土木工程概論課件

1、Chapter 3Chapter 3實心板實心板Section 1Section 1BoardBoard、Beam and PillarBeam and Pillar板、梁主要是承受彎矩板、梁主要是承受彎矩（bending momentbending moment），因），因此又稱此又稱受彎構(gòu)件受彎構(gòu)件（flexural memberflexural member）。）。板按截面形式可分為板按截面形式可分為實心板實心板（solid board）、）、空心板空心板（hollow board）和）和槽形板槽形板（slotted board）。空心板空心板空心板空心板槽形板槽形板槽形板槽形板按梁的常

2、見支撐方式可分為按梁的常見支撐方式可分為簡支梁簡支梁（charpycharpy）、）、懸懸臂梁臂梁（lzodlzod）、一端簡支一端）、一端簡支一端固定梁固定梁（propped propped cantilever beamcantilever beam）、）、兩端固定梁兩端固定梁（clamped clamped clampledclampled beam beam）和）和連接梁連接梁（articulated beamarticulated beam）。）。柱主要是承受壓力柱主要是承受壓力（pressurepressure），因），因此稱此稱受壓構(gòu)件受壓構(gòu)件（compression compr

3、ession membermember）。）。柱承受荷載可能是軸心受壓，即荷載沿構(gòu)件柱承受荷載可能是軸心受壓，即荷載沿構(gòu)件軸心作用。但更多場合為偏心受壓，即這時軸心作用。但更多場合為偏心受壓，即這時為偏心受壓構(gòu)件。當(dāng)構(gòu)件上作用拉力時即為為偏心受壓構(gòu)件。當(dāng)構(gòu)件上作用拉力時即為軸心受拉構(gòu)件軸心受拉構(gòu)件(Axial tension members)(Axial tension members)，如屋架下弦；拉力作用點偏心時則為如屋架下弦；拉力作用點偏心時則為偏心偏心受拉構(gòu)件受拉構(gòu)件(Eccentric tension members)(Eccentric tension members)，偏心受壓和

4、偏心受拉構(gòu)件統(tǒng)稱為偏心受力構(gòu)偏心受壓和偏心受拉構(gòu)件統(tǒng)稱為偏心受力構(gòu)件。件。Section 2 ArchSection 2 Arch我國貴州省黎平縣天然石拱橋我國貴州省黎平縣天然石拱橋(Natural stone bridge)(Natural stone bridge)，寬，寬138m 138m ，長，長350m350m，跨長達(dá)，跨長達(dá)118.92m118.92m，應(yīng)為世界上最大的，應(yīng)為世界上最大的天然石拱橋。天然石拱橋。美國猶他州天然石拱橋，美國猶他州天然石拱橋，寬寬67m67m，跨長，跨長84.73m84.73m。拱的拱的受力機(jī)理受力機(jī)理(Arch (Arch stress princip

5、le)stress principle)：每兩塊砌體之間靠壓每兩塊砌體之間靠壓力傳力，直至傳至底力傳力，直至傳至底腳，由基礎(chǔ)反力腳，由基礎(chǔ)反力R R來來維持整個結(jié)構(gòu)的平衡。維持整個結(jié)構(gòu)的平衡。拱的拱的受力特點受力特點(Stressing Stressing feauresfeaures)：截面上壓力比較：截面上壓力比較大，但大，但彎矩彎矩和和剪力剪力比較小。比較小?？箟盒阅茌^好但不抗拉的抗壓性能較好但不抗拉的材料比較適用，比如石材，材料比較適用，比如石材，古代的石拱橋就是這個原古代的石拱橋就是這個原理。如果拱的形狀符合合理。如果拱的形狀符合合理軸線還能使彎矩為零，理軸線還能使彎矩為零，例如趙州

6、橋，石頭的自重例如趙州橋，石頭的自重還能產(chǎn)生還能產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力預(yù)壓應(yīng)力，以抵，以抵消部分消部分拉應(yīng)力拉應(yīng)力。趙州橋趙州橋拱的類型：拱的類型：1 1、三鉸拱、三鉸拱(three-hinge arch ),(three-hinge arch ),靜定結(jié)構(gòu)靜定結(jié)構(gòu)。三鉸拱的基本特點。三鉸拱的基本特點是在豎向荷載作用下，除產(chǎn)生豎向反力外，還產(chǎn)生水平推力。是在豎向荷載作用下，除產(chǎn)生豎向反力外，還產(chǎn)生水平推力。2 2、雙鉸拱、雙鉸拱(arch hinged at ends )(arch hinged at ends )，二鉸拱屬外部，二鉸拱屬外部一次超靜定一次超靜定結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)。由于取消了拱頂鉸，使結(jié)構(gòu)整體剛度

7、較三鉸拱大。在墩臺。由于取消了拱頂鉸，使結(jié)構(gòu)整體剛度較三鉸拱大。在墩臺基礎(chǔ)可能發(fā)生位移的情況下或坦拱中采用?；A(chǔ)可能發(fā)生位移的情況下或坦拱中采用。3 3、無鉸拱、無鉸拱(hingeless(hingeless arch), arch),也叫也叫固端拱固端拱或或固定拱固定拱（fixed archfixed arch），屬外部），屬外部三次超靜定結(jié)構(gòu)三次超靜定結(jié)構(gòu)。在自重及外荷載作用。在自重及外荷載作用下，拱內(nèi)的彎矩分布比兩鉸拱均勻，材料用量省。由于不設(shè)鉸，下，拱內(nèi)的彎矩分布比兩鉸拱均勻，材料用量省。由于不設(shè)鉸，結(jié)構(gòu)的整體剛度大，構(gòu)造簡單，施工方便。結(jié)構(gòu)的整體剛度大，構(gòu)造簡單，施工方便。桁架是一種

8、由桿件桁架是一種由桿件(truss (truss member)member)彼此在兩端用鉸鏈連彼此在兩端用鉸鏈連接而成的結(jié)構(gòu)。桁架由直桿接而成的結(jié)構(gòu)。桁架由直桿組成的一般具有三角形單元組成的一般具有三角形單元的平面或空間結(jié)構(gòu)，桁架桿的平面或空間結(jié)構(gòu)，桁架桿件主要承受件主要承受軸向拉力或壓力軸向拉力或壓力，從而能充分利用材料的強度，從而能充分利用材料的強度，在跨度較大時可比實腹梁節(jié)在跨度較大時可比實腹梁節(jié)省材料，省材料，減輕自重減輕自重和和增大剛增大剛度度。桁架的優(yōu)點是桿件主要承受桁架的優(yōu)點是桿件主要承受拉力或壓力，可以充分發(fā)揮拉力或壓力，可以充分發(fā)揮材料的作用，節(jié)約材料，減材料的作用，節(jié)約材

9、料，減輕結(jié)構(gòu)重量。常用的有輕結(jié)構(gòu)重量。常用的有鋼桁鋼桁架架、鋼筋混凝土桁架鋼筋混凝土桁架、預(yù)應(yīng)預(yù)應(yīng)力混凝土桁架力混凝土桁架、木桁架木桁架、鋼鋼與木組合桁架與木組合桁架、鋼與混凝土鋼與混凝土組合桁架組合桁架。Section 3 trussSection 3 truss桁架桁架桁架按結(jié)構(gòu)可分為桁架按結(jié)構(gòu)可分為三角形桁三角形桁架、梯形桁架、多邊形桁架、架、梯形桁架、多邊形桁架、空腹桁架?？崭硅旒?。1.1.三角形三角形( (triangle) )桁架：桁架：在沿跨度均勻分布的節(jié)點荷在沿跨度均勻分布的節(jié)點荷載下，上下弦桿的軸力在載下，上下弦桿的軸力在端端點點處最大，向跨中逐漸減少；處最大，向跨中逐漸減少

10、；腹桿的軸力則相反。三角形腹桿的軸力則相反。三角形桁架由于弦桿內(nèi)力差別較大，桁架由于弦桿內(nèi)力差別較大，材料消耗不夠合理，多用于材料消耗不夠合理，多用于瓦屋面的屋架中。瓦屋面的屋架中。2.2.梯形梯形( (trapezoid) )桁架：和三角桁架：和三角形桁架相比，桿件受力情況有所形桁架相比，桿件受力情況有所改善，而且用于屋架中可以更容改善，而且用于屋架中可以更容易滿足某些工業(yè)廠房的工藝要求。易滿足某些工業(yè)廠房的工藝要求。如果梯形桁架的上、下弦平行就如果梯形桁架的上、下弦平行就是是平行弦桁架平行弦桁架，桿件受力情況較，桿件受力情況較梯形略差，但腹桿類型大為減少，梯形略差，但腹桿類型大為減少，多用

11、于橋梁和棧橋中。多用于橋梁和棧橋中。4.4.空腹空腹( (Vierendeel ) )桁架：桁架：基本取用多邊形桁架的外形，基本取用多邊形桁架的外形，無無斜腹桿斜腹桿，僅以，僅以豎腹桿豎腹桿和上和上下弦相連接。桿件的軸力分下弦相連接。桿件的軸力分布和多邊形桁架相似，但在布和多邊形桁架相似，但在不對稱荷載不對稱荷載作用下桿端彎矩作用下桿端彎矩值變化較大。優(yōu)點是在節(jié)點值變化較大。優(yōu)點是在節(jié)點相交會的桿件較少，施工制相交會的桿件較少，施工制造方便。造方便。3.3.多邊形多邊形( (polygon) )桁架：也桁架：也稱稱折線形桁架折線形桁架。上弦節(jié)點位于。上弦節(jié)點位于二次拋物線上，如上弦呈拱形二次拋

12、物線上，如上弦呈拱形可減少節(jié)間荷載產(chǎn)生的彎矩，可減少節(jié)間荷載產(chǎn)生的彎矩，但制造較為復(fù)雜。在但制造較為復(fù)雜。在均布荷載均布荷載作用下，桁架外形和簡支梁的作用下，桁架外形和簡支梁的彎矩圖形相似，因而彎矩圖形相似，因而上下弦軸上下弦軸力力分布均勻，腹桿軸力較小，分布均勻，腹桿軸力較小，用料最省，是工程中常用的一用料最省，是工程中常用的一種桁架形式。種桁架形式。多邊形桁架多邊形桁架空腹桁架空腹桁架溫州科技館溫州科技館(Wenzhou Science and (Wenzhou Science and technology museumtechnology museum ) )工程中鋼結(jié)構(gòu)工程中鋼結(jié)構(gòu)共分

13、為六個單體：共分為六個單體：1 1、標(biāo)志塔為鋼結(jié)、標(biāo)志塔為鋼結(jié)構(gòu)塔，塔高構(gòu)塔，塔高62.01662.016米，塔身為管架米，塔身為管架結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)(Rohrkonstruktion(Rohrkonstruktion) ) ，采用空，采用空間鋼管結(jié)構(gòu)體系。間鋼管結(jié)構(gòu)體系。2 2、中廊屋蓋采用、中廊屋蓋采用空間鋼管結(jié)構(gòu)體系，鋼管之間采用空間鋼管結(jié)構(gòu)體系，鋼管之間采用直接相貫的焊接節(jié)點，主桁架為平直接相貫的焊接節(jié)點，主桁架為平面桁架面桁架(parallel chord truss)(parallel chord truss)。3 3、北展廳屋蓋采用空間鋼管結(jié)構(gòu)體系，北展廳屋蓋采用空間鋼管結(jié)構(gòu)體系，鋼管之

14、間采用直接相貫的焊接節(jié)點，鋼管之間采用直接相貫的焊接節(jié)點，主桁架為平面桁架。主桁架為平面桁架。4 4、南展廳螺栓、南展廳螺栓球節(jié)點正方四角錐網(wǎng)架。屋面采用球節(jié)點正方四角錐網(wǎng)架。屋面采用雙層壓型彩鋼板。雙層壓型彩鋼板。5 5、球形網(wǎng)架直徑、球形網(wǎng)架直徑為為33.533.5米的球體網(wǎng)架。米的球體網(wǎng)架。6 6、鋼折板雨、鋼折板雨棚為棚為H H型簡易鋼結(jié)構(gòu)。型簡易鋼結(jié)構(gòu)。Building instanceBuilding instanceSection 4 frameSection 4 frame框架框架結(jié)構(gòu)指由梁和柱結(jié)構(gòu)指由梁和柱剛接剛接(rigid (rigid connection)connec

15、tion)或者或者鉸接鉸接(hinge joint)(hinge joint)相相連接而成構(gòu)成承重體系結(jié)構(gòu)即由梁和柱連接而成構(gòu)成承重體系結(jié)構(gòu)即由梁和柱組成框架共同抵抗適用過程出現(xiàn)組成框架共同抵抗適用過程出現(xiàn)水平荷水平荷載載和和豎向荷載豎向荷載采用結(jié)構(gòu)房屋墻體承重僅采用結(jié)構(gòu)房屋墻體承重僅起圍護(hù)和分隔作用，一般用預(yù)制加氣混起圍護(hù)和分隔作用，一般用預(yù)制加氣混凝土、膨脹珍珠巖、空心磚或多孔磚、凝土、膨脹珍珠巖、空心磚或多孔磚、浮石、蛭石、陶粒等輕質(zhì)板材等材料砌浮石、蛭石、陶粒等輕質(zhì)板材等材料砌筑或裝配而成。筑或裝配而成?？蚣芙Y(jié)構(gòu)又稱構(gòu)架式結(jié)構(gòu)房屋框框架結(jié)構(gòu)又稱構(gòu)架式結(jié)構(gòu)房屋框架按跨數(shù)架按跨數(shù)(span

16、s)(spans)分分單跨單跨(single (single span)span)、多跨多跨(multispan(multispan););按層數(shù)按層數(shù)分分單層單層、多層多層; ;按立面構(gòu)成按立面構(gòu)成(three (three dimentionaldimentional composition) composition)分分對對稱稱(symmetry)(symmetry)、不對稱不對稱(dissymmetry);(dissymmetry);按所用材料分按所用材料分鋼鋼框架框架、混凝土框架混凝土框架、膠合木結(jié)構(gòu)膠合木結(jié)構(gòu)框架框架或或鋼與鋼筋混凝土混合框架鋼與鋼筋混凝土混合框架等其常用混凝土框架

17、等其常用混凝土框架( (現(xiàn)澆整體式、現(xiàn)澆整體式、裝配式、裝配整體式也根據(jù)需要裝配式、裝配整體式也根據(jù)需要施加預(yù)應(yīng)力主要對梁或板施加預(yù)應(yīng)力主要對梁或板) )、鋼框、鋼框架裝配式、裝配整體式混凝土框架裝配式、裝配整體式混凝土框架和鋼框架適合大規(guī)模工業(yè)化施架和鋼框架適合大規(guī)模工業(yè)化施工效率較高工程質(zhì)量較好。工效率較高工程質(zhì)量較好。單跨框架單跨框架多跨框架多跨框架框架節(jié)點有鉸接的和剛接的，前框架節(jié)點有鉸接的和剛接的，前者稱為排架，后者則稱為剛架。者稱為排架，后者則稱為剛架。1.1.排架排架(bent frame)(bent frame)：由由屋架（或屋面梁）、柱屋架（或屋面梁）、柱和和基礎(chǔ)基礎(chǔ)組成，柱

18、組成，柱與屋架與屋架鉸接鉸接，與基礎(chǔ)，與基礎(chǔ)剛接剛接。是單層廠房結(jié)。是單層廠房結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)形式。特點是在自身的平面構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)形式。特點是在自身的平面內(nèi)承載力和剛度都較大，而排架間的承載內(nèi)承載力和剛度都較大，而排架間的承載能力則較弱，通常在兩個支架之間應(yīng)該加能力則較弱，通常在兩個支架之間應(yīng)該加上相應(yīng)的支撐，避免風(fēng)荷載的一個推動，上相應(yīng)的支撐，避免風(fēng)荷載的一個推動，發(fā)生側(cè)向的移動。適合用于發(fā)生側(cè)向的移動。適合用于單層單層的工業(yè)廠的工業(yè)廠房。排架體系常用于高大空曠的單層建筑房。排架體系常用于高大空曠的單層建筑物如工業(yè)廠房、飛機(jī)庫和影劇院的觀眾廳物如工業(yè)廠房、飛機(jī)庫和影劇院的觀眾廳等。其柱頂用等。其柱頂用大型屋架大型屋架或或桁架桁架連接，再覆連接，再覆以裝配式的屋面板，根據(jù)需要，有的排架以裝配式的屋面板，根據(jù)需要，有的排架建筑屋頂還要設(shè)置大型的天窗、有的則需建筑屋頂還要設(shè)置大型的天窗、有的則需沿縱向設(shè)置吊車梁。由于排架體系的房屋沿縱向設(shè)置吊車梁。由于排架體系的房屋剛度小剛度小，重心高重心高，需承受，需承受動荷載動荷載(dynamic (dynamic load)load)，因此需要安裝柱間斜支撐和屋蓋部，因此需要安裝柱間斜支撐和屋蓋部分的水平平斜