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建筑结构(3)
建筑结构(3)思维导图：包含结构=骨架，板，梁，墙，柱，基础，钢筋混凝土特点，较好的粘结力，变形基本相同混凝土对钢筋有良好的保护作用等等
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- 建筑结构
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- 大纲
建筑结构
钢筋混凝土
结构=骨架
板，梁，墙，柱，基础
承重结构
混凝土结构
钢筋混凝土特点
较好的粘结力， 和钢筋的线膨胀系数接近 变形基本相同 混凝土对钢筋有良好的保护作用
特点，抗压
素混凝土
钢筋混凝土
预应力混凝土
钢骨混凝土
纤维混凝土
砌体结构
砖砌体结构
石砌体结构
砌块砌体结构
钢结构
木结构
建筑结构
砖混结构
框架结构
剪力墙结构
框架剪力墙结构
筒体结构
排架结构
网架结构
悬索结构
壳体结构
外形特点分类
单层结构
多层结构
大跨度结构
高耸结构
施工
现浇结构
装配整体式
预应力混凝土结构
钢筋混凝土
优点=整体性好 耐久性好 耐火性好 可模性好 易于就地取材
缺点=自重大 抗裂性差 施工环节多，工期长
砌体结构
优点=取材方便，造价低廉 耐火性和耐久性良好 保温，隔热，隔声，节能效果好 施工简单
缺点=强度低，自重大 整体性差 砌筑工作量大
钢筋的连接
绑扎搭接连接
中心距应大于1.3倍搭接长度Ll
同一连接区段， 接头面积百分率 对梁类，板类及墙类构件 不宜大于25%
柱类构件，不宜大于50%
对梁类构件不应大于50%
机械连接
焊接连接
铆钉连接
钢筋
种类（化学元素）
碳素钢
含碳量越高， 强度越高， 塑型下降
低碳钢（含碳量＜0 .25%）
中碳钢（含碳量0.25%～0.6%）
高碳钢（含碳量＞0.6%）
普通低合金钢
加，硅，锰，钒，钛，铌
强度好
延性好
应力（应变曲线）
弹性阶段
屈服阶段
强化阶段
缩颈阶段
力学性能
钢筋的强度
屈服强度（设计依据）
极限抗拉强度
取残余应变为0.2%的强度设计指标为条件屈服强度
塑性
伸长率
拉断前有明显征兆为延性破坏
拉断前变形小，破坏突然为脆性破坏
用δgt表示
冷弯性能
D越小，a越大，塑性，性能好
检验钢筋韧性
内部质量
加I可适性
D小角度大，弯曲性能好
弯心直径D
弯曲角度α
屈服强度检验指标
有明显
屈服强度
极限抗拉强度
伸长率
冷弯性能
检验指标
无明显
极限抗拉强度
伸长率
冷弯性能
混凝土对钢筋的性能要求
较高的强度
适宜的屈强比
较好的塑性
较好的焊接能力
与混凝土有较好的粘结力
混凝土 十四个等级
C15，C20 C25，C30 C35，C40 C45，C50 C55，C60 C65，C70 C75，C80
强度指标（用fcu，k） 单位=N/mm²（MPa）
立方体抗压强度 （试块=150×150×150）
边长=100mm换算系数=0.95 边长=200mm换算系数=1.05
指标值
95%的保证率
环箍效应
尺寸小影响大 抗压强度高
轴心抗压强度，承载力计算指标
fc（设计值）
fc，K=0.88αc₁αc₂fcuK
αc₁—≤C50混凝土取αc₁=0.76 C80取αc₁=0.82
αc₂—C40取αc₂=1.0 C80取0.87
0.88—修正系数
轴心抗拉强度
ft，K
复合应力作用
双向受压或者三向受压，强度，延性提高
常用的=密排侧向箍筋 螺旋箍筋柱 钢管混凝土
抗剪强度随压应力的增大而增大 出现裂缝，则随其增大减小
变形
泊松比
横向线应变εch
纵向线应变εcv
小于0.5fc取常数 ＞0.5fc取0.2
模量
弹性模量
Ec＝10⁵/2.2+（34.74/fcuk）
变形模量
E’c＝vEc
v—弹性模量特征系数
剪变模量
疲劳破坏
混凝土在荷载重复作用下引起的破坏
混凝土疲劳强度f¹c 低于轴心抗压强度fc
荷载的重复作用的次数，应力变化幅度及混凝土强度等级有关。
徐变
荷载
混凝土在不变荷载的长期作用下， 其应变随时间而继续增长的现象 称为混凝土的徐变
影响因素
应力条件
内在因素
环境因素
收缩
内在因素
环境因素
减小收缩
减小水泥用量和水灰比
选择级配好的骨料
提高密实度
加强早期养护
粘结力
分类
摩擦力
胶结力
机械咬合力
影响黏结力的因素
钢筋表面形状
混凝土的强度等级
保护层厚度及钢筋净距
保护层厚度作用
横向钢筋
设计原则
荷载
直接作用荷载
永久荷载（恒荷载）
标准值
永久荷载标准值Gk
设计基准期最大荷载
设计值
标准值X大于一的分项系数
可变荷载（活荷载）
标准值
组合值
当两种或两种以上可变荷载同时作用在结构上时 考虑到它们同时达到其标准值的可能性较小，故除 产生最大作用效应的主导荷载外，其它可变荷载标准值 均乘以小于1.0的组合值系数～0.7，Ψc作为代表值，称为可变荷载组合值
频域值
对可变荷载在设计基准期内在结构上偶尔出现的较大荷载
准永久值
对可变荷载在设计基准期内经常作用的可变荷载
偶然荷载
风荷载
雪荷载
间接作用
地震
地基变形
温度变化
收缩徐变
荷载效应
内力
弯矩
剪力
扭矩
压力
拉力
变形
挠度
侧移
裂缝
以S表示
荷载效应S和荷载Q之间
S＝CQ
C——荷载效应系数
荷载标准值与荷载分项系数的乘积称为荷载设计值
设计时一般将荷载标准值乘以一个大于1的调整系数，即荷载分项系数
结构
结构抗力R
结构抗力是指结构或 构件承受各种荷载效应的能力 ，承载能力，抗变形能力。
材料强度指标fk
不小于95%的保证率， 也即材料强度的实际值 大于或等于该材料强度值 的概率在95%以上。
材料强度设计值
设计时将材料强度标准值除以一个大于1 的材料分项系数，得到材料强度设计值。
混凝土材料分项系数γo表示，其值γo取为1.40
结构的功能要求
结构功能要求
安全性
适用性
耐久性
可靠性
结构功能极限状态
结构满足功能要求而良好地工作 称为，可靠，或，有效，反之 则结构，不可靠，或，失效。
承载能力极限状态
结构局部破坏～倒塌＝承载能力极限状态
超过承载能力极限状态有
1，倾覆
疲劳破坏
塑性过度变形
丧失承载能力
丧失稳定
因局部破坏而连续倒塌
丧失承载力而破坏
正常使用极限状态
达到正常使用或耐久性的限值
影响正常使用的外观的变形
影响正常使用或耐久性能的局部破坏
影响正常使用的振动
影响正常使用的其他特定状态
正常使用极限状态， 安全性，耐久性
结构功能函数
荷载效应S， 结构抗力R
Z＝g（R，S）＝R➖S
当Z＞0（R＞S），处可靠状态
当Z＜0（R＜S），处失效状态
当Z＝0（R＝S），处极限状态
概率极限状态设计法
可靠度及失效概率
可靠度
可靠概率＝可靠度用Ps表示
R≥S
失效概率
Pf
R＜S
Ps➕Pf＝1
目标可靠指标
延性破坏
脆性破坏
概率极限状态设计法
极限状态实用设计表达式
结构重要性系数γo
一级为100年
γo不应小于1.1
二级为50年
γo不应小于1.0
设计表达式
γoSd≤Rd
γo➖构件重要系数
Sd➖承载能力极限状态
结构构件的抗力设计值
荷载效应组合设计系数Sd
由可变荷载效应控制的组合
Sd＝γGSGK➕γQ1K➕
由永久荷载效应控制的组合
Sd＝γGSGk➕
P33
结构构件抗力设计值Rd
Rd＝R（fc，fs，αk，，，）/γRd
P33
设计表达式
正常使用极限状态计算中
S≤C
正常使用极限状态的荷载效应组合值
C➖规范限值
带K为标准值
地震基本知识
地震波
地球内部传播的体波 ，只限于地球表面传播的面波
纵波
周期短，振幅小，传播速度快
横波
周期长，振幅大，传播速度较慢
地震烈度
三类九级十二度
地震规范
小震不坏，中震可修，大震不倒
第一阶段设计是承载力验算
第二阶段设计是弹塑性变形验算
受弯构件
受弯构件截面形式及计算内容
Mu受弯构件正截面受弯承载力设计值
弯矩作用下发生的与梁轴线垂直的正截面破坏
弯矩和剪力共同作用下发生的与梁轴线的倾斜面破坏
受力钢筋
受拉区配置纵向受力钢筋～单筋截面受弯构件
受拉区，受压区都配置有受力钢筋～双筋截面受弯构件
设计内容
承载能力极限状态计算
正截面受弯承载力计算
按控制截面的弯矩值确定截面尺寸和纵向受力钢筋的数量
斜截面受剪承载力计算
剪力设计值
正常使用极限状态验算
挠度变形
裂缝宽度
钢筋构造措施
适用性
耐久性
基本构件要求
板的构造要求
板的最小厚度
一般取为10mm的倍数
当板的厚度与计算跨度之比满足时 可认为板的刚度基本满足要求，而 不需进行挠度验算。
支承长度
单向板
双向板
配筋
受力钢筋
直径，现浇板的受力钢筋直径不宜小于8mm
间距，70～200mm 当板厚h＞150时，钢筋间距不宜大于250mm
分布钢筋
传力， 固定， 抗变形＝抗拉力
梁的构造要求
梁的截面形式及尺寸
截面形式
矩形
T型
工字形
花篮形
倒T形
倒L形
截面尺寸
梁截面高度h可根据高跨比（h/l）来估计
宽度b可由高宽比来确定，矩形截面h/b＝2.0～3.0
梁的配筋
纵向受力钢筋
梁高不小于300mm时， 钢筋直径不应小于10mm
可多层配置
黏结
密实性
并筋
等效直径de
直径双并筋de=√2d
直径三并筋de=√3d
架力钢筋
架立钢筋的直径与梁的跨度lo有关
当lo＜4m时 不应小于8mm
当lo＝4～6m 不应小于10mm
lo＞6m 不应小于12mm
箍筋
由弯矩和剪力在梁内引起的主拉应力。 同时还可固定纵向钢筋的位置。 并和其他钢筋一起形成空间骨架。
封闭
一般情况下用封闭式
弯曲角度一般为135°
肢数
单肢
双肢
<–通常用
当梁宽b≤150mm时 用单肢箍筋
当b≤400mm且一层内纵向 受压钢筋不多于4根时，用双 肢箍筋。
当b＞400mm且一层内纵向受压钢筋 多于3根时，或当b≤400但一层内纵 向受力钢筋多余4根时用4肢箍筋。
规范
当h>800时箍筋直径不小于8mm
当h≤800mm箍筋直径不小于6mm
好要符合最大间距的要求，为防止箍筋间距过大出现不与箍筋相交的斜裂缝
四肢
开口式
弯起钢筋
弯起角度宜取45°或60°
钢筋弯起的顺序一般是先内层后外层， 先内侧后外侧，梁底层钢筋中的角部 钢筋不应弯起。
梁侧构造钢筋
构造钢筋（腰筋），用于抵抗 由于温度及混凝土收缩等原因 在梁侧所产生的拉应力。
混凝土保护层厚度及截面有效高度
构件最外层钢筋的外边缘至混凝土表 面的距离称为混凝土保护层的厚度c。
子主题
截面有效高度ho
所谓的截面有效高度ho是指受拉 钢筋的重心至混凝土受压边缘的 垂直距离。
公式：ho＝h➖as
as––受拉钢筋重心至截面受拉边缘的距离
当受拉钢筋一排放置时，as＝c➕dv➕d/2
当受拉钢筋两排放置时，as＝c➕dv➕d➕d₂/2
正截面承载力计算
钢筋混凝土受弯构件正截面破坏的特征
配筋率
p＝As/bh0
钢筋混凝土受弯构件正洁面的破坏特征， 主要与配件率ρ的大小有关，配筋率不同 破坏特征也不同。
钢筋混凝土梁正前面工作的受力性能
纯弯段
在两个对称集中荷载之间的区段
剪弯段
在集中荷载与支座之间的区域。
受弯构件正截面各阶段应力状态。
第一阶段，弹性阶段
作为抗裂度计算依据
第二阶段，带裂缝工作阶段
挠度验算，裂缝宽度验算依据
第三阶段，破坏阶段
梁处于受弯正截面破坏的极限状态
受弯构件适筋梁正截面承载力计算的依据
受弯构件正截面破坏特征
适筋梁
延性破坏
受拉钢筋首先屈服， 然后受压区混凝土 压应变εc达到极限 压应变εcu被压碎。
超筋梁
脆性破坏
当配筋率ρ过大时， 构件中受拉钢筋应力尚未达到屈服强度时， 受压区边缘混凝土压应变εc已先达到极限 压应变εcu被压坏。
少筋梁
脆性破坏
混凝土的抗压强度未得到充分发挥。
受弯构件正截面承载力计算的基本理论
等效矩形应力图形
等效代换的原则
应力合力的大小相等和作用点位置不变
上下变最大
适筋梁的界限条件
相对界限受压区高度ξb和最大配筋率ρmax
受压区混凝土极限压应变值εcu相同
受拉钢筋的应变εs不相同
适筋破坏：εs＞εy，xc＜xcb（x＜xb）
界限破坏：εs＝εy，Xc＝xcb
超筋破坏：εs＜εy，xc＞xcb
ξ＝x/h0，ξb＝xb/h0
ξ称为相对受压区高度， ξb称为相对界限受压区高度
当ξ≤ξb时，则εs≥εy，属于适筋梁 当ξ＞ξb时，则εs＜εy，属于超筋梁
最小配筋率ρmin
ρmin＝0.45ft/fy，且≥0.2%
ft––混凝土抗拉强度设计值
单筋矩形截面受弯构件正截面承载力计算
基本公式
适用条件
1.防止发生超筋脆性破坏，应满足
ρ≤ρmax
ξ≤ξb
M≤MU，max＝α₁fᶜbh²₀ξᵇ（1-0.5ξb）
Mu，max是适筋梁所能承担的最大弯矩。
2.为防止发生少筋脆性破坏，
ρ≥ρmin
As≥ρminbh
基本公式的应用
截面设计
利用基本公式计算
1，求出截面受压区高度x，并判断是否属于超筋梁。
X＝h₀➖√h²₀➖2M/α₁fᶜb
若根号内出现负值或X>Xb＝ξbho，这属于超筋梁， 应加大截面尺寸或提高混凝土强度等级。或改为双 筋截面重新设计。
2，求纵向受拉钢筋截面面积，若X≤ξbho
As＝α₁fcbX/fy
3，选配钢筋
4，验算最小配筋率pmin
表格计算
截面复核
双筋矩形截面受弯构件正截面承载力计算
受压钢筋的强度
基本计算公式及适用条件
基本公式的用
斜截面承载力计算
斜压破坏
斜拉破坏
剪压破坏
强柱弱梁， 强剪弱弯， 更强节点核心区。
影响斜截面受剪承载力的主要因素
剪跨比λ
配箍率ρsv
混凝土强度等级
纵筋配筋率ρ₀
弯起钢筋
截面形状和尺寸效应。
配置箍筋梁
裂缝宽度
挠度
受扭构件
混凝土将首先在某一长边中点处，且垂直于主拉应力的方向出现斜裂缝，裂缝与构件的纵轴线呈45度夹脚， 最后形成盐构件轴线层45度角的正交螺旋形裂缝 素凝土纯纽构件的破坏通常发生的很突然。属于脆性破坏。
纯扭构建的破坏形式。
受扭构件配筋构造要求: （抗扭钢筋 抗扭箍筋） 四周对称布均匀。
适筋破坏
少筋破坏
超筋破坏
受扭构件承载力计算
弯剪扭承载力之间的相关性。
相互影响的，当受弯构件受到扭矩作用时，扭矩的存在是构建受弯承载力降低。
受压构件
轴心受压构件 偏心受压构件。
单向偏心受压构件 双向偏心受压构件。
受压构件的基本构造要求
受压构件截面尺寸一般不宜小于250mm×250mm 以避免长期比过大。
长细比比宜控制在L₀/b≤30或L₀/d≤25
b矩型截面短边 d为圆形截面直径
箍筋的构造要求
箍筋的作用
约束受压钢筋，防止纵筋压屈外凸 ，同时与纵筋形成骨架。
箍筋的构造
封闭式
采用热轧钢筋时，箍筋直径不应小于0.25。
在纵筋搭接长度范围内。箍筋直径不应小于搭接钢筋直径的0.25倍。
对于截面形状复杂的构件，不应采用具有内折角的箍筋
轴心受压构建承载力计算
配有纵向钢筋和普通古今的住称为普通箍筋柱 配有纵向钢筋或螺旋式或焊接，环式箍筋的柱， 称为螺旋箍筋柱。
随着构件的长细比L₀/b对啊，增大而减小。
正截面承载力计算公式
偏心受压
大偏心受压破坏
小偏心受压破坏
与受弯构件超筋破坏类似，属于脆性破坏。
两类偏心受压破坏的判别条件。
两者之间根本区别在于破坏时受拉钢筋能否达到屈服 这和受弯构建正截面的适筋破坏和超筋破坏两种情况。完全一致。
当ξ≤ξb时，属于大偏心受压破坏。
似少筋
当ξ>ξb时，属于小偏心，受压破坏。
似超筋
轴向压力N对构建的抗剪承载力有提高作用
梁板结构
现浇单向板 双向板肋梁
弹性理论， 塑性理论
板式楼梯， 梁式楼梯
雨蓬破坏的三种形式。
施工方法
现浇整体式
现场浇筑。因而整体性好，抗震性强。可适应各种特殊结构布置要求。
模板用量大，工期较长，施工受季节影响较大。
装配式
预制两版构件，在现场安装配而成，可节约模板并缩短工期。
整体性和刚度较差。
装配整体式
节约模板，楼盖整体性比较好
费工费料
整体是单向板肋梁楼盖
设计步骤:
不结构
定简图
求内力
配钢筋
绘图纸
荷载传递路线:
荷载
板
次梁
主梁
柱，墙
结构平面布置及梁板尺寸的确定。
结构平面布置
满足房屋的正常使用要求
结构受力是否合理
节约材料，降低造价
板的跨度就是次梁的间距，次梁跨度即为主梁的间距。主梁跨度即为柱或墙的间距
板的合理跨度一般为1.7~2.7。不宜超过3m。
次梁的合理跨度为4～6
主梁的合理跨度为5~8m。
梁板尺寸的初步确定
跨度决定高度，高度决定宽度。
超过五跨，按五跨。小雨跨，实际跨，跨度大小，按等跨。
按弹性方法计算内力
活荷载的最不利位置
支座两侧布，隔跨也来布。
内力计算
内力包络图
内力结叠合图
弹性理论
弹性理论偏安全，有处极限就破坏。
塑性铰
塑性胶能承受相应于截面屈服的极限弯矩
塑性角不是集中于一点，而是发生在一小段局部变形很大的区域。
塑性角只能沿弯矩作用方向做有限的。转动
单向有限承弯矩 是个区域不是点
静定结构中任意截面出塑性角铰后，结构将成为几何可变体系。
超静定结构由于存在多余约束，构建某一截面出现塑性胶只意味着将少一个多余约束 不一定会导致结构立即破坏。还可继续增加荷载。
结构塑性内力重分布的限制条件。
钢筋宜采用塑性较好的HPB300，HRB335，HRB400级钢筋
塑性铰处截面的相对受压区高度应满足ξ＝x/h₀≤0.35
弯矩调整幅度不宜过大，应控制在弹性理论计算弯矩的20%以内
弯矩
M＝α（g➕q）L₀²
多层与高层结构
框架结构体系
简历墙结构体系
框架剪力墙结构体系
筒体结构体系
房屋的高度比限值
H/B
竖向荷载
恒荷载
楼面活荷载
屋面均布活荷载
水平荷载
风荷载
水平地震作用
修正反弯点法（D值法）
修正住的抗侧移刚度
修正柱的反弯点位置。
内力计算
水平
反弯点法
修正后的弯点法
竖向
力矩二次
分配法
分压法
简化
条件
砌体结构
砌体材料及其力学性能
砌体材料
块体材料
人工砖石
规格尺寸为240mmx115mm×35mm。
每立方米砌体的标准砖块数量为4×8×16=512块。
烧结多孔砖是指以煤阡石，页岩，粉煤灰和黏土
天然石材
块体材料的强度等级
MU表示
砂浆
作用
粘结，传力，填满缝
分类
水泥砂浆，混合砂浆，石灰砂浆
水泥砂浆具有强度高，耐久性好的特点，但保水性和流动性较差，适用于潮湿环境和地下砌体
混合砂浆保水性和流动性好，强度较高。便于施工而材质容易保证的特点是砌体结构中常用的砂浆。
石灰砂浆具有保水性，流动性好的特点，但强度低，耐久性差，只适用于临时建筑或受力不大的简易建筑。
砂浆的强度等级是用龄期为28d 的边长70.7mm立方体试块
单位M
砌体
无筋砌体
仅由块材和砂浆
抗震性能和抵抗地基不均匀，沉降能力较差。
配筋砌体
网状配筋砖砌体
组合砖砌体
砖砌体和钢筋混凝土构造柱组合墙
配筋砌块砌体
受压砌体的受力特点
权利不均挤砂浆竖缝不满应集中。
试验表明，气体的受拉，受弯，受剪破坏，一般发生在沙浆和块体的连接面上 与块体的强度等级无关，取决于灰缝的强度及砂浆的强度。
砌体结构构件的承载力计算。
砌体强度设计值
1.一般多层房屋已按b级控制
现场质量管理
沙浆混凝土强度
砂浆拌合方式
砌筑工人
砌体强度设计值的确定
调整系数γ
构造柱的纵筋应在圈梁纵筋内侧穿过，保证构造柱纵筋上下贯穿
构造柱可不单独设置基础，但应深入室外，地下500mm。