其支承長度可為40mm，但板端縫寬不小于80mm，灌縫混凝土不宜低于Cb20（即C20）。10支承在墻、柱上的吊車梁、屋架及跨度大于或等于下列數值的預制梁的端部，應采用錨固件與墻、柱上的墊塊錨固：（1）對磚砌體為9m；（2）對砌塊和料石砌體為72m。11填充墻、隔墻應分別采取措施與周邊構件可靠連接。12山墻處的壁柱宜砌至山墻頂部，屋面構件應與山墻可靠拉