最新建筑结构总结

2024-09-22

最新建筑结构总结范文

　　1.平衡2.稳定3. 承载力：结构的抗力≥结构上的作用效应适用5. 经济：造价＋后期管理、维护费6. 耐久性7. 美观概括：安全性、适用性、耐久性

　　§1-2建筑结构的分类和结构选型

　　一、建筑结构的分类

　　（一）按材料分类

　　1. 混凝土结构：素混凝土、钢筋混凝土、预应力混凝土；

　　2. 砌体结构：块体材料＋砂浆；

　　3. 钢结构：钢材；

　　4. 木结构：木材。

　　1.混合结构砌体结构墙体＋钢筋混凝土楼、屋盖；

　　2. 排架结构：屋面横梁（屋架）＋柱＋基础

　　3.框架结构：梁＋柱＋基础

　　1.梁与柱为刚性连接；

　　2.底层柱脚与基础顶面固接。

　　剪力墙：整片的钢筋混凝土墙

　　4.剪力墙结构：剪力墙与钢筋混凝土楼板、屋盖整体连接

　　竖向力

　　测

　　向

　　力剪力墙

　　5、其它形式的结构

　　? 高层和超高层房屋：

　　框架-剪力墙结构、框架-筒体结构、筒体（筒中筒）结构；

　　? 单层房屋（厂房）：

　　刚架结构，与排架结构的区别：？

　　梁与柱刚性连接；

　　? 单层大跨度房屋屋盖结构：

　　壳体结构、网架结构、悬索结构等。

　　二、建筑结构的选型

　　? 建筑结构的分类

　　? 按层数分：

　　多层房屋结构≤9层

　　高层房屋结构≥10层 (或高度大于28m)

　　? 按承重结构体系分：

　　混合结构体系

　　框架结构体系

　　剪力墙结构体系

　　（一）混合结构体系

　　1、定义：墙体、基础等竖向构件采用砌块，楼盖、屋盖等水平构件采用钢筋混凝土的结构。

　　2、混合结构体系承重方案：

　　(2)层高和房屋最大高宽比

　　? 普通砖、多孔砖和小砌块砌体房屋的层高≤3.6m；

　　? 底部框架-抗震墙房屋的底部以及内框架房屋的层高≤4.5m;

　　? 多层砌体房屋的最大高宽比：

　　(3)纵横墙布置及局部尺寸限值

　　? 优先采用横墙承重或纵横墙共同承重方案；

　　? 纵横墙的布置宜均匀对称，沿平面内宜对齐，沿竖向应上下连续，同一轴线上的窗

　　间墙宜均匀。

　　? 楼梯间不宜设置在房屋的尽端和转角处。

　　4、混合结构房屋的优缺点

　　优点：

　　1. 就地取材（砖），利用工业废料；

　　2. 良好的耐火性和耐久性；

　　3. 砖砌体结构的保温、隔热性能好，节能明显；

　　4. 砌体结构美观、舒适；

　　5. 施工设备、方法简单，易连续施工；

　　缺点：

　　1. 砖砌体强度低，限制房屋的层数；

　　2. 抗震性能差；

　　3. 砌筑工程量大，施工进度慢。

　　（二）框架结构体系

　　1、定义：由梁、柱等构件组成的结构

　　2、框架结构承重方案：

　　（二）框架结构体系

　　1、定义：由梁、柱等构件组成的结构

　　2、框架结构承重方案：

　　框架结构体系类型

　　? 全框架结构(框架结构)；

　　? 内框架外墙砌体结构；

　　? 底部框架上部混合结构

　　4、框架结构体系的适用范围

　　? 层数：广泛用于6～15层的多层和高层房屋，如学校的教学楼、实验楼、商业大楼、

　　办公楼、医院、高层住宅等(其经济层数为10层左右、房屋的高宽比以5～7为宜)。 ? 适宜高度：现浇钢筋混凝土框架结构房屋的适用高度分别为60m(设防烈度6度)、

　　55m(设防烈度7度）、45m(设防烈度8度)和25m(设防烈度9度)。

　　5、框架结构受力变形特性

　　6、框架结构的优缺点

　　优点：

　　1. 建筑平面布置灵活，可以获得较大的使用空间；

　　2. 可以获得良好的延性－“延性框架”；

　　3. 构件易于标准化、定型化；

　　缺点：

　　1. 梁柱截面惯性矩小，侧向变形大；

　　2. 在地震区，易引起非结构构件的破坏

　　（三）剪力墙结构体系

　　1、定义：利用建筑物墙体作为承受竖向荷载以及抵抗水平荷载的结构

　　2、剪力墙结构体系的类型

　　a. 剪力墙结构；

　　b. 框架-剪力墙结构；

　　c. 筒体结构;

　　d. 框架-筒体结构

　　3、剪力墙结构的适用范围

　　（1）地震区的高层建筑；

　　（2）10～30层的住宅、宾馆等

　　4、剪力墙变形特性

　　在水平荷载作用下，剪力墙如同一巨大悬臂梁，其整体变形为：？变形

　　5、剪力墙结构的特点

　　? 优点

　　1. 结构整体性好、刚度大，侧向变形小；

　　2. 可设计为延性结构，抗震性能好；

　　3. 采用大模板、滑升模板等先进施工方法时，施工速度快；

　　4. 可节省砌筑隔断等工程量；

　　? 缺点：

　　1. 剪力墙间距较小，结构平面布置不灵活；

　　2. 结构自重大

　　三、高层房屋结构的布置原则

　　? 基本原则：

　　? 在一个独立的结构单元内，宜使结构平面和侧移刚度均匀对称；

　　? 尽量减少结构的侧移刚度中心与水平荷载合力中心间的距离——“规则结构”

　　? 对有抗震设防要求的高层建筑，在结构平面布置和竖向布置时，应考虑下列要求：

　　(1)平面宜简单、规则、对称，尽量减少偏心；

　　(2)结构竖向体型应力求规则、均匀，避免有过大的外挑和内缩；

　　(3)结构沿竖向的侧移刚度变化宜均匀，构件截面由下至上应逐渐减小、不应突变。

　　四、单层大跨度房屋结构

　　1．钢筋混凝土单层厂房结构

　　(1) 排架结构

　　排架结构承重体系

　　由屋架(或屋面大梁)、柱、基础组成的横向平面排架(即沿跨度方向排列的排架)，通过屋面板、支撑、吊车梁、连系梁等纵向构件将各横向平面排架联结，构成整体空间结构。

　　(2)刚架结构

　　钢筋混凝土刚架结构常作为中小型单层厂房的主体结构。有三铰、两铰及无铰等几种型式，可以做成单跨或多跨结构

　　(3)拱结构

　　? 拱：以承受轴压力为主的结构。由于拱的各截面上的内力大致相等，因而拱结构是

　　一种有效的大跨度结构，在桥梁和房屋中都有广泛的应用。

　　? 拱结构的类型：三铰、双铰、无铰等几种型式。

　　拱轴线的确定

　　? 拱轴线常采用抛物线形状。拱的矢高 f 一般为(1/2－1/8)l0；矢高小的拱水平推力大，

　　拱体受力也大；矢高大时则相反，但拱体长度增加。合理选择矢高是设计中的重要问题。

　　2．其他型式的结构

　　(1)薄壳结构

　　以受压力为主的空间受力曲面结构。其曲面厚度很薄(壁厚往往小于曲面主曲率的1/20)。

　　（2）薄壳结构的类型

　　①旋转曲面；

　　②平移曲面；

　　③直纹曲面。

　　①旋转曲面

　　? 平面曲线绕竖轴旋转所形成的曲面

　　? 典型的旋转曲面：球壳，由圆弧绕竖轴旋转而成。

　　? 球壳的受力较简单，壳身(壳体)主要承受压力；其边缘构件(支座环)对壳身起箍的作用，约束壳体的变形，承受环向拉力和弯矩(图1-17)。

　　? 现浇钢筋混凝土球壳，跨度可达100m，壳体厚度可为圆顶曲率半径的1/600，但不小于60mm。

　　②平移曲面

　　? 一竖向曲线(母线)沿另一曲线(导线)平行移动时所形成的曲面称为平移曲面。

　　(2)网架结构

　　? 网架是由平面桁架衍生出来的空间受力结构。

　　? 在节点荷载作用下，网架杆件主要承受轴力。

　　? 网架结构的类型：平板网架和曲面网架。

　　(3)悬索结构

　　? 悬索结构：由索网、侧边构件及下部支承结构组成(图1-30)。

　　? 索网：由多根悬挂于侧边构件上的钢索组成，柔性的悬索(钢索)只受轴心拉力作用，

　　并只能单向受力，其水平拉力 T 与悬索的下垂度 f 成反比(如图) 。

　　? 侧边构件：用来固定索网的，一般采用钢筋混凝土结构。

　　? 下部支承结构：一般为立柱或斜撑柱，工程实际中有不少是用拱兼作侧边构件和支

　　承结构。

　　(4)折板结构

　　? 折板结构：可视为柱面壳的曲线由内接多边形代替的结构。

　　? 其计算和组成构造也大致相同。

　　? 折板的截面形式可以多种多样。

　　§1-3 课程的任务和特点

　　一、任务

　　教：常用材料的力学性能；结构设计方法；并较全面地介绍钢筋混凝土结构构件、砌体结构的设计计算；并对结构布置、结构选型等内容作适当介绍。

　　学：

　　1、应具有建筑结构方面的总体知识；

　　2、掌握多层及高层建筑结构体系的类型、适用范围及其特点并对结构体系的受力变形特点有一定了解；

　　3、熟练掌握一般结构构件的设计计算。

　　课程特点

　　(1)材料的特殊性：混凝土、砌块——“混”字当头；

　　(2)公式的实验性：经验或半经验公式——注意其适用范围；

　　(3)设计的规范性：建筑结构构件的设计汁算依据是现行的各种有关国家标准和规范——具有强制性、法制性；

　　(4)解答的多样性：无论是进行结构布置还是结构构件设计，同一问题往往有多种方案或解答，故需综合考虑多方面因素，以选择较合理的解答——没有最好只有更好。

　　第二章

　　一、设计基准期

　　? 结构设计所采用的荷载统计参数、与时间有关的材料性能取值，都需要选定一个时

　　间参数，即，设计基准期。

　　? 我国所采用的设计基准期为50年。

　　设计使用年限：在规定的时期内，房屋建筑在正常设计、正常施工、正常使用和维护下不需要进行大修就能按其预定目的使用

　　注意：设计使用年限不同于设计基准期。

　　但对于普通房屋和构筑物，设计使用年限和设计基准期均为50年。

　　§2-2 结构的功能要求、作用和抗力

　　一、结构的功能要求

　　(一)安全性

　　(1)在正常施工和正常使用时，结构能承受可能出现的各种作用；

　　(2)在设计规定的偶然事件发生时及发生后，仍能保持必需的整体稳定性。

　　整体稳定性：在偶然事件发生时和发生后，建筑结构仅产生局部的损坏而不致发生连续倒塌。

　　(二)适用性

　　结构在正常使用时具有良好的工作性能。如受弯构件在正常使用时不出现过大的挠度、裂缝，结构振动等；

　　? (三) 耐久性

　　? 耐久性：结构在规定的工作环境下，在预定时期内，其材料性能的恶化不致导致结

　　构出现不可接受的失效概率。

　　? 从工程概念上讲，就是指在正常维护条件下结构能够正常使用到规定的设计使用年

　　限。

　　? 对于混凝土结构，其耐久性根据环境类别和设计使用年限进行设计。

　　? 混凝土结构的环境类别共分为五类，见表2-2。

　　二、作用和作用效应

　　(一)作用

　　1、定义：施加在结构上的集中力或分布力(称为直接作用，即通常所说的荷载)以及引起结构外加变形或约束变形的原因(称为间接作用)；本课程主要涉及直接作用，即荷载。

　　2、分类：

　　1）按时间的变异分类

　　永久作用

　　可变作用

　　偶然作用

　　(1)永久作用：是指在设计基准期内量值不随时间变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计的作用，如结构及建筑装修的自重、土壤压力、基础沉降及焊接变形等。

　　(2)可变作用：是指在设计基准期内其量值随时间而变化．且其变化与平均值相比不可忽略的作用，如楼面活荷载、雪荷载、风荷载等。

　　(3)偶然作用：是指在设设计基准期内不一定出现，而一且出现其量值很大且持续时间很短的作用，如地震、爆炸、撞击等。

　　2．按随空间位置的变异分类

　　? 固定作用：在结构上具有固定分布，如自重；

　　? 自由作用：在结构上一定范围内可以任意分布，如楼面上的人群荷载、吊车荷载等。

　　3. 按结构的反应特点分类

　　? 静态作用: 对结构产生的动力影响可以忽略不计)；一般的结构荷载，如自重、楼面人群荷载、屋面雪荷载等，都可视为静态作用；

　　? 动态作用：对结构产生的动力影响不可忽略；如地震作用、吊车荷载、设备振动等，则是动态作用。

　　(二)作用效应

　　? 定义：由作用引起的结构或结构构件的反应，例如内力、变形和裂缝等，称为作用效应；荷载引起的结构的内力和变形，称为荷载效应。

　　? 效应的确定：根据结构构件的连接方式(支承情形)、跨度、截面几何特性以及结构上的作用，用材料力学或结构力学方法计算出作用效应：例如，当简支梁的计算跨度为l，荷载为均布荷载q时，则该简支梁的跨中弯距M为？；支座边的剪力为？等。

　　三、抗力

　　? 结构或结构构件自身的承载能力

　　? 影响结构抗力的主要因素：结构的几何参数和所用材料的数量及性能。

　　? 当作用效应已知，如何确定构件的几何尺寸和材料用量以提供足够的抗力——本课程的重点

　　§2-3 结构可靠度理论和极限状态设计法

　　一、结构的可靠性和可靠度

　　? 结构的可靠性：结构在规定的时间内、在规定的条件下完成预定功能的能力。 ——取决于结构的作用和作用效应，也取决于结构的抗力。

　　? 结构的可靠度：结构在规定的时间内(结构的设计使用年限)、在规定的条件下(正常设计、正常施工、正常使用条件，不考虑人为过失的影响)完成预定功能的概率。

　　二、结构可靠度理论简介

　　(一)结构的可靠概率和失效概率

　　1．结构的功能函数

　　? 设R为结构抗力，S为作用效应，则用功能函数Z＝R-S来描述结构的工作状态。 ? 当Z＞0时，即R＞S，结构可靠；

　　? 当Z＜0时，即R＜S，结构失效；

　　? 当Z＝0时，即R＝S，结构处于极限状态.

　　显然，结构可靠的基本条件：Z≥0。

　　2．可靠概率和失效概率

　　? 由于结构抗力R和作用效应S是随机变量，故结构的功能函数Z也是随机变量。 ? 假定R和S相互独立并且都服从正态分布，则Z也服从正态分布，其特征值

　　结构功能函数Z=g（R,S）的概率密度如图 Z

　　f?z?dz结构的失效概率： ??Zps?pf?1?结构的可靠概率： ps?P?Z?0??fZ?z?dz0

　　(二)按可靠指标的设计准则

　　问题：pf计算十分复杂、困难，以至对大多数工程问题难以实现 ?Z?

　　??Z??~pf

　　1. 可靠指标 ? ???Z?结构功能函数Z的均值?z与其标准差?z之比 ?Z pf?P?Z?0???0?

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