建筑力學與結(jié)構(gòu)第一章

建筑力學與結(jié)構(gòu)第一章第一頁，共48頁。教學目標通過本章的學習，掌握建筑結(jié)構(gòu)的組成，會對建筑結(jié)構(gòu)進行分類，理解建筑結(jié)構(gòu)的功能要求，知道極限狀態(tài)的概念，掌握兩種極限狀態(tài)，知道建筑結(jié)構(gòu)抗震的基本術(shù)語。第二頁，共48頁。教學要求能力目標相關(guān)知識權(quán)重自評分數(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。10%掌握極限狀態(tài)的概念和分類極限狀態(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)語地震的震級、烈度、抗震設(shè)防目標40%第三頁，共48頁。推薦閱讀資料1、《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009-2001）2、《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準》（GB50068-2001）3、《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50010-2002）4、《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50003-2001）5、《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB50007-2002）6、《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB5005-2003）7、《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011-20012008年版）8、《建筑工程抗震設(shè)防分類標準》（GB50223-2008）9、《混凝土結(jié)構(gòu)施工圖平面整體表示方法制圖規(guī)則和構(gòu)造詳圖》（03G101）10、中國建筑科學研究院黃世敏講座：汶川地震建筑物典型震害探討11、《建筑力學與結(jié)構(gòu)》，胡興福主編，武漢理工大學出版社，2007.812、《建筑抗震》，張小云主編，高等教育出版社，2008.1213、《鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)》，羅向榮主編，高等教育出版社，2004，6第四頁，共48頁。學習重點建筑結(jié)構(gòu)的組成、功能要求，極限狀態(tài)，抗震設(shè)防第五頁，共48頁。引例一兩層辦公樓如圖1.1a示（實例一），一兩層教學樓如圖1.1b示（實例二），如何保證該樓在正常使用時是安全的？兩棟樓的結(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？墻體用什么樣的材料建造？基礎(chǔ)怎樣？該樓如何考慮抗震？實例一：辦公樓（磚混結(jié)構(gòu)）實例一：辦公樓（磚混結(jié)構(gòu)）第六頁，共48頁。實例二：教學樓（鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)）圖1.1實例一和二的建筑效果圖引例中的問題就牽涉該結(jié)構(gòu)和構(gòu)件受多大的內(nèi)力，要靠結(jié)構(gòu)知識去解決板、梁的設(shè)計和墻體計算，基礎(chǔ)的大小等。b.實例二：教學樓（鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)）第七頁，共48頁。1．1建筑力學與結(jié)構(gòu)概述建筑物在施工和使用過程中受到各種力的作用—結(jié)構(gòu)自重、人及設(shè)備重、風、雪、地震等。這些力的作用形式怎樣，大小是多少？對建筑物會產(chǎn)生什么樣的效應(yīng)？這些問題都要靠建筑力學和結(jié)構(gòu)來解決。第八頁，共48頁。1．1．1建筑結(jié)構(gòu)的概念和分類建筑中，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)第九頁，共48頁。1、按材料分根據(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)。1）混凝土結(jié)構(gòu)混凝土結(jié)構(gòu)可分為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、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），它具有強度高、耐久性好、抗震性能好、可塑性強等優(yōu)點；也有自重大、抗裂能力差、現(xiàn)澆時耗費模板多、工期長等缺點。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、教學樓、醫(yī)院、商場及公共設(shè)施等。圖1.3鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工現(xiàn)場第十頁，共48頁。2）砌體結(jié)構(gòu)砌體結(jié)構(gòu)是指各種塊材（包括磚、石材、砌塊等）通過砂漿砌筑而成的結(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)點是能就地取材、造價低廉、耐火性強、工藝簡單、施工方便，所以在建筑中應(yīng)用廣泛，主要用作七層以下的住宅樓、旅館，五層以下的辦公樓、教學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)中常用砌體作圍護結(jié)構(gòu)。其缺點是自重大、強度較低、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，有待進一步改進和完善。

圖1.4砌體結(jié)構(gòu)施工現(xiàn)場特別提示：傳統(tǒng)的砌體結(jié)構(gòu)房屋大多采用粘土磚建造，粘土磚的用量十分巨大，而生產(chǎn)粘土磚要毀壞農(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，混凝土多孔磚和實心磚等。第十一頁，共48頁。我國古代就用砌體結(jié)構(gòu)建造城墻、佛塔、宮殿和拱橋。如聞名中外的“萬里長城”、“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1.5萬里長城與大雁塔圖1.6河北趙縣安濟橋第十二頁，共48頁。3）鋼結(jié)構(gòu)用鋼材制作的結(jié)構(gòu)叫鋼結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)具有強度高、重量輕、材質(zhì)均勻、制作簡單、運輸方便等優(yōu)點；但也存在易銹蝕、耐火性差、維修費用高等缺點。而且，鋼材是國民經(jīng)濟各部門中不可缺少的重要材料，使用量大，價格比較昂貴，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、承受動力荷載的結(jié)構(gòu)及塔桅結(jié)構(gòu)中。2008年北京奧運會國家體育館-鳥巢（圖1.7）即為鋼結(jié)構(gòu)建筑。圖1.72008年北京奧運會國家體育館-鳥巢第十三頁，共48頁。1935年中國工農(nóng)紅軍長征途中強渡的大渡河鐵索橋-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和13根橫亙的鐵索組成，橋長101.67米，寬2.9米，13根鐵索由12164個熟鐵鍛造扣環(huán)連結(jié)而成，重約21噸。圖1.8大渡河鐵索橋-瀘定橋第十四頁，共48頁。上海東方明珠塔（圖1.9），高468米，建成時居亞州第一，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，居當時世界第三高樓。

圖1.9上海東方明珠塔

圖1.10上海金貿(mào)大廈第十五頁，共48頁。4）木結(jié)構(gòu)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、防護作用。木結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是能就地取材，制作簡單、造價較低、便于施工；缺點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)危險性較大或經(jīng)常受潮又不易通風的生產(chǎn)性建筑中。木結(jié)構(gòu)是我國最早應(yīng)用的建筑結(jié)構(gòu)。早在新石器時代末期（約4500—6000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)已越來越少。圖1.11北京故宮太和殿梁架結(jié)構(gòu)示意圖第十六頁，共48頁。2．按受力分建筑結(jié)構(gòu)按受力和構(gòu)造特點的不同可分為：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。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)。1）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，造價便宜等特點。圖1.12混合結(jié)構(gòu)（實例一）第十七頁，共48頁。2）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)點是強度高、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)建筑平面布置靈活，可滿足生產(chǎn)工藝和使用要求，且比混合結(jié)構(gòu)強度高，延性好，整體性好，抗震性能好。3）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，還為整個房屋提供很大的抗剪強度和剛度，對房屋起圍護和分割作用。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25～30層房屋。圖1.13鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)（實例二）圖1.14剪力墻結(jié)構(gòu)第十八頁，共48頁。4）框架—剪力墻結(jié)構(gòu)，又稱框剪結(jié)構(gòu)，它是在框架縱、橫方向的適當位置，在柱與柱之間設(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，剪力墻承擔絕大部分水平荷載，框架則以承擔豎向荷載為主。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)。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)第十九頁，共48頁。5）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)向風荷載的作用下，它的受力特點就類似于一個固定在基礎(chǔ)上的筒形的懸臂構(gòu)件。迎風面將受拉，而背風面將受壓。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)濟高度以不超過80層為限。特別提示1、從造價的角度來講：砌體結(jié)構(gòu)最為經(jīng)濟，混凝土結(jié)構(gòu)次之，鋼結(jié)構(gòu)最貴。2、從抗震的角度來講：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、實際工程中，建造房屋的用途、層數(shù)及當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展狀況等決定了應(yīng)采用何種結(jié)構(gòu)型式。第二十頁，共48頁。1.1.2建筑結(jié)構(gòu)的功能1．結(jié)構(gòu)的功能要求不管采用何種結(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)都是為了滿足所要求的功能而設(shè)計的。建筑結(jié)構(gòu)在規(guī)定的設(shè)計使用年限內(nèi)，應(yīng)滿足下列功能要求：1）安全性即結(jié)構(gòu)在正常施工和正常使用時能承受可能出現(xiàn)的各種作用，在設(shè)計規(guī)定的偶然事件發(fā)生時及發(fā)生后，仍能保持必需的整體穩(wěn)定。2）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。3）耐久性

即結(jié)構(gòu)在正常維護下具有足夠的耐久性能。例如混凝土不發(fā)生嚴重的風化、脫落，鋼筋不發(fā)生嚴重銹蝕，以免影響結(jié)構(gòu)的使用壽命。2．結(jié)構(gòu)的可靠性結(jié)構(gòu)的可靠性是這樣定義的：結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間內(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、適用性和耐久性總稱為結(jié)構(gòu)的可靠性。結(jié)構(gòu)可靠度是可靠性的定量指標，可靠度的定義是：“結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的概率”。第二十一頁，共48頁。3．極限狀態(tài)的概念整個結(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：

1）承載能力極限狀態(tài)

超過這一極限狀態(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。當結(jié)構(gòu)或構(gòu)件出現(xiàn)下列狀態(tài)之一時，即認為超過了承載能力極限狀態(tài)：（1）整個結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分作為剛體失去平衡（如陽臺、雨篷的傾覆）等；（2）結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接因超過材料強度而破壞（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動體系（如構(gòu)件發(fā)生三角共線而形成體系機動喪失承載力）；（4）結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件喪失穩(wěn)定（如長細桿的壓屈失穩(wěn)破壞等）；（5）地基喪失承載能力而破壞（如失穩(wěn)等）。圖1.17承載能力極限狀態(tài)破壞第二十二頁，共48頁。2）正常使用極限狀態(tài)

超過這一極限狀態(tài)，結(jié)構(gòu)或構(gòu)件就不能完成對其所提出的適用性或耐久性的要求。當結(jié)構(gòu)或構(gòu)件出現(xiàn)下列狀態(tài)之一時，即認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（如過大的變形使房屋內(nèi)部粉刷層脫落，填充墻開裂）；（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，裂縫過寬導致鋼筋銹蝕）；（3）影響正常使用的振動；（4）影響正常使用的其它特定狀態(tài)（如沉降量過大等）。圖1.18正常使用極限狀態(tài)破壞第二十三頁，共48頁。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)計年限分四類：一類（臨時性建筑）：設(shè)計使用年限5年；二類（易于替換的結(jié)構(gòu)構(gòu)件）：設(shè)計使用年限25年；三類（普通房屋）：設(shè)計使用年限50年；四類（紀念性和特別重要的建筑）：設(shè)計使用年限100年。

由上述兩類極限狀態(tài)可以看出，結(jié)構(gòu)或構(gòu)件一旦超過承載能力極限狀態(tài)，就可能發(fā)生嚴重破壞、倒塌，造成人身傷亡和重大經(jīng)濟損失。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格。而結(jié)構(gòu)或構(gòu)件出現(xiàn)正常使用極限狀態(tài)的危險性和損失要小得多，其極限狀態(tài)的出現(xiàn)概率可適當放寬。所以，結(jié)構(gòu)設(shè)計時承載能力極限狀態(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。第二十四頁，共48頁。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)系來描述，即：Z=R-S上式稱為結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)，用來表示結(jié)構(gòu)的三種工作狀態(tài)：當Z>0時（即R>S），結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)；當Z=0時（即R=S），結(jié)構(gòu)處于極限狀態(tài)；當Z<0時（即R<S），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)，其計算方法見第5章。2、要保證結(jié)構(gòu)可靠，所有的結(jié)構(gòu)計算要滿足S≤R。第二十五頁，共48頁。1.1.3建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展概況趨勢1、墻體材料改革墻體材料總的發(fā)展趨勢是：走節(jié)能、節(jié)土、低污染、輕質(zhì)、高強度、配套化、易于施工、勞動強度低的發(fā)展道路。國外墻體材料的發(fā)展遵循保護環(huán)境、節(jié)約能源、合理利用資源、發(fā)展綠色產(chǎn)品的原則，主要產(chǎn)品有灰砂磚、灰砂型加氣混凝土砌塊和板材、混凝土砌塊、石膏砌塊、復合輕質(zhì)板材、燒結(jié)制品等。我國墻體材料的發(fā)展趨勢：1)以粘土為原料的產(chǎn)品大幅度減少，向空心化和裝飾化方向發(fā)展；石膏制品以紙面石膏板為主，增長迅速；建筑砌塊持續(xù)增長，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，裝飾砌塊和多功能、易施工的砌塊也將得到發(fā)展；質(zhì)量輕、強度高、保溫性能好的功能性復合墻板將迅速發(fā)展。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、便于機構(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；發(fā)展承重的空心磚和混凝土小型空心砌塊。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、建筑垃圾和生活垃圾等廢棄物有效利用。實現(xiàn)產(chǎn)品的規(guī)范化、標準化、模數(shù)化，使多功能復合型的新型墻體材料產(chǎn)品得到快速發(fā)展。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)，如垃圾磚生產(chǎn)技術(shù)，蒸壓粉煤灰磚生產(chǎn)技術(shù)，燒結(jié)粉煤灰磚生產(chǎn)技術(shù)，泡沫磚生產(chǎn)技術(shù)等。建筑砌塊向多品種、大規(guī)模、自動化方向發(fā)展。5)新型墻材的革新著重于建筑節(jié)能的推廣。第二十六頁，共48頁。2、混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)展混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)展方向：高強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?；炷?，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。引例北京時間2008年5月12日，在我國四川省發(fā)生了里氏8.0級的特大地震。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11度，破壞特別嚴重的地區(qū)超過10萬平方公里。地震造成特別重大災(zāi)害，給人民生活和財產(chǎn)造成巨大損失。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？第二十七頁，共48頁。1.2結(jié)構(gòu)抗震知識1.2.1地震的基本概念地震是一種突發(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，是一個多地震國家。地震發(fā)生的地方叫震源；震源正上方的位置叫震中；震中附近地面振動最厲害，也是破壞最嚴重的地區(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；地震時地面上破壞程度相近的點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地震第二十八頁，共48頁。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60~300km；深源地震——震源深度大于300km。地震引起的振動以波的形式從震源向各個方向傳播，它使地面發(fā)生劇烈的運動,從而使房屋產(chǎn)生上下跳動及水平晃動。當結(jié)構(gòu)經(jīng)受不住這種劇烈的顛晃時，就會產(chǎn)生破壞甚至倒塌。第二十九頁，共48頁。1、地震的震級衡量地震大小的等級稱為震級，它表示一次地震釋放能量的多少，一次地震只有一個震級。地震的震級用M表示，單位是“里氏”。一般來說，震級小于里氏2級的地震，人們感覺不到，稱為微震；里氏2級到4級的地震稱為有感地震；5級以上的地震稱為破壞地震，會對建筑物造成不同程度的破壞；7~8級地震稱為強烈地震或大地震；超過8級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級地震，1976年我國河北唐山發(fā)生的地震為7.8級，2008.5.12四川汶川地震為8級。2．地震烈度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烈程度。地震烈度不僅與震級大小有關(guān)，而且與震源深度、震中距、地質(zhì)條件等因素有關(guān)。一次地震只有一個震級，，然而同一次地震卻有好多個烈度區(qū)。一般來說，離震中越近，烈度越高。我國地震烈度采用十二度劃分法（見表1.1）。第三十頁，共48頁。表1.1地震烈度表烈度在地面上人的感覺房屋震害程度其他震害現(xiàn)象水平向地面運動震害現(xiàn)象平均震害指數(shù)峰值加速度m/s2

峰值速度m/sⅠ無感

Ⅱ室內(nèi)個別靜止中人有感覺

Ⅲ室內(nèi)少數(shù)靜止中人有感覺門、窗輕微作響

懸掛物微動

Ⅳ室內(nèi)多數(shù)人、室外少數(shù)人有感覺，少數(shù)人夢中驚醒門、窗作響

懸掛物明顯擺動,器皿作響

Ⅴ室內(nèi)普遍、室外多數(shù)人有感覺，多數(shù)人夢中驚醒門窗、屋頂、屋架顫動作響，灰土掉落，抹灰出現(xiàn)微細烈縫，有檐瓦掉落，個別屋頂煙囪掉磚

不穩(wěn)定器物搖動或翻倒0.31(0.22—0.44)0.03(0.02—0.04)Ⅵ多數(shù)人站立不穩(wěn)，少數(shù)人驚逃戶外損壞－墻體出現(xiàn)裂縫，檐瓦掉落，少數(shù)屋頂煙囪裂縫、掉落0—0.10河岸和松軟土出現(xiàn)裂縫，飽和砂層出現(xiàn)噴砂冒水；有的獨立磚煙囪輕度裂縫0.63(0.45—0.89)0.06(0.05—0.09)Ⅶ大多數(shù)人驚逃戶外，騎自行車的人有感覺，行駛中的汽車駕乘人員有感覺輕度破壞－局部破壞，開裂，小修或不需要修理可繼續(xù)使用0.11—0.30河岸出現(xiàn)坍方；飽和砂層常見噴砂冒水，松軟土地上地裂縫較多；大多數(shù)獨立磚煙囪中等破壞1.25(0.90—1.77)0.13(0.10—0.18)Ⅷ多數(shù)人搖晃顛簸，行走困難中等破壞－結(jié)構(gòu)破壞，需要修復才能使用0.31—0.50干硬土上亦出現(xiàn)裂縫；大多數(shù)獨立磚煙囪嚴重破壞；樹梢折斷；房屋破壞導致人畜傷亡2.50(1.78—3.53)0.25(0.19—0.35)Ⅸ行動的人摔倒嚴重破壞－結(jié)構(gòu)嚴重破壞，局部倒塌，修復困難0.51—0.70干硬土上出現(xiàn)地方有裂縫；基巖可能出現(xiàn)裂縫、錯動；滑坡坍方常見；獨立磚煙囪倒塌5.00(3.54—7.07)0.50(0.36—0.71)Ⅹ騎自行車的人會摔倒，處不穩(wěn)狀態(tài)的人會摔離原地，有拋起感大多數(shù)倒塌0.71—0.90山崩和地震斷裂出現(xiàn)；基巖上拱橋破壞；大多數(shù)獨立磚煙囪從根部破壞或倒毀10.00(7.08—4.14)1.00(0.72—1.41)Ⅺ

普遍倒塌0.91—1.00地震斷裂延續(xù)很長；大量山崩滑坡

Ⅻ

地面劇烈變化，山河改觀

注：表中的數(shù)量詞：“個別”為10％以下；“少數(shù)”為10％－50％；“多數(shù)”為50％－70％；“大多數(shù)”為70％－90％；“普遍”為90％以上。第三十一頁，共48頁。3．抗震設(shè)防烈度抗震設(shè)防烈度是按國家批準權(quán)限審定，作為一個地區(qū)抗震設(shè)防依據(jù)的地震烈度?！督ㄖ拐鹪O(shè)計規(guī)范》給出了全國主要城鎮(zhèn)抗震設(shè)防烈度。表1.2給出了全國主要城市抗震設(shè)防烈度。表1.2全國主要城市抗震設(shè)防烈度6度重慶哈爾濱杭州南昌濟南武漢長沙南寧貴陽青島7度（0.1g）上海石家莊沈陽長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）海口臺北注：()內(nèi)數(shù)字是設(shè)計基本地震加速度。第三十二頁，共48頁。抗震設(shè)防烈度為6度及以上地區(qū)的建筑，必須進行抗震設(shè)計?？拐鹪O(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)計應(yīng)按有關(guān)專門規(guī)定執(zhí)行。即我國抗震設(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，6度只需滿足抗震構(gòu)造規(guī)定，7-9度必須進行抗震計算和構(gòu)造設(shè)計。2、震級和烈度是兩個概念，新聞報道的都是震級，烈度僅對地面和房屋的破壞而言。第三十三頁，共48頁。4．抗震設(shè)防的一般目標抗震設(shè)防是指對建筑物進行抗震設(shè)計并采取抗震構(gòu)造措施，以達到抗震的效果?？拐鹪O(shè)防的依據(jù)是抗震設(shè)防烈度?！督ㄖ拐鹪O(shè)計規(guī)范》提出了“三水準兩階段”的抗震設(shè)防目標：⑴第一水準——小震不壞當遭受低于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的多遇地震影響時,一般不受損壞或不需修理可繼續(xù)使用。⑵第二水準——中震可修當遭受相當于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的地震影響時,可能損壞,經(jīng)一般修理或不需修理仍可繼續(xù)使用。⑶第三水準——大震不倒當遭受高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度預(yù)估的罕遇地震影響時,不致倒塌或發(fā)生危及生命的嚴重破壞?！皟呻A段”指：彈性階段的概念設(shè)計和彈塑性階段的抗震設(shè)計。第三十四頁，共48頁。1.2.2地震的破壞作用1．地表的破壞現(xiàn)象在強烈地震作用下，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。2．建筑物的破壞現(xiàn)象⑴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，在強烈地震作用下，構(gòu)件連接不牢、支撐長度不夠和支撐失穩(wěn)等都會使結(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第三十五頁，共48頁。⑵強度破壞對于未考慮抗震設(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，會使構(gòu)件因強度不足而破壞。如：地震時磚墻產(chǎn)生交叉斜裂縫、鋼筋混凝土柱被剪斷、壓酥等（圖1.22）。⑶地基失效在強烈地震作用下，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，堰塞湖等造成的水災(zāi)、火災(zāi)、污染、瘟疫等嚴重災(zāi)害。這些次生災(zāi)害有時比地震造成的直接損失還大。第三十六頁，共48頁。1.2.3建筑抗震設(shè)防分類和設(shè)防標準在進行建筑設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)建筑的重要性不同，采取不同的抗震設(shè)防標準。《建筑工程抗震設(shè)防分類標準》將建筑按其使用功能的重要程度不同，分為以下四類：第三十七頁，共48頁。分類定義抗震設(shè)防標準甲類（特殊設(shè)防類）

指使用上有特殊設(shè)施，涉及國家公共安全的重大建筑工程和地震時可能發(fā)生嚴重次生災(zāi)害等特別重大災(zāi)害后果，需要進行特殊設(shè)防的建筑。如：三級醫(yī)院中承擔特別重要醫(yī)療任務(wù)的門診、醫(yī)技、住院用房；承擔研究、中試和存放劇毒的高危險傳染病病毒任務(wù)的疾病預(yù)防與控制中心的建筑或其區(qū)段；國家和區(qū)域的電力調(diào)度中心；國際出入口局、國際無線電臺，國家衛(wèi)星通信地球站，國際海纜登陸站等

應(yīng)按高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度提高一度的要求加強其抗震措施；但抗震設(shè)防烈度為9度時應(yīng)按比9度更高的要求采取抗震措施。同時，應(yīng)按批準的地震安全性評價的結(jié)果且高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求確定其地震作用。2.乙類（重點設(shè)防類）

指地震時使用功能不能中斷或需盡快恢復的生命線相關(guān)建筑，以及地震時可能導致大量人員傷亡等重大災(zāi)害后果，需要提高設(shè)防標準的建筑。如：縣級市及以上的疾病預(yù)防與控制中心的主要建筑；作為應(yīng)急避難場所的建筑；消防車庫及其值班用房；體育建筑中，規(guī)模分級為特大型的體育場，大型、觀眾席容量很多的中型體育場和體育館（含游泳館）；文化娛樂建筑中，大型的電影院、劇場、禮堂、圖書館的視聽室和報告廳、文化館的觀演廳和展覽廳、娛樂中心建筑；商業(yè)建筑中，人流密集的大型的多層商場；博物館和檔案館中，大型博物館，存放國家一級文物的博物館，特級、甲級檔案館；會展建筑中，大型展覽館、會展中心等抗震設(shè)防類別應(yīng)劃為重點設(shè)防類。教育建筑中，幼兒園、小學、中學的教學用房以及學生宿舍和食堂抗震設(shè)防類別應(yīng)不低于重點設(shè)防類。

應(yīng)按高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度一度的要求加強其抗震措施；但抗震設(shè)防烈度為9度時應(yīng)按比9度更高的要求采取抗震措施；地基基礎(chǔ)的抗震措施，應(yīng)符合有關(guān)規(guī)定。同時，應(yīng)按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度確定其地震作用。3.丙類（標準設(shè)防類）

指大量的除1、2、4條以外按標準要求進行設(shè)防的建筑。如：居住建筑的抗震設(shè)防類別不應(yīng)低于標準設(shè)防類。

應(yīng)按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度確定其抗震措施和地震作用，達到在遭遇高于當?shù)乜拐鹪O(shè)防烈度的預(yù)估罕遇地震影響時不致倒塌或發(fā)生危及生命安全的嚴重破壞的抗震設(shè)防目標。4.丁類（適度設(shè)防類）

指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。如：一般的儲存物品的價值低、人員活動少、無次生災(zāi)害的單層倉庫等。

允許比本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求適當降低其抗震措施，但抗震設(shè)防烈度為6度時不應(yīng)降低。一般情況下，仍應(yīng)按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度確定其地震作用。第三十八頁，共48頁。1．2．4抗震設(shè)計的基本要求為了減輕建筑物的地震破壞，避免人員傷亡，減少經(jīng)濟損失，對地震區(qū)的房屋必須進行抗震設(shè)計。建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計分為兩大部分：一是計算設(shè)計——對地震作用效應(yīng)進行定量分析計算；一是概念設(shè)計——正確地解決總體方案、材料使用和細部構(gòu)造，以達到合理抗震設(shè)計的目的。根據(jù)概念設(shè)計的原理，在進行抗震設(shè)計、施工及材料選擇時，應(yīng)遵守下列一些要求：1．選擇對抗震有利的場地和地基確定建筑場地時，應(yīng)選擇有利地段，避開不利地段，不應(yīng)在危險地段建造甲、乙、丙類建筑。地基和基礎(chǔ)設(shè)計應(yīng)符合下列要求：同一結(jié)構(gòu)單元的基礎(chǔ)不宜設(shè)置在性質(zhì)截然不同的地基上；同一結(jié)構(gòu)單元不宜部分采用天然地基,部分采用樁基。圖1.23四川省北川縣因山體崩塌產(chǎn)生的巨大滾石，造成了建筑的破壞第三十九頁，共48頁。2．選擇對抗震有利的建筑體型建筑設(shè)計應(yīng)符合抗震概念設(shè)計的要求，不規(guī)則的建筑方案應(yīng)按規(guī)定采取加強措施；特別不規(guī)則的建筑方案應(yīng)進行專門研究和論證，采取特別的加強措施。不應(yīng)采用嚴重不規(guī)則的設(shè)計方案。建筑平面和立面布置宜規(guī)則、對稱，其剛度和質(zhì)量分布宜均勻。體型復雜的建筑宜設(shè)防震縫。3．選擇合理的抗震結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)體系應(yīng)根據(jù)建筑的抗震設(shè)防類別、抗震設(shè)防烈度、建筑高度、場地條件、地基、結(jié)構(gòu)材料和施工等因素,經(jīng)綜合分析比較確定。結(jié)構(gòu)體系應(yīng)具有多道抗震防線,對可能出現(xiàn)的薄弱部位,應(yīng)采取構(gòu)造措施提高抗震能力。4．結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)有利于抗震結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)符合下列要求：砌體結(jié)構(gòu)應(yīng)按規(guī)定設(shè)置鋼筋混凝土圈梁和構(gòu)造柱、芯柱,或采用配筋砌體等；混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)控制選擇尺寸和縱向受力鋼筋與箍筋；鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)避免局部失穩(wěn)或整個構(gòu)件失穩(wěn)；多高層的混凝土樓、屋蓋宜優(yōu)先采用現(xiàn)澆混凝土板。當采用混凝土預(yù)制裝配式樓、屋蓋時，應(yīng)從樓蓋體系和構(gòu)造上采取措施確保各預(yù)制板之間連接的整體性。第四十頁，共48頁。5．處理好非結(jié)構(gòu)構(gòu)件非結(jié)構(gòu)構(gòu)件，包括建筑非結(jié)構(gòu)構(gòu)件（如：女兒墻、圍護墻、隔墻、幕墻、裝飾貼面等）和建筑附屬機電設(shè)備。附著于樓、屋面結(jié)構(gòu)上的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件，以及樓梯間的非承重墻體，應(yīng)與主體結(jié)構(gòu)有可靠的連接或錨固，避免地震時倒塌傷人或砸壞重要設(shè)備；圍護墻和隔墻應(yīng)考慮對結(jié)構(gòu)抗震的不利影響，避免不合理設(shè)置而導致主體結(jié)構(gòu)的破壞；幕墻、裝飾貼面與主體結(jié)構(gòu)應(yīng)有可靠的連接，避免地震時脫落傷人；安裝在建筑物上的附屬機械、電氣設(shè)備系統(tǒng)的支座和連接，應(yīng)符合地震時使用功能的要求，且不應(yīng)導致相關(guān)部件的損壞。圖1.24混凝土結(jié)構(gòu)出屋面小塔樓破壞狀況第四十一頁，共48頁。6．采用隔震和消能減震設(shè)計隔震和消能減震是建筑結(jié)構(gòu)減輕地震災(zāi)害的新技術(shù)。隔震的基本原理是：通過隔震層的大變形來減少其上部結(jié)構(gòu)的地震作用，從而減少地震破壞。隔震設(shè)計主要解決的問題是：隔震層的位置、隔震墊的布置及隔震支座的受力計算。消能減震的基本原理是：通過消能器的設(shè)置來控制預(yù)期的結(jié)構(gòu)變形，從而使主體結(jié)構(gòu)在罕遇地震下不發(fā)生嚴重破壞。消能減震設(shè)計主要解決的問題是：消能器及消能部件的選型、布置，與主體結(jié)構(gòu)的連接及計算。目前，隔震和消能減震設(shè)計，主要應(yīng)用于使用功能有特殊要求的建筑及抗震設(shè)防烈度為8、9度的建筑。圖1.25隔震裝置第四十二頁，共48頁。7．合理選用材料結(jié)構(gòu)材料性能指標,應(yīng)符合下列最低要求:1）砌體結(jié)構(gòu)材料應(yīng)符合下列規(guī)定:燒結(jié)普通磚和燒結(jié)多孔磚的強度等級不應(yīng)低于MU10，其砌筑砂漿強度等級不應(yīng)低于M5；混凝土砌塊的強度等級不應(yīng)低于MU7.5,其砌筑砂漿強度等級不應(yīng)低于Mb7.5。2）混凝土結(jié)構(gòu)材料應(yīng)符合下列規(guī)定:框支梁、框支柱及抗震等級為一級的框架梁、柱、節(jié)點核芯區(qū)的混凝土，其強度等級不應(yīng)低于C30；構(gòu)造柱、芯柱、圈梁及其他各類構(gòu)件的混凝土強度等級不應(yīng)低于C20。同時，混凝土結(jié)構(gòu)中的混凝土強度等級，9度時不宜超過C60，8度時不宜超過C70。3）鋼結(jié)構(gòu)的鋼材應(yīng)符合下列規(guī)定:鋼材應(yīng)有明顯的屈服臺階，且伸長率應(yīng)大于20%；鋼材應(yīng)有良好的焊接性和合格的沖擊韌性。4）普通鋼筋宜優(yōu)先采用延性、韌性和可焊性較好的鋼筋?？v向受力鋼筋宜選用符合抗震性能指標的HRB400級熱軋鋼筋，也可采用符合抗震性能指標的HRB335級熱軋鋼筋，箍筋宜選用符合抗震性能指標的HRB335、HRB400級熱軋鋼筋。第四十三頁，共48頁。8．保證施工質(zhì)量1）在施工中，當需要以強度等級較高的鋼筋代替原設(shè)計中的縱向受力鋼筋時，應(yīng)按照鋼筋受拉承載力設(shè)計值相等的原則換算，并應(yīng)滿足最小配筋率、抗裂驗算等要求。2）構(gòu)造柱、芯柱、底層框架磚房的