2022年一建实务 第一章（第2节）：结构设计与构造

2022年一建实务 第一章（第2节）：结构设计与构造知识总结，包括结构可靠性要求、十种常用建筑结构体系和应用、结构设计作用等内容。

结构设计与构造

• 结构可靠性要求
  • 可靠性（适、耐、安）
    • 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
    • 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。
    • 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
    • 【2017 年真题】建筑结构可靠性包括（ ）。 A. 安全性B. 经济性C. 适用性D. 耐久性E. 合理性 【答案】ACD
  • 两种极限状态
    • 承载能力（安全性）
      • 结构构件或连接因超过承载能力而破坏，结构或其 一部分作为刚体而失去平衡（如倾覆、滑移）；影响安全性
    • 正常使用（耐久性）
      • 正常使用条件下产生过度变形，导致影响正常使用或建筑外观；构件过早产生裂缝或裂缝发展过宽；在动力荷载作用下结构或构件产生过大的 振幅等。它会使结构不能正常工作，影响结构的耐久性
  • 杆件的受力形式
    • 拉伸
    • 压缩
    • 扭转
    • 
    • 弯曲
    • 剪切
  • 杆件刚度与梁的位移计算
    • I=
  • 混凝土结构的裂缝控制
    • 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
    • 对（1）、（2）等级的混凝土构件，一般只有预应力构件才能达到。
    • 允许出现裂缝，但裂缝宽度不超过允许值
  • 设计使用年限分类
    • 5年
      • 临时性结构
    • 50
      • 普通房屋和构筑物
    • 100
      • 纪念性建筑和特别重要的建筑结构
  • 混凝土结构耐久性的环境类别（17 年单选）
    • 当结构构件受到多种环境类别共同作用时，应分别满足每种环境类别单独作用下的耐久性要求。
      • Ⅰ
        • 一般环境（碳化）
          • 保护层混凝土碳化引起钢筋锈蚀
          • 
      • Ⅱ
        • 冻融环境
          • 反复冻融导致混凝土损伤
      • Ⅲ
        • 海洋氯化物环境
          • 氯盐引起钢筋锈蚀
      • Ⅳ
        • 除冰盐等其他氯化物环境
          • 氯盐引起钢筋锈蚀
        • 【2017 年真题】海洋环境下，引起混凝土内钢筋锈蚀的主要因素是（ ）。 A. 混凝土硬化 B. 反复冻融 C. 氯盐 D. 硫酸盐 【答案】C
      • V
        • 化学腐蚀环境
          • 硫酸盐等化学物质对混凝土的腐蚀
    • 混凝土最低强度等级I—A（16 年单选）
      • 设计使用年限
        • 100 年C30
        • 50 年/30年C25
        • 注：预应力混凝土构件的混凝土最低强度等级不应低于 C40。Ca 代表引气混凝土的强度等级。
        • 【2016 年真题】设计使用年限为 50 年，处于一般环境大截面钢筋混凝土柱，其混凝土最低强度等级不应低于（ ）。A. C15 B. C20 C. C25 D. C30【答案】C
    • 水胶比=水：胶凝材料总和水胶比小则水少，混凝土强度越高
      • 即水/固体材料
    • 保护层
      • 年平均气温大于 20°C 且年平均湿度大于 75%环境，除 1 -A 环境中的板、墙构件外， 混凝土最低强度等级应比表中规定提高一级，或将保护层最小厚度增大 5mm；
      • 直接接触土体浇筑的构件，混凝土保护层厚度不应小于 70mm
      • 【2017 年真题】直接接触土体浇筑的普通钢筋混凝土构件，其混凝土保护层厚度不应小于（ ）。A. 50mm B. 60mm C. 70mm D. 80mm【答案】C
      • 处于流动水中或同时受水中泥沙冲刷的构件，其保护层厚度宜增加 10 - 20mm
      • 预制构件的保护层厚度可比表中规定减少 5mm
• 结构设计
  • 十种常用建筑结构体系和应用
    • 混合结构
      • 概念
        • 混合结构房屋一般是指楼盖和屋盖采用钢筋混凝土或钢木结构，而墙和柱采用砌体结构建造的房屋。
      • 特点
        • 混合结构不宜建造大空间的房屋，一般在 6 层以下。
      • 承重方案特点
        • 纵墙承重
          • 开间相对大，使用灵活
        • 横墙承重
          • 横向刚度大，平面使用灵活性差
      • 考频
        • 6 层以下
    • 框架结构
      • 概念
        • 框架结构是利用梁、柱组成的纵、横两个方向的框架形成的结构体系
      • 优点
        • 平面布置灵活，较大空间
      • 缺点
        • 侧向刚度较小（剪切型变形）
      • 层数限制
        • 非地震区一般不超过 15 层
      • 受力特点
        • 风荷载和地震力可简化成节点上的水平集中力。水平荷载作用采用反弯点法
    • 剪力墙
      • 【2018 年真题】关于剪力墙结构优点的说法，正确的有（ ）。 A. 结构自重大 B. 水平荷载作用下侧移小 C. 侧向刚度大 D. 间距小 E. 平面布置灵活 【答案】BC
        • 概念
          • 剪力墙体系是利用建筑物的墙体（内墙和外墙）做成剪力墙（钢筋混凝土墙）来抵抗水平力。
        • 优点
          • 侧向刚度大，水平荷载作用下侧移小
        • 缺点
          • 间距小，结构平面布置不灵活，空间小
        • 构造要求
          • 墙长不宜大于 8m，高度在 180m 范围内，厚度不小于 160mm
        • 受力特点
          • 高层剪力墙既受剪力又受弯矩
        • 多肢剪力墙
          • 开多排较大洞口的剪力墙叫多肢剪力墙。由于洞口开得较大，两端配置较粗钢筋并配箍筋形成暗柱，暗柱的竖筋和腹部的竖向分布筋共同抵抗弯矩，水平分布筋抵抗剪力
    • 框-剪力墙
      • 概念
        • 是在框架结构中设置适当剪力墙的结构。
      • 优点
        • 平面布置灵活，空间较大，侧向刚度大
      • 高度限制
        • 高度不超过 170m
      • 受力特点
        • 剪力墙承受水平荷载（至少承受 80%），框架承受竖向荷载
    • 筒体结构
      • 【2016 年真题】下列建筑结构体系中， 侧向刚度最大的是（ ）。 A. 桁架结构体系 B. 筒体结构体系 C. 框架-剪力墙结构体系 D. 混合结构体系 【答案】B
        • 概念
          • 抵抗水平荷载最有效的结构体系
        • 优点
          • 更好的抵抗水平荷载
        • 高度限制
          • 高度不超过 300m
        • 受力特点
          • 一个固定于基础上的封闭空心的筒式悬臂梁来抵抗水平力
        • 分类
          • 框架一核心筒结构、筒中筒结构以及多筒结构等
    • 桁架结构
      • 优点
        • 其材料的强度可得到充分发挥，可以利用较小截面组成较大截面。
      • 受力特点
        • 节点一般假定为铰节点，杆件只有轴向力
      • 结构
        • 一般屋架为平面结构，平面外刚度非常弱
    • 
    • 网架结构
      • 优点：
        • 节约材料，整体性能好，刚度大，抗震性能好。
      • 受力特点：
        • 空间受力体系，杆件主要承受轴向力，受力合理
      • 平板网架
        • 角锥体系
          • 受力更为合理，刚度更大。
        • 交叉桁架体系
      • 高度限制
        • 主要取决于跨度，网架尺寸应与网架高度配合决定，腹杆的角度以 45°为宜。
    • 拱式结构
      • 概念
        • 是一种有推力的结构
      • 受力特点
        • 它的主要内力是轴向压力
      • 优点
        • 可利用抗压性能良好的混凝土建造大跨度的拱式结构。
    • 悬索结构
      • 悬索结构的主要承重构件是受拉的钢索，钢索是用高强度钢绞线或钢丝绳制成。
      • 优点
        • 理想大跨度
    • 薄壁空间
      • 概念
        • 也称壳体结构。它的厚度比其他尺寸（如跨度）小得多，所以称薄壁
      • 受力特点
        • 它属于空间受力结构，主要承受曲面内的轴向压力，弯矩很小。它的受力比较合理，材料强度能得到充分利用。
      • 优点
        • 薄壳常用于大跨度的屋盖结构，如展览馆、俱乐部、飞机库等
    • 结构形式 考频 结构形式 考频 混合结构 6 层 桁架结构 轴向力，铰接点 框架结构 15 层，位移大 网架结构 整体性好，不变形， 刚度大，节约材料 剪力墙 180m，刚度大 拱式结构 轴向压力，水平推力 框-剪力墙 既有空间又变形小 悬索结构 理想大跨度 筒体结构 最高 300m 薄壁空间 空间轴向压力
• 结构设计作用
  • 荷载的分类
    • （一）按随时间的变异分类
      • 1. 永久作用/永久荷载/恒荷载（例如：自重、土压力等）
      • 2. 可变作用/可变荷载/活荷载（例如：安装荷载、雪荷载、风荷载、吊车荷载等）
      • 3.偶然作用/偶然荷载（例如：撞击力、爆炸力、地震、火灾等）
      • 【19 年真题】属于偶然作用（荷载）的有（ ）。 A. 雪荷载 B. 风荷载 C. 火灾 D. 地震 E. 吊车荷载 【答案】CD
    • （二）按结构的反应分类
      • 1. 静态作用或静力作用--自重
      • 2. 动态作用或动力作用--高空坠物
    • （三）按荷载作用面大小分类
      • 1. 均布面荷载Q--地面面砖（Q=�×d）
      • 2. 线荷载（梁上）—封闭阳台或增加隔墙
      • 3. 集中荷载--冰箱、洗衣机
    • （四）按荷载作用方向分类
      • 1. 垂直荷载--自重、雪荷载
      • 2.水平荷载--风荷载、水平地震作用
  • 荷载对结构的影响
    • 永久荷载对结构的影响
      • 它的特点是对结构的永久作用，在结构使用期间，荷载值的大小及其作用位置不随时间 的变化而变化，并且作用时间长。永久作用会引起结构的徐变，致使裂缝加大等情况。
    • 偶然荷载对结构的影响
      • 地震区
        • 地震力是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
      • 非地震区
        • 风荷载是建筑结构的主要水平力，平面为圆形的建筑其风压较方形或矩 形建筑减小近 40％，有利于抵抗水平的作用。（圆形最节能）
  • 装修对结构的影响
    • 总之承重结构不能动， 要动的话取得原设计单位许可
      • 不能自行改变原来的建筑 使用功能
        • 如若必要改变时，应该取得原设计单位的许可。
      • 不允许在原有承重结构构 件上开洞凿孔
        • 应经原设计单位的书面有效文件许可，方可施工
      • 不得自行拆除任何承重构件或改变结构的承重体 系；不能自行设置夹层或 增加楼层
        • 使用方应委托原设计单位或有相应资质的设计单位进行设计。改建结构的施工也必须有相应的施工资质
      • 装修材料的堆放
        • 不允许在建筑内楼面上堆放大量建筑材料，如水泥、砂石
      • 【2018 年真题】既装修施工中，需在承重结构上开洞凿孔，应经相关单位书面许可，其单位是（ ）。A. 原建设单位B. 原设计单位C. 原监理单位D. 原施工单位【答案】B
      • 【2016 年真题】既有建筑装修时，如需改变原建筑使用功能，应取得（ ）许可。 A. 原设计单位B. 建设单位C. 监理单位D. 施工单位【答案】A
• 结构构造
  • 结构构造设计要求
    • 热轧钢筋
      • 普通低碳钢
      • 普通低合金钢
    • 建筑钢筋分类
      • 有明显流幅的钢筋
        • 含碳量少，塑性好，延伸率大
      • 无明显流幅的钢筋
        • 含碳量多，强度高，塑性差，延伸率小 没有屈服台阶，脆性破坏
    • 混凝土
      • 混凝土（C15~C80 共 14 个强度等级）
      • 钢筋与混凝土的相互作用叫粘结强度
      • 影响粘结强度的主要因素有
        • ① 混凝土的强度
        • ② 保护层的厚度
        • ③ 钢筋之间的净距离
        • 【19 年真题】影响钢筋与混凝土之间粘结强度的因素有（ ）。 A. 混凝土强度B. 钢筋抗拉强度C. 钢筋抗压强度D. 钢筋屈服强度 【答案】A
    • 钢筋混凝土梁的配筋原理及构造要求
      • 影响斜截面受力性能的主要因素
        • 1）剪跨比和高跨比；
        • 2）混凝土的强度等级
        • 3）腹筋的数量，箍筋和弯起钢筋统称为腹筋
    • 钢筋混凝土连续梁、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
      • 梁
        • 截面形式
          • 矩形
          • T 形
        • 截面高度
          • 一般按跨度来确定，宽度一般是高度的 1／3
      • 板
        • 厚度与计算跨度有关
          • 屋面板
            • 不小于 60mm
          • 楼板
            • 不小于 80mm
      • 
      • 【2015 年真题】关于一般环境条件下建筑结构混凝土板构造要求的说法，错误的是（ ）。 A. 屋面板厚度一般不小于 60mm B. 楼板厚度一般不小于 80mm C. 楼板的保护层厚度不小于 35mm D. 楼板受力钢筋间距不宜大于 250mm 【答案】C
    • 砌体结构的受力特点及其构造
      • 砌体结构的优缺点
        • 优点
          • 抗压、保温、耐火、耐久 性能好；材料经济，就地取材
            • 施工简便，管理、维护方便。
        • 缺点
          • 占用大片良田
            • 抗弯、抗拉强度低、自重大；施工劳动 强度高，运输损耗大
      • 砌体房屋结构的主要构造要求
        • 构造措施
          • 伸缩缝
            • 作用
              • 解决温度应力
            • 构造要求
              • 两侧宜为承重墙
              • 基础可以不分开
          • 沉降缝
            • 作用
              • 防止沉降裂缝
            • 构造要求
              • 基础必须分开
          • 圈梁
            • 作用
              • 抵抗不均匀沉降，增加 整体性
            • 构造要求
              • 同一水平面封闭，宽度同墙厚， 高度不小于 120mm（配筋 4φ10）
    • 钢结构
      • 钢结构构件的受力特点及其连接类型 
        • 力学性能
          • 有较高的强度、塑性韧性较好，自重轻，抗拉、抗压强度都很高
        • 工艺性能
          • 适宜于冷加工和热加工，还必须具有很好的可焊性
            • 
      • 钢结构的连接方式及适用范围
        • 焊缝连接
          • 构造简单，节约钢材，加工方便，易于采用自动化操作
          • 【2017 年真题】钢结构焊接连接的优点有（ ）。 A. 节约钢材B. 构造简单C. 易于采用自动化操作 D. 加工方便E. 易于检查【答案】ABCD
        • 铆钉连接
          • 构造复杂，用钢量大，逐渐淘汰。用于重型
        • 螺栓连接
          • 分为普通螺栓和高强度螺栓两种，高强度螺栓用合金钢制成，桥梁和大跨结构广泛使用
      • 受力特点
        • 受弯构件
          • 钢梁是最常见的受弯构件，截面形式：工字钢和H 型钢
        • 受拉构件
          • 轴心受拉
          • 偏心受拉构件（拉弯构件）
        • 受压构件
          • 实腹式
          • 格构式
      • 钢结构构件防火与防锈
        • 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
    • 地震的震级、烈度及设防
      • 地震的成因
        • 火山地震、塌陷地震、构造地震（主要研究）
      • 震级
        • 震级：按照地震本身强度而定的等级标度，用以衡量某次 地震的大小，用符号M 表示
      • 烈度
        • 地震烈度：是指某一地区的地面及建筑物遭受一次地震影 响的强弱程度。
      • 三个水准
        • 小震不坏、中震可修、大震不倒
      • 建筑抗震设防分类
        • 根据其使用功能的重要性分为甲类、乙类、丙类（一般）、 丁类四个抗震设防类别
    • 多层砌体房屋的抗震构造措施
      • （1） 设置钢筋混凝土构造柱
      • （2） 设置钢筋混凝土圈梁与构造柱连接起来
      • （3）加强墙体的连接，楼板和梁应有足够的支承长度和可靠连接
      • （4） 加强楼梯间的整体性等
    • 框架结构构造措施
      • 震害对比
        • 柱＞梁，柱顶＞柱底，角柱＞内柱， 短柱＞一般柱
      • 解决方案
        • 强柱、强节点、强锚固，控制最小配筋率， 限制配筋最小直径
      • ※构造上采取受力筋锚固适当加长，节点处箍筋适当加密等措施。
      • 【19 年真题】框架结构抗震构造措施涉及的原则有（ ）。 A. 强柱、强节点、强锚固 B. 避免长柱、加强角柱 C. 框架沿高度不宜突变 D. 控制最小配筋率 E. 限制配筋最大直径 【答案】ACD
      • 【2017 年真题】不利于提高框架结构抗震性能的措施是（ ）。 A. 加强角柱 B. 强梁弱柱 C. 加长钢筋锚固 D. 增强梁柱节点 【答案】B
    •