XXXX二級(jí)建筑師精講班講義

1、刖曰本門課程考察的知識(shí)面比較廣，知識(shí)點(diǎn)比較多，從應(yīng)試的角度考慮，至少應(yīng)做到以下幾點(diǎn)。1、基本原理要明白。2、基本知識(shí)點(diǎn)要牢記。3、簡單的計(jì)算要會(huì)算。4、復(fù)雜的計(jì)算要理解。第一章建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法與荷載第一節(jié)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法應(yīng)用我國現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，采用的是以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法。一、建筑結(jié)構(gòu)基本功能結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間（設(shè)計(jì)使用年限），在規(guī)定的條件下（正常設(shè)計(jì)、施工、使用、維修）必須保證完成預(yù)定的功能，這些功能包括：（1）安全性在正常施工和正常使用時(shí)，能承受可能出現(xiàn)的各種作用。并且在設(shè)計(jì)規(guī)定的偶然事件（如地震、爆炸）發(fā)生時(shí)及發(fā)生后，仍能保持必需的整體穩(wěn)定性所謂整體穩(wěn)定性。系指在

2、偶然事件發(fā)生時(shí)及發(fā)生后，建筑結(jié)構(gòu)僅產(chǎn)生局部的損壞而不致發(fā)生連續(xù)倒塌。（2）適用性在正常使用時(shí)具有良好的工作性能。如不產(chǎn)生影響使用的過大的變形或振幅，不發(fā)生足以讓使用者產(chǎn)生不安的過寬的裂縫。（3）耐久性在正常維護(hù)下具有足夠的耐久性能。結(jié)構(gòu)在正常維護(hù)條件應(yīng)能在規(guī)定的設(shè)計(jì)使用年限滿足安全、實(shí)用性的要求。上述對(duì)結(jié)構(gòu)安全性、適用性、耐久性的要求總稱為結(jié)構(gòu)的可靠性。結(jié)構(gòu)的可靠性的概率度量稱為結(jié)構(gòu)的可靠度。也就是說，可靠度是指在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)和規(guī)定的條件下，結(jié)構(gòu)完成預(yù)定功能的概率。結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限是指設(shè)計(jì)規(guī)定的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件不需進(jìn)行大修，即可按預(yù)定目的使用的時(shí)期，我國現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的設(shè)計(jì)使用年限應(yīng)按表11-1

3、采用。類別設(shè)計(jì)使用年限（年）示例類別設(shè)計(jì)使用年限（年）示例15臨時(shí)性結(jié)構(gòu)350普通房屋和構(gòu)筑物225易于替換的結(jié)構(gòu)構(gòu)件4100紀(jì)念性建筑和特別重要的建筑結(jié)構(gòu)由此可見，我國通常的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的使用年限是50年。對(duì)于按照我國現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范選用的可變作用及與時(shí)間有關(guān)的材料性能等取值而選用的時(shí)間參數(shù)則稱為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期。它不等同于建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限。建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)(GB5008R2001)規(guī)定的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為50年。相應(yīng)的建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范(GB5000卜2001)所考慮的荷載統(tǒng)計(jì)參數(shù)都是按設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為50年確定的，如設(shè)計(jì)時(shí)需采用其他設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期，則必須另行確定在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)最大荷載的概率分布及相

4、應(yīng)的統(tǒng)計(jì)參數(shù)。二、結(jié)構(gòu)功能的極限狀態(tài)與設(shè)計(jì)狀況區(qū)分結(jié)構(gòu)是否可靠與失效，其分解標(biāo)志就是極限狀態(tài)。當(dāng)整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過某一特定狀態(tài)就不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的某一功能要求，這個(gè)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(dāng)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到最大承載能力，或產(chǎn)生了不適于繼續(xù)承載的變形時(shí)，即認(rèn)為超過了承載能力極限狀態(tài)。例如：(1) 整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分作為剛體失去平衡(如傾覆等)；(2) 結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接因超過材料強(qiáng)度而破壞(包括疲勞破壞)，或因過度變形而不適于繼續(xù)承載；(3) 結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)動(dòng)體系；(4) 結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件喪失穩(wěn)定(如壓屈等)；(5) 地基喪失承載能力而破壞(

5、如失穩(wěn)等)。事實(shí)上，承載能力極限狀態(tài)就是結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)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(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性能的某項(xiàng)規(guī)定限值的狀態(tài)。當(dāng)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)下列狀態(tài)之一時(shí)，即認(rèn)為超過了正常使用極限狀態(tài)：(1) 影響正常使用或外觀的變形；(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(dòng)；(4) 影響正常使用的其他特定狀態(tài)。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，除了考慮結(jié)構(gòu)功能的極限狀態(tài)之外，還須根據(jù)結(jié)構(gòu)在施工和使用中的環(huán)境條件和影響，區(qū)分下列三種設(shè)計(jì)狀況：(1) 持久狀況，即在結(jié)構(gòu)使用過程中一定出現(xiàn)，其持續(xù)期很長的狀況，例如房屋結(jié)構(gòu)承受家具和正

6、常人員荷載的狀況。持續(xù)期一般與設(shè)計(jì)使用年限為同一數(shù)量級(jí)（2）短暫狀況，即在結(jié)構(gòu)施工和使用過程中出現(xiàn)概率較大，而與設(shè)計(jì)使用年限相比持續(xù)期很短的狀況，如結(jié)構(gòu)施工和維修時(shí)承受堆料荷載的狀況。（3）偶然狀況，即在結(jié)構(gòu)使用過程中出現(xiàn)概率很小，且持續(xù)期很短的狀況，如結(jié)構(gòu)遭受火災(zāi)、爆炸、撞擊、罕遇地震等作用。這三種設(shè)計(jì)狀況分別對(duì)應(yīng)不同的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)。對(duì)于持久狀況、短暫狀況和偶然狀況，都必須進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)；對(duì)于持久狀況，尚應(yīng)進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)；而對(duì)于短暫狀況，可根據(jù)需要進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)。第二節(jié)作用和作用效應(yīng)一、結(jié)構(gòu)上的作用、作用效應(yīng)和結(jié)構(gòu)抗力結(jié)構(gòu)產(chǎn)生各種效應(yīng)的原因，統(tǒng)稱為結(jié)構(gòu)上的作用。

7、結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)上的集中力或分布力，例如結(jié)構(gòu)自重、樓畫活荷載和沒備自重等。直接作用的計(jì)算一般比較簡單，引起的效應(yīng)比較直觀。間接作用指的是引起結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)上的形式出現(xiàn)的，但同樣引起結(jié)構(gòu)產(chǎn)生效應(yīng)。間接作用的計(jì)算和引起的效應(yīng)一般比較復(fù)雜，例如地震會(huì)引起建筑物產(chǎn)生裂縫、傾斜下沉以至倒塌，但這些破壞效應(yīng)不僅僅與地震震級(jí)、烈度有關(guān)，還與建筑物所在場地的地基條件、建筑物的基礎(chǔ)類型和上部結(jié)構(gòu)體系有關(guān)。過去習(xí)慣上將上述兩類不同性質(zhì)的作用統(tǒng)稱為荷載。例如將溫度

8、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(zhì)的作用，特別是對(duì)間接作用的復(fù)雜性認(rèn)識(shí)不足。根據(jù)目前結(jié)構(gòu)理論發(fā)展水平以及現(xiàn)有規(guī)范頒布的現(xiàn)狀，對(duì)直接作用在結(jié)構(gòu)上的荷載可按建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范（GB50002001）（以下簡稱荷載規(guī)范）的規(guī)定采用，對(duì)間接作用，除了對(duì)地震作用按建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50011-2001）（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(shí)還未制定相應(yīng)的規(guī)范?？紤]到廣大設(shè)計(jì)人員的現(xiàn)狀及習(xí)慣上的銜接，目前還未將兩類作用嚴(yán)格劃分，而將其簡稱為荷載。作用在結(jié)構(gòu)上的直接作用或間接作用，將引起結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生內(nèi)力（如軸力、彎矩、剪力、扭矩等）和變形（如撓度、轉(zhuǎn)角

9、、側(cè)移、裂縫等），這些內(nèi)力和變形總稱為作用效應(yīng)，其中由直接作用產(chǎn)生的作用效應(yīng)稱為荷載效應(yīng)。結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受內(nèi)力和變形的能力，稱為結(jié)構(gòu)的抗力，如構(gòu)件的承載能力、剛度的大小、抗裂縫的能力等。結(jié)構(gòu)抗力與結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面形式、截面尺寸及材料強(qiáng)度等級(jí)等因素有關(guān)。二、荷載的分類荷載是一個(gè)不確定的隨機(jī)變量。在建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)（GB50068一2001（以下簡稱統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)）中，規(guī)定設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為50年，在這段期間內(nèi)，荷載不僅在量值上是變化的，并且，作用在結(jié)構(gòu)上的時(shí)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(jìn)行了分類。1 .按隨時(shí)間變異分類(1) 永久荷載(亦稱恒載)在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)，其量值不隨

10、時(shí)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(jì)的荷載。如結(jié)構(gòu)的自重、土壓力、預(yù)應(yīng)力等。(2) 可變荷載(亦稱活載)。在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)，其量值隨時(shí)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(fēng)荷載、吊車荷載等。(3) 偶然荷載。在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)，可能出現(xiàn)，也可能不出現(xiàn)，但一旦出現(xiàn)，其量值很大且持續(xù)時(shí)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(jié)構(gòu)空間位置上具有固定分布的荷載。如結(jié)構(gòu)自重、樓面上的固定設(shè)備荷載等。(2) 自由荷載。在結(jié)構(gòu)上的一定范圍內(nèi)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

11、的吊車荷載等。3. 按結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)分類(1) 靜態(tài)荷載。對(duì)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件不產(chǎn)生加速度或產(chǎn)生的加速度很小可以忽略不計(jì)。如結(jié)構(gòu)的自重、樓面的活荷載等。(2) 動(dòng)態(tài)荷載。對(duì)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件產(chǎn)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(fēng)荷載等。三、荷載的代表值設(shè)計(jì)中用來驗(yàn)算極限狀態(tài)所采用的荷載量值，例如標(biāo)準(zhǔn)值、組合值、頻遇值和準(zhǔn)永久值。1.荷載標(biāo)準(zhǔn)值荷載標(biāo)準(zhǔn)值是指在結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)，在正常情況下可能出現(xiàn)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2.0kN/nf。對(duì)于永久荷載的標(biāo)準(zhǔn)值，是按結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺寸(如梁、柱的斷面)與構(gòu)件采用材料的重度的標(biāo)準(zhǔn)值(如梁、柱材料為鋼筋混凝

12、土，則其重度的標(biāo)準(zhǔn)值一般取25kN/m3)來確定的數(shù)值。對(duì)常用材料重度，可按荷載規(guī)范附錄A采用。對(duì)于可變荷載的標(biāo)準(zhǔn)值，則由設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)最大荷載概率分布的某一分位數(shù)來確定，一般取具有95%保證率的上分位值，但對(duì)許多還缺少研究的可變荷載，通常還是沿用傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值。對(duì)可變荷載的標(biāo)準(zhǔn)值，可按荷載規(guī)范的規(guī)定采用。2. 荷載組合值當(dāng)結(jié)構(gòu)上作用兩種或兩種以上的可變荷載時(shí)，考慮到其同時(shí)達(dá)到最大值的可能性較少，因此，在按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)或按正常使用極限狀態(tài)的短期效應(yīng)組合設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)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(shù)。組合值系數(shù)見荷載規(guī)范表4.1.1。3. 荷

13、載頻遇值對(duì)變荷載，在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)，其超越的總時(shí)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。4. 可變荷載頻遇值應(yīng)取可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值乘以荷載頻遇值系數(shù)。荷載頻遇值系數(shù)見荷載規(guī)范表1.1。4. 荷載準(zhǔn)永久值對(duì)可變荷載，在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)，其超越的總時(shí)間約為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)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2.0kN/tf）,其中有部分是長期作用在一上面的（可以理解為在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期50年內(nèi)，不少于25年），而另一部分則是不出現(xiàn)的。因此，我們也可以把長期作用在結(jié)構(gòu)物上面的那部分可變荷載看作是永久活載來對(duì)待?？勺兒奢d的準(zhǔn)永久值，為可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值乘以荷載準(zhǔn)永久值系數(shù)0q也就是說，準(zhǔn)永

14、久值系數(shù)0q,為荷載準(zhǔn)永久值與荷載標(biāo)準(zhǔn)值的比值，其值恒小于1.0。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(zhǔn)永久值系數(shù)0q,如對(duì)住宅樓面的均布活荷載，其準(zhǔn)永久值系數(shù)0q=0.4,而對(duì)書庫、檔案庫則0q=0.8,這表示了對(duì)不同用途的建筑物，其準(zhǔn)永久值系數(shù)0q是不同的。0q的大小表示了均布活荷載數(shù)值變動(dòng)的大小，0q大表示變動(dòng)較小，0q小則表示變動(dòng)大。如住宅樓面的均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為2.0kN/W，準(zhǔn)永久值系數(shù)0q=0.4,因此,荷載準(zhǔn)永久值為2.0X0.4=0.8kN/W；而對(duì)一般書庫、檔案庫樓面均布活荷載為5.0kN/nf,準(zhǔn)永久值系數(shù)0q=0.8,因此荷載準(zhǔn)永久值為5.0X0.8=4.

15、0kN/m2o四、荷載分項(xiàng)系數(shù)與荷載設(shè)計(jì)值1.荷載分項(xiàng)系數(shù)荷載分項(xiàng)系數(shù)是在設(shè)計(jì)計(jì)算中，反映了荷載的不確定性并與結(jié)構(gòu)可靠度概念相關(guān)聯(lián)的一個(gè)數(shù)值。對(duì)永久荷載和可變荷載，規(guī)定了不同的分項(xiàng)系數(shù)。（1）永久荷載分項(xiàng)系數(shù)YG：當(dāng)永久荷載對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)不利時(shí)，對(duì)由可變荷載效應(yīng)控制的組合取YG=1.2;對(duì)由永久荷載效應(yīng)控制的組合，取YG=1.35。當(dāng)產(chǎn)生的效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)有利時(shí)，一般情況下取YG=1.0;當(dāng)驗(yàn)算傾覆、滑移或漂浮時(shí)，取TG=0.9；對(duì)其余某些特殊情況，應(yīng)按有關(guān)規(guī)范采用。（2）可變荷載分項(xiàng)系數(shù)YQ：般情況下取YC=1.4；但對(duì)工業(yè)房屋的樓面結(jié)構(gòu)，當(dāng)其活荷載標(biāo)準(zhǔn)值4kN/W時(shí)，考慮到活荷載數(shù)值已較

16、大，則取Y0=1.3。2. 荷載設(shè)計(jì)值荷載設(shè)計(jì)值等于荷載代表值乘以荷載分項(xiàng)系數(shù)。按承載能力極限狀態(tài)計(jì)算荷載效應(yīng)時(shí)，需考慮荷載分項(xiàng)系數(shù)；按正常使用極限狀態(tài)計(jì)算荷載效應(yīng)時(shí)（不管是考慮荷載的短期效應(yīng)組合還是長期效應(yīng)組合），由于對(duì)正常使用極限狀態(tài)的可靠度比對(duì)承載能力極限狀態(tài)的可靠度要求可以適當(dāng)放松，因此可以不考慮分項(xiàng)系數(shù)，即分項(xiàng)系數(shù)：1.0。(五)材料強(qiáng)度指標(biāo)的取值1.強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)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(xiàng)系數(shù)材料強(qiáng)度分項(xiàng)系數(shù)是在按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，按可靠度指標(biāo)在計(jì)算中所采用的系數(shù)值。在我國規(guī)范中，通過值及材料、幾何參數(shù)、荷載基本參量，

17、求出各種結(jié)構(gòu)用的材料分項(xiàng)系數(shù)。對(duì)混凝土，材料分項(xiàng)系數(shù)取YC=4;對(duì)HRB335HR400RRB400a鋼筋，取Tc=10o3. 材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值指材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值除以材料分項(xiàng)系數(shù)值后的值。在承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)中，采用材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。例：1.工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本功能要求是()A安全性、適用性、耐久性、完整性；B. 安全性、適用性、耐久性、可靠性C. 可靠性、完整性、可修復(fù)性、耐久性d.安全性、堅(jiān)固性、耐久性、抗震r生提示：參見建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)II(GB50068-2001)第1.0.7條。答案:A2.設(shè)計(jì)使用年限是設(shè)計(jì)規(guī)定的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件()。A. 使用壽命B. 耐久壽命C. 可按預(yù)定目的使用的時(shí)期D. 不需進(jìn)行大修即可按其預(yù)定目的使用的時(shí)期提示：參見建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)II(GB50068t2001)第2.1.7條。答案:D3 .建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)狀況包括()。A. 持久狀況、短暫狀況、偶然狀況B. 承載能力狀況、正常使用狀況、偶然狀況C. 持久狀況、短暫狀況、破壞狀況D. 耐久性狀況、承載能力狀