第三章 建筑結(jié)構(gòu)的類型和結(jié)構(gòu)計算簡圖

第三章建筑結(jié)構(gòu)的類型和結(jié)構(gòu)計算簡圖

第1節(jié)常見結(jié)構(gòu)類型按材料不同：混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、磚石結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)按結(jié)構(gòu)構(gòu)件的幾何尺度不同：桿系結(jié)構(gòu)、薄壁結(jié)構(gòu)、實體結(jié)構(gòu)按結(jié)構(gòu)承受荷載時傳力的單向或多向性：平面結(jié)構(gòu)、空間結(jié)構(gòu)目前常用的結(jié)構(gòu)形式還有：剪力墻結(jié)構(gòu)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)、索膜結(jié)構(gòu)屬于薄壁結(jié)構(gòu)典型的桿系結(jié)構(gòu)中國國家體育場：體育場外觀即結(jié)構(gòu)，猶如樹枝織成的鳥巢，其灰色礦質(zhì)般的鋼網(wǎng)以透明的膜材料覆蓋，最長的鋼梁達300米?？扇菁{10萬人。英國倫敦的“世紀展覽館”：直徑365m鋼骨架膜結(jié)構(gòu)圓形建筑。上海環(huán)球金融中心上海環(huán)球金融中心97年7月和03年2月兩次開工建設。新方案把460m高的94層改為492m,101層，2008年8月竣工。該樓采用鋼框架-鋼筋混凝土筒體混合結(jié)構(gòu)。在90-97層、距地面405m處，建造世界最高的觀光平臺。圓形開口處設置了開放式的天橋。總建筑面積38.16萬m2。TAIPEI101：高508m（天線60m），建筑面積28.95萬m2

。集辦公、購物及觀景為一體，2004年10月8日注冊世界第一高樓。隨后又被迪拜的哈利法塔（828米）所超越，

101代表超越，“TAIPEI”代表：科技(Technology)、藝術(shù)(Art)、創(chuàng)新(Innovation)、人性(People)、環(huán)保(Environment)認同(Identity)六大特質(zhì)。采用巨型框架結(jié)構(gòu)，每8層設一或二層樓高的巨型桁架。荷載：作用在結(jié)構(gòu)上的主動力。主動力：使物體產(chǎn)生運動或使物體有運動趨勢的力。（1）永久荷載（恒載）一、荷載的分類１.按作用在結(jié)構(gòu)上的時間長短分類第2節(jié)荷載及其分類（2）可變荷載（活荷載）（3）偶然荷載在結(jié)構(gòu)使用期間，其值不隨時間變化，或變化與平均值相比可以忽略不計的荷載。如構(gòu)件自重、土壓力、預應力等。在結(jié)構(gòu)使用期間，其值隨時間變化且變化值與平均值相比不可以忽略的荷載。如樓面活荷載、風荷載等。在結(jié)構(gòu)使用期間不一定出現(xiàn)，但一出現(xiàn)其值很大且持續(xù)時間較短的荷載。如強烈的地震作用、爆炸力、撞擊力等。２.按作用在結(jié)構(gòu)上的荷載性質(zhì)分類（1）靜力荷載第2節(jié)荷載及其分類（2）動力荷載荷載是從零增至最后數(shù)值后，其大小、位置和方向就不再隨時間而變化的荷載。特點：不會使建筑物產(chǎn)生明顯的振動。如結(jié)構(gòu)自重、一般的活荷載等。

荷載的大小、位置和方向隨時間而迅速變化的荷載。特點：使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動。如動力機械產(chǎn)生的荷載、地震作用、高層建筑的風振作用等。３.按作用在結(jié)構(gòu)上荷載分布狀況分類（2）分布荷載：指滿布在結(jié)構(gòu)某一表面上的荷載。第2節(jié)荷載及其分類（1）體荷載：指分布在結(jié)構(gòu)整個體積內(nèi)連續(xù)作用的荷載。

1）均布面荷載2）均布線荷載3）非均布荷載（3）集中荷載：作用于結(jié)構(gòu)上的荷載，當分布面積遠小于結(jié)構(gòu)尺寸時，則可以認為此荷載是作用在結(jié)構(gòu)某一點上的集中荷載。如次梁對主梁

根據(jù)“作用”的形式不同，可分為兩類：二、結(jié)構(gòu)上的間接作用結(jié)構(gòu)上的作用是指能使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生效應的各種原因的總稱。第2節(jié)荷載及其分類間接作用：溫度變化、支座沉陷、材料收縮、地面運動等非荷載因素的作用，也能使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力、應力、變形等效應。直接作用：直接作用于結(jié)構(gòu)上的荷載，它能使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力、應力、變形等效應。民用房屋樓面均布活載標準值：住宅、辦公樓1.5kN/m2教室、實驗室2.0kN/m2商店3.5kN/m2藏書庫、檔案庫5.0kN/m2工業(yè)建筑樓面無設備操作荷載可按2.0kN/m2采用。三、荷載的標準值與設計值１.荷載的標準值荷載的基本代表值，指設計基準期內(nèi)最大荷載統(tǒng)計分布的特征值。永久荷載標準值：可按構(gòu)件設計尺寸與材料單位體積的容重確定（容重可查規(guī)范）?？勺兒奢d標準值：應按規(guī)范規(guī)定采用。

《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2001第2節(jié)荷載及其分類

風荷載是建筑物必須要抵抗的一種永久荷載，由于空氣流動在建筑物表面產(chǎn)生壓力而形成，作用方向始終與建筑物表面垂直。由于空氣流動是不穩(wěn)定的，所以風的作用效應十分復雜，屬于不均勻分布荷載。大小與很多因素有關(guān)：當?shù)氐幕撅L壓、建筑物的體型、高度等。隨高度增加風荷載逐漸增大。對高層建筑影響很大?！督ㄖY(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2001中風荷載的確定是經(jīng)過簡化并具有可操作性的結(jié)論。

雪荷載冬天雪落在建筑上堆積而產(chǎn)生的壓力。南方有些地區(qū)終年不下雪，一般不考慮雪荷載。北方地區(qū)特別是東北和新疆北部地區(qū)必須考慮。黑龍江省雞西市基本雪壓為0.75，而在新疆阿勒泰地區(qū)為1.2。這些地方如果設計時雪荷載考慮不足，當有暴雪時，會造成建筑物倒塌。根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2001的規(guī)定，屋面水平投影面上的雪荷載標準值等于屋面積雪分布系數(shù)和基本雪壓的乘積?？紤]到荷載的變異性，如可能的超載或不可靠性，使結(jié)構(gòu)處于不安全地位，為此在進行結(jié)構(gòu)設計時，通常將標準值乘以荷載分項系數(shù)而調(diào)整，形成結(jié)構(gòu)的荷載設計值。恒載的分項系數(shù)一般取γQ=1.2（對結(jié)構(gòu)有利時取1.0或0.9）活載的分項系數(shù)一般取γQ=1.42.荷載設計值荷載設計值＝荷載分項系數(shù)×荷載標準值第2節(jié)荷載及其分類P34【例3-1】計算荷載標準值南京市50年一遇的基本雪壓，s0=0.4kN/m2，本例建筑物為平頂，雪荷載標準值為：sk=μrs0=1.0×0.4=0.4kN/m2

（μr

雪荷載分布系數(shù)）一、約束與約束反力的概念１.自由體：位移不受限制的物體。第3節(jié)約束與約束反力3.約束:４.約束反力:2.非自由體：位移受限制的物體。阻礙物體運動的限制物。約束對被約束物體的作用力。約束反力的方向總是與約束所能阻止物體的運動方向相反。第3節(jié)約束與約束反力１.柔索約束二、常見約束類型及其反力由柔軟的繩索、膠帶或鏈條等構(gòu)成的約束。柔體約束的約束反力：沿繩索中心線，指向離開物體，為拉力。。T第3節(jié)約束與約束反力工程實例2.光滑接觸表面約束光滑接觸表面的約束反力:通過接觸點，沿接觸面在該點的公法線方向，指向被約束物體，為壓力。第3節(jié)約束與約束反力NA公切線公法線A第3節(jié)約束與約束反力工程實例3.圓柱鉸鏈約束圓柱鉸鏈約束的約束反力:通過銷釘中心，在垂直銷釘軸線的平面內(nèi)，方向待定。第3節(jié)約束與約束反力特點：限制物體在垂直銷釘軸線平面內(nèi)的相對運動，但不能限制物體繞銷釘軸線的相對轉(zhuǎn)動和沿軸線的的相對滑動。第3節(jié)約束與約束反力簡化表示約束力表示YAXAFA垂直于銷釘軸線并通過鉸中心第3節(jié)約束與約束反力工程實例4.固定鉸支座

第3節(jié)約束與約束反力通過銷釘中心，在垂直銷釘軸線的平面內(nèi)，方向待定。固定鉸支座的約束反力：簡化表示約束反力表示XAYAAAθRA梁端的水平方向、豎直方向受到約束，有支座反力X、Y，但能繞銷釘軸線轉(zhuǎn)動第3節(jié)約束與約束反力工程實例5.可動鉸鏈支座（輥軸支座、單鏈桿支座）可動鉸支座的約束反力：通過銷釘中心，垂直于支承面。第3節(jié)約束與約束反力約束反力表示RAA簡化表示限制了豎向的移動，有支座反力RA，但水平方向可以移動，也可以轉(zhuǎn)動第3節(jié)約束與約束反力工程實例第3節(jié)約束與約束反力工程實例6.固定端約束細石混凝土填充第3節(jié)約束與約束反力作用在固定端的一個力(或兩個分力），和一個力偶，方向待定。A簡化表示固定端約束的約束反力：約束反力表示RXY使柱子既不能上下移動，也不能轉(zhuǎn)動基礎(chǔ)留出鋼筋、混凝土現(xiàn)場整澆第3節(jié)約束與約束反力工程實例1.研究對象－所確定的被研究的物體，并把它與周圍的物體分離開，即為隔離體。

2.示力圖－在隔離體上畫出全部主動力與約束反力后的簡圖。

(主動力：指使物體產(chǎn)生運動或使物體有運動趨勢的力)3.受力分析－確定研究對象，畫出研究對象上受到的全部主動力與約束反力的過程稱為受力分析。4．畫示力圖的步驟：（1）取分離體（隔離體、脫離體）（2）畫出主動力（3）畫出約束反力第4節(jié)受力分析和受力圖結(jié)構(gòu)的計算簡圖一、受力分析和示力圖第4節(jié)受力分析和受力圖結(jié)構(gòu)的計算簡圖〔例1-1〕畫出圖示簡支梁的受力圖。FABABF解（1）取AB梁為研究對象（2）畫出主動力（3）畫出約束反力YAXARA[例1-2]簡易起重設備如圖（a）所示。A處為固定鉸支座，BC為鋼拉索。橫梁重W，吊重Q為已知，試畫橫梁AB與拉索BC及整體設備的受力圖。第4節(jié)受力分析和受力圖結(jié)構(gòu)的計算簡圖解：(1)畫拉索BC的受力圖。(2)畫橫梁AB的受力圖。CB(3)畫整體設備的受力圖。第4節(jié)受力分析和受力圖結(jié)構(gòu)的計算簡圖[例1-3]畫出圖示三鉸拱與左、右兩構(gòu)件的受力圖。拱圈自重忽略不記。CFBAFCBAXBYBCACBRARCFXBYBRC’整體BC部分AC部分RA由于只在A、C兩點受力而平衡，Ra

、Rc

為平衡力系；為二力桿Rc

與Rc’

為作用力與反作用力二、結(jié)構(gòu)的計算簡圖第4節(jié)受力分析和受力圖結(jié)構(gòu)的計算簡圖2.計算簡圖的選擇原則1）盡可能反映實際結(jié)構(gòu)的主要受力和變形性能，以保證計算的精度。2）略去次要因素，保留主要因素，使計算簡圖便于計算。1.計算簡圖在結(jié)構(gòu)計算中，用以代替實際結(jié)構(gòu)，并反映實際結(jié)構(gòu)主要受力和變形特點的計算模型。3.計算簡圖的簡化要點1)結(jié)構(gòu)簡化第4節(jié)受力分析和受力圖結(jié)構(gòu)的計算簡圖2)桿件的簡化3)結(jié)點的簡化第4節(jié)受力分析和受力圖結(jié)構(gòu)的計算簡圖鉸節(jié)點：鋼筋混凝土梁柱結(jié)點第4節(jié)受力分析和受力圖結(jié)構(gòu)的計算簡圖剛節(jié)點：桁架式組合吊車梁第4節(jié)受力分析和受力圖結(jié)構(gòu)的計算簡圖組合節(jié)點：4)支座的簡化支座：結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)或支承部分連接的裝置。第4節(jié)受力分析和受力圖結(jié)構(gòu)的計算簡圖固定鉸支座：瀝青麻絲填充R（大小方向未知）XY可動鉸支座：R第4節(jié)受力分析和受力圖結(jié)構(gòu)的計算簡圖固定端支座：定向支座（滑移支座）：XMYM細石混凝土填充XYM5)荷載的簡化體荷載面荷載分布荷載、集中力第4節(jié)受力分析和受力圖結(jié)構(gòu)的計算簡圖例題：畫出圖示三角屋架的計算簡圖。第4節(jié)受力分析和受力圖結(jié)構(gòu)的計算簡圖４．計算簡圖的分類1）梁式結(jié)構(gòu)第4節(jié)受力分析和受力圖結(jié)構(gòu)的計算簡圖簡支梁外伸梁懸臂梁多跨靜定梁連續(xù)梁第4節(jié)受力分析和受力圖結(jié)構(gòu)的計算簡圖工程實例2）拱式結(jié)構(gòu)第4節(jié)受力分析和受力圖結(jié)構(gòu)的計算簡圖三鉸拱兩鉸拱無鉸拱第4節(jié)受力分析和受力圖結(jié)構(gòu)的計算簡圖工程實例3）桁架第4節(jié)受力分析和受力圖結(jié)構(gòu)的計算簡圖第4節(jié)受力分析和受力圖結(jié)構(gòu)的計算簡圖工程實例4）剛架第4節(jié)受力分析和受力圖結(jié)構(gòu)的計算簡圖簡支剛架懸臂剛架三鉸剛架（d）多層多跨剛架第4節(jié)受力分析和受力圖結(jié)構(gòu)的計算簡圖工程實例6）排架第4節(jié)受力分析和受力圖結(jié)構(gòu)的計算簡圖EA=∞EA=∞EA=∞等高排架EA=∞EA=∞不等高排架第4節(jié)受力分析和受力圖結(jié)構(gòu)的計算簡圖工程實例6）組合結(jié)構(gòu)第4節(jié)受力分析和受力圖結(jié)構(gòu)的計算簡圖下?lián)问轿褰切挝菁芙卿撲摻罨炷恋?節(jié)受力分析和受力圖結(jié)構(gòu)的計算簡圖工