
第一编建筑结构概论.ppt
27页第一编第一编 建筑结构概论建筑结构概论第一章第一章 绪论绪论第一节第一节 建筑和结构的关系建筑和结构的关系第二节第二节 建筑结构的基本要求建筑结构的基本要求第三节第三节 建筑结构的分类和结构选型建筑结构的分类和结构选型第一节第一节 建筑和结构的关系建筑和结构的关系l建筑:建筑:建筑物和构筑物的通称建筑物和构筑物的通称l建筑物:建筑物:人们社会生活和生产的环境,如住宅、厂房人们社会生活和生产的环境,如住宅、厂房l构筑物:构筑物:一般不直接进入其间进行生活和生产的空间如一般不直接进入其间进行生活和生产的空间如 烟囱、水塔等烟囱、水塔等l建筑物构成的基本要素:建筑物构成的基本要素:建筑功能、物质技术条件和建筑功能、物质技术条件和 建筑形象建筑形象l建筑结构:建筑结构:建筑物的空间承重骨架系统建筑物的空间承重骨架系统l建筑结构的功能:建筑结构的功能:(1) 满足使用和审美要求满足使用和审美要求——选择合适的结构型式;选择合适的结构型式;(2) 抵御自然界的各种作用抵御自然界的各种作用——选择结构的材料和结构体系。
选择结构的材料和结构体系第二节第二节 建筑结构的基本要求建筑结构的基本要求1.平衡:平衡:结构或结构的任何一个部分都不发生运动结构或结构的任何一个部分都不发生运动2.稳定:稳定:整体结构或结构的一部分作为整体不允许发生整体结构或结构的一部分作为整体不允许发生危险的运动,如倾覆和滑移等危险的运动,如倾覆和滑移等3.承载力:承载力:结构或结构的任何一部分在预计的荷载作结构或结构的任何一部分在预计的荷载作用下必须安全可靠用下必须安全可靠4.适用:适用:使用期间不发生过大的变形使用期间不发生过大的变形 、裂缝和损坏等裂缝和损坏等5.经济:经济:造价、施工及使用维护等造价、施工及使用维护等6.美观:美观:精神需要(民族风格、时代风貌等精神需要(民族风格、时代风貌等 )第三节第三节 建筑结构的分类和结构选型建筑结构的分类和结构选型一、建筑结构的分类一、建筑结构的分类二、建筑结构选型二、建筑结构选型(一)(一)按材料分类按材料分类1. 混凝土结构:混凝土结构:素混凝土结构、钢筋混凝土结构、预应力混凝土素混凝土结构、钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构l适用范围:广泛用于一般工业与民用建筑及多种特种结构(水适用范围:广泛用于一般工业与民用建筑及多种特种结构(水塔、水池、烟囱等)中。
塔、水池、烟囱等)中l优点:节约钢材、耐火耐久、可模性好、整体性好优点:节约钢材、耐火耐久、可模性好、整体性好l缺点:自重大,抗裂性差缺点:自重大,抗裂性差2. 砌体结构:砌体结构:由块材及砂浆砌筑而成的结构由块材及砂浆砌筑而成的结构l适用范围:主要用于居住建筑和多层民用房屋(如办公楼、教适用范围:主要用于居住建筑和多层民用房屋(如办公楼、教学楼、旅馆等)中学楼、旅馆等)中l优点:易于就地取材,成本低结构耐久性和耐腐蚀性好优点:易于就地取材,成本低结构耐久性和耐腐蚀性好l缺点:自重大,施工砌筑进度慢,整体性差缺点:自重大,施工砌筑进度慢,整体性差一、建筑结构的分类一、建筑结构的分类3. 钢结构:钢结构:以钢材为主的结构以钢材为主的结构•适用范围:适用范围:主要用于大跨度的建筑屋盖(如体育馆、剧院等)、吊车吨位主要用于大跨度的建筑屋盖(如体育馆、剧院等)、吊车吨位很大或跨度很大的工业厂房骨架,以及超高层建筑的房屋骨架很大或跨度很大的工业厂房骨架,以及超高层建筑的房屋骨架•优点:优点:钢结构材料质量均匀、强度高,构件截面小、重量轻,可焊性好,钢结构材料质量均匀、强度高,构件截面小、重量轻,可焊性好,制造工艺简单。
制造工艺简单•缺点:缺点:钢材易腐蚀,耐火性差,成本高钢材易腐蚀,耐火性差,成本高4. 木结构:木结构:以木材为主的结构以木材为主的结构•适用范围:适用范围:受到自然条件的限制,仅在山区和林区使用受到自然条件的限制,仅在山区和林区使用•优点:优点:制作简单,自重轻,容易加工制作简单,自重轻,容易加工•缺点:缺点:易燃、易腐蚀易燃、易腐蚀5. 钢-混凝土组合结构:钢-混凝土组合结构:结构构件用型钢和混凝土组成,或型结构构件用型钢和混凝土组成,或型钢、钢筋和混凝土组成钢、钢筋和混凝土组成1))钢-混凝土组合楼板(钢-混凝土组合楼板(见下图见下图))((2))钢骨混凝土结构(又称劲性混凝土结构):以型钢为骨架外包钢筋混凝钢骨混凝土结构(又称劲性混凝土结构):以型钢为骨架外包钢筋混凝土组成的结构其截面形式土组成的结构其截面形式见附图见附图以深圳帝王大厦为例)(以深圳帝王大厦为例)((3))钢管混凝土结构:在封闭的薄壁钢管中浇注混凝土形成的组合结构,一钢管混凝土结构:在封闭的薄壁钢管中浇注混凝土形成的组合结构,一般用作受压构件般用作受压构件以日本东京中央区高层住宅为例)(以日本东京中央区高层住宅为例)钢-混凝土组合梁板结构钢-混凝土组合梁板结构,钢-混凝土组合梁板结构,梁下部用钢梁,上部用混梁下部用钢梁,上部用混凝土(一般采用压型钢板凝土(一般采用压型钢板-混凝土组合板)。
钢梁-混凝土组合板)钢梁和混凝土板之间用剪力连和混凝土板之间用剪力连接件连接主要用于高层接件连接主要用于高层楼盖、吊车梁和桥梁结构楼盖、吊车梁和桥梁结构优点:钢-混凝土组合梁优点:钢-混凝土组合梁截面中混凝土主要受压,截面中混凝土主要受压,钢梁受拉,充分利用材料钢梁受拉,充分利用材料混凝土板参与组合梁工作,混凝土板参与组合梁工作,提高钢梁的竖向和侧向刚提高钢梁的竖向和侧向刚度缺点:钢材易腐蚀,耐火缺点:钢材易腐蚀,耐火性差钢骨混凝土构件的截面形式(a)梁 (b)柱 深圳帝王大厦深圳帝王大厦81层,高层,高325米是我国目前最高的钢--米是我国目前最高的钢--混凝土组合结构,混凝土组合结构,58层以下采用钢骨混凝土柱层以下采用钢骨混凝土柱日本东京中央区高层住宅日本东京中央区高层住宅((a))标准层平面标准层平面 ((b))梁柱接头梁柱接头 该住宅地该住宅地上上33层,高层,高99.9米,采用钢管混米,采用钢管混凝土柱、钢骨混凝土柱、钢骨混凝土梁结构,是凝土梁结构,是钢-混凝土组合钢-混凝土组合结构的一个成功结构的一个成功范例内部范例内部2排排柱用圆管,外部柱用圆管,外部4排柱用方管,排柱用方管,混凝土强度混凝土强度36-42MPa• 钢管混凝土柱充分发挥钢管和混凝土的作用。
对于混凝土而言,混凝土在钢管混凝土柱充分发挥钢管和混凝土的作用对于混凝土而言,混凝土在荷载作用下处于三向受压状态,抗压强度和变形能力显著提高对于薄壁荷载作用下处于三向受压状态,抗压强度和变形能力显著提高对于薄壁钢管,中间填实混凝土以后,大大提高了侧向稳定性钢管混凝土柱承载钢管,中间填实混凝土以后,大大提高了侧向稳定性钢管混凝土柱承载能力很高,重量轻,耐疲劳,耐冲击而且核心混凝土没有钢筋,浇筑混能力很高,重量轻,耐疲劳,耐冲击而且核心混凝土没有钢筋,浇筑混凝土很方便,施工简便凝土很方便,施工简便• 钢管混凝土柱一般用于单柱承载力大的高层、大跨度、重荷载的结构如钢管混凝土柱一般用于单柱承载力大的高层、大跨度、重荷载的结构如工业厂房框架柱或排架柱、高层建筑的底层柱等工业厂房框架柱或排架柱、高层建筑的底层柱等((二)按受力和结构特点分类二)按受力和结构特点分类 1. 混合结构:混合结构:楼、屋盖一般采用钢筋混凝土结构构件,墙体和基楼、屋盖一般采用钢筋混凝土结构构件,墙体和基础采用砌体结构础采用砌体结构见附图)(见附图)2. 排架结构:排架结构:主要承重体系是屋面横梁(屋架或屋面大梁)、柱主要承重体系是屋面横梁(屋架或屋面大梁)、柱及基础,主要用于单层工业厂房。
及基础,主要用于单层工业厂房见附图)(见附图)3. 框架结构:框架结构:由横梁和柱及基础组成的主要承重体系由横梁和柱及基础组成的主要承重体系见附图)(见附图)4. 剪力墙结构:剪力墙结构:纵、横布置的成片钢筋混凝土墙体称为剪力墙纵、横布置的成片钢筋混凝土墙体称为剪力墙剪力墙和钢筋混凝土楼、屋盖整体连接形成剪力墙结构剪力墙和钢筋混凝土楼、屋盖整体连接形成剪力墙结构见(见附图)附图)5. 其他形式的结构:其他形式的结构:((1)高层和超高层结构体系中有:框架-剪力墙结构、框架-筒)高层和超高层结构体系中有:框架-剪力墙结构、框架-筒体结构、筒中筒结构等体结构、筒中筒结构等2)单层厂房:刚架结构)单层厂房:刚架结构((3)单层大跨度房屋的屋盖:壳体结构、网架结构、悬索结构等单层大跨度房屋的屋盖:壳体结构、网架结构、悬索结构等混合结构剪力墙结构框架结构排架结构二、建筑结构选型二、建筑结构选型((一)多层和高层房屋结构一)多层和高层房屋结构1. 混合结构体系:混合结构体系:竖向承重构件采用砌体结构,水平承重构件采竖向承重构件采用砌体结构,水平承重构件采用钢筋混凝土梁板结构用钢筋混凝土梁板结构。
((见教材见教材))2. 框架结构体系:框架结构体系: ((见附图见附图))1)分类:横向框架承重、纵向框架承重和纵横向混合承重分类:横向框架承重、纵向框架承重和纵横向混合承重 ((见见附图附图))2)全框架结构、内框架结构、底层框架结构)全框架结构、内框架结构、底层框架结构((见附图见附图))3. 剪力墙结构体系剪力墙结构体系1)剪力墙结构)剪力墙结构::纵横向交叉的墙体都由剪力墙组成纵横向交叉的墙体都由剪力墙组成见教材见教材))2)框架-剪力墙)框架-剪力墙::竖向承重构件为框架和剪力墙竖向承重构件为框架和剪力墙((见附图见附图))3)筒体结构)筒体结构::由剪力墙围成筒体,由一个或多个筒体组成的结构由剪力墙围成筒体,由一个或多个筒体组成的结构l框筒:由加密柱并加强梁的刚度而形成的整体受力体系框筒:由加密柱并加强梁的刚度而形成的整体受力体系纽约世界贸易中心纽约世界贸易中心-钢结-钢结构框筒结构)构框筒结构)l框架-筒体:周边稀柱框架和核心筒组成框架-筒体:周边稀柱框架和核心筒组成见附图见附图、、上海金贸大厦上海金贸大厦-框架-核心筒-框架-核心筒结构)结构)l成束筒:多个筒体组成。
成束筒:多个筒体组成美国芝加哥西尔斯大厦美国芝加哥西尔斯大厦-成束筒结构)-成束筒结构)4. 高层房屋结构的布置要点高层房屋结构的布置要点(略)(略)全框架结构底层框架结构框架承重方案:横向、纵向、混合承重框架结构的几种平面框架-剪力墙结构体系平框架-剪力墙结构体系平面(北京饭店新楼,面(北京饭店新楼,18层)层)框架-筒体结构体系平面框架-筒体结构体系平面(上海联谊大厦)(上海联谊大厦)• 纽约世界贸易中心:大楼于纽约世界贸易中心:大楼于1966年开工,历时年开工,历时7年,年,1973年竣工以后,以年竣工以后,以411米的高度作为米的高度作为110层的层的摩天巨人而载入史册它是由摩天巨人而载入史册它是由5幢建筑物组成的综幢建筑物组成的综合体其主楼呈双塔形,塔柱边宽合体其主楼呈双塔形,塔柱边宽63.5米大楼采米大楼采用钢结构,用钢用钢结构,用钢7万万8千吨,楼的外围有密置的钢千吨,楼的外围有密置的钢柱,墙面由铝板和玻璃窗组成,有柱,墙面由铝板和玻璃窗组成,有“世界之窗世界之窗”之称• 大楼有大楼有84万平方米的办公面积,可容纳万平方米的办公面积,可容纳5万名工万名工作人员,同时可容纳作人员,同时可容纳2万人就餐。
其楼层分租给世万人就餐其楼层分租给世界各国界各国800多个厂商,还设有为这些单位服务的贸多个厂商,还设有为这些单位服务的贸易中心、情报中心和研究中心,在底层大厅及易中心、情报中心和研究中心,在底层大厅及44、、78两层高空门厅中,有种类齐全的商业性服务两层高空门厅中,有种类齐全的商业性服务行业楼中共有电梯行业楼中共有电梯104部,地下有可供停车部,地下有可供停车2000辆的车库,并有地铁在此经过设站辆的车库,并有地铁在此经过设站 上海金贸大厦采用的是框架-核心筒结上海金贸大厦采用的是框架-核心筒结构,建筑物构,建筑物88层,高层,高420.5米钢筋混凝米钢筋混凝土核心筒呈八角形,周边土核心筒呈八角形,周边8根钢骨混凝土根钢骨混凝土柱底部截面柱底部截面1.5mX5m,,柱中配置柱中配置2根焊接根焊接H型钢 芝芝加加哥哥西西尔尔斯斯大大厦厦(Sears Tower)是是世世界界第第二二美美国国第第一一高高楼楼,,仅仅次次于于吉吉隆隆坡坡石石油油大大厦厦双双塔塔,,110层层443米米,,建建成成于于1974年年结结构构体体系系为为模模数数化化的的束束筒筒结结构构,,由由九九个个单单筒筒组组成成,,每每个个筒筒体体平平面面为为边边长长22.86米米的的正正边边形形,,沿沿高高度度分分段截断。
段截断 FBI确确信信,,纽纽约约的的地地理理坐坐标标世世界界贸贸易易大大厦厦倒倒塌塌后后,,作作为为芝芝加加哥哥地地理理坐坐标标的的西西尔尔斯斯大大厦厦,,已已经经成成为为恐恐怖怖分分子子的的下一个目标下一个目标((二)单层大跨度结构二)单层大跨度结构1. 钢筋混凝土单层厂房结构钢筋混凝土单层厂房结构1)排架结构:横梁和柱铰接、柱和基础刚接排架结构:横梁和柱铰接、柱和基础刚接 (见附图)(见附图) 2)刚架结构:由梁柱和一的结构构件组成的结构用于中小型)刚架结构:由梁柱和一的结构构件组成的结构用于中小型单层厂房单层厂房见附图)(见附图)3))拱结构:拱是承受压力为主的结构该结构会对支座产生较拱结构:拱是承受压力为主的结构该结构会对支座产生较大的侧推力大的侧推力见附图)(见附图)2. 其他型式的结构其他型式的结构1))薄壳结构薄壳结构::一种以受压为主的空间受力体系形式:旋转曲一种以受压为主的空间受力体系形式:旋转曲面、平移曲面、直纹曲面面、平移曲面、直纹曲面(见附图)(见附图)2))网架结构网架结构:由平面桁架发展起来的一种空间受力体系分为:由平面桁架发展起来的一种空间受力体系。
分为平板网架和曲面网架平板网架和曲面网架3))悬索结构悬索结构:主要用于桥梁结构,用于体育馆则适用于大跨度:主要用于桥梁结构,用于体育馆则适用于大跨度建筑物,如体育馆、影剧院等建筑物,如体育馆、影剧院等4)折板结构)折板结构((a))单跨排架结构单跨排架结构 ((b))等高排架等高排架 ((c))不等高排架不等高排架 ((d))锯齿形排架结构锯齿形排架结构(a)无铰无铰刚架刚架 (b)双铰刚架双铰刚架 (c)三铰三铰刚架刚架 (d)双跨刚双跨刚架架v刚架的横梁和立柱整体浇筑在一起,交接处形成刚结点,刚架的横梁和立柱整体浇筑在一起,交接处形成刚结点,该处需要较大截面,因而刚架一般为变截面横梁一般为人该处需要较大截面,因而刚架一般为变截面横梁一般为人字形,整个刚架呈字形,整个刚架呈“门门”形,故称为门式刚架它不易用于形,故称为门式刚架它不易用于吊车吨位大的厂房,跨度一般吊车吨位大的厂房,跨度一般18m左右 水平力的传递 带拉杆的拱(a)室内拉杆拱 (b)落地拱• 为了可靠传递拱的水平推力,采取以下措施为了可靠传递拱的水平推力,采取以下措施((1)设置水平拉杆;)设置水平拉杆;((2)推力由侧边框架或刚架传至基础;)推力由侧边框架或刚架传至基础;((3)当拱的水平体力不大且地基的承载力大,压缩性小时,水平)当拱的水平体力不大且地基的承载力大,压缩性小时,水平推力直接由地基抵抗。
推力直接由地基抵抗((1))旋转曲面:平面曲线旋转曲面:平面曲线绕竖轴旋转形成的曲面绕竖轴旋转形成的曲面((2))平移曲面:一竖向曲线平移曲面:一竖向曲线(母线)沿另一曲线(导线)(母线)沿另一曲线(导线)平行移动时所形成的曲面平行移动时所形成的曲面((a))椭圆抛物面椭圆抛物面 ((b))双曲抛物面双曲抛物面((3))直纹曲面:一段直线的直纹曲面:一段直线的两端沿两条固定的曲线移动所两端沿两条固定的曲线移动所形成的曲面形成的曲面((a))单柱曲面单柱曲面 ((b))劈锥曲面劈锥曲面国家奥林匹克体育中心体育馆(左)、游泳馆(右)国家奥林匹克体育中心体育馆(左)、游泳馆(右)((1989)) Gymnasium (left) and Natatorium (right) of the National Olympic Sports Center(1989)国家奥林匹克体育中心国家奥林匹克体育中心体育馆采用斜拉索人字体育馆采用斜拉索人字形网架结构形网架结构a))平板网架平板网架 ((b))曲面网架曲面网架 悉尼歌剧院建筑总面积悉尼歌剧院建筑总面积88258平方米平方米,包括一个有包括一个有2690座的大音乐厅座的大音乐厅,一个有一个有1547座的歌剧厅座的歌剧厅,一个可容一个可容500多人的剧场和一个小音乐厅。
此外多人的剧场和一个小音乐厅此外,还设有排演厅、还设有排演厅、接待厅、展览厅、录音厅以及戏剧图书馆和各种附属用接待厅、展览厅、录音厅以及戏剧图书馆和各种附属用房(如餐厅、小卖部等)共房(如餐厅、小卖部等)共900多个房间多个房间,同时可容同时可容6000多人在其中活动多人在其中活动 悉尼歌剧院的外观为三组巨大的壳片悉尼歌剧院的外观为三组巨大的壳片,耸立在一南北耸立在一南北长长186米、东西最宽处为米、东西最宽处为97米的现浇钢筋混凝土结构的米的现浇钢筋混凝土结构的基座上第一组壳片在地段西侧基座上第一组壳片在地段西侧,四对壳片成串排列四对壳片成串排列,三三对朝北对朝北,一对朝南一对朝南,内部是大音乐厅第二组在地段东侧内部是大音乐厅第二组在地段东侧,与第一组大致平行与第一组大致平行,形式相同而规模略小形式相同而规模略小,内部是歌剧厅内部是歌剧厅第三组在它们的西南方第三组在它们的西南方,规模最小规模最小,由两对壳片组成由两对壳片组成,里里面是餐厅其他房间都巧妙地布置在基座内整个建筑面是餐厅其他房间都巧妙地布置在基座内整个建筑群的入口在南端群的入口在南端,有宽有宽97米的大台阶车辆入口和停车米的大台阶。
车辆入口和停车场设在大台阶下面场设在大台阶下面 乌特松参加设计竞赛方案过于简略乌特松参加设计竞赛方案过于简略,后来在工程进行后来在工程进行中遇到了一系列复杂而困难性技术课题例如起初设想中遇到了一系列复杂而困难性技术课题例如起初设想那些巨大的壳片是钢筋混凝土壳体结构那些巨大的壳片是钢筋混凝土壳体结构,经过深入研究经过深入研究后发现后发现,只能将每一个壳片划分为一条条钢筋混凝土的只能将每一个壳片划分为一条条钢筋混凝土的肋券肋券,再分段预制再分段预制,然后才能组合成整体为了减少施工然后才能组合成整体为了减少施工的困难的困难,又将全部壳片改为同样的曲革又将全部壳片改为同样的曲革,使每一个壳片都使每一个壳片都相当于假想半径为相当于假想半径为76米的圆球表面的一部分为研究和米的圆球表面的一部分为研究和设计这些壳片的结构设计这些壳片的结构,用去用去8年时间年时间,施工也费时施工也费时3年多工程预算工程预算700万美元万美元,实际费用达实际费用达12000万美元 江阴长江大桥江阴长江大桥--主主跨跨1385米,米,1999年年 悬索桥悬索桥 又名吊桥,是以承受拉力的缆索或链索作又名吊桥,是以承受拉力的缆索或链索作为主要承重构件的桥梁。
悬索桥由悬索、索塔、锚碇、吊为主要承重构件的桥梁悬索桥由悬索、索塔、锚碇、吊杆、桥面系等部分组成悬索桥的主要承重构件是悬索,杆、桥面系等部分组成悬索桥的主要承重构件是悬索,它主要承受拉力,一般用抗拉强度高的钢材(钢丝、钢绞它主要承受拉力,一般用抗拉强度高的钢材(钢丝、钢绞线、钢缆等)制作由于悬索桥可以充分利用材料的强度,线、钢缆等)制作由于悬索桥可以充分利用材料的强度,并具有用料省、自重轻的特点,因此悬索桥在各种体系桥并具有用料省、自重轻的特点,因此悬索桥在各种体系桥梁中的跨越能力最大,跨径可以达到梁中的跨越能力最大,跨径可以达到1000米以上1981年建成的英国恒比尔悬索桥的跨径为年建成的英国恒比尔悬索桥的跨径为1410米,是目前世界米,是目前世界上跨径最大的桥梁悬索桥的主要缺点是刚度小,在荷载上跨径最大的桥梁悬索桥的主要缺点是刚度小,在荷载作用下容易产生较大的挠度和振动,需注意采取相应的措作用下容易产生较大的挠度和振动,需注意采取相应的措施 悬索的截面只承受拉力简陋的只供人、畜行走用的悬索的截面只承受拉力简陋的只供人、畜行走用的悬索桥常把桥面直接铺在悬索上通行现代交通工具的悬悬索桥常把桥面直接铺在悬索上。
通行现代交通工具的悬索桥则不行,为了保持桥面具有一定的平直度,是将桥面索桥则不行,为了保持桥面具有一定的平直度,是将桥面用吊索挂在悬索上为了避免在车辆驶过时,桥面随着悬用吊索挂在悬索上为了避免在车辆驶过时,桥面随着悬索一起变形,现代悬索桥一般均设有刚性梁(又称加劲梁)索一起变形,现代悬索桥一般均设有刚性梁(又称加劲梁)桥面铺在刚性梁上,刚性梁吊在悬索上现代悬索桥的桥面铺在刚性梁上,刚性梁吊在悬索上现代悬索桥的悬索一般均支承在两个塔柱上塔顶设有支承悬索的鞍形悬索一般均支承在两个塔柱上塔顶设有支承悬索的鞍形支座承受很大拉力的悬索的端部通过锚碇固定在地基中,支座承受很大拉力的悬索的端部通过锚碇固定在地基中,个别也有固定在刚性梁的端部者,称为自锚式悬索桥个别也有固定在刚性梁的端部者,称为自锚式悬索桥香港青马大桥香港青马大桥--主跨主跨1377米,米,1997年年世界最大跨悬索桥世界最大跨悬索桥--日本明石海峡大日本明石海峡大桥,主跨桥,主跨1990米,米,1998年年 。












