建筑力學(xué)與結(jié)構(gòu) 模塊1

1、模塊一 緒緒 論論教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo)n通過(guò)本模塊的學(xué)習(xí)，掌握建筑結(jié)構(gòu)的組成，會(huì)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類，理解建筑結(jié)構(gòu)的功能要求，了解極限狀態(tài)的概念，掌握兩種極限狀態(tài)，了解建筑結(jié)構(gòu)抗震的基本術(shù)語(yǔ)。n學(xué)習(xí)重點(diǎn)學(xué)習(xí)重點(diǎn) ：建筑結(jié)構(gòu)的組成、功能要求，極限狀態(tài)，抗震設(shè)防教學(xué)要求教學(xué)要求能力目標(biāo)相關(guān)知識(shí)權(quán)重自評(píng)分?jǐn)?shù)掌握建筑結(jié)構(gòu)的組成及分類。建筑結(jié)構(gòu)按所用材料可分為混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)和木結(jié)構(gòu)。建筑結(jié)構(gòu)按受力和構(gòu)造特點(diǎn)的不同可分為：混合結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)、框架剪力墻結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)、大跨結(jié)構(gòu)等。30%理解建筑結(jié)構(gòu)的功能要求結(jié)構(gòu)的功能要求是指結(jié)構(gòu)的安全性 、適用性和耐久性。20%掌握極限狀態(tài)的概念和分類

2、極限狀態(tài)共分兩類：承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)20%掌握建筑結(jié)構(gòu)抗震的基本術(shù)語(yǔ)地震的震級(jí)、烈度、抗震設(shè)防目標(biāo)30%引例n一兩層辦公樓（磚混結(jié)構(gòu)）如圖1.1a示（實(shí)例一），一兩層教學(xué)樓（鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)）如圖1.1b示（實(shí)例二），如何保證該樓在正常使用時(shí)是安全的？?jī)蓷潣堑慕Y(jié)構(gòu)型式有何不同？樓層的梁和板有何區(qū)別？板里有鋼筋嗎？如何放置？梁又如何設(shè)計(jì)？墻體用什么樣的材料建造？基礎(chǔ)怎樣？該樓如何考慮抗震？ a.實(shí)例一：辦公樓（磚混結(jié)構(gòu)）n引例中的問(wèn)題就牽涉該結(jié)構(gòu)和構(gòu)件受多大的內(nèi)力，要靠結(jié)構(gòu)知識(shí)去解決板、梁的設(shè)計(jì)和墻體計(jì)算，基礎(chǔ)的大小等。b.實(shí)例二：教學(xué)樓（鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)） 圖1.1 實(shí)例一

3、和二的建筑效果圖11 建筑力學(xué)與結(jié)構(gòu)概述 n建筑物在施工和使用過(guò)程中受到各種力的作用結(jié)構(gòu)自重、人及設(shè)備重、風(fēng)、雪、地震等。這些力的作用形式怎樣，大小是多少？對(duì)建筑物會(huì)產(chǎn)生什么樣的效應(yīng)？這些問(wèn)題都要靠建筑力學(xué)和結(jié)構(gòu)來(lái)解決。111建筑結(jié)構(gòu)的概念和分類n建筑中，由若干構(gòu)件（如板、梁、柱、墻、基礎(chǔ)等）連接而構(gòu)成的能承受荷載和其他間接作用（如溫差伸縮、地基不均勻沉降等）的體系，叫做建筑結(jié)構(gòu)（圖1.2）。建筑結(jié)構(gòu)在建筑中起骨架作用，是建筑的重要組成部分。圖1.2 建筑結(jié)構(gòu)n1、按材料分n根據(jù)所用材料的不同，建筑結(jié)構(gòu)可分為混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)和木結(jié)構(gòu)。n1）混凝土結(jié)構(gòu)n混凝土結(jié)構(gòu)可分為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)

4、、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)、素混凝土結(jié)構(gòu)。其中應(yīng)用最廣泛的是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)（圖1.3），它具有強(qiáng)度高、耐久性好、抗震性能好、可塑性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)；也有自重大、抗裂能力差、現(xiàn)澆時(shí)耗費(fèi)模板多、工期長(zhǎng)等缺點(diǎn)。n混凝土結(jié)構(gòu)在工業(yè)與民用建筑中應(yīng)用極為普遍，如多層與高層住宅、寫字樓、教學(xué)樓、醫(yī)院、商場(chǎng)及公共設(shè)施等。圖1.3 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工現(xiàn)場(chǎng) n2）砌體結(jié)構(gòu)n砌體結(jié)構(gòu)是指各種塊材（包括磚、石材、砌塊等）通過(guò)砂漿砌筑而成的結(jié)構(gòu)（圖1.4）。砌體結(jié)構(gòu)根據(jù)所用塊材的不同，又可分為磚結(jié)構(gòu)、石結(jié)構(gòu)和其它材料的砌塊結(jié)構(gòu)。砌體結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)是能就地取材、造價(jià)低廉、耐火性強(qiáng)、工藝簡(jiǎn)單、施工方便，所以在建筑中應(yīng)用廣泛，主要用作七層以

5、下的住宅樓、旅館，五層以下的辦公樓、教學(xué)樓等民用建筑的承重結(jié)構(gòu)；在中、小型工業(yè)廠房及框架結(jié)構(gòu)中常用砌體作圍護(hù)結(jié)構(gòu)。其缺點(diǎn)是自重大、強(qiáng)度較低、抗震性能差、施工速度緩慢、不能適應(yīng)建筑工業(yè)化的要求，有待進(jìn)一步改進(jìn)和完善。 圖1.4 砌體結(jié)構(gòu)施工現(xiàn)場(chǎng)特別提示： 傳統(tǒng)的砌體結(jié)構(gòu)房屋大多采用黏土磚建造，黏土磚的用量十分巨大，而生產(chǎn)黏土磚要?dú)霓r(nóng)田，且污染環(huán)境。砌體結(jié)構(gòu)材料應(yīng)大力發(fā)展新型墻體材料，如：蒸壓粉煤灰磚，蒸壓灰砂磚，混凝土砌塊，混凝土多孔磚和實(shí)心磚等。n我國(guó)古代就用砌體結(jié)構(gòu)建造城墻、佛塔、宮殿和拱橋。如聞名中外的“萬(wàn)里長(zhǎng)城”、“西安大雁塔”等均為砌體結(jié)構(gòu)建造（圖1.5）；隋代李春所造的河北趙縣安濟(jì)

6、橋迄今1400多年，橋凈跨37.37米,為世界上最早的單孔空腹式石拱橋（圖1.6）。 圖1.5 萬(wàn)里長(zhǎng)城與大雁塔圖1.6 河北趙縣安濟(jì)橋n3）鋼結(jié)構(gòu)n用鋼材制作的結(jié)構(gòu)叫鋼結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)度高、重量輕、材質(zhì)均勻、制作簡(jiǎn)單、運(yùn)輸方便等優(yōu)點(diǎn)；但也存在易銹蝕、耐火性差、維修費(fèi)用高等缺點(diǎn)。而且，鋼材是國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門中不可缺少的重要材料，使用量大，價(jià)格比較昂貴，因此，鋼結(jié)構(gòu)在基本建設(shè)中主要用于大跨度屋蓋（如體育廠館）、高層建筑、重型工業(yè)廠房、承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)及塔桅結(jié)構(gòu)中。2008年北京奧運(yùn)會(huì)國(guó)家體育館-鳥巢（圖1.7）即為鋼結(jié)構(gòu)建筑。 圖1.7 2008年北京奧運(yùn)會(huì)國(guó)家體育館-鳥巢n1935年中國(guó)工農(nóng)

7、紅軍長(zhǎng)征途中強(qiáng)渡的大渡河鐵索橋-瀘定橋（圖1.8），是清康熙44年（公元1705年）建造的，該橋由條石砌成的東西橋臺(tái)和13根橫亙的鐵索組成，橋長(zhǎng)101.67米，寬2.9米，13根鐵索由12164個(gè)熟鐵鍛造扣環(huán)連結(jié)而成，重約21噸。 圖1.8 大渡河鐵索橋-瀘定橋n上海東方明珠塔（圖1.9），高468米，建成時(shí)居亞州第一，世界第三。上海金貿(mào)大廈（圖1.10）地上88層，高420.5米， 97年竣工，居當(dāng)時(shí)世界第三高樓。 圖1.9上海東方明珠塔 圖1.10 上海金貿(mào)大廈 n4）木結(jié)構(gòu)n以木材為主制作的結(jié)構(gòu)叫木結(jié)構(gòu)。木結(jié)構(gòu)是以梁、柱組成的構(gòu)架承重，墻體則主要起填充、防護(hù)作用。木結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是能就地取材

8、，制作簡(jiǎn)單、造價(jià)較低、便于施工；缺點(diǎn)是木材本身疵病較多、易燃、易腐、結(jié)構(gòu)易變形。因此不易用于火災(zāi)危險(xiǎn)性較大或經(jīng)常受潮又不易通風(fēng)的生產(chǎn)性建筑中。n木結(jié)構(gòu)是我國(guó)最早應(yīng)用的建筑結(jié)構(gòu)。早在新石器時(shí)代末期（約45006000年前），就出現(xiàn)了地面木架建筑和木骨泥墻建筑。北京故宮（圖1.11）等建筑物，重檐廡殿，歇山攢尖，斗拱飛檐，充分反映了我國(guó)古代木結(jié)構(gòu)的高超水平，直到現(xiàn)代還應(yīng)用于古典園林建筑。但由于木材用途廣泛，而其產(chǎn)量又受到自然條件的限制，在建筑中采用木結(jié)構(gòu)已越來(lái)越少。圖1.11 北京故宮太和殿梁架結(jié)構(gòu)示意圖 n2按受力分n建筑結(jié)構(gòu)按受力和構(gòu)造特點(diǎn)的不同可分為：混合結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)、框架剪力墻結(jié)構(gòu)、剪力

9、墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)、大跨結(jié)構(gòu)等。其中大跨結(jié)構(gòu)多采用網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、薄殼結(jié)構(gòu)、膜結(jié)構(gòu)、以及懸索結(jié)構(gòu)。n1）混合結(jié)構(gòu)，是指由砌體結(jié)構(gòu)構(gòu)件和其他材料構(gòu)件組成的結(jié)構(gòu)。如垂直承重構(gòu)件用磚墻、磚柱，而水平承重構(gòu)件用鋼筋混凝土梁板（圖1.12），這種結(jié)構(gòu)就為混合結(jié)構(gòu)，也叫承重墻結(jié)構(gòu)。該種結(jié)構(gòu)形式具有就地取材，施工方便，造價(jià)便宜等特點(diǎn)。 圖1.12 混合結(jié)構(gòu)（實(shí)例一） n2）框架結(jié)構(gòu)，是由縱梁、橫梁和柱組成的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)是梁和柱剛性連接而成骨架的結(jié)構(gòu)（圖1.13）?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是強(qiáng)度高、自重輕、整體性和抗震性能好?？蚣芙Y(jié)構(gòu)多采用鋼筋混凝土建造，一般適用于10層以下、以及10層左右的房屋結(jié)構(gòu)?？蚣芙Y(jié)構(gòu)建筑平面布置靈

10、活，可滿足生產(chǎn)工藝和使用要求，且比混合結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，延性好，整體性好，抗震性能好。n3）剪力墻結(jié)構(gòu)，是由縱向、橫向的鋼筋混凝土墻所組成的結(jié)構(gòu)，即結(jié)構(gòu)采用剪力墻的結(jié)構(gòu)體系（圖1.14）。墻體除抵抗水平荷載和豎向荷載外，還為整個(gè)房屋提供很大的抗剪強(qiáng)度和剛度，對(duì)房屋起圍護(hù)和分割作用。這種結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度大，適宜做較高的高層建筑，但由于剪力墻位置的約束，使得建筑內(nèi)部空間的劃分比較狹小，不利于形成開敞性的空間，因此較適宜用于賓館與住宅。剪力墻結(jié)構(gòu)常用于2530層房屋。 圖1.13 鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)（實(shí)例二）圖1.14 剪力墻結(jié)構(gòu)n4）框架剪力墻結(jié)構(gòu)，又稱框剪結(jié)構(gòu)，它是在框架縱、橫方向的適當(dāng)位置，在柱與柱之

11、間設(shè)置幾道鋼筋混凝土墻體（剪力墻）（圖1.15）。在這種結(jié)構(gòu)中，框架與剪力墻協(xié)同受力，剪力墻承擔(dān)絕大部分水平荷載，框架則以承擔(dān)豎向荷載為主。這種體系一般用于辦公樓、旅館、住宅以及某些工藝用房，一般用于25層以下房屋結(jié)構(gòu)。 n如果把剪力墻布置成筒體，又可稱為框架筒體結(jié)構(gòu)體系。筒體的承載能力，側(cè)向剛度和抗扭能力都較單片剪力墻大大提高。在結(jié)構(gòu)上，這是提高材料利用率的一種途徑，在建筑布置上，則往往利用筒體作電梯間、樓梯間和豎向管道的通道，也是十分合理的。圖1.15 框架剪力墻結(jié)構(gòu)n5）筒體結(jié)構(gòu)，是用鋼筋混凝土墻圍成側(cè)向剛度很大的筒體的結(jié)構(gòu)形式。筒體在側(cè)向風(fēng)荷載的作用下，它的受力特點(diǎn)就類似于一個(gè)固定在基

12、礎(chǔ)上的筒形的懸臂構(gòu)件。迎風(fēng)面將受拉，而背風(fēng)面將受壓。筒體可以為剪力墻，可以采用密柱框架，也可以根據(jù)實(shí)際需要采用數(shù)量不同的筒。筒體結(jié)構(gòu)多用于高層或超高層公共建筑中（圖1.16）。 圖1.16 筒體結(jié)構(gòu)筒體結(jié)構(gòu)用于30層以上的超高層房屋結(jié)構(gòu)，經(jīng)濟(jì)高度以不超過(guò)80層為限。 特別提示1、從造價(jià)的角度來(lái)講：砌體結(jié)構(gòu)最為經(jīng)濟(jì)，混凝土結(jié)構(gòu)次之，鋼結(jié)構(gòu)最貴。2、從抗震的角度來(lái)講：砌體結(jié)構(gòu)最差，混凝土結(jié)構(gòu)次之，鋼結(jié)構(gòu)最好。3、實(shí)際工程中，建造房屋的用途、層數(shù)及當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r等決定了應(yīng)采用何種結(jié)構(gòu)型式。1.1.2 建筑結(jié)構(gòu)的功能n1結(jié)構(gòu)的功能要求n不管采用何種結(jié)構(gòu)形式、也不管采用什么材料建造，任何一種建筑結(jié)構(gòu)都

13、是為了滿足所要求的功能而設(shè)計(jì)的。建筑結(jié)構(gòu)在規(guī)定的設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)，應(yīng)滿足下列功能要求：n1）安全性 即結(jié)構(gòu)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，在設(shè)計(jì)規(guī)定的偶然事件發(fā)生時(shí)及發(fā)生后，仍能保持必需的整體穩(wěn)定。n2）適用性 即結(jié)構(gòu)在正常使用條件下具有良好的工作性能。例如不發(fā)生過(guò)大的變形或振幅，以免影響使用，也不發(fā)生足以令用戶不安的裂縫。n3）耐久性 即結(jié)構(gòu)在正常維護(hù)下具有足夠的耐久性能。例如混凝土不發(fā)生嚴(yán)重的風(fēng)化、脫落，鋼筋不發(fā)生嚴(yán)重銹蝕，以免影響結(jié)構(gòu)的使用壽命。n2結(jié)構(gòu)的可靠性n結(jié)構(gòu)的可靠性是這樣定義的：結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的能力。結(jié)構(gòu)的安全性、適用性和耐久性總

14、稱為結(jié)構(gòu)的可靠性。n結(jié)構(gòu)可靠度是可靠性的定量指標(biāo)，可靠度的定義是：“結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的概率”。n3極限狀態(tài)的概念n 整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過(guò)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， 此特定狀態(tài)為該功能的極限狀態(tài)。極限狀態(tài)實(shí)質(zhì)上是一種界限，是有效狀態(tài)和失效狀態(tài)的分界。極限狀態(tài)共分兩類：n 1）承載能力極限狀態(tài) 超過(guò)這一極限狀態(tài)后，結(jié)構(gòu)或構(gòu)件就不能滿足預(yù)定的安全性的要求。當(dāng)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件出現(xiàn)下列狀態(tài)之一時(shí)，即認(rèn)為超過(guò)了承載能力極限狀態(tài)：n（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（如陽(yáng)臺(tái)、雨篷的傾覆）等；n（2）結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接因超過(guò)材料強(qiáng)度而破壞（包括疲勞破壞

15、），或因過(guò)度變形而不適于繼續(xù)承載；n（3）結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)動(dòng)體系（如構(gòu)件發(fā)生三角共線而形成體系機(jī)動(dòng)喪失承載力）；n（4）結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件喪失穩(wěn)定（如長(zhǎng)細(xì)桿的壓屈失穩(wěn)破壞等）；n（5）地基喪失承載能力而破壞（如失穩(wěn)等）。n（6）結(jié)構(gòu)因局部破壞而發(fā)生連續(xù)倒塌。圖1.17 承載能力極限狀態(tài)破壞n2）正常使用極限狀態(tài) 超過(guò)這一極限狀態(tài)，結(jié)構(gòu)或構(gòu)件就不能完成對(duì)其所提出的適用性或耐久性的要求。當(dāng)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件出現(xiàn)下列狀態(tài)之一時(shí)，即認(rèn)為超過(guò)了正常使用極限狀態(tài)：n（1）影響正常使用或外觀的變形（如過(guò)大的變形使房屋內(nèi)部粉刷層脫落，填充墻開裂）；n（2）影響正常使用或耐久性能的局部損壞（如水池、油罐開裂引起滲漏，裂縫過(guò)寬導(dǎo)

16、致鋼筋銹蝕）；n（3）影響正常使用的振動(dòng)；n（4）影響正常使用的其它特定狀態(tài)（如沉降量過(guò)大等）。 圖1.18 正常使用極限狀態(tài)破壞特別提示1、承載能力極限狀態(tài)是保證結(jié)構(gòu)安全性的，而正常使用極限狀態(tài)是保證結(jié)構(gòu)適用性和耐久性的。2、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)年限分四類：一類（臨時(shí)性建筑）：設(shè)計(jì)使用年限5年；二類（易于替換的結(jié)構(gòu)構(gòu)件）：設(shè)計(jì)使用年限25年；三類（普通房屋）：設(shè)計(jì)使用年限50年；四類（紀(jì)念性和特別重要的建筑）：設(shè)計(jì)使用年限100年。 由上述兩類極限狀態(tài)可以看出，結(jié)構(gòu)或構(gòu)件一旦超過(guò)承載能力極限狀態(tài)，就可能發(fā)生嚴(yán)重破壞、倒塌，造成人身傷亡和重大經(jīng)濟(jì)損失。因此，應(yīng)該把出現(xiàn)這種極限狀態(tài)的概率控制得非常嚴(yán)格。而結(jié)

17、構(gòu)或構(gòu)件出現(xiàn)正常使用極限狀態(tài)的危險(xiǎn)性和損失要小得多，其極限狀態(tài)的出現(xiàn)概率可適當(dāng)放寬。所以，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)承載能力極限狀態(tài)的可靠度水平應(yīng)高于正常使用極限狀態(tài)的可靠度水平。 4結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)方程結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)構(gòu)件的工作狀態(tài)，可以由該結(jié)構(gòu)構(gòu)件所承受的荷載效應(yīng)S和結(jié)構(gòu)抗力R兩者的關(guān)系來(lái)描述，即：Z=R-S 上式稱為結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)，用來(lái)表示結(jié)構(gòu)的三種工作狀態(tài)：當(dāng)Z0時(shí)（即RS），結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)；當(dāng)Z=0時(shí)（即R=S），結(jié)構(gòu)處于極限狀態(tài)；當(dāng)Z0時(shí)（即RS），結(jié)構(gòu)處于失效狀態(tài)。特別提示1、荷載效應(yīng)S與施加在結(jié)構(gòu)上的外荷載有關(guān)，其計(jì)算方法見模塊五。2、要保證結(jié)構(gòu)可靠，所有的結(jié)構(gòu)計(jì)算要滿足SR。1.1.3 建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)

18、展概況趨勢(shì)n1、墻體材料改革n 墻體材料總的發(fā)展趨勢(shì)是：走節(jié)能、節(jié)土、低污染、輕質(zhì)、高強(qiáng)度、配套化、易于施工、勞動(dòng)強(qiáng)度低的發(fā)展道路。我國(guó)墻體材料的發(fā)展趨勢(shì)：n 1)以黏土為原料的產(chǎn)品大幅度減少，向空心化和裝飾化方向發(fā)展；建筑砌塊持續(xù)增長(zhǎng)，并向系統(tǒng)化方向發(fā)展，產(chǎn)品以混凝土砌塊為主且向空心化發(fā)展，質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、保溫性能好的功能性復(fù)合墻板將迅速發(fā)展。n 2)發(fā)展?jié)M足建筑功能要求、保溫隔熱性能優(yōu)良、輕質(zhì)高強(qiáng)、便于機(jī)構(gòu)化施工的各類內(nèi)、外墻板；發(fā)展承重混凝土小型空心砌塊和承重利廢空心磚，非承重墻體材料應(yīng)以利廢的各類非承重砌塊和輕板為主。n 3)充分利用廢棄物生產(chǎn)建筑材料，使粉煤灰、煤矸石等工業(yè)廢渣、建筑

19、垃圾和生活垃圾等廢棄物有效利用。n 4)開發(fā)各種新的制磚技術(shù)：開發(fā)各種新的制磚技術(shù)。建筑砌塊向多品種、大規(guī)模、自動(dòng)化方向發(fā)展。n 5)新型墻材的革新著重于建筑節(jié)能的推廣。n2、混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)展n 混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)展方向：高強(qiáng)和高性能混凝土的應(yīng)用；發(fā)展輕集料混凝土：如浮石混凝土、陶粒混凝土，纖維混凝土；鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)的應(yīng)用；預(yù)應(yīng)力混凝土的應(yīng)用等。 1.2結(jié)構(gòu)抗震知識(shí) 引例 n北京時(shí)間2008年5月12日，在我國(guó)四川省發(fā)生了里氏8.0級(jí)的特大地震。震中位于四川省汶川縣的映秀鎮(zhèn)（東經(jīng)103.4，北緯31.0），震源深度33KM，震中烈度達(dá)11度，破壞特別嚴(yán)重的地區(qū)超過(guò)10萬(wàn)平方公里。地震造成特別重大災(zāi)

20、害，給人民生活和財(cái)產(chǎn)造成巨大損失。n那么地震是怎么回事兒？上述名詞又有何解釋？房屋如何抗震？n1.2.1 地震的基本概念n地震是一種突發(fā)性的自然災(zāi)害，其作用結(jié)果是引起地面的顛簸和搖晃。由于我國(guó)地處兩大地震帶（環(huán)太平洋地震帶及地中海南亞地震帶）的交匯區(qū)，且東部臺(tái)灣及西部青藏高原直接位于兩大地震帶上，因此，其地震區(qū)分布廣，發(fā)震頻繁，是一個(gè)多地震國(guó)家。n地震發(fā)生的地方叫震源；震源正上方的位置叫震中；震中附近地面振動(dòng)最厲害，也是破壞最嚴(yán)重的地區(qū)，叫做震中區(qū)或極震區(qū)；地面某處至震中的距離叫做震中距；地震時(shí)地面上破壞程度相近的點(diǎn)連成的線稱為等震線；震源至地面的垂直距離叫做震源深度（圖1.19）。圖1.19

21、 地震n依其成因，地震可分為三種主要類型：火山地震、塌陷地震和構(gòu)造地震。根據(jù)震源深度不同，又可將構(gòu)造地震分為三種：淺源地震震源深度不大于60km；中源地震震源深度60300km； 深源地震震源深度大于300km。n地震引起的振動(dòng)以波的形式從震源向各個(gè)方向傳播，它使地面發(fā)生劇烈的運(yùn)動(dòng),從而使房屋產(chǎn)生上下跳動(dòng)及水平晃動(dòng)。當(dāng)結(jié)構(gòu)經(jīng)受不住這種劇烈的顛晃時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生破壞甚至倒塌。n1、地震的震級(jí)n衡量地震大小的等級(jí)稱為震級(jí)，它表示一次地震釋放能量的多少，一次地震只有一個(gè)震級(jí)。地震的震級(jí)用M表示，單位是“里氏”。n一般來(lái)說(shuō)，震級(jí)小于里氏2級(jí)的地震，人們感覺不到，稱為微震；里氏2級(jí)到4級(jí)的地震稱為有感地震；

22、5級(jí)以上的地震稱為破壞地震，會(huì)對(duì)建筑物造成不同程度的破壞；78級(jí)地震稱為強(qiáng)烈地震或大地震；超過(guò)8級(jí)的地震稱為特大地震。到目前，世界最大的地震是1960年發(fā)生在智利的8.7級(jí)地震，1976年我國(guó)河北唐山發(fā)生的地震為7.8級(jí)，2008.5.12四川汶川地震為8級(jí)。 n2地震烈度n地震烈度是指某一地區(qū)地面和建筑物遭受一次地震影響的強(qiáng)烈程度。地震烈度不僅與震級(jí)大小有關(guān)，而且與震源深度、震中距、地質(zhì)條件等因素有關(guān)。一次地震只有一個(gè)震級(jí)，然而同一次地震卻有好多個(gè)烈度區(qū)。一般來(lái)說(shuō)，離震中越近，烈度越高。我國(guó)地震烈度采用十二度劃分法。n3抗震設(shè)防烈度n抗震設(shè)防烈度是按國(guó)家批準(zhǔn)權(quán)限審定，作為一個(gè)地區(qū)抗震設(shè)防依據(jù)

23、的地震烈度。建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范給出了全國(guó)主要城鎮(zhèn)抗震設(shè)防烈度。表給出了全國(guó)主要城市抗震設(shè)防烈度。 全國(guó)主要城市抗震設(shè)防烈度6度重慶 哈爾濱 杭州 南昌 濟(jì)南 武漢 長(zhǎng)沙 南寧 貴陽(yáng) 青島7度（0.1g）上海 石家莊 沈陽(yáng) 長(zhǎng)春 南京 合肥 福州 廣州 成都 西寧 澳門 大連 深圳 珠海7度（0.15g）天津 廈門 鄭州 香港8度（0.2g）北京 太原 呼和浩特 昆明 拉薩 西安 蘭州 銀川 烏魯木齊8度（0.3g）海口 臺(tái)北注：()內(nèi)數(shù)字是設(shè)計(jì)基本地震加速度。n抗震設(shè)防烈度為6度及以上地區(qū)的建筑，必須進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。抗震設(shè)防烈度大于9度地區(qū)的建筑和行業(yè)有特殊要求的工業(yè)建筑,其抗震設(shè)計(jì)應(yīng)按有關(guān)專門規(guī)

24、定執(zhí)行。即我國(guó)抗震設(shè)防的范圍為地震烈度為6度、7度、8度和9度地震區(qū)。特別提示1、我國(guó)抗震設(shè)防烈度為6度-9度，一般低于6度不用考慮抗震設(shè)計(jì)，6-9度必須進(jìn)行抗震計(jì)算和構(gòu)造設(shè)計(jì)。2、震級(jí)和烈度是兩個(gè)概念，新聞報(bào)道的都是震級(jí)，烈度僅對(duì)地面和房屋的破壞而言。3、對(duì)于一次地震，只能有一個(gè)震級(jí)，而有多個(gè)烈度。一般來(lái)說(shuō)離震中愈遠(yuǎn)地震烈度愈小，震中區(qū)的地震烈度最大，并稱為“震中烈度”。我國(guó)地震烈度分為112度。n4抗震設(shè)防的一般目標(biāo)n抗震設(shè)防是指對(duì)建筑物進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)并采取抗震構(gòu)造措施，以達(dá)到抗震的效果?？拐鹪O(shè)n防的依據(jù)是抗震設(shè)防烈度。建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范提出了“三水準(zhǔn)兩階段”的抗震設(shè)防目標(biāo)：n第一水準(zhǔn)小震不壞

25、 當(dāng)遭受低于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的多遇地震影響時(shí),一般不受損壞或不需修理可繼續(xù)使用。n第二水準(zhǔn)中震可修 當(dāng)遭受相當(dāng)于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的地震影響時(shí),可能損壞,經(jīng)一般修理或不需修理仍可繼續(xù)使用。n第三水準(zhǔn)大震不倒 當(dāng)遭受高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度預(yù)估的罕遇地震影響時(shí),不致倒塌或發(fā)生危及生命的嚴(yán)重破壞。n“兩階段”指：彈性階段的概念設(shè)計(jì)和彈塑性階段的抗震設(shè)計(jì)。 1.2.2地震的破壞作用n1地表的破壞現(xiàn)象n在強(qiáng)烈地震作用下，地表的破壞現(xiàn)象為：地裂縫（圖1.20）、噴砂冒水、地面下沉及河岸、 陡坡滑坡。n2建筑物的破壞現(xiàn)象n結(jié)構(gòu)喪失整體性 房屋建筑或構(gòu)筑物是由許多構(gòu)件組成的，在強(qiáng)烈地震作用下，構(gòu)件連接不牢、

26、支撐長(zhǎng)度不夠和支撐失穩(wěn)等都會(huì)使結(jié)構(gòu)喪失整體性而破壞（圖1.21）。 圖1.20 汶川地震的地裂縫 圖1.21汶川地震的房屋破壞 n強(qiáng)度破壞 對(duì)于未考慮抗震設(shè)防或設(shè)防不足的結(jié)構(gòu)，在具有多向性的地震力作用下，會(huì)使構(gòu)件因強(qiáng)度不足而破壞。如：地震時(shí)磚墻產(chǎn)生交叉斜裂縫、鋼筋混凝土柱被剪斷、壓酥等（圖1.22）。 n地基失效 在強(qiáng)烈地震作用下，地基承載力可能下降甚至喪失，也可能由于地基飽和砂層液化而造成建筑物沉陷、傾斜或倒塌。圖1.22 汶川地震的磚墻產(chǎn)生交叉斜裂縫、鋼筋混凝土柱壓酥 3次生災(zāi)害次生災(zāi)害是指地震時(shí)給排水管網(wǎng)、煤氣管道、供電線路的破壞，以及易燃、易爆、有毒物質(zhì)、核物質(zhì)容器的破裂，堰塞湖等造成

27、的水災(zāi)、火災(zāi)、污染、瘟疫等嚴(yán)重災(zāi)害。這些次生災(zāi)害有時(shí)比地震造成的直接損失還大。 1.2.3 建筑抗震設(shè)防分類和設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)n在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)建筑的重要性不同，采取不同的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)。建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)將建筑按其使用功能的重要程度不同，分為以下四類：n1甲類（特殊設(shè)防類）-指使用上有特殊設(shè)施，涉及國(guó)家公共安全的重大建筑工程和地震時(shí)可能發(fā)生嚴(yán)重次生災(zāi)害等特別重大災(zāi)害后果，需要進(jìn)行特殊設(shè)防的建筑。n2乙類（重點(diǎn)設(shè)防類）-指地震時(shí)使用功能不能中斷或需盡快恢復(fù)的生命線相關(guān)建筑，以及地震時(shí)可能導(dǎo)致大量人員傷亡等重大災(zāi)害后果，需要提高設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)的建筑。n3丙類（標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類）-指大量的除1、2、4條以

28、外按標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行設(shè)防的建筑。如：居住建筑的抗震設(shè)防類別不應(yīng)低于標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類。n4丁類（適度設(shè)防類）-使用上人員稀少且震損不致產(chǎn)生次生災(zāi)害，允許在一定條件下適度降低要求的建筑。 124抗震設(shè)計(jì)的基本要求 n為了減輕建筑物的地震破壞，避免人員傷亡，減少經(jīng)濟(jì)損失，對(duì)地震區(qū)的房屋必須進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)分為兩大部分：一是計(jì)算設(shè)計(jì)對(duì)地震作用效應(yīng)進(jìn)行定量分析計(jì)算；一是概念設(shè)計(jì)正確地解決總體方案、材料使用和細(xì)部構(gòu)造，以達(dá)到合理抗震設(shè)計(jì)的目的。在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)、施工及材料選擇時(shí)，應(yīng)遵守下列一些要求：n1選擇對(duì)抗震有利的場(chǎng)地和地基n2選擇對(duì)抗震有利的建筑體型n3選擇合理的抗震結(jié)構(gòu)體系n4結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)有利于

29、抗震n5處理好非結(jié)構(gòu)構(gòu)件n6采用隔震和消能減震設(shè)計(jì)n7合理選用材料n8保證施工質(zhì)量特別提示：1.砌體：塊材的強(qiáng)度等級(jí)用符號(hào)MUXX表示；砂漿的強(qiáng)度等級(jí)用符號(hào)MXX表示。2.混凝土 強(qiáng)度等級(jí)用符號(hào)CXX表示。后面數(shù)值越大，其強(qiáng)度等級(jí)越高。3.鋼筋的級(jí)別：HRB400級(jí)鋼，HRB335級(jí)鋼。1.3 課程教學(xué)任務(wù)、目標(biāo)和學(xué)習(xí)方法課程教學(xué)任務(wù)、目標(biāo)和學(xué)習(xí)方法n1.3.1教學(xué)任務(wù)n本課程的教學(xué)任務(wù)是使學(xué)生了解必要的力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，掌握建筑結(jié)構(gòu)的基本概念以及結(jié)構(gòu)施工圖的識(shí)讀方法，能運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析和解決建筑工程實(shí)踐中較為簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)問(wèn)題；培養(yǎng)學(xué)生的力學(xué)素質(zhì)，為學(xué)習(xí)其他課程提供必要的基礎(chǔ)；同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)

30、的思想方式和認(rèn)真、細(xì)致的工作方式。n建筑力學(xué)與結(jié)構(gòu)，其內(nèi)容在實(shí)際工程中是較為復(fù)雜的。它是在建筑施工圖的基礎(chǔ)上，通過(guò)結(jié)構(gòu)方案布置，構(gòu)件和結(jié)構(gòu)受力分析，荷載計(jì)算，內(nèi)力分析，材料選擇，構(gòu)造措施等，成果是結(jié)構(gòu)施工圖和結(jié)構(gòu)計(jì)算書。因此，學(xué)好這門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程是正確理解和貫徹設(shè)計(jì)意圖，確定建筑及施工方案和組織施工，處理建筑施工中的結(jié)構(gòu)問(wèn)題，防止發(fā)生工程事故，保證工程質(zhì)量，所必須具備的知識(shí)。n課程講授時(shí)，建議多結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際，播放錄像、多媒體教學(xué)、參觀建筑工地等。 1.3.2教學(xué)目標(biāo)n本課程教學(xué)時(shí)數(shù)約68學(xué)時(shí)，通過(guò)一學(xué)期的學(xué)習(xí)，達(dá)到以下目標(biāo)：n1知識(shí)目標(biāo)n領(lǐng)會(huì)必要的力學(xué)概念；了解建筑結(jié)構(gòu)材料的主要力學(xué)性能；掌握建筑結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件的受力特點(diǎn)；掌握簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)方法；了解建筑結(jié)構(gòu)抗震基本知識(shí)；掌握建筑結(jié)構(gòu)施工圖的識(shí)讀方法。n2能力目標(biāo)n具有對(duì)簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和繪制內(nèi)力圖的能力；具有正確選用各種常用結(jié)構(gòu)材料的能力；具有熟練識(shí)讀結(jié)構(gòu)施工圖和繪制簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)施工圖的能力；理解鋼筋混凝土基本構(gòu)件承載力的計(jì)算思路；熟悉鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、鋼