1、建筑构造,材料与结构,结构材料 围护材料 装饰材料 设备材料,基本性能（宜居功能） 支撑性能（次生要求） 衍生性能（衍生要求）,建筑承载系统,第一讲,建筑结构承载系统,承载什么？ 作用的分类和含义？ 承载系统的分类和承载构件工作机理？ 对于建筑承载系统有什么要求？ 适应承载要求的几种常用建筑结构体系？ 水平承载系统和竖向承载系统的构造？,建筑结构荷载及其分类,作 用Action,使结构产生效应（内力、变形、裂缝）的各种原因。,直接施加于结构上的集中力或分布力,直接作用,荷 载,引起结构外加变形或约束变形的原因,间接作用, 作用,地基变形、混凝土收缩、焊接变形、温度变化、地震等作用,2.2.1
2、按随时间的变异分类,永久荷载,可变荷载,偶然荷载,永久荷载（permanent load） 定义在结构使用期间，其值不随时间变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计，或其变化是单调的并能趋于限值的荷载。 类型结构自重 = 恒载土压力， 预应力基础变位影响力混凝土收缩及徐变影响力水的浮力,统计参数与时间无关,可变荷载（variable load） 定义在结构使用期间，其值随时间变化，且其变化与平均值相比不可以忽略不计的荷载。 特点 统计规律与时间参数有关 随机过程模型 类型 楼面、屋面活荷载、积灰荷载 风荷载、雪荷载 吊车荷载,图例：风压特征,图例：地震与建筑物扭转,偶然荷载（accidental
3、 load） 定义在结构使用期间不一定出现，一旦出现，其值很大且持续时间很短的荷载 特点 设计基准期内可能不出现 一旦出现量值很大，持续时间很短 类型 爆炸力 撞击力,罕遇地震是间接作用,= 偶然作用, 偶然荷载,钢结构公寓的整体歪倒,地面以下是 钢筋混凝土结构， 地面以上是 四层钢结构公寓， 一层、二层倒塌， 三层、四层倾倒， 主要原因， H型钢柱 由于侧向支撑破坏 出平面失稳,此建筑物未倒塌 但残留大水平变形 原因：斜撑抗水平力能力不够、梁柱结合处连接不牢固。,车间墙体倒塌,胜利桥,被震弯的铁路,26米高水塔倒塌,震后的大桥,幸存的客房,2007年6月15日上午5时许,广东325国道九江大
4、桥被一艘运输船撞击桥墩,造成200多米桥面坍塌,九江大桥坍塌事故,坍塌的桥梁,2007年8月1日，美国明尼苏达州密西西比河上一座桥梁傍晚交通高峰时段垮塌，约50辆汽车坠入河中，4人死亡，20人失踪。,存在结构隐患和功能老化问题,按空间位置的变异分类,固定荷载,自由荷载,空间位置固定不变,数量值是随机变量,一定空间上任意分布,位置和量值都具有随机性,固定设备荷载,屋顶水箱重力,楼面上的自由荷载称为活荷载，活载,按结构的反应特点分类,静态荷载,动态荷载,使结构产生的加速度可忽略不计,使结构产生的加速度不可忽略不计,动态荷载需用结构动力学进行分析 可按静态荷载处理的动态荷载（乘系数） 吊车制动荷载
5、预制构件的吊装搬运 风荷载,2.承载系统的分类和工作机理,结构水平分系统 楼板结构层、屋顶结构层、地坪结构层、楼梯结构构件。 受弯为主 结构竖向分系统 结构墙体、柱、基础 受压为主,3.建筑承载系统的基本要求,足够的承载能力 结构的构件材料的强度和构件的形状和尺寸良好的抵抗变形的能力 水平分系统：足够的刚度。高跨比。 竖向分系统:可靠的稳定性。长细比。足够的抗震能力 小震不坏、中震可修、大震不倒,高跨比,高跨比:梁高h与跨径l的比值h/l称为高跨比h-梁截面高度l-梁的计算跨度,长细比,长细比:指杆件的计算长度与杆件截面的回转半径之比.,4.常用建筑结构体系,墙承载结构体系 砖混结构、剪力墙结
6、构 柱承载结构体系 框架结构、筒体结构,常见结构类型 组成和构件的功能作用 基本构造要求,4.常用建筑结构体系,墙承式结构体系,柱承式结构体系,框架剪力墙,4.1 墙承式结构体系,4.1.1 常见结构类型 砖混结构 空心承重砌块结构 剪力墙结构,4.1.2结构组成和构件的功能作用,水平构件：钢筋混凝土制作的楼板结构层、屋顶结构层、楼梯结构构件。阳台和雨棚。 承受竖向荷载，传递水平荷载、约束结构墙体。竖向构件：粘土砖或空心砌块或钢筋混凝土制作的结构墙体。 承受和传递竖向荷载、承受和传递风荷载和地震作用，加强结构的整体水平刚度。,4.1.3 基本构造要求,空间布局要求 结构整体刚度要求 房屋总高度
7、要求 设置圈梁和构造柱,1.空间布局要求,平面布置：结构墙体尽量连续和对称；结构平面尽量均匀对称 剖面布置：结构墙体上下楼层之间对齐；不能对齐时将大空间房屋放顶层。 洞口设置：上下对齐、尺寸不过大，有利于保证窗间墙的结构功能。表1-1和建筑抗震设计规范,承重墙体的布置,横墙承重方案,纵墙承重方案,1)平面布置：,山墙,沿建筑物短轴方向布置的墙叫横墙，建筑物两端的横向外墙一般称为山墙。古代建筑一般都有山墙，它的作用主要是与邻居的住宅隔开和防火。,承重墙体的布置,纵、横墙承重方案,内框架承重方案,钢筋混凝土墙承重系统,短肢剪力墙的体系较之长肢的剪力墙体系更能够增加建筑空间在使用过程中变动的可能性,
8、2）剖面布置,3)洞口设置：,洞口设置,高宽比大于4的小墙段，可认为它不存在,2. 整体刚度要求,1）抗震横墙最大间距 2）楼屋盖的长宽比 3）房屋最大高宽比,1）抗震墙最大间距，参考表1-2,多排柱内框架,底部框架-抗震墙,叠合楼板:预制和现浇混凝土相结合的一种较好结构形式。预制预应力薄板（厚58厘米）与上部现浇混凝土层结合成为一个整体，共同工作。,2）楼屋盖的长宽比,框支层,如果结构同一位置转换层以上为剪力墙，转换层以下为框架，那么转换层以下的楼层为框支层。,板柱-抗震墙（剪力墙）,楼层处不设梁，完全用钢筋混凝土板作为承重构件，在地震时，传递水平地震力 在我国，纯板柱体系是不被允许的，必须
9、设置剪力墙，这就是板柱剪力墙体系 无梁楼盖,3）房屋最大高宽比,表1-4有关概念解释,（1） 框架剪力墙结构,兰州工贸大厦 地上21层，地下2层，高93米，标准层高3.5米,（2)框架核心筒体系,由若干个框架和筒体共同承重的结构体系,类型：框架和实腹筒体、框架和空腹筒体,在高层或超高层建筑中，往往在垂直交通枢纽部位（楼梯间、电梯井等）布置为刚性的剪力墙核芯筒，以增大建筑物抗水平侧力的刚度。,框筒结构：框架 剪力墙核芯筒,广州中信大厦 37层，322米高，97年建成,上海金贸大厦框架核心筒结构，88层，420.5米。钢筋混凝土核心筒呈八角形，周边8根钢骨混凝土柱.,（3）筒中筒结构,（4）束筒结
10、构,两个或两个以上的框筒排列在一起成“束”状，称为成束筒。 使用条件：当建筑高度或其平面尺寸进一步加大，以至于框筒或筒中筒结构无法满足抗侧力刚度要求时，必须采用多筒体系,美国西尔斯大厦 110层，443米，束筒钢结构，1974年建成。 允许位移900mm，实测460mm。,3.房屋总高度要求,1）多层砌体房屋的总高度要求 2）现浇钢筋混凝土房屋的总高度要求 3）规则结构要求,1）多层砌体房屋的总高度要求,以教材上的表1-5为准,砌块,2）现浇钢筋混凝土房屋的最大高度,注: 1、房屋高度指室外地面到主要屋面板板顶的高度（不考虑局部突出屋顶部分）； 2、框架核心筒指周边稀柱框架与核心筒组成的结构
11、3、部分框支剪力墙结构指首层或底部两层为框架和落地剪力墙组成的框支剪力墙结构； 4、甲类建筑应按本地区的设防烈度提高一度确定房屋最大高度，9度设防烈度时应专门研究；乙、丙类建筑应按本地区的设防烈度确定房屋最大高度； 5、超过表内高度的房屋结构，应按有关标准进行设计，采取有效的加强措施。,避免抗侧力结构 承载力突变,3）规则结构要求,a.抗侧力结构平面布置 规则、对称 b.立面和竖向剖面规则 c.竖向抗侧力构建截面尺寸和材料强度自下而上逐渐减少,规则结构：平面和剖面,规则结构的要求,房屋平面：,规则结构的要求,房屋剖面：,刚度：就是指构件在外力作用下抵抗变形的能力。在外力的作用下，构件形状和尺寸
12、发生的变化就是变形。在工程上一般抵抗水平荷载（风荷载和水平地震力）作用的构件叫做抗侧力构件，那么该构件的刚度就叫做侧向刚度。,层间位移角1/550,4.设置圈梁和构造柱,作用 构造要求 设置要求,4.1 圈梁,作用 设置位置和要求 构造要求砼强度截面的宽和高配筋 基础圈梁 附加圈梁,4.1 圈梁,4.1.1作用1）提高建筑物的空间刚度及整体性；2）增强墙体的稳定性；3）减少由于地基不均匀沉降而引起的墙身开裂。,4.1.2 设置位置,装配式楼板、屋盖：横墙承重和纵墙承重 现浇或装配整体式混凝土楼板、屋盖,装配式楼板、屋盖（横墙承重）,装配式楼板、屋盖（纵墙承重）：每层均设，间距比表1-7适当加密
13、,现浇或装配整体式混凝土楼板、屋盖,与墙体有可靠连接可不设置，但应加强配筋，且与构造柱钢筋可靠连接。,4.1.3构造要求,1）砼强度：C20 2）截面高度和宽度： 高度：多层普通砖、多孔砖房屋，不小于120，一般应与预制板取相同厚度。多层小砌块房屋，不小于190 宽度：墙厚小于等于240时，宽度与墙厚相同；墙厚大于240时，宽度一般为墙厚的2/3。,3）配筋,砖房,多层小砌块房屋：不少于412，箍筋间距不大于200,不小于120,4.1.4基础圈梁,截面最小高度：180mm 最小配筋：412,4.1.5 附加圈梁,芯柱指的是在建筑空心混凝土砌块建筑时，将空心混凝土砌块墙体中，砌块的空心部分插入
14、钢筋后，再灌入流态混凝土，使之成为钢筋混凝土柱的结构及施工形式。为提高多层建筑砌体结构的抗震性能,规范要求应在房屋的砌体内适宜部位设置钢筋混凝土柱并与圈梁连接,共同加强建筑物的稳定性。这种钢筋混凝土柱通常就被称为构造柱。,芯柱与构造柱的区别：,4.2构造柱和芯柱,4.2构造柱和芯柱,作用：构造柱：与圈梁配合提高墙体的整体性，增强建筑物的整体刚度；增强墙体的稳定性。芯柱：在周期反复水平荷载作用下，这种柱具有良好的延性和耗能能力，能够有效地改善钢筋混凝土柱在高轴压比情况下的抗震性能。 尺寸:多层粘土砖房屋(构造柱），240*180；混凝土砌块房屋（芯柱），120*120。构造柱房屋四角截面可适当加
15、大。,4.2构造柱和芯柱,配筋： 1）多层粘土砖房屋 纵筋：412，7度and6层、8度and6层、9度时14；与圈梁连接处穿过圈梁，上下贯通； 箍筋：间距200且直径6； 拉结筋：沿墙每500设26，每边深入墙内1m； 2）小砌块房屋的芯柱 竖向插筋：112，7度and6层、8度and6层、9度时114；贯通墙 身且与每层圈梁连接 拉结网片：沿墙每6004电焊钢筋网片，每边深入墙内1m。,构造柱 （a）外墙转角构造柱 （b）内外墙连接处构造柱,详细配筋图,4.2构造柱和芯柱,构造柱增设原则 表1-9、表1-10,墙垛 墙垛是指在平面中凸出墙面的柱状构造。,4.2构造柱和芯柱,与基础的连接：
16、有基础圈梁：可不单独设基础，深入室外地面以下500，或锚入浅于500，大于300的基础圈梁内； 无基础圈梁：在根部增设混凝土座，厚度120，竖向钢筋锚固在该坐内。,4.2 芯柱,做法：在砌块内部空腔中插入竖向钢筋并浇灌混凝土后形成的砌体内部的钢筋混凝土小柱。 作用：在周期反复水平荷载作用下，这种柱具有良好的延性和耗能能力，能够有效地改善钢筋混凝土柱在高轴压比情况下的抗震性能。 尺寸：芯柱边长不宜小于柱边长或直径的1/3，且不宜小于250。,4.2. 柱承载结构体系,常见结构类型 组成和构件的功能作用 基本构造要求,种类：框架结构、排架结构、刚架结构等 优点：比墙承载结构更容易形成连续通畅的建筑
17、空间 缺点：比墙承载结构的空间刚度小，抵御地震水平荷载作用的能力也相对较低,框架剪力墙结构 框架筒体结构,4.2.1 常见结构类型,2.1.1框架结构,2.1.1.1结构布置的一般原则,结构尽可能简单、规则、均匀、对称； 结构的受力要明确； 非承重隔墙宜采用轻质材料； 构件类型、尺寸的规格要尽量减少。 满足人防、消防要求，使水、暖、电各专业的布置能有效地进行；,2.1.1.2承重方案,横向框架承重,纵向框架承重,纵、横向框架承重,2.1.2排架结构,排架结构建筑施工工艺示意,排架受力特点,2.1.3 刚架结构,2.1.3.1 刚架的特点,由梁和柱组成的具有刚结点的结构,1 刚架的变形特征,受力
18、时，刚结点处各杆杆端不能发生相对转动 即结点对各杆端的转动有约束作用,2 刚架的受力特征,刚结点可以承受和传递弯矩 刚架中各杆内力一般有弯矩、剪力和轴力, 刚结点可以承受和传递弯矩，因此刚架中的弯矩分布较为均匀，节省材料 刚结点增大了结构刚度，刚架内部空间较大，便于利用,2.1.3.2 刚架的优点与应用,2.2 组成和构件的功能作用,结构组成和构件功能作用： 水平：钢筋混凝土制作的楼板结构层、屋顶结构层、楼梯结构构件。承受竖向荷载，传递水平荷载。 竖向：粘土砖或空心砌块或钢筋混凝土制作的结构墙体。承受和传递竖向荷载、承受和传递风荷载和地震作用，加强结构的整体水平刚度。,2.3 柱承式结构体系的
19、构造要求,空间布局要求 结构整体刚度要求 房屋总高度要求,2.3 .1 空间布局要求,结构平面布置：柱网规则、均匀、对称，同一方向尽量对齐；结构剖面布置：柱和剪力墙各楼层间上下连续贯通对齐，深入地下形成牢固的基础，无柱无墙的大空间布置在顶层。,平面布置,竖向布置,妥善地处理温度、地基不均匀沉降以及地震等因素对建筑的影响；施工简便；经济合理。,2.3.3房屋总高度：表1-5,1-6 2.3.4结构整体刚度：抗震横墙最大间距，抗震横墙之间的楼、屋盖长宽比。表1-3、1-2 底层框架砌体房屋：纵横两项布置； 底层与第二层侧向刚度比：6、7度2.5且1，8度2.0且1。 底层两层框架-抗震墙房屋：纵横两方向设置； 底层和第二层刚度接近； 第三层与第二层的刚度比值：6、7度2.0且1，8度,1.5且1。,
