建筑结构-2009-2010第一学期

2
间接作用
引起结构外加变
ql 形或约束变形的原
施加在结构上的 集中或分布荷载， 如自重，楼面人群 ，屋面上的雪荷载 ，墙面的风荷载。
ql 8
2
因，如地震、地基 沉降、混凝土收缩 、温度。 作用 效应
2
荷载的分类-时间变异
永久荷载
值不随时间变化或 者变化与平均值相 比可忽略不计。如 自重、土压力、地 基沉降等。
正常使用极限状态的设计
2）受弯构件的挠度验算
Tab.2-6 受弯构件的挠度限值
钢筋混凝土结构 环境类别 裂缝控制等级 lim(mm) 裂缝控制等级 lim(mm) 预应力混凝土结构
一
二 三
三
三 三
0.3（0.4）
0.2 0.2
三
二 一
0.2
-
第三章 结构材料的力学 性能及指标
结构材料力学性能指标
能分析和处理施工及使用中出现的一般性结构问 题； 了解建筑抗震设计的基本知识，为学习后续课程 和深入研究结构理论及建筑结构奠定基础。
教材及参考书
教材： 《建筑结构》，何益斌，中国建工出版社，2008年。 参考书： 《建筑结构》，罗福午，武汉理工大学出版社，2005年。 《建筑结构》，张学宏，中国建工出版社，2003年。 《建筑结构》，李美娟，合肥工业大学出版社，2006年。

i 1
S Q ik
按上两式中最不利的组合进行设计 2）由永久荷载效应控制的组合 不简化
按正常使用极限状态设计的方法
荷载组合值不乘分项系数，不考虑结构的重要性系数
正常使用极限状态设计表达式
S C
C—结构或结构构件达到正常使用要求的规定限值，体
现为裂缝宽度、挠度及振幅等。 标准组合 频遇组合 准永久组合
示例：人群荷载、吊 车荷载。
荷载的分类-Leabharlann 构反应静态 荷载指对结构构件不产 生加速度，或加速 度可忽略不计的荷 载。 示例：结构自重、 办公楼的楼面活荷 载。
动态 荷载
指对结构或构件产生 不可忽略的加速度的 荷载。
示例：地震、高耸结 构上的风荷载。
荷载的代表值
永久荷载
标准值：对于结构自重
，按结构构件的设计尺寸 与材料单位体积的自重计 算确定。 常用材料单位体积的自重 ： 砼 22~24 kN/m3 钢筋砼 24~25 kN/m3 水泥砂浆 20 kN/m3 石灰砂浆 17 kN/m3
性能指标
吸湿膨胀 解吸收缩
湿胀
干缩
强度
具有很强 的方向性
木材的防护
木材防护
腐朽、防腐
腐朽原因：真菌 防腐：1、破坏真 菌生长条件。2、 使木材不适合作 为真菌养料。 采用化学药剂 处理
木材防虫
木材防火
浸渍、添加阻
燃剂、覆盖
第四章 混凝土结构
混凝土结构
混凝土结构
素砼
不配置任何 钢材
钢筋砼
圆钢筋作为 配筋
《建筑结构概念与设计》，王心田，天津大学出版社，2003年。
第一章 概论
建筑三要素
强度 美观
适用
指建筑物能使 指建筑的实用 功能，即建筑 可提供的空间 要满足建筑的 使用要求。 接触它的人们 产生一种美学 享受。 建筑的最基本 特征。 关系到建筑物 保存的完整性 和作为一个物 体在自然界的 生存能力。.
建筑物的安全等级
建筑结构的安全等级
安全等级 一级 二级 三级 破坏后果 很严重 严重 不严重 建筑物类型 重要的房屋 一般的房屋 次要的房屋
结构构件承载能力极限状态的可靠指标 破坏类型 延性破坏 脆性破坏 安全等级
一级 3.7 4.2
二级 3.2 3.7
三级 2.7 3.2
混凝土结构的极限状态
功能极限状态 整个结构或其中一部分，超过某一特定状态就
示例：钢筋和混凝土之间，砌块与砂浆，钢材焊接。 材料长久不变质、不破坏，保持良好的物理力学性能
2、耐久性
示例：抗冻性，抗风化性，耐腐蚀性。 如钢材的切割、焊接
3、可加工性
4、取材便利，价格合理，经济实用
木材的性能指标
水分质量 含水率 —————— 干燥木材质量
计算中取： 1.53g/cm3
密度
木材
b与Pf的关系
b Pf
2.0
2.28×10-2
3
2.5
6.21×10-
2.7
3.5×10-3
3.0
1.35×10-3
3.2
6.9×10-4
3.7
1.1×10-4
4.0
3.17×105
4.2
1.3×10-6
可靠指标越大，失效概率越小，反之亦然
按规定的可靠指标进行设计的准则-按可靠指标的设计准则
近似概率准则
弹性模量
弹性阶段应力与应变的比值
屈服强度
屈服阶段-流动阶段
1、应力不再有明显增加，小范围波动
2、应变急剧增大
塑性-屈服强度
屈服阶段的最小应力
脆性-屈服强度
残余变形为0.2%对应的应力
极限强度、疲劳强度
极限强度
试件所能承受的最大荷载与初始截面的比值
疲劳强度
在规定的荷载循环次数和荷载变化幅度下，材 料能够承担的最大动态应力（远小于屈服应 力）。
一个极限状态被超越将产生严重的永久性损害 一个极限状态被超越将产生局部损坏、较大变形、短暂振动
长期效应是决定因素
按正常使用极限状态设计的方法
标准组合
S SGk SQ1K

i2 n
n
ci
SQiK
可变荷载Q1的频遇值系数
频遇组合
S SGk f 1 SQ1K

i2
qi
型钢砼
钢骨架作为 配筋
钢管砼
施工设备、方法简单。
缺点：自重大、强度低，抗震
性能差。
钢结构
优点： 抗拉、抗压、抗剪强度高 截面尺寸小，自重轻 运输及吊装费用少 抗震性能好
缺点： 易生锈 耐火性能差 价格昂贵
组合结构
钢骨混凝土结构
混合结构
钢骨混凝土构件的截面形式 （a）梁 （b）柱
厦门夏商大厦
建筑结构的分类
按结构的受力特点分为：
二 三
三
三 三
0.3（0.4）
0.2 0.2
三
二 一
0.2
-
混凝土结构的使用环境类别
一类： 工业与民用建筑室内正常环境。 二类a：室内潮湿环境；非严寒和非寒冷地区的露天环境、 与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境。
二类b：严寒和寒冷地区的露天环境、 与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境。
三类： 使用除冰盐的环境； 严寒和寒冷地区冬季水位变动的环境；滨海室外环境。 四类： 海水环境。 五类： 受人为或自然的侵蚀性物质影响的环境。
由永久荷载效应控制的组合
1.2
1.35 1.0
永久荷载效应对结构有利
倾覆、滑移或飘浮验算
可变 荷载 一般情况 对标准值大于4kN/m2的工业房屋楼面结构的活荷载 取
0.9
1.4 1.3
基本组合的简化
1）由可变荷载效应控制的组合
S G S Gk
Q1
S Q1k
n Qi
S G S Gk 0.9
结构
建筑结构与建筑的关系
1、建筑师创意过程中完全忽略结构因素， 建造过程中完全隐藏结构构件。
2、建筑师完全依赖结构构件，设计建造一 个几乎完全由结构组成的建筑。
建筑结构的概念
建筑结构由水平构件、竖向构件和基础组成。 水平构件包括梁、板等，用以承受竖向荷载； 竖向构件包括柱、墙等，其作用是支承水平构件或承受水 平荷载； 基础的作用是将建筑物承受的荷载传至地基。
i 2
第i个可变荷载 标准值的效应
第1个可变荷载 的分项系数 第i个可变荷载 的分项系数
永久荷载分项系数
荷载基本组合
2）由永久荷载效应控制的组合
S G S Gk

i 1
n
Qi
ci S Q ik
分项系数
荷载分项系数的取值
荷载特性 永久 荷载
永久荷载效应 对结构不利
由可变荷载效应控制的组合
可变荷载
（1） 标准值
基本代表值，查规范
（2） 组合值
标准值乘以组合系数
（3） 频遇值
标准值乘以频遇值系数
（4） 准永久值
标准值乘以准永久值系 数
结构功能要求
安全性
能承受正常施工和使用时的各种作用，以及 偶然事件发生时，仍能保持整体稳定性。
适用性 安全性 耐久性
可靠性
在正常使用时，能保证具有良好的工作性能， 不出现过大的变形和裂缝。
塑性、冲击韧性、徐变、松弛
塑性
冲击韧性 徐变
材料在外力作用下产生不可逆变形的性质。
材料抗冲击而不破坏的能力。
恒定温度和应力条件下，构件或材料的变形随 时间增加而增大的现象。示例：混凝土
应力松弛
恒定温度和应力条件下，构件或材料的应力 随时间增加而减小的现象。示例：预应力砼
结构材料的其他要求
1、协同工作性能 两种或两种以上的材料共同参与受力和变形且不轻易分开
SQiK
可变荷载Qi的准永久值值系数
准永久组合
S SGk

i 1
n
qi
S Q iK
正常使用极限状态的设计
1）裂缝控制验算
Tab. 2-5 结构构件的裂缝控制等级及最大裂缝宽度限值
钢筋混凝土结构 环境类别 裂缝控制等级 lim(mm) 裂缝控制等级 lim(mm) 预应力混凝土结构
一
聊城大学建筑工程学院
Email：sunshengnan@
课程简介
1
建筑结构概论
2
各种建筑结构
3
建筑抗震设计基本知识
课程目的
使学生在建筑设计中能具备结构总体知识，掌握 混凝土结构、砌体结构、钢结构和大跨度建筑结 构的基本概念、基本理论和构造要求，具有一般
结构构件分析和验算的能力；
结构上的荷载荷载的分类时间变异荷载的分类空间位置变异荷载的分类结构反应荷载的代表值结构功能要求结构的可靠概率与失效概率可靠概率与失效概率可靠指标建筑物的安全等级混凝土结构的极限状态按承载能力极限状态设计的方法荷载基本组合荷载基本组合基本组合的简化按正常使用极限状态设计的方法按正常使用极限状态设计的方法正常使用极限状态的设计混凝土结构的使用环境类别正常使用极限状态的设计结构材料力学性能指标强度分类受力时的变形状态强度分类材料的受力状态弹性极限强度屈服强度极限强度疲劳强度塑性冲击韧性徐变松弛结构材料的其他要求木材的性能指标木材的防护混凝土结构钢材的品种热轧钢筋种类热轧钢筋的应力应变曲线热轧钢筋的理想应力应变曲线钢筋伸长率冷弯试验中高强钢丝和钢绞线中高强钢丝和钢绞线冷加工钢筋冷拉钢筋冷拔钢筋冷轧带肋钢筋冷轧扭钢筋钢筋的选用原则混凝土强度立方体抗压强度fcuk立方体抗压强度fcuk轴心抗压强度fck混凝土抗拉强度ftk混凝土抗拉强度ftk1
不能满足设计规定的某一功能要求
（1）承载能力极限状态
结构或构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形状态
针对安全性 如：整个结构或结构的一部分作为刚体失去稳定（倾覆、滑移）； 结构构件或连接因材料强度不够而破坏； 结构转变为机动体系； 结构或结构构件丧失稳定等。
（2）正常使用极限状态
结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值的状态
建筑结构的分类
按材料的不同分为： ＊混凝土结构
＊砌体结构
＊钢结构 ＊木结构 ＊组合结构
混凝土结构
素砼
钢筋 砼
优点：就地取材，耐火性好，
预应 力砼 可模性好，整体性好。
缺点：自重较大、抗裂性能较差。
砼结构
砌体结构
砖 砌 体 石 砌 体 砌 块 砌 体 砌 体 结 构 优点：就地取材，价格便宜， 耐火性好，耐久性好 保温、隔热、节能，
针对适用性和耐久性 如： 出现影响正常使用或外观的变形； 影响正常使用或耐久性的局部损坏； 影响正常使用的振动。
按承载能力极限状态设计的方法
承载能力极限状态设计表达式
0S R
0 —结构构件重要性系数
S—荷载效应组合的设计值
内 力 组 合 S 设 计 值
一级≥1.1、二级≥ 1.0、三级≥ 0.9
＊混合结构
＊排架结构 ＊框架结构
＊剪力墙结构
＊框架-剪力墙结构 ＊筒体结构（3种）
建筑结构的分类
按建筑物层数分为： ＊高层建筑
10层以上 超高层建筑 40层及以上或超过100m的建筑
＊多层建筑
4~9层
＊低层建筑
1~3层
深圳地王大厦
第二章 建筑结构设计 基本原理
结构上的荷载
q
作用
l
直接作用-荷载 ql
R—结构构件抗力的设计值
荷载基本组合
1、可变荷载效 应控制 2、永久荷载效 应控制
基本组合的简化-一般排架和框架
荷载基本组合
1）由可变荷载效应控制的组合
永久荷载标准值 的效应 可变荷载标准值 效应中的最大值 n
可变荷载的 组合值系数
S G S Gk
Q1
S Q1k Q i ci S Q ik
塑性
徐变
弹性
力学 性能指标
松弛
强度
冲击韧性 与冷脆性
强度分类-受力时的变形状态
极限强度
屈服强度
强度
疲劳强度
弹性 极限强度
强度分类-材料的受力状态
抗压强度
抗拉强度
强度
抗剪强度
抗扭强度
弹性极限强度
弹性阶段
1、应力、应变基本满足线性关系
2、卸载后，构件的变形能够完全恢复
弹性极限强度
弹性阶段的最大应力
荷载
偶然荷载
不一定出现，出现 则值很大且持续时 间很短。如地震、 爆炸、撞击等。
可变荷载
值随时间变化且变 化值与平均值相比 不可忽略。如风荷 载、雪荷载、温度 变化等。
荷载的分类-空间位置变异
固定 荷载
指在结构空间位置 上具有固定分布的 荷载。 示例：结构构件的 自重、固定设备荷 载。
可动 荷载
指在结构空间位置上 的一定范围内可以任 意分布的荷载。
耐久性
在正常使用及维护下，具有足够的耐久性能， 适用性 不发生锈蚀和风化现象。
结构的可靠概率与失效概率
结构的功能函数
Z g (S , R ) R S
当Ｚ＞0 即 R＞S 时，结构处于可靠状态
当Ｚ＜0 即 R＜S 时，结构处于失效状态
当Ｚ= 0 即 R =S R－S＝0
时，结构处于极限状态 称为极限状态方程
可靠概率与失效概率
可靠概率
Ps
失效概率
Pf
4


0 0
f ( z )dz

f ( z )dz
f(Z)
Pf Ps 1
延性破坏的结构
[ Pf ] 6.9 10 [ P ] 1.110 f
bsz
脆性破坏的结构
4
Pf
mz
Z=R- S
可靠指标
μR -μS μz β= = 2 σz σ2 +σS R