第一章建筑結(jié)構(gòu)概論

1、第一章 建筑結(jié)構(gòu)概論董冬第二節(jié) 建筑結(jié)構(gòu)的類型一、建筑物的構(gòu)造二、建筑結(jié)構(gòu)建筑結(jié)構(gòu)的定義 建筑結(jié)構(gòu)（結(jié)構(gòu)） 建筑中由若干構(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。 作用分為： （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。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。第三節(jié) 建筑結(jié)構(gòu)的作用一、作用的種類1 1 荷載分類荷載分類

2、二、荷載的分類及荷載代表值2 2 荷載代表值荷載代表值結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于不同的荷載和不同的設(shè)計(jì)情況，應(yīng)賦予荷載不同的量值，即荷載代表值。在設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)荷載賦予一個(gè)規(guī)定的量值，即荷載代表值，荷載可根據(jù)不同的設(shè)計(jì)要求規(guī)定不同的代表值，以使之能更確切地反映它在設(shè)計(jì)中的特點(diǎn)。荷載規(guī)范中給出4種代表值：標(biāo)準(zhǔn)值、組合值、頻遇值和準(zhǔn)永久值。對(duì)永久荷載應(yīng)該用標(biāo)準(zhǔn)值作為代表值，對(duì)可變荷載應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求用標(biāo)準(zhǔn)值、組合值、頻遇值、準(zhǔn)永久值作為代表值。 1） 永久荷載：標(biāo)準(zhǔn)值（特征值）結(jié)構(gòu)使用期內(nèi)可能出現(xiàn)的最大荷載值永久荷載亦稱恒荷載，是指在結(jié)構(gòu)使用期間，其值不隨時(shí)間變化，或者其變化與平均值相比可忽略不計(jì)的荷載。如結(jié)構(gòu)自

3、重、土壓力、預(yù)應(yīng)力等。荷載標(biāo)準(zhǔn)值就是結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)具有一定概率的最大荷載值,它是荷載的基本代表值。設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為確定可變荷載代表值而選定的時(shí)間參數(shù)，一般取為50年。永久荷載主要是結(jié)構(gòu)自重及粉刷、裝修，固定設(shè)備的重量。一般可按結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)尺寸和材料或結(jié)構(gòu)構(gòu)件單位體積（或面積）的自重標(biāo)準(zhǔn)值確定。對(duì)于自重變異性較大的材料，在設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)其對(duì)結(jié)構(gòu)有利或不利的情況，分別取其自重的下限值或上限值。例 取鋼筋混凝土單位體積自重標(biāo)準(zhǔn)值為25 kN/m3，則截面尺寸為200500mm的鋼筋混凝土矩形截面梁的自重標(biāo)準(zhǔn)值為0.20.525=2.5kN/m。標(biāo)準(zhǔn)值標(biāo)準(zhǔn)值2) 2) 可變荷載可變荷載組合值組合值 使

4、組合后的荷載效應(yīng)在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)的超越概率與該荷載使組合后的荷載效應(yīng)在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)的超越概率與該荷載單獨(dú)出現(xiàn)時(shí)相應(yīng)的概率一致的荷載值。單獨(dú)出現(xiàn)時(shí)相應(yīng)的概率一致的荷載值?？勺兒奢d的組合值取標(biāo)準(zhǔn)值乘以組合值系數(shù)可變荷載的組合值取標(biāo)準(zhǔn)值乘以組合值系數(shù)c可變荷載也稱為可變荷載也稱為活荷載活荷載，是指在結(jié)構(gòu)使用期間，其值隨時(shí)間，是指在結(jié)構(gòu)使用期間，其值隨時(shí)間變化，且其變化，且其變化值與平均值相比不可忽略變化值與平均值相比不可忽略的荷載。的荷載。頻遇值（時(shí)而出現(xiàn)的較大荷載值）頻遇值（時(shí)而出現(xiàn)的較大荷載值）準(zhǔn)永久值（具有較長的總持續(xù)時(shí)間，對(duì)結(jié)構(gòu)的影響有如永久荷載）準(zhǔn)永久值（具有較長的總持續(xù)時(shí)間，對(duì)結(jié)構(gòu)的影響有

5、如永久荷載）可變荷載的頻遇值取可變荷載的頻遇值取標(biāo)準(zhǔn)值乘以頻遇值系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值乘以頻遇值系數(shù)f可變荷載的準(zhǔn)永久值取可變荷載的準(zhǔn)永久值取標(biāo)準(zhǔn)值乘以準(zhǔn)永久值系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值乘以準(zhǔn)永久值系數(shù)q可見，可變荷載的四個(gè)代表值，可見，可變荷載的四個(gè)代表值，除標(biāo)準(zhǔn)值外，其余三項(xiàng)均是在標(biāo)準(zhǔn)除標(biāo)準(zhǔn)值外，其余三項(xiàng)均是在標(biāo)準(zhǔn)值的基礎(chǔ)上乘以某個(gè)系數(shù)值的基礎(chǔ)上乘以某個(gè)系數(shù)，可變荷載的標(biāo)準(zhǔn)值稱為可變荷載的標(biāo)準(zhǔn)值稱為基本代表值基本代表值。3.3.偶然荷載偶然荷載在結(jié)構(gòu)使用期間不一定出現(xiàn)，而一旦出現(xiàn)，其在結(jié)構(gòu)使用期間不一定出現(xiàn)，而一旦出現(xiàn)，其量值很大量值很大且且持持續(xù)時(shí)間很短續(xù)時(shí)間很短的荷載稱為偶然荷載。的荷載稱為偶然荷載。一、 極限狀

6、態(tài)1 1 結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)結(jié)構(gòu)的安全等級(jí) 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)破壞可能產(chǎn)生建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)破壞可能產(chǎn)生的后果（危及人的生命、造成經(jīng)濟(jì)損失、產(chǎn)生社會(huì)的后果（危及人的生命、造成經(jīng)濟(jì)損失、產(chǎn)生社會(huì)影響等）的嚴(yán)重性，采用不同的安全等級(jí)。影響等）的嚴(yán)重性，采用不同的安全等級(jí)。 根據(jù)破壞后果的嚴(yán)重程度，建筑結(jié)構(gòu)劃分根據(jù)破壞后果的嚴(yán)重程度，建筑結(jié)構(gòu)劃分為三個(gè)安全等級(jí)。為三個(gè)安全等級(jí)。 第四節(jié) 建筑結(jié)構(gòu)極限表1.2.1 建筑結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)安全等級(jí)破壞后果建筑物類型一級(jí)很嚴(yán)重重要的房屋二級(jí)嚴(yán)重一般的房屋三級(jí)不嚴(yán)重次要的房屋 2 2 結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限 定義：房屋建筑在正常設(shè)計(jì)、正

7、常施工、正常使用和維 護(hù)下所應(yīng)達(dá)到的持久年限。結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限 應(yīng)按下表采用。類別 設(shè) 計(jì) 使 用 年限（年） 示 例 15臨時(shí)性結(jié)構(gòu)225易于替換的結(jié)構(gòu)構(gòu)件350普通房屋和構(gòu)筑物4100紀(jì)念性建筑和特別重要的建筑結(jié)構(gòu)3 3 結(jié)構(gòu)的功能要求結(jié)構(gòu)的功能要求 1）結(jié)構(gòu)的功能要求 功能要求適用性耐久性安全性 安全性結(jié)構(gòu)在正常施工和正常使用的條件下，能承受可能出現(xiàn)的各種作用；在設(shè)計(jì)規(guī)定的偶然事件（如強(qiáng)烈地震、爆炸、車輛撞擊等）發(fā)生時(shí)和發(fā)生后，仍能保持必需的整體穩(wěn)定性，即結(jié)構(gòu)僅產(chǎn)生局部的損壞而不致發(fā)生連續(xù)倒塌。 適用性結(jié)構(gòu)在正常使用時(shí)具有良好的工作性能。例如，不會(huì)出現(xiàn)影響正常使用的過大變形或振動(dòng)；不會(huì)

8、產(chǎn)生使使用者感到不安的裂縫寬度等。耐久性結(jié)構(gòu)在正常維護(hù)條件下具有足夠的耐久性能，即在正常維護(hù)條件下結(jié)構(gòu)能夠正常使用到規(guī)定的設(shè)計(jì)使用年限。例如，結(jié)構(gòu)材料不致出現(xiàn)影響功能的損壞，鋼筋混凝土構(gòu)件的鋼筋不致因保護(hù)層過薄或裂縫過寬而銹蝕等。2）結(jié)構(gòu)的可靠性和可靠度的概念結(jié)構(gòu)可靠性結(jié)構(gòu)的安全性、適用性和耐久性的總稱。結(jié)構(gòu)可靠度結(jié)構(gòu)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定條件下，完成 預(yù)定功能的概率。(規(guī)定時(shí)間指設(shè)計(jì)使用年限；規(guī)定條件指正常設(shè)計(jì)、正常施工、正常使用和正常維護(hù)，不包括錯(cuò)誤設(shè)計(jì)、錯(cuò)誤施工和違反原來規(guī)定的使用情況。) 結(jié)構(gòu)的可靠度是結(jié)構(gòu)可靠性的概率度量，即對(duì)結(jié)構(gòu)可靠性的定量描述。注意1：結(jié)構(gòu)可靠度與結(jié)構(gòu)使用年限長短有

9、關(guān)。統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)以結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限為計(jì)算結(jié)構(gòu)可靠度的時(shí)間基準(zhǔn)。注意2：結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限雖與結(jié)構(gòu)使用壽命有聯(lián)系，但不等同。當(dāng)結(jié)構(gòu)的使用年限超過設(shè)計(jì)使用年限后，并不意味著結(jié)構(gòu)就要報(bào)廢，但其可靠度將逐漸降低。2.結(jié)構(gòu)功能的極限狀態(tài)（1）定義整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部份，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（安全性、適用性、耐久性）要求，該特定狀態(tài)稱為該功能的極限狀態(tài)。極限狀態(tài)承載力極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)（2）分類 1）承載能力極限狀態(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)到最大承載能力或不適于繼續(xù)承載的變形。承載能力極限狀態(tài)主要考慮關(guān)于結(jié)構(gòu)安全性的功能。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

10、過了承載能力極限狀態(tài)：結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接因材料強(qiáng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接因材料強(qiáng)度不夠而破壞；度不夠而破壞；整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分作為剛體失去平衡（如傾覆作為剛體失去平衡（如傾覆等）；等）；結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)動(dòng)體系；結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)動(dòng)體系；(結(jié)結(jié)構(gòu)是個(gè)幾何穩(wěn)定的不變體系構(gòu)是個(gè)幾何穩(wěn)定的不變體系)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件喪失穩(wěn)定結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件喪失穩(wěn)定（如柱子被壓曲等）。（如柱子被壓曲等）。2）正常使用極限狀態(tài) 正常使用極限狀態(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。這一狀態(tài)對(duì)應(yīng)于適用性或耐久性的功能。 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)： 影響正常使用或外觀的

11、變形； 影響正常使用或耐久性能的局部損壞（包括裂縫）； 影響正常使用的振動(dòng)； 影響正常使用的其他特定狀態(tài)等。第五節(jié) 建筑的等級(jí)一、耐久等級(jí)2、耐火等級(jí)（1）燃燒性能 指主要構(gòu)件在名火或高溫作用下燃燒與否，以及燃燒的難易。分燃燒材料(如木材等)、難燃燒材料(如木絲板等)和非燃燒材料(如磚、石等)。（2）耐火極限 它的單位為小時(shí)。耐火極限指的是從受到火的作用起，到失掉支持能力或發(fā)生穿透性裂縫、或背火一面溫度升高到220時(shí)所延續(xù)的時(shí)間。不燃燒體：在空氣中受到火燒或高溫作用時(shí)，不起火、不燃燒、不燃燒體：在空氣中受到火燒或高溫作用時(shí)，不起火、不燃燒、不碳化。不碳化。結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐火性能一、一、 構(gòu)件的燃燒

12、性能構(gòu)件的燃燒性能難燃燒體：在空氣中受到火燒或高溫作用時(shí)，難起火、難燃燒、難燃燒體：在空氣中受到火燒或高溫作用時(shí)，難起火、難燃燒、難碳化，當(dāng)火源移走后，燃燒或微燃立即停止。難碳化，當(dāng)火源移走后，燃燒或微燃立即停止。燃燒體：在明火或高溫作用時(shí)，能立即著火燃燒，且火源移走燃燒體：在明火或高溫作用時(shí)，能立即著火燃燒，且火源移走后，仍能繼續(xù)燃燒或微燃。后，仍能繼續(xù)燃燒或微燃。 是指在標(biāo)準(zhǔn)的耐火試驗(yàn)中，從構(gòu)件受到火的作用，到失去是指在標(biāo)準(zhǔn)的耐火試驗(yàn)中，從構(gòu)件受到火的作用，到失去穩(wěn)定性或完整性或絕熱性為止的時(shí)間，以小時(shí)計(jì)。穩(wěn)定性或完整性或絕熱性為止的時(shí)間，以小時(shí)計(jì)。結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐火極限標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線標(biāo)準(zhǔn)升溫曲

13、線梁：兩側(cè)和底面共三面受火；梁：兩側(cè)和底面共三面受火；)18lg(3450tTT0200400600800100012000306090120150180210試驗(yàn)經(jīng)歷時(shí)間( m i n )T-T0(oC)受火條受火條件件板：下面受火；板：下面受火；柱：所有垂直面受火；柱：所有垂直面受火；墻：一面受火。墻：一面受火。判別條件失去穩(wěn)定性：指失去支撐能力或抗變形能力；失去完整性：指當(dāng)構(gòu)件一面受火時(shí)，出現(xiàn)穿透性裂縫或穿火孔隙；失去絕熱性：指失去隔絕過量熱傳導(dǎo)的性能。分隔構(gòu)件(不承重)以完整性和絕熱性兩個(gè)控制條件作為判別依據(jù)；承重構(gòu)件以穩(wěn)定性單一條件作為判別依據(jù)；承重分隔構(gòu)件以穩(wěn)定性、完整性和絕熱性三

14、個(gè)控制條件作為判別依據(jù)。耐火設(shè)計(jì)方法確定建筑確定建筑物耐火等物耐火等級(jí)級(jí)確定構(gòu)件確定構(gòu)件耐火極限耐火極限值值選擇耐火選擇耐火措施措施分4個(gè)等級(jí)，與建 筑物的重要性、 火災(zāi)的危險(xiǎn)性、 建筑物高度、 火災(zāi)荷載有關(guān) 以樓板為參照構(gòu) 件，根據(jù)各構(gòu)件的 重要性確定其它構(gòu) 件的耐火極限值包括設(shè)計(jì)構(gòu) 造和防護(hù)層構(gòu) 件 名 稱耐火等級(jí)一級(jí)二級(jí)三級(jí)四級(jí)墻防火墻不燃燒體3.00不燃燒體3.00不燃燒體3.00不燃燒體3.00承重墻不燃燒體3.00不燃燒體2.50不燃燒體2.00難燃燒體0.50非承重外墻不燃燒體1.00不燃燒體1.00不燃燒體0.50燃燒體樓梯間的墻、電梯井的墻、住宅單元之間的墻、住宅分戶墻不燃燒

15、體2.00不燃燒體2.00不燃燒體1.50難燃燒體0.50疏散走道兩側(cè)的隔墻不燃燒體1.00不燃燒體1.00不燃燒體0.50難燃燒體0.25房間隔墻不燃燒體0.75不燃燒體0.50難燃燒體0.50難燃燒體0.25柱不燃燒體3.00不燃燒體2.50不燃燒體2.00難燃燒體0.50梁不燃燒體2.00不燃燒體1.50不燃燒體1.00難燃燒體0.50樓 板不燃燒體1.50不燃燒體1.00不燃燒體0.50燃燒體屋頂承重構(gòu)件不燃燒體1.50不燃燒體1.00燃燒體燃燒體疏散樓梯不燃燒體1.50不燃燒體1.00不燃燒體0.50燃燒體吊頂（包括吊頂擱柵）不燃燒體0.25難燃燒體0.25難燃燒體0.15燃燒體 表

16、表 多層建筑構(gòu)件的燃燒性能和耐火極限多層建筑構(gòu)件的燃燒性能和耐火極限 h 例1-2 P20工程設(shè)計(jì)工程設(shè)計(jì)基本要求基本要求功能要求功能要求美觀要求美觀要求經(jīng)濟(jì)要求經(jīng)濟(jì)要求環(huán)保要求環(huán)保要求1 1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程：方案設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)分析結(jié)構(gòu)分析構(gòu)件設(shè)計(jì)構(gòu)件設(shè)計(jì)繪施工圖繪施工圖工藝設(shè)計(jì)工藝設(shè)計(jì)建筑工程建筑工程設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)內(nèi)容建筑設(shè)計(jì)建筑設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)給排水設(shè)計(jì)給排水設(shè)計(jì)暖通設(shè)計(jì)暖通設(shè)計(jì)電氣設(shè)計(jì)電氣設(shè)計(jì)強(qiáng)電強(qiáng)電弱電弱電第六節(jié) 建筑的等級(jí)結(jié)構(gòu)選型結(jié)構(gòu)選型上部結(jié)構(gòu)類型上部結(jié)構(gòu)類型下部結(jié)構(gòu)選型下部結(jié)構(gòu)選型結(jié)構(gòu)布置結(jié)構(gòu)布置定位軸線定位軸線構(gòu)件布置構(gòu)件布置設(shè)置變形縫設(shè)置變形縫一、方案設(shè)計(jì)一、方案設(shè)計(jì)尺寸估算尺寸估算水平位置（定位軸線）水平位置（定位軸線）豎向位置（標(biāo)高）豎向位置（標(biāo)高）伸縮縫伸縮縫沉降縫沉降縫防震縫防震縫計(jì)算簡圖計(jì)算簡圖 二、結(jié)構(gòu)分析