02结构设计与构造

一建实务第一章第二节 结构设计与构造 王伟

结构设计与构造

• 可靠性要求
  • 安全性
    • 例如：厂房结构平时受自重、吊车、风和积雪等荷载作用时，均应坚固不坏。在遇到强烈地震、爆炸等偶然事件时，容许有局部的损伤而不发生倒塌
    • 结构的功能要求（结构的可靠性要求）
      • 安全性
        • 坚固不坏，不发生倒塌，破坏
      • 适用性
        • 对变形、裂缝进行控制
      • 耐久性
        • 混凝土老化、腐蚀或钢筋的锈蚀
    • 极限状态
      • 承载能力极限状态
        • 安全性
      • 正常状态状态
        • 适用性
    • 杆件的受力形式
      • 拉压弯剪扭
      • 梁承受弯曲与剪力，柱子收到压力与弯矩
    • 材料强度
    • 杆件的稳定
  • 适用性
    • 例如：吊车梁变形过大会使吊车无法正常运行，水池出现裂缝便不能蓄水等，都影响正常使用，需要对变形、裂缝等进行必要的控制
    • 悬臂梁最大位移影响因素
      • 与荷载成正比
      • 与弹性模量E成反比
      • 与截面惯性I成反比
      • 与跨度l的4次方成正比
    • 裂缝控制（三个等级）
      • 构件不出现拉应力
      • 构件虽有拉应力，但不超过混凝土的抗拉强度
      • 允许出现裂缝，但裂缝宽度不超过允许值
  • 耐久性
    • 例如：不致因混凝土的老化、腐蚀或钢筋的锈蚀等，影响结构的使用寿命。
    • 结构设计使用年限
      • 临时性结构
        • 5年
      • 易于替换的结构构件
        • 25年
      • 一般建筑
        • 50年
      • 标志性建筑和特别重要的建筑结构
        • 100
    • 混凝土环境类别（五类）
      • 一般环境
        • 大气
      • 冻融环境
        • 反复冻融
      • 海洋氯化物环境
        • 氯盐
      • 除冰盐等其他氯化物环境
        • 氯盐
      • 化学腐蚀环境
        • 硫酸盐
    • 耐久性要求
      • 混凝土最低强度等级、最大水胶比、最小保护层厚度
        • 
      • 大截面混凝土墩柱在加大钢筋混凝土保护层厚度的前提下，100 年强度等级 ≥C25 和50 年的≥C20
      • 预应力混凝土不应低于C40
      • 直接接触土体浇筑的构件，混凝土保护层不小于70mm
        • 有垫层时不应小于40mm
      • 预制构件的保护层厚度可比表中规定减少 5mm
• 结构设计
  • 常用建筑结构体系和应用
    • 
    • 混合
      • 一般6层以下；横向刚度大，整体性好，平面使用灵活性差
    • 框架
      • 风荷载、地震作用可简化成节点上的水平集中力
      • 优点：平面布置灵活，可成较大的建筑空间
      • 缺点：侧向刚度小，层数较多时位移大
    • 剪力墙
      • 剪力墙抵抗水平力
      • 优点：侧向刚度大，水平荷载作用下侧移小
      • 缺点：平面布置不灵活，不话适用于大空间的公共建筑，自重大
    • 框架-剪力墙
      • 平面布置灵活，空间较大，侧向刚度较大
      • 剪力墙主要承受水平荷载，框架承受竖向荷载
    • 筒体
      • 抵抗水平荷载最有效
      • 内筒一般由电梯间、楼梯间组成
      • 多筒结构具有更大抵抗水平荷载的能力
    • 桁架
      • 节点一般假定为铰节点，杆件只有轴向力
      • 优点：利用截面较小杆件组成截面较大构件
    • 网架
      • 高次超静定的空间结构
      • 杆件主要承受轴向力
      • 杆件采用钢管，节点釆用球节点
    • 拱式
      • 主要内力是轴向压力
    • 悬索
      • 主要承重构件是受拉的钢索、承受拉力
    • 薄壁空间
      • 主要承受曲面内的轴向压力
  • 结构设计的作用
    • 荷载分类
      • 按时间
        • 永久荷载（恒载）
          • （例如：自重、土压力等）
        • 可变作用（活荷载）
          • （例如：安装荷载、雪荷载、风荷载、吊车荷载等）
        • 偶然作用（特殊荷载）
          • （例如：撞击力、爆炸力、地震、火灾等）
      • 按结构反应
        • 静态作用/静力作用
          • 自重
        • 动态作用/动力作用
          • 高空坠物
      • 按荷载作用面大小
        • 均布面荷载Q
          • 地卖弄面砖
        • 线荷载（梁上）
          • 封闭阳台或增加隔墙
        • 集中荷载
          • 冰箱、洗衣机
      • 按荷载作用方向
        • 垂直荷载
          • 自重、雪荷载
        • 水平荷载
          • 风荷载、水平地震作用
    • 荷载对结构的影响
      • 永久
        • 引起徐变
      • 可变
        • 不利组合
      • 偶然
        • 地震力
          • 地震力师地面运动加速度引起的建筑质量的惯性力
          • 地震力的大小与建筑质量的大小成正比
        • 风荷载
          • 平面为圆形的建筑其风压较方形或矩形建筑减小近40%
      • 装修
        • 不能自行改变
        • 变动需经设计单位有效文件许可
        • 不允许再建筑内楼面上堆放大量建筑材料
        • 变形缝
          • 干净
        • 沉降缝
          • 关于沉降缝现在常采用后浇带的处理方式来解决沉降差异的问题
          • 装修宜设缝
        • 防震缝
          • 两楼相反方向震动不相撞
          • 房屋高度在 15m 以下时，其宽度也不应小于 5cm
• 结构构造
  • 结构构造设计要求
    • 混凝土结构的受力特点及构造
      • 混凝土结构
        • 优点
          • 强度较高、可模性好、适用性广、耐久耐火性好、维护费用低、整体性好、延性好、易于就地取材
        • 缺点
          • 自重大、抗裂性较差、施工复杂，工期较长
      • 钢筋混凝土材料
        • 钢筋
          • 品种
            • 普通低碳钢
            • 普通低合金钢
          • 力学性质
            • 
        • 混凝土
          • 粘结强度
            • 钢筋与混凝土的相互作用
            • 影响因素
              • 混凝土的强度
              • 保护层的厚度
              • 钢筋之间的净距离
      • 钢筋混凝土构造
        • 梁的斜截面破坏及影响因素
          • 剪跨比和高跨比
          • 混凝土的强度等级
          • 腹筋的数量，箍筋和弯起钢筋统称为腹筋
        • 连续梁、板的受力特点
          • 跨中有正弯矩，支座有负弯矩
        • 梁、板的构造要求
          • 
    • 砌体结构
      • 构造要求
        • 
      • 优缺点
        • 
    • 钢结构
      • 性能
        • 
      • 连接类型
        • 
      • 受力特点
        • 
      • 防火与防锈
        • 钢结构防火性能较差。当温度达到 550℃时，钢材的屈服强度降至正常 0.7。结构即达到它的强度设计值而可能发生破坏
        • 外露的钢结构可能会受到大气，特别是受污染大气的严重腐蚀，最普通的是生锈
  • 结构抗震的构造要求
    • 地震与抗震基本概念
      • 
      • 三个水准
      • 四个类别
      • 地震成因
    • 多层砌体房屋抗震构造措施
      • 构造柱
      • 圈梁与构造柱连接
      • 加强墙体的连接
      • 加强楼梯间的整体性等
    • 框架结构抗震构造措施
      • 
      • 破坏部位：梁柱节点、填充墙处
      • 柱、顶、角、短
      • 强柱、强节点、强锚固
      • 限制最小配筋率和直径