深圳中原建筑中心 建筑结构简析

1849年法国人朗波(mbot)制造了第一只钢筋混凝土小船。
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混凝土结构的发展 在结构方面：目前，钢筋混凝土结构向大跨度、高层发展 在材料方面：向高强、轻质、耐久、抗震的方向发展。 第一阶段： 从钢筋混凝土的发明至上世纪初钢筋和混凝土的强度都 比较低。主要用于建造中小型楼板、梁、柱、拱和基础等 构件。 第二阶段：
◎钢筋混凝土结构的受力性能不是弹性的； ◎结构中一点达到容许应力，结构即认为失效； ◎没有考虑结构功能的多样性要求； ◎安全系数是凭经验确定的，缺乏科学依据。
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◆ 破损阶段设计法
Mu M K
整个截面达到极限承载力才认为失效，考虑了材料塑性 和强度的充分发挥，极限荷载可以直接由试验验证，构件 的总安全度较为明确。 ◎但安全系数K仍然凭经验确定， ◎没有考虑结构功能的多样性要求的问题。
3）框架——剪力墙结构 4）筒体结构
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1）框架结构
a) 采用梁、柱组成的结构体系作为建筑承重结构。
b) 框架结构的主要构件是梁和柱，而墙体只是作为围护构件。
c) 可以做成预制或现浇框架，平面布臵比较灵活， 可以获 得较大的使用空间，
d) 比混合结构强度高整体性强，但随层数增多抗侧 e) 刚度不足。
（2）在钢筋的端部应有锚固长度或弯钩（常称为构造要求）。
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P
P
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素混凝土梁承载力小， 破坏突然 配筋的作用： （1）提高结构的承载力； （2）调整结构的破坏形态。
钢筋混凝土梁承载力 大，变形性能好，破 坏有预告
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7 混凝土结构的优缺点： 优点 ⑴ 材料利用合理： 钢筋和混凝土的材料强度可以得到充分发挥，结构承载 力与刚度比例合适，基本无局部稳定问题，单位应力价格低， 对于一般工程结构，经济指标优于钢结构。 ⑵ 可模性好： 混凝土可根据需要浇筑成各种性质和尺寸，适用于各种 形状复杂的结构，如空间薄壳、箱形结构等。 ⑶ 耐久性和耐火性较好，维护费用低： 钢筋有混凝土的保护层，不易产生锈蚀，而混凝土的强度 随时间而增长；混凝土是不良热导体，30mm厚混凝土保护 层可耐火2小时，使钢筋不致因升温过快而丧失强度。
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4.砌体结构在我国的的发展与应用情况： （1）发展： 历史悠久：考古资料表明，我国在新石器时代末期（约6000 －4500年前），已有地面木架建筑和木骨泥墙建筑。 分为三个阶段： 第一阶段： 在清朝末年，19世纪中叶以前
主要以城墙、佛塔和少数砖砌重型穹拱佛殿以及石桥等。
代表有万里长城、南京灵谷寺无梁殿后面走廊的砖砌穹窿、 河北赵县的赵州桥等。
2. 破坏阶段设计法
虑结构材料破坏阶段的工作状态进行结构构件设计的 方法。
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3. 极限状态设计法 按结构或构件达到某种预定功能要求的极限状态为原 则的工程结构设计方法。 4. 概率设计法：
以近似概率为基础的极限状态设计法。
未来：全概率设计法、生命全过程设计法。
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◆ 容许应力设计法
f [ ] k
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缺点： ⑴ 自重大：不适用于大跨、高层结构。 环境较差(露天、沿海、化学侵蚀)时会影响耐久性；也限制 了普通RC用于大跨结构，高强钢筋无法应用。 ⑶ 承载力有限：在重载结构和高层建筑底部结构，构件尺寸太 大，减小使用空间。
⑵ 抗裂性差：普通RC结构，在正常使用阶段往往带裂缝工作，
⑷ 施工复杂，工序多（支模、绑钢筋、浇筑、养护），工期长， 施工受季节、天气的影响较大。 ⑸ 混凝土结构一旦破坏，其修复、加固、补强比较难。
（3）轻钢结构；
（4）塔桅等高耸结构；
（5）钢－混凝土组合结构。
我国是最早应用钢结构的国家，但是历史的原因致使现代 建筑钢结构的应用及发展与发达国家相比，还有较大的差距。
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3 钢结构的建造过程： 工厂制造：验收、放样、加工、装配、矫正、除锈和涂漆。 工地安装：扩大拼装、吊装就位、临时固定、最后固定。 4 钢结构的初始缺陷： 几何缺陷：初弯曲 初倾斜 杆件长度误差。 材料缺陷：钢材并非理想的匀质体和各向同性体。 5 钢结构的发展： a) 发展低合金高强度钢材和型钢品种
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◎ 材料强度 fck 和 fsk 是根据统计后按一定保证率取其下限 分位值，反映的材料强度的变异性。 ◎ 荷载值 qik 也尽可能根据各种荷载的统计资料，按一定 保证率取其上限分位值。 ◎ 荷载系数 kqi ，材料强度系数 kc 和 ks 仍按经验确定，但 对于不同荷载的变异大小，可取不同的荷载系数。
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钢结构
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砌体结构
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木结构
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混合结构
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钢－混凝土组合结构
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钢管混凝土结构
美国西雅图 双联广场大厦 58层 四根大钢管混凝土柱 混凝土抗压强度 133Mpa 直径3.05m 管壁厚30mm 承受60%竖向荷载
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按其承重结构的类型分为： 1）框架结构
2）剪力墙结构
b) c) d)
结构和构件设计计算方法的深入研究 结构形式的革新 结构优化设计
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万里长城
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赵州桥
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北京饭店
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悉尼大剧院
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鸟巢
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PART2
建筑结构设计方法及 规范
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一.结构设计方法
1.容许应力设计法 以结构构件的计算应力σ不大于有关规范所给定的材 料容许应力【σ】的原则来进行设计的方法。
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框架结构
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2）剪力墙结构 a) 利用建筑物的纵向及横向的钢筋混凝土墙体作为 主要承 重构件，再配以梁板组成的承重结构体系。 b) 其墙体同时也起围护及分割房间的作用。 c) 整体性好，刚度大，抗震性能好，适于建造高层建筑 （10－50层范围内都适用）。 d) 不过剪力墙间距太小，平面布臵不灵活，自重大，不适 应建造公共建筑，一般适用于建造住宅。
c) 素混泥土结构 没有配臵受力的钢筋的混凝土结构。
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2）钢结构 以钢材(钢板、型钢）为主制作的结构 3）砌体结构 由块材通过砂浆砌筑而成的结构 4) 木结构 指全部或大部分用木材制作的结构 5）混合结构 由两种及两种以上材料作为主要承重结构的房屋. 此外还有钢-混泥土结构、钢管混泥土结构等。
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3.配筋的基本原则 ： 使钢筋在结构中处于受拉；使混凝土在结构中处于受压。 4.关于钢筋混凝土梁与素混凝土梁的比较试验： 素混凝土梁 — 承载力低，一开裂即告破坏，破坏前无 预兆（为脆性）；
钢筋混凝土梁—承载力高，混凝土开裂后，其承担的拉 应力转移到钢筋。
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5.钢筋与混凝土共同工作的条件： 钢筋（材）和混凝土两种材料的物理力学性能很不相同， 他们可以结合在一起共同工作，是因为：
高强、空心、薄壁大板和配筋砌体等。
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三.钢结构
1.钢结构的特点 ： 优点： （1）强度高、强重比大；塑性、韧性好；
（2）材质均匀，符合力学假定，安全可靠度高；
（3）工厂化生产，工业化程度高，施工速度快； 缺点： 钢结构耐热不耐火；易锈蚀，耐腐性差。
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2. 钢结构的应用 ： （1）重型结构及大跨度建筑结构； （2）多层、高层及超高层建筑结构；
⑴ 钢筋和混凝土之间存在有良好的粘结力，在荷载作用下， 可以保证两种材料协调变形，共同受力；
⑵ 钢筋与混凝土具有基本相同的温度线膨胀系数（钢材为 1.2×10-5，混凝土为(1.0~1.5)×10-5），因此当温度变化 时，两种材料不会产生过大的变形差而导致两者间的粘结 力破坏。
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6.配筋的基本要求 ： （1）钢筋的布臵（即在结构中的位臵）和数量由计算确定；
从上世纪20年代到第二次世界大战前后混凝土和钢筋强度 的不断提高。
1928年法国杰出的土木工程师E.Freyssnet发明了预应力 混凝土，使得混凝土结构可以用来建造大跨度。
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第三阶段：
二战以后到现在随着建设速度加快，对材料性能和施工技 术提出更高要求，出现装配式钢筋混凝土结构、泵送商品混 凝土等工业化生产技术。 高强混凝土和高强钢筋的发展、计算机的采用和先进施工 机械设备的发明，建造了一大批超高层建筑、大跨度桥梁、 特长跨海隧道、高耸结构等大型工程，成为现代土木工程的 标志。
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⑷ 现浇混凝土结构的整体性好： 通过合适的配筋，可获得较好的延性，适用于抗震、抗爆
结构；同时防振性和防辐射性能较好，适用于防护结构。
⑸ 刚度大、阻尼大： 有利于结构的变形控制。 ⑹ 易于就地取材： 混凝土所用的大量砂、石，易于就地取材，近年来，已有 利用工业废料来制造人工骨料，或作为水泥的外加成分，改 善混凝土的性能。
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◆极限状态设计法
除要求对承载力极限状态进行设计外，还包括的挠度和 裂缝宽度（适用性）的极限状态的设计。 对于承载力极限状态，针对荷载、材料的不同变异性， 不再采用单一的安全系数，而采用的多系数表达，
f ck f sk M ( kqiqik ) M u ( ， ，As，b，h0， ) kc k s
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8 混凝土结构的发展与应用概况 混凝土结构的开始应用于土木工程距今仅150多年。 1824年英国人阿斯普丁(J.Aspdin)发明硅酸盐水泥。 1872年在纽约建造第一所钢筋混凝土房屋。 与砖石结构、钢木结构相比，混凝土结构的历史并不长， 但发展非常迅速，是目前土木工程结构中应用最为广泛结构， 而且高性能混凝土和新型混凝土结构形式还在不断发展。
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剪力墙结构
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3）框架—剪力墙结构 a) 框架结构的基础上，沿框架纵、横方向的某些位臵， 在柱与柱之间设臵数道钢筋混凝土墙体作为剪力墙。 b) 因此它是框架和剪力墙的有机结合，综合了二者的 优点：一个布臵灵活，一个抗侧力高。