1建筑结构选型

绪 论
对于土木工程，无论承受怎样的荷载作用，建筑的骨架体系都要
确保建筑物足够安全，任凭风吹雨打，岿然屹立在大地上。
§1.4 建筑结构与选型课程的研究领域
1、研究内容
主要研究荷载作用下建筑结构维持平衡的必要且充分条件，包括
荷载、内力分析，安全条件，以及承载能力的计算方法，选择合理有
效的建筑结构体系形式，部件与整体及协同作用研究，材料和方法设 计（优化设计）。
§1.8 教学参考书
[1]《建筑力学》（第三分册）湖南大学编，高等教育出版社，1995 [2]《建筑师结构学》慎铁刚编，天津大学出版社，1999年 [3]《中大跨建筑结构体系及选型》虞季森编，中国建筑工业出版社， 1990年 [4]《建筑结构选型》张建荣编，中国建筑工业出版社，2005年 [5]《建筑结构型式概论》郝亚尼编，清华大学出版社，2000年 [6]《现代建筑的结构构思与设计技巧》布正伟著，天津科技出版社 [7]《建筑结构概念体系与估算 》罗福午主编，清华大学出版社 1991
南京农业大学风景园林专业多媒体教学课件 The Paper Of landscape Architecture Design Course ,Nanjing Agriculture University
建筑结构与选型（一）
绪 论
第一章
本章内容主要包括：
绪
论
1、来自自然界的力学启示
2、仿生与建筑的骨架
x
点的自由度为2 （X、Y），
线的自由度为3 （X、Y、〆）。
y A' B' D Dy B
x
A 0
Dx
作为抽象的点其运动表现为移动，而线段（杆件）的运动可表现为移 动和转动。为了描述其运动我们引入自由度的概念
一、关于结构? 物质单体或物质群各个组成部分的搭配和排列关系，称为结构。如 文章结构,语言结构,原子结构等。《棋经》所谓“阔不可太疏，密不可太 促”，即使结构。
二、什么是建筑的结构？
房屋建筑在建造和使用过程中承担重力或外力的骨架及其构造，称 建筑的结构，又称骨架。广义上指房屋和土木工程建构筑物及其相关组成 部分的实体。狭义上指各种工程实体的承重骨架。
受植物生长现象的启示，人们建造房屋通过土和木，土地上打 好基础，地面以上用木构建造各种类型的房屋。
思 考：
为什么越高大的树,其树冠越趋小，且多呈上小下大 的三角形外轮廓？这样的形式从力学角度有什么意 义？
想一 想
绪 论
§1.2 仿生与建筑的骨架
绪 论
悬挑结构
刚架结构
绪 论
绪 论
§1.3 何谓建筑的结构？
第三章 建筑结构基础性知识
§3.1 变形及变形固体
在外力作用下，会产生变形的固体，称为变形固体。变形固体在
外力作用下产生两种性质的变形： 弹性变形：当外力消除时，变形随着消失的变形；
塑性变形：当外力消除后，不能消失的变形。
当塑性变形很小，可以忽略不计，认为只有弹性变形的变形固体
称为完全弹性体。
立面，因此我绝不搞四角方方的盒子，而是创造一座雕塑，包括着所有功能
的雕塑。歌剧院闪闪发光的壳体，根据不同的视角方向而改变着性格，其表 情将从垂直方向朝水平方向变化，我从具有几何学定义的形体中截取屋面的
形状，最后终于从球面找得了它的外形。”
悉尼歌剧院是伍重根据他奇异的想象而产生的建筑组合，白帆般的壳体 和悉尼港的风景融会在一起，就宛如船和帆的组合那么自然。空间使人们在 有意义的自由中集合在一起，完成了该基地所负的使命。
思考问题，掌握方法和要点；多观察，勤思考，善总结，教学相长、师
生互动搞好课程的学习。
要 点
绪 论
关于课程成绩
二、成绩评定 1、课程成绩的分配：平时作业与课堂表现：10％左右 课程设计：20％左右 期末考试：70 ％左右
2、考试题主要形式
名词解释，填空选择、判断分析(简图→零杆、内力的大小、弯矩、 剪力或文字)、简答论述、综合计算 3、考试形式：闭卷、笔试；时间：120分钟
3、为什么要学建筑力学与结构? 4、本课程教学安排和课程计划 5、学习方法和课程成绩评定
绪 论
§1.1 来自自然界的力学启示
一、先看看大树是怎样挺立在土
地上并枝繁叶茂的生长的？
靠的是坚强有力 的枝干和纵横发 达的地下根系
绪 论
二、观察自然界中的生物结构，如大树依靠扎根地下而伸展的根支撑起粗壮
的树干和庞大的树冠；空心的竹子借助箍节以加强刚度；哺乳动物依靠骨骼 支撑身躯；贝壳及蛋类以薄壳保护生命等；发现它们的强度刚度不仅与材料
一、杆(Bar )
几何特征是细而长，即L>>h，L>>b。杆又可分为直杆和曲杆。 杆是单一结构的基本形式，如梁（水平杆），柱（竖杆），支撑 （斜杆）等。 建筑力学研究的杆有下列假定： 1）均匀连续、各向同性、弹性变形的刚体，且限于小变形范围； 2）杆件组成杆系结构
二、板和壳(Plate and Shell)
2）建筑材料及其物理力学性能与应用知识。
3）建筑结构分支学科（混凝土结构、钢结构、砖混结构等）方面的知识 4）建造工法方面的知识。
绪 论
§1.5 本课程的定位
一、定位
建筑结构与选型课程的核心是建筑力学及结构体系安全设计，遵
循从“基本理论”到“工程应用”的教学管道。掌握力学与结构，材 料与运用，选型与评价等知识，可为专业的进一步深造打下良好的基 础。 二、本课程讲课内容大致包括三大块： 1、建筑力学与结构基础知识（重点：结构力学） 2、建筑结构选型概念设计基本理论 3、建筑技术经济及其评价五个标准
§3.4 建筑结构安全性问题
建筑结构的安全性包括平衡、强度、刚度、稳定性和变形控制等问题。 涉及到的概念：
平衡(Equilibrium )：是建筑结构相对于地球保持平衡或静止状态
强度(Strength )：是建筑结构抵抗破坏的能力 刚度(Stiffness )：是建筑结构抵抗变形的能力
稳定性(Stability )：是建筑结构保持原有平衡形态的能力
绪 论
第二章 建筑结构技术发展历程
洞 穴 时 期 没 有 结 构 木 材 为 主 要 建 筑 材 料 石 材 进 入 建 材 领 域 砖 瓦 人 工 材 料 的 使 用 生 铁 作 为 辅 助 性 材 料 钢 材 成 为 建 筑 材 料 钢 筋 混 凝 土 出 现 计 算 力 学 的 发 展 空 间 结 构 技 术 进 步 施 工 技 术 水 平 的 提 高
但美中不足的是，由于过多关注外形而忽略结构和功能的考虑，使
它在1959年动工后，碰到工程和技术上的重重难题，历时近15年才于
1973年最终建成，经费也从最初的700万澳元预算飙升到1.02亿澳元。有 人评论它表里不一，结构不合理，功能被掩盖在无关的结构之下，违背 了现代建筑的原则。 悉尼歌剧院主体结构由伦敦著名的阿鲁普结构事务所承担。结构名 宿丹麦后裔阿鲁普为此探索了多样解决方案，如采用抛物线形薄壳，或 用加固薄壳以至中隔1.2米的双层薄壳等，并进行各种模型试验，结果虚 耗三年光阴，一无所成，这才不得不放弃薄壳观念。 1963年决定代之以预制预应力Y形、T形水泥肋骨拼接的壳体，使得 由挺立的肋骨拼成的壳体与因之而带来的厚重边沿，犹如古代哥特式穹 券，决定采用壳体做法的过程耗时六年。 谈到悉尼歌剧院，阿鲁普说“我不是接下了一桩生意，而是被拉入 了一场旷日持久的战争。”
为工程建设提供全方位安全可靠、经济合理、美观实用的解决方
案，是本课程的出发点和归宿。
2、本课程主要知识体系： 1）学科基础是建筑力学。包括理论力学、材料力学、结构力学和弹性力
学，基础性内容主要有：
（1）荷载与力系的收集，计算简图和力系平衡条件的确定
（2）材料强度问题。即结构材料抵抗破坏的能力。 （3）结构刚度问题。研究构件和结构抵抗变形的能力。 （4）体系稳定性问题。避免体系和构件受力状态下失稳。包括屈服、 细长杆受压失稳破坏。
特别提示
绪 论
§1.6 本课程相关支撑体系
建筑力学
砌体结构
建筑材料
建筑结构与 选型课程
钢筋混凝 土结构
土力学与 地基基础 空间结构
钢结构
绪 论
§1.7 学习方法与成绩评定
一、学习方法 由于课程覆盖内容广，涉及知识多。根据教学大纲，贯彻“少而 精”原则，突出基础知识掌握和创造性能力培养；要求同学们结合实际
特性有关，更主要与它们的结构形态有密切的关系。
深入的研究，发现它们竟无一例外地采用的是自然界最经济有效的结构 形式。这给了我们启发，工程结构就是受到天然结构的启发而创制研究出来
的。
在大地上建造房屋，同样必须遵循地球上的力学规律。稳固安全是第 一要务。如同象形文字“土木”一样。造屋过程之所以称为大兴土木， 正是因为土木相合、房屋生焉，与植物的生长有极其相似之处。
建筑结构与选型课程就是通过结构几何组成规
则和物理力学性能的讨论，逐步深入，探讨合理的
结构体系、合适的构件形式、可靠的截面设计、材 料选用、组成方法和安全性评价。
§3.5 建筑结构问题的分析方法
包括理论分析、实验分析和数值分析三个方面。 计算模型 理论分析 计算结构 实验分析
实际结构 实验模型
研究建筑结构问题的力学基础是三大力学（理论力学、材料力学和结构力学），复 杂的动力学问题以及空间结构则需要弹（塑）性力学、板壳理论和计算机模拟等方面知 识。 本课程根据实际需要，以结构力学为讲述重点，要求同学们注重对基本概念的理解， 注重对力学现象的基本研究；重视模型分析与试验分析的意义，理论联系实际，提高分 析问题和解决问题的能力。
它的几何特征是宽而薄，即a>>t，b>>t。
平面形状的称为板，曲面形状称为壳。 除特殊情况（均匀连续）外，板和壳精确的力学分析 计算需要通过弹性力学和弹塑性力学问题来求解。
平面结构
yຫໍສະໝຸດ Baidux
空间结构
y
x z
-8-
三、块体(Box)
它的几何特征是三个方向的尺寸都是同一数量级的。
四、薄壁杆（Thin bar） 几何特征是长、宽、厚三个尺寸都相差很悬殊，即L>>b>>t。
三、结构体系及其构成
建筑承担荷载作用的骨架及其组合的全部，称为建筑的结构体系。
包括从基础到屋顶，从局部到整体，从垂直到水平，从地面以上到地面
以下等的全部。 建筑的骨架体系，主要包括墙柱、基础、楼屋盖、框架剪力墙、筒
体、屋架和支撑等。
组成结构的基本部件称为构件(Structural elements )。如梁、板、 柱、墙、杆、索、薄壳、基础、楼梯等等。 建筑结构设计包括体系选择、部件设计和构造措施。正是因为钢筋 铁骨的支撑，才有了建筑立体的发展，空间的跨越。所以，建筑结构是 建筑空间的守护神。
总结：在工程结构技术发展进程中，材料科学、设计理论和施工技术的突
破起到了关键作用；每当出现新的优良的建筑材料时，结构技术就会有跨
跃式的发展。
秦砖汉瓦的出现，是当时社会发展和建设的需要
典型案例
1957年1月，J.伍重在悉尼歌剧院国际竞赛中获奖，他的方案被誉为“揭
开了现代建筑的新篇章”。而伯乐是担任评委的著名建筑师埃路.沙里宁。从 234个方案中脱颖而出的。 对于方案的构思，伍重说的非常明确：“在悉尼歌剧院中，屋顶是头等 重要的。该建筑建造在完全暴露的位置上，基地所在半岛伸入美丽的海湾， 且位于城市的中央，人们可以从各个角度看到它。所以在设计这座视觉交点 建筑物时，不能不格外注意其屋顶。屋顶是与建筑四个立面同等重要的第五
课程重点
第四章 平面杆系结构几何组成
前面我们初步了解了宏观的结构骨架概念、对建筑的结 构进行了初步的定性描述。下面我们更深入的讨论结构的合 理组成，受力特点及优化形式，以便经济合理、安全高效的
进行工程结构安全设计。
§4.1 自由度的概念
我们先看看平面内的点和线的运动情况：
y A' A 0 Dx Dy
4、刚体(Rigid body)：在外力作用下，大小和形状始终保持不变的
物体。
例如: 桥梁在车辆、人群等荷载作用下的最大竖直变形一般不超过桥梁 跨度的1/700～1/900。物体的微小变形对于研究物体的平衡问题影响 很小，因而可以将物体视为不变形的理想物体——刚体。
§3.3 杆（薄壁杆）、板、壳、体的概念
§3.2 变形固体的基本假设
1、均匀连续(continuous)：假设变形固体在其整个体积内用同种介 质，毫无空隙的充满了物体。 2、各向同性(Isotropy)：假设变形固体各个方向的力学性能均相同。 3、小变形（small change）
实际工程构件在荷载作用下，其变形与构件的原尺寸相比通常
很小，可以忽略不计，这类变形称为小变形。