建筑结构01-04

钢筋和混凝土的力学性能
一、钢筋和混凝土的共同工作 二、钢筋 三、混凝土 四、钢筋与混凝土的粘结
§2.1 钢筋和混凝土的共同工作
一、基本概念
1. 钢筋混凝土： 是钢筋和砼按一定方式组成的能共同工作 的建筑材料。 2. 钢筋混凝土结构： 是钢筋混凝土为主要承重骨架的结构。
砼：抗拉强度大约是抗压强度的1/10 。 钢筋：抗拉抗压强度都很强 。
3. 雪荷载
S k r So
Sk
——雪荷载标准值
S 0 ——基本雪压。见P6 表1-5或《荷载规范》
r
——屋面积雪分布系数，即基本雪压换 算为屋面水平投影面上的雪荷载的换 算系数。见P7 表1-6
4. 风荷载
k z s zo
k
o
——风荷载标准值
——基本风压， 见《荷载规范》
② 适用性。结构在正常使用期间，具有良好的工作性能。如不发生影响正
常使用的过大的变形(挠度、侧移)、振动(频率、振幅)，或产生让使用者感 到不安的过大的裂缝宽度等。
③ 耐久性。结构在正常使用和正常维护的条件下，应具有足够的耐久性，
(如混凝土碳化、钢筋锈蚀)，结构的承载力和刚度不应随时间有过大的降低。 a. 结构的可靠性 ——安全性、适用性、耐久性
可变荷载
一般情况 对标准值>4KN/m² 的工业房屋楼面活 荷载
混凝土材料强度分项系数rC
rC=1.4
钢筋材料强度分项系数rS
fc
fs
f ck rc
f sk rs
rS=1.1 ~ 1.2
2. 正常使用极限状态
Sd C
C——设计对变形、裂缝等规定的相应限值。 Sd——变形、裂缝等荷载效应设计值。
S SGk SQ 1k ci SQik C S SGk f 1 SQ1k qi SQik C
i 2 n i 2
n
c. 准永久组合 S SGk

i 1
n
qi
SQik C
1. 承载能力极限状态表达式
o ——结构重要性系数，
安全等级
Mr
Mov
qk
h
L
b
b.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。如过大变形、开裂、振动等。
① 过大的变形、侧移，这往往会导致非结构构件受力破坏、ห้องสมุดไป่ตู้给人不安全感 或导致结构不能正常使用(如吊车梁)等。
② 过大的裂缝，这往往会导致钢筋锈蚀、给人不安全感或导致房屋漏水等。
③ 过大的振动，这往往会给人不舒适感。 ④ 其他正常使用要求。
3. 荷载代表值 ——结构计算时，需根据不同的设计要求采用不同的荷
载数值。
a.荷载标准值 ——荷载基本代表值。指在结构使用期间，在正常
情况下出现具有一定保证率的最大荷载。
Gk
Gk ( g k )orQ k (qk )
（1）永久荷载标准值：
H
柱的自重：(集中荷载）
b
Gk .bh.H ( KN )
b. 由永久荷载控制的效应组合
n o S o G SGk Qi ci SQik R R , f k , ak i 1 G & Qi ——永久荷载和可变荷载分项系数。P13 表1-10
2. 正常使用极限状态
a. 标准组合 b. 频遇组合
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总目录
第一章 建筑结构的荷载及设计方法 第二章 钢筋和混凝土的力学性能 第三章 钢筋混凝土受弯构件 第四章 钢筋混凝土受压、受扭构件 第五章 预应力钢筋混凝土结构 第六章 钢筋混凝土楼盖 第七章 钢筋混凝土排架结构单层厂房 第八章 多层与高层房屋结构 第九章 砌体结构 第十章 建筑结构抗震知识 第十一章 钢结构
z ——风压高度
变化系数
s
——风荷载体型 系数，+为压 力，-为吸力
z ——高度z处风
振系数
注：1 本表所给各项活荷载适用于一般使用条件，当使用荷载较大或情况特殊时，应按实际情况采 用。 2 第6 项书库活荷载当书架高度大于2m 时，书库活荷载尚应按每米书架高度≥2.5kN/m² 确定。 3 第8 项中的客车活荷载只适用于停放载人少于9 人的客车；消防车活荷载是适用于满载总重为 300kN 的大型车辆；当不符合本表的要求时，应将车轮的局部荷载按结构效应的等效原则，换算为 等效均布荷载。 4 第11 项楼梯活荷载，对预制楼梯踏步平板，尚应按1.5kN 集中荷载验算。 5 本表各项荷载不包括隔墙自重和二次装修荷载。对固定隔墙的自重应按恒荷载考虑，当隔墙位 置可灵活自由布置时，非固定隔墙的自重应取每延米长墙重(kN/m)的1/3 作为楼面活荷载的附加值 (`kN/m² )计入，附加值不小于`1.0kN/m² 。 4.1.2 设计楼面梁、墙、柱及基础时，表4.1.1 中的楼面活荷载标准值在下列情况下应乘以规定的折减 系数。 1 设计楼面梁时的折减系数: 1) 第1(1)项当楼面梁从属面积超过`25m²时，应取0.9； 2) 第1(2)～7 项当楼面梁从属面积超过`50m ² 时应取0.9； 3) 第8 项对单向板楼盖的次梁和槽形板的纵肋应取0.8； 对单向板楼盖的主梁应取0.6； 对双向板楼盖的梁应取0.8； 4) 第9～12 项应采用与所属房屋类别相同的折减系数。 2 设计墙、柱和基础时的折减系数 1) 第1(1)项应按表4.1.2 规定采用； 2) 第1(2)～7 项应采用与其楼面梁相同的折减系数； 3) 第8 项对单向板楼盖应取0.5； 对双向板楼盖和无梁楼盖应取0.8 4) 第9～12 项应采用与所属房屋类别相同的折减系数。 注: 楼面梁的从属面积应按梁两侧各延伸二分之一梁间距的范围内的实际面积确定。
b. 结构的可靠度 ——在规定的时间内（一般为50年），在规定的条 件下（正常设计、正常施工和正常使用），完 成预定功能的概率，称为结构的可靠度。
2. 极限状态
——整个结构或结构的一部分超过某一特定状态，或不 能满足设计规定的某一功能要求的特定状态。
——结构或构件达到最大承载力或产生不适于 继续承载的变形。如倾覆、疲劳破坏、压 屈等。
砌体结构
建 筑 结 构
钢结构
大跨重型结构、受动 荷载结构、可拆卸结 构、轻型结构、容器 及其它
大中城市基本停用
木结构
组合结构
节约钢材、提高混 凝土利用系数、降 低造价、抗震性能 好、施工方便
广泛应用于各类建 筑结构
灵谷寺无梁殿
世界上最早的单孔敞肩式 石拱桥，净跨为37.02m， 宽约9m （1400年前）
Qc c Qk
c.可变荷载准永久值 ——在设计基准期内经常作用在结构上的可变
荷载。
Qq q Qk
d.可变荷载频遇值
——作用于结构上时而出现，持续时间较短的 较大可变荷载。
Q f f Qk
二、恒荷载 按构件或材料单位体积（或单位面积）自重平均值确 定。见P3 表1-1。 三、楼面及屋面活荷载 1. 民用建筑楼面活载见P4 表1-2。对多、高层，荷载 满布且达到最大值可能性很小，应适当折减，折减 系数见P5 表1-3。 2. 屋面均布活载分“上人”、“不上人”、“屋顶花园” 。 见P6 表1-4。 屋面均布活载不与雪荷载同时考虑，设计时取其中较大值。
b
L
A
2
3
4
A L b
图7-2 纵墙承重体系 2
2
25m 折减系数1.0
25m 折减系数0.9
Ⅳ Ⅲ Ⅱ
Ⅳ Ⅲ Ⅱ
0.4ao
M
Ⅰ
Ⅰ
§1.3 建筑结构的设计方法
一、建筑结构的极限状态
1. 结构的三大功能
① 安全性。结构在使用期间内，在正常施工、正常使用情况下可能出现的
各种荷载、外加变形、约束变形(如温度和收缩变形受到约束时)等的作用。 在偶然事件(如地震、爆炸)发生时和发生后，结构应能保持整体稳定性。
河北定县开元寺塔(又称料敌塔，如图 1.12所示)于公元1055年建成高84.2m ，共11层。
(a) 横向框架布置
(b) 纵向框架布置
(c) 纵横向框架布置
框架－剪力墙结构体系
剪力墙结构
(a) 框架－核心筒结构
(b) 筒中筒结构
§1.2 建筑结构的荷载
一、荷载分类及荷载代表值
1. 荷载定义：施加在结构上的集中力或分布力，称为荷载——直接作用 引起结构外加变形或约束变形的原因——间接作用 2. 荷载分类： a. 永久荷载 ——在结构使用期间，其值不随时间变化，或其变化与 平均值相比可以忽略不计的荷载。也称恒荷载或恒 载。比如结构自重或土压力等。 b. 可变荷载 ——在结构使用期间，其值随时间变化，或其变化与平均 值相比不可以忽略不计的荷载。也称活荷载或活载。 比如楼面活载、屋面活载、雪荷载、风荷载、吊车荷 载等。 c. 偶然荷载 ——在结构使用期间不一定出现，而一旦出现,其量值很 大而持续时间较短的荷载。比如爆炸力、撞击力等。
建筑结构的荷载及设计方法
一、建筑结构的分类
二、建筑结构的荷载
三、建筑结构的设计方法
§1.1 建筑结构的分类
1. 定义：
由各种构件（如柱、梁、板等）连接而成的能承
受“作用”的体系。
作用
直接作用：各种荷载。
间接作用：如温度变化、地基不均匀沉降等。
a) 温度裂缝
2. 分类：
1)按材料不同分类： 混凝土结构 砌体结构
二、共同工作原理
1. 钢筋和砼之间存在粘结力
2. 钢筋和砼线膨胀系数接近
3. 砼保护钢筋
示例 a. 素混凝土梁
F
300
200
F=13.4KN 截面开裂并破坏
ft
b. 钢筋混凝土梁：受拉区配220钢筋
F
300
220
200
Fcr=15 KN 截面开裂; Fu=87KN 截面破坏。
我国结构设计是以概率理论为基础的极限状态设计法。
二、极限状态设计表达式
1. 承载能力极限状态表达式
a. 由可变荷载控制的效应组合
n o S o G SGk Q1 SQ1k Qi ci SQik R R , f k , ak i 2
结构抗力（R)——结构或结构构件承受内力和变形的能力(如构 件的承载能力、刚度等)。
S=N=1/2(q+g)L
q+g
N
h
R L
b
G G Gk
荷载类别 荷载特征
Q Q Qk
荷载分项系数
G , Q
1.2 , 1.35 1.0 0.9 1.4 1.3
永久荷载
永久荷载对结构构件的承载能力不利 可变荷载起控制作用时 永久荷载起控制作用时 对结构构件的承载能力有利时 一般情况 对结构的倾覆、滑移、漂浮验算
o S R R , f k , ak
o
0
一级或设计使用年限为100年及以上的结构构件 安全等级为二级或设计使用年限为50年的结构构件 安全等级为三级或设计使用年限为5年及以下的结构构件
≥1.1 ≥1.0 ≥0.9
荷载效应（S)——由于直接作用或间接作用作用于结构构件上， 在结构内产生的内力和变形(如轴力、弯矩、剪 力、扭矩、挠度、转角和裂缝等)。
h
qk
梁的自重： 线荷载
L
gk
h
b
g k b h( KN / m)
qk
板的自重：面荷载
g k h( KN / m )
2
（2）可变荷载标准值：
b.可变荷载组合值 ——当结构同时承受两种或两种以上可变荷载
时，除主导荷载（产生荷载效应最大的荷载） 取标准值，其他伴随荷载取小于其标准值的 组合值为代表值。
a. 承载能力极限状态
超过下列情况之一，结构就不能满足预定的安全性功能要求： ① 结构或构件达到最大承载力(包括疲劳)。 ② 结构整体或其中一部分作为刚体失去平衡(如倾覆、滑移)。 ③ 结构塑性变形过大而不适于继续使用。 ④ 结构形成几何可变体系(超静定结构中出现足够多的塑性铰)。 ⑤ 结构或构件丧失稳定(如细长受压构件的压曲失稳)。
建筑结构
钢结构
木结构
钢—混凝土结构 2)按结构体系不同分类：
优点
缺点
应用范围 一般民用建筑、多高 层建筑、工业厂房、 大跨结构 五六层以下的民用房 屋、中小厂房的沉重 结构、大型工业厂房 的围护结构
强度高、耐久性好、 自重大、抗裂能力 混凝土结构 抗震性好、并具可 差、费工费模板 塑性 造价低廉、耐火性 好、施工方便、工 艺简单、就地取材 强度高、重量轻、 质地均匀、运输方 便 取材加工方便、材 质轻且强度较大 自重大、强度低、 抗震性能差、砌筑 工作繁重、粘土用 量大 易锈蚀、耐火性能 差 各向异性、易燃、 易裂、易翘曲、易 腐蚀