1、第一篇 建筑结构概论 第一章 概论,提问导入：何谓建筑结构？建筑结构由构件组成的能承受作用的房屋骨架。 （犹如人的骨架。） 一建筑结构发展简介 1悠久的历史 建筑结构在我国有悠久的历史，用的最早的建筑结构是木结构和砖石结构。举例： 2发展简介从材料、结构、计算理论、试验技术等以简介。,材料方面建筑材料的发展方向是高强、轻质、耐久、抗震。 高强可减小bh,自重，对于发展高层建筑，高耸结构、大跨度结构十分有利。我国目前常用C20C80级砼，上海的“东方明珠”下部用了C60, 上海明天广场用了C80。已制成C100级砼，美国已制成C200级砼。21世纪常用砼可达C130级以上,特制砼可达C400级。
2、 轻质利用天然轻骨料、工业废料轻骨料、人造轻骨料制成轻骨料砼其自重可减轻1030%，其强度等级为C7.570,重度为1218KN/m。利用工业废料在环保上其意义十分重大。,结构方面钢筋混凝土结构或预应力混凝土结构正朝设计标准化、制造工厂化和施工机械化方向发展。后张无粘结预应力技术在我国是近十年发展起来的。我国采用无粘结预应力混凝土建造了一大批大跨度、大开间、大柱网现代建筑。在工业与民用建筑中应用的前景十分诱人。 设计理论方面建筑结构设计理论先后采用过容许应力法、破损阶段计算法、极限状态设计法。目前采用以极限状态设计法为基础的、以可靠度指度量构件可靠性的极限状态设计法。,二.建筑结构分类(一)按
3、用材料分类 1.钢筋混凝土结构 钢筋混凝土结构是有钢筋与混凝土两种不同材料组成，其应用十分广泛。 优点可举出许多，这里介绍几点： 可模性好。 可就地取材。 耐火性好。 抗震性能好。,钢筋混凝土结构有缺点，但通过想一些办法可加以改进。如： 自重大采用轻质混凝土，可减轻混凝土自重1030%； 抗裂能力差采用预应力混凝土； 现浇时耗费摸板多，工期长等可采用预制钢筋混凝土构件。 2. 砌体结构砌体结构是有块材(砖、石、砌块)通过砂浆砌筑而成的结构。砌体结构的块材(砖、石、)及砂等具有就地取材、成本低等优点，其耐久性耐火性也好。砌体结构的缺点是自重大、强度低、施工速度慢、抗震性能差，且烧砖占用大量土地（
4、目前着一问题十分突出，现一般用页岩代替可耕土及推广用空心砖）。,3.钢结构钢结构是用钢材通过焊接、铆接、螺栓连接等方式制作而成的结构。具有强度高、自重轻等优点，但也有耐火性差、易腐蚀等缺点。钢结构主要用于大跨度、重载、高耸结构。 4.木结构木结构现已不太采用。,(二)按用承重结构类型分类 1.混合结构 2.框架结构 3.框架剪力墙结构 4.剪力墙结构 5.筒体结构 6.大跨度结构,导入：结构设计的要求：技术先进、经济合理、安全可靠、确保质量。 第二章 建筑结构设计基本原则 2.1结构上的荷载 一、结构上的作用 (1)定义及分类 作用可分为直接作用和间接作用。其中直接作用即习惯上所说的荷载，它是
5、指施加在结构上的集中力或分布力系。,分类（按时间）： 永久作用（荷载）： 可变作用（荷载）： 偶然作用（荷载）： (2)荷载的代表值： 荷载的标准值:对于永久荷载而言，只有一个代表值，就是它的标准值。 荷载的准永久值： 组合值 可变荷载频遇值,2.2 极限状态设计法 2.2.1极限状态 （1）结构的功能建筑结构在规定的设计使用年限内应满足安全性、适用性和耐久性三项功能要求。1)安全性 安全性指结构在正常施工和正常使用的条件下，能承受可能出现的各种作用；在设计规定的偶然事件（如强烈地震、爆炸、车辆撞击等）发生时和发生后，仍能保持必需的整体稳定性，即结构仅产生局部的损坏而不致发生连续倒塌。,2)适
6、用性适用性指结构在正常使用时具有良好的工作性能。例如，不会出现影响正常使用的过大变形或振动；不会产生使使用者感到不安的裂缝宽度等。 3)耐久性耐久性指结构在正常维护条件下具有足够的耐久性能，即在正常维护条件下结构能够正常使用到规定的设计使用年限。例如，结构材料不致出现影响功能的损坏，钢筋混凝土构件的钢筋不致因保护层过薄或裂缝过宽而锈蚀等。,（2）可靠性、可靠度可靠性：结构的安全性、适用性和耐久性是结构可靠的标志，总称为结构的可靠性。结构可靠性的定义是，结构在规定时间内，在规定条件下，完成预定功能的能力。可靠度：即结构在规定时间内，在规定条件下，完成预定功能的概率。在这里，规定时间指设计使用年限
7、；规定条件指正常设计、正常施工、正常使用和正常维护，不包括错误设计、错误施工和违反原来规定的使用情况；预定功能指结构的安全性、适用性和耐久性。结构的可靠度是结构可靠性的概率度量，即对结构可靠性的定量描述。,（3）结构的极限状态极限状态整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足继续工作的状态。它实质上是结构可靠（有效）或不可靠（失效）的界线。 结构极限状态分为以下两类： 1）承载能力极限状态这种极限状态对应于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。承载能力极限状态主要考虑关于结构安全性的功能。特征：,结构构件或连接因材料强度不够而破坏 整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（
8、如倾覆等） 结构转变为机动体系 结构或结构构件丧失稳定（如柱子被压曲等）,2）正常使用极限状态结构或构件尚未失去承载能力，但已达到不能正常使用时的极限状态（某项规定限值）。特征： 影响正常使用或外观的变形； 影响正常使用或耐久性能的局部损坏； 影响正常使用的振动； 影响正常使用的其他特定状态。 这两种极限状态一旦出现其后果是不同的。故承载能力极限状态的出现概率应当很低因为它可能导致人身伤亡和财产损失；而正常使用极限状态生命的危害较小故出现概率可高些。具体地说就是在计算时：前者用设计值；后者用标准值。,（4）结构抗力R 1)结构抗力R的概念结构抗力R结构构件的截面形式尺寸及材料等级确定以后，各截
9、面将具有一定的抵抗作用的能力，结构这种抵抗作用效用的能力，称为结构抗力。 影响因素：材料性能 构件的几何参数及计算的精确性。 2)材料强度标准值 砼： 钢筋： 3)材料强度设计值,总结： 1.可靠性安全性、适用性、耐久性； 2.结构两类极限状态的出现概率应是不同的； 3.荷载的代表值； 4.材料强度标准值 ？ 材料强度设计值； 5.砼强度标准值、钢筋强度标准值的保证率各是多少？,2.2.2 极限状态实用表达式 概率极限状态设计法 标题破译导入： 概率能否=100%即绝对安全？ （1）功能函数与极限状态方程 Z=R-S 当Z0结构处于可靠（有效）状态; 当Z=0结构处于极限状态,此时Z=R-S=
10、0,为极限状态方程； 当Z0结构处于不可靠（失效）状态。 （2）结构可靠度与失效概率,1）结构构件的可靠指标 2）目标可靠指标及安全等级 一级 二级 三级 （3）极限状态实用表达式 1）由可变荷载效应控制的组合 (2.2.3),式中 0结构构件的重要性系数，对安全等级为一级或设计使用年限为100年及以上的结构构件，不应小于1.1；对安全等级为二级或设计使用年限为50年的结构构件，不应小于1.0；对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，不应小于0.9；在抗震设计中，不考虑结构构件的重要性系数。,G永久荷载分项系数，按表采用； SGk 按永久荷载标准值计算的荷载效应值； Qi第i个可
11、变荷载的分项系数，按表采用； sQ1k按可变荷载标准值计算的荷载效应值，其中为诸可变荷载效应中最大值； ci可变荷载的组合值系数，民用建筑楼面均布活荷载、屋面均布活荷载的组合值系数按表 ，表 采用；,n参与组合的可变荷载数。 表 荷载分项系数的取值 2）由永久荷载效应控制的组合注意： 应用（2.2.3）、式（2.2.4）时：当考虑以竖向的永久荷载效应控制的组合时，参与组合的可变荷载仅限于竖向荷载。 应用式（2.2.4）时取1.35。 补充例题,例：矩形截面简支梁，截面尺寸bh=200450mm,计算跨度l=5.2m。承受均布线荷载：活荷载标准值8KN/m，恒荷载标准值9.5KN/m (未含自重
12、)。求跨中最大弯矩设计值。 解】（1）总荷载设计值p:q=8KN/mg=9.5+0.20.4525=11.75KN/mq=1.2 g+1.4q=25.3KN/m,弯矩设计值 M=1/8ql=85.51KN-m （4）、正常使用极限状态设计表达式 1）标准组合 短期效应组合（无） 2）准永久组合 长期效应组合,（5）、课堂练习 题目1：矩形截面简支梁，截面尺寸bh=200450mm,计算跨度l=5.2m。承受均布线荷载：活荷载标准值8KN/m，恒荷载标准值9.5KN/m (未含自重)，=0.5求跨中最大弯矩设计值。 （6）总结： 承载能力极限状态设计表达式，正常使用极限状态设计表达式的差别所在？
13、 、（7）P.17思考题1-21 P18 习题 1。,第四章 结构材料的力学性能及指标 导入： 为什么要让钢筋和混凝土结合在一起？,一、钢筋的品种、等级和形式我国用于建筑结构的钢材有热扎钢筋、冷拉钢筋、热处理钢筋和冷拔钢丝四种。其中前两种有明显的流幅，后两种则没有。,（1）热扎钢筋,（2）冷拉钢筋。 （3）热处理钢筋 （4）冷拔钢丝 注：GB50010-2002已不再将冷拉钢筋 、冷拔低碳钢丝列入 二钢筋的力学性能,1强度 软钢有明显屈服点的钢筋有明显屈服点钢筋的-曲线,3.钢筋的弹性模量E 钢筋弹性模量（10N/mm）,4.钢筋的冷加工 冷拉,（1）时效：自然时效常温下1520天。人工时效1
14、00C下保持2小时； 250C 下保持半小时。 （2）冷拉钢筋只能冷拔可同时提高钢筋混的抗拉强度。 （3） （4）需焊接时应先焊接后冷拉。,冷拔冷拔可同时提高钢筋混的抗拉和抗压强度。 42混凝土的力学性能 （一）混凝土的强度 （1）混凝土的立方体抗压强度fcu(2)混凝土的轴心（棱柱体）抗压强度fc(3)混凝土的轴心抗拉强度ft,立方体试快破坏形态图,棱柱体体试快破坏形态图,二混凝土的变形 (一）混凝土在一次短期荷载作用下的变形 1混凝土在单向受压时的-曲线 当应力30%f时，-曲线成线性关系； 当应力30%f时，-曲线的曲率,曲线急剧弯曲而顶点，此 时出现明显的纵向裂缝，试件开始破坏。而后卸
15、栽出现下降段， 。,三个特征值：混凝土应力= f，此时的应变并不是 ，而是 ( =0.002)，当截面破坏时达到 。 受拉时的-曲线与受压时的-曲线相似，但-曲线的曲率变化小，受拉时的 仅有受压时的 （1/151/20）。,混凝土在单向受压时的-曲线,2混凝土的弹性模量 混凝土原点的弹性模量： 定义：Ec=tg规范取值规定（方法）； 公式： E=E表见规范或（教材） 混凝土的变形模量E=tg,混凝土弹性模量Ec的测定方法,两者关系 E= tg= E式中：= (二）混凝土在多次（重复）短期荷载作用下的变形只求有所了解。 （三）徐变混凝土在荷载（即使荷载不变）的长期作用下，应变随时间增长的现象，称为徐变。,原因： 与时间的关系： 减小的措施： （四）混凝土的收缩、膨胀和温度变形收缩和膨胀是混凝土在结硬过程中体积的变形,与荷载无关。 1、收缩空气中结硬，体积。产生收缩裂缝有害，应有措施。 2、膨胀水中结硬，体积，其值小有时甚至且有利，故常不予以考虑。 3、温度变形只求有所了解。 提问导入：钢筋与混凝土为什么能很好地结合在一起？,1粘结力的组成： （1）胶结力 （2）摩阻力 （3）机械咬合力粘结应力（强度）的测定： 粘结应力（强度）可由钢筋拔出试验求得：,
