1.1 建筑力学与结构概述

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模块1 力学结构的概念
§1-1 建筑力学与结构概述
§1-2 结构抗震知识
§1-3 课程教学任务、目标和学习方法
思考：
建筑物在施工和使用过程中受到哪些力的作用？
这些力的作用形式怎样，大小是多少？对建筑 物会产生什么样的效应？ 这些问题都要靠建筑力学和结构来解决。
图1.4 砌体结构施工现场
特别提示： 传统的砌体结构房屋大多采用粘土砖建造，粘土砖的用量 十分巨大，而生产粘土砖要毁坏农田，且污染环境。砌体结构材料 应大力发展新型墙体材料，如：蒸压粉煤灰砖，蒸压灰砂砖，混凝 土砌块，混凝土多孔砖和实心砖等。
绪论
《建筑结构基础与识图》
还记得小学课文《赵州桥》吗？ 河北省赵县的洨河上，有一座世界 闻名的石拱桥，叫安济桥，又叫赵州桥。 它是隋朝的石匠李春设计和参加建造的， 到现在已经有一千三百多年了。 赵州桥非常雄伟。桥长五十多米， 有九米多宽，中间行车马，两旁走人。 这么长的桥，全部用石头砌成，下面没 有桥礅，只有一个拱形的大桥洞，横跨 在三十七米多宽的河面上。大桥洞顶上 的左右两边，还各有两个拱形的小桥洞。 平时，河水从大桥洞流过，发大水的时 候，河水还可以从四个小桥洞流过。这 种设计，在建桥史上是一个创举，既减 轻了流水对桥身的冲击力，使桥不容易 被大水冲毁，又减轻了桥身的重量，节 省了石料。
结构在正常维护条件下，具有足够 的耐久性能，以保证能够正常使用 到预定的设计使用期限。例如，抑 制砼的风化、腐蚀以及钢筋的锈蚀。
绪论
耐久性
《建筑结构基础与识图》
结构的可靠性
安全性、适用性、 耐久性的统称
在规定的时间内（设计使用年限），在规定的条件下（正常 设计、正常施工、正常使用和维修），结构完成预定功能 （安全性、适用性、耐久性）的能力
教ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ目标
• 通过本模块的学习，掌握建筑结构的组成， 会对建筑结构进行分类，理解建筑结构的功 能要求，了解极限状态的概念，掌握两种极 限状态，了解建筑结构抗震的基本术语。
学习重点
建筑结构的组成、功能要求，极限状态， 抗震设防。
引例
《建筑结构基础与识图》
§1-1
建筑力学与结构概述
一、建筑结构的组成：板、梁、柱、墙、基础
图1.11 北京故宫太和殿梁架结构示意图
绪论
《建筑结构基础与识图》
现代木结构建造
绪论
《建筑结构基础与识图》
芬兰木结构住宅
绪论
《建筑结构基础与识图》
• 2．按受力分 • 建筑结构按受力和构造特点的不同可分 为：混合结构、框架结构、框架—剪力 墙结构、剪力墙结构、筒体结构、大跨 结构等。其中大跨结构多采用网架结构、 薄壳结构、膜结构、以及悬索结构。 • 1）混合结构:是指由砌体结构构件和其 他材料构件组成的结构。如垂直承重构 件用砖墙、砖柱，而水平承重构件用钢 筋混凝土梁板（图1.12），这种结构就 为混合结构，也叫承重墙结构。该种结 构形式具有就地取材，施工方便，造价
土墙体（剪力墙）（图1.15）。
• 如果把剪力墙布置成筒体，又可称为 框架—筒体结构体系。筒体的承载能
力，侧向刚度和抗扭能力都较单片剪
力墙大大提高。在结构上，这是提高 材料利用率的一种途径，在建筑布置 上，则往往利用筒体作电梯间、楼梯 间和竖向管道的通道，也是十分合理 的。
图1.15 框架—剪力墙结构
绪论
《建筑结构基础与识图》
绪论
《建筑结构基础与识图》
特别提示：设计基准期和设计使用年限
为确定可变荷载代 表值及与时间有关 的材料性能等取值 而选用的时间参数。 （我国取用的设计 基准期为50年） 必须说明：当结构 的使用年限达到或 超过设计基准期后， 并不意味结构立即 报废，而只意味结 构的可靠度将逐步 降低。 是设计规定的一个期限，是指按规定指 标设计的建筑结构或构件，在正常施工、 正常使用和维护下，不需进行大修即可达 到其预定功能要求的使用年限。
《建筑力学与识图》
任课教师：刘春花 任课班级：13高技施工1、2班
2014年2月
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力学结构的概念 建筑结构施工图 建筑力学基本知识
结构构件上的荷载及支座反力
构件内力计算及荷载效应组合 钢筋混凝土梁、板 钢筋混凝土柱 钢筋混凝土框架结构构造 钢筋混凝土楼盖、楼梯及雨篷 砌体结构墙、柱 多层与高层房屋结构简介 地基与基础 钢结构
绪论
《建筑结构基础与识图》
• 5）筒体结构，筒体在侧向风荷载的作用下，它的受力特点就类似于一个固定在基
础上的筒形的悬臂构件。迎风面将受拉，而背风面将受压。筒体可以为剪力墙，可
以采用密柱框架，也可以根据实际需要采用数量不同的筒。筒体结构多用于高层或 超高层公共建筑中（图1.16）。
筒体结构用于30层以上的超高层房屋结构，经济高度以不超过80层为限。 特别提示: 1、从造价的角度来讲：砌体结构最为经济，混凝土结构次之，钢结构最贵。 2、从抗震的角度来讲：砌体结构最差，混凝土结构次之，钢结构最好。 3、实际工程中，建造房屋的用途、层数及当地经济发展状况等决定了应采用何 种结构型式。
层建筑，但由于剪力墙位置的约束， 使得建筑内部空间的划分比较狭小， 不利于形成开敞性的空间，因此较适 宜用于宾馆与住宅。剪力墙结构常用 于25～30层房屋。
图1.14 剪力墙结构
绪论
《建筑结构基础与识图》
• 4）框架—剪力墙结构，又称框剪结 构，它是在框架纵、横方向的适当位 置，在柱与柱之间设置几道钢筋混凝
图1.8 大渡河铁索桥-泸定桥
绪论
《建筑结构基础与识图》
上海东方明珠塔（图1.9），高468米，建成时居亚州第一，世界第三。上海金贸大 厦（图1.10）地上88层，高420.5米， 97年竣工，居当时世界第三高楼。
图1.9上海东方明珠塔 图1.10 上海金贸大厦
绪论
《建筑结构基础与识图》
2001年9月11日，世贸中心由于飞机撞击后钢 结构防火层破裂，在大火中倒塌。
绪论
《建筑结构基础与识图》
1.1.2
建筑结构的功能
安全性
结 构 的 功 能 要 求
结构应能承受在正常施工和正常 使用的情况下能承受出现的各种 作用，以及在偶然事件发生时及 发生后，结构仍能保持必需的整 体稳定性，不致发生倒塌。
适用性
结构在正常使用期间应具有良好的 工作性能。例如，不发生过大的变 形、振幅、过宽的裂缝等，以免影 响正常使用。
图1.13 钢筋混凝土框架结构（实例二）
绪论
《建筑结构基础与识图》
• 3）剪力墙结构:是由纵向、横向的钢 筋混凝土墙所组成的结构，即结构采 用剪力墙的结构体系（图1.14）。墙
体除抵抗水平荷载和竖向荷载外，还
为整个房屋提供很大的抗剪强度和刚 度，对房屋起围护和分割作用。这种
结构的侧向刚度大，适宜做较高的高
绪论
《建筑结构基础与识图》
埃及金字塔 比萨斜塔（大 理石）
绪论
《建筑结构基础与识图》
3）钢结构 用钢材制作的结构叫钢结构。
钢结构具有强度高、重量轻、材质均匀、
制作简单、运输方便等优点；但也存在 易锈蚀、耐火性差、维修费用高等缺点。
钢结构在基本建设中主要用于大跨度屋
盖（如体育厂馆）、高层建筑、重型工 业厂房、承受动力荷载的结构及塔桅结 构中。2008年北京奥运会国家体育馆鸟巢（图1.7）即为钢结构建筑。
• （4）结构或构件丧失稳定性；
• （5）地基丧失承载能力而破坏；
绪论
《建筑结构基础与识图》
（2）正常使用极限状态
适用性
耐久性
• （1）影响正常使用及外观的变形； • （2）影响正常使用或耐久性的局部损坏； •
• （3）影响正常使用的振动；
• （4）影响结构正常使用的其它特定状态。
绪论
《建筑结构基础与识图》
结构的可靠度
结构完成预定功能的能 力不能事先确定，只能用 概率来描述。
是指结构在设计使用年限内，在正常设计、施工、使用和维 护的条件下完成预定功能的概率。
绪论
《建筑结构基础与识图》
结构的极限状态
不能满足功能要求
能够满足功能要求
失效
特定状态
可靠 极限状态 承 载 能 力 极 限 状 态 正 常 使 用 极 限 状 态
• 建筑中，由若干构件（如板、梁、柱、墙、基础等）连接 而构成的能承受荷载和其他间接作用（如温差伸缩、地基 不均匀沉降等）的体系，叫做建筑结构。建筑结构在建筑 中起骨架作用，是建筑的重要组成部分。
绪论
《建筑结构基础与识图》
二、建筑结构的分类
建筑结构的分类主要可按材料和受力方式来划分： ①按材料划分为：钢筋混凝土结构、砌体结构、钢结构、 木结构等。 ②按结构受力特点分为：混合结构、框架结构、排架结构、 剪力墙结构、筒体结构等。 混合结构的传力路线：楼（屋）面荷载 砖石墙体 （柱） 基础 板梁
可靠 度
• 结构或结构 构件达到正 常使用或耐 久性的某项 规定限值时 的状态
绪论
• 结构或结构 构件达到最 大承载能力 或不适于继 续承载的变 形时的状态
《建筑结构基础与识图》
绪论
《建筑结构基础与识图》
（1）.承载能力极限状态
安全性
• （1）整个结构或一部分作为刚体失去平衡；
• （2）结构构件或连接因材料强度不足而破坏（包括疲劳破坏）， 或因过度的塑性变形而不适于继续承载； • （3）结构变为机动体系；
绪论
《建筑结构基础与识图》
4）木结构
以木材为主制作的结构叫木结构。木结构 是以梁、柱组成的构架承重，墙体则主要 起填充、防护作用。木结构的优点是能就 地取材，制作简单、造价较低、便于施工； 缺点是木材本身疵病较多、易燃、易腐、 结构易变形。因此不易用于火灾危险性较
大或经常受潮又不易通风的生产性建筑中。
绪论
《建筑结构基础与识图》
• 2）砌体结构 • 砌体结构是指各种块材（包括砖、石材、 砌块等）通过砂浆砌筑而成的结构（图 1.4）。 • 砌体结构根据所用块材的不同，又可分为 砖结构、石结构和其它材料的砌块结构。 • 砌体结构的主要优点是能就地取材、造价 低廉、耐火性强、工艺简单、施工方便， 所以在建筑中应用广泛。 • 其缺点是自重大、强度较低、抗震性能差、 施工速度缓慢、不能适应建筑工业化的要 求，有待进一步改进和完善。
图1.12 混合结构（实例一）
便宜等特点。
绪论
《建筑结构基础与识图》
2）框架结构:是由纵梁、横梁和柱 组成的结构，这种结构是梁和柱 刚性连接而成骨架的结构（图
1.13）。
• 框架结构的优点是强度高、自重 轻、整体性和抗震性能好。框架
结构多采用钢筋混凝土建造，一
般适用于10层以下、以及10层左 右的房屋结构。框架结构建筑平 面布置灵活，可满足生产工艺和 使用要求，且比混合结构强度高， 延性好，整体性好，抗震性能好。
图1.7 2008年北京奥运会国家体育馆-鸟巢
绪论
《建筑结构基础与识图》
国家体育场。 可容纳8万 人。平面为 椭圆形,长 轴340m短 轴292m。 屋盖有一个 146m×76m 的开合屋盖。 总用钢量达 16万t 。
绪论
《建筑结构基础与识图》
1935年中国工农红军长征途中强渡的大渡河铁索桥-泸定桥（图1.8），是清康熙44年 （公元1705年）建造的，该桥由条石砌成的东西桥台和13根横亘的铁索组成，桥长 101.67米，宽2.9米，13根铁索由12164个熟铁锻造扣环连结而成，重约21吨。
绪论
《建筑结构基础与识图》
• 1、按材料分 • 根据所用材料的不同，建筑结构可分为 混凝土结构、砌体结构、钢结构和木结 构。 • 1）混凝土结构 • 混凝土结构可分为钢筋混凝土结构、预 应力混凝土结构、素混凝土结构。其中 应用最广泛的是钢筋混凝土结构（图 1.3），它具有强度高、耐久性好、抗震 性能好、可塑性强等优点；也有自重大、 抗裂能力差、现浇时耗费模板多、工期 长等缺点。 • 混凝土结构在工业与民用建筑中应用极 为普遍，如多层与高层住宅、写字楼、 教学楼、医院、商场及公共设施等。 图1.3 钢筋混凝土结构施工现场
这座桥不但坚固，而且美观。 桥面两侧有石栏，栏板上雕刻 着精美的图案：有的刻着两条 相互缠绕的龙，前爪相互抵着， 各自回首遥望；还有的刻着双 龙戏珠。所有的龙似乎都在游 动，真像活了一样。 赵州桥表现了劳动人民的 智慧和才干，是我国宝贵的历 史遗产。
绪论
《建筑结构基础与识图》
• 我国古代就用砌体结构建造城墙、佛塔、宫殿和拱桥。如闻名中外的 “万里长城”、“西安大雁塔”等均为砌体结构建造；隋代李春所造的 河北赵县安济桥迄今1400多年，桥净跨37.37米,为世界上最早的单孔空 腹式石拱桥。