3建筑工程XXXX

第三章建筑工程概述结构体系的发展设计理论的演变施工技术进步3.1概述房屋建筑是最基本的土木工程设施之一，是人类活动最基本的物质保障之一。建筑物的功能：指建筑物的用途从宏观着眼，可就房屋建筑的主要用途加以区分：日常生活、交通、生产、文化事业、社会活动等从使用者的立场出发，则会关注建筑物的具体功能实现：内部空间分隔、采光、通风、隔声、保温等1.建筑物的功能与安全具有教学功能的学校建筑具有居住功能的住宅建筑具有购物功能的商业建筑具有交通功能的车站建筑建筑物的安全是保障建筑物使用功能实现的最重要前提不倒塌(局部或整体倒塌)是建筑物安全的最基本要求安全保障：具有合理的结构体系和正确传力路线传力路线：板→次梁→主梁→柱→基础→地基建筑物是一个有机的系统设计建造设计人员：建筑师、结构工程师、电气工程师和设备工程师(水、暖等)等其中结构工程师是设计者也是建造者2.建筑物的设计和建造3.2结构体系的发展结构体系建筑物承受荷载的内在骨架称为结构，结构的不同构筑方式形成结构体系。符合建筑的承载要求。保证建筑的安全性和经济性。板指平面尺寸较大而厚度较小的受弯构件，通常水平放置，但有时也斜向设置（如楼梯板）或竖向设置（如墙板）。板在建筑工程中一般应用于楼板、屋面板、基础板、墙板等。1.基本构件按截面形式可分为：空心板、实心板、槽形板等预制空心板槽形板实心板按所用材料可分为：木板、钢板、钢筋混凝土板等钢板木质墙面板现浇钢筋混凝土楼面板现浇板底木模板钢模板按受力和支撑形式：单向板和双向板梁梁是工程结构中的受弯构件，通常水平放置，但有时也斜向设置以满足使用要求，如楼梯梁。梁的截面高度与跨度之比一般为1/8～1/16，高跨比大于1/4的梁称为深梁。梁的截面高度通常大于截面的宽度，但因工程需要，梁宽大于梁高时，称为扁梁。梁的高度沿轴线变化时，称为变截面梁。矩形梁花篮梁T形梁钢梁截面形式按截面形式分：矩形梁、T形梁、倒T形梁、L形梁、Z形梁、槽形梁、箱形梁等。按所用材料分为：钢梁、钢筋混凝土梁、预应力混凝土梁、木梁、组合梁钢结构梁现浇预应力钢筋混凝土梁预应力筋波纹管钢-混凝土组合梁按梁的常见支承方式分为：悬臂梁、简支梁、一端简支一端固定梁、两端固定梁、连续梁悬臂梁简支梁连续梁次梁一般直接承受板传来的荷载，再将板传来的荷载传递给主梁。主梁除承受板直接传来的荷载外，还承受次梁传来的荷载。连梁主要用于连接两片墙肢，使其成为一个整体。圈梁一般用于砖混结构，将整个建筑围成一体，增强结构的抗震性能。过梁一般用于门窗洞口的上部，用以承受洞口上部结构的荷载。按在结构中的位置分：主梁、次梁、连梁、圈梁、过梁柱柱是工程结构中承受压力、弯矩的竖向构件按截面形式分类：方柱、圆柱、管柱、工字形柱等按所用材料分类：石柱、砖柱、木柱、钢柱、砼柱等按柱的破坏特征和长细比分类：短柱、长柱、中长柱按受力特点分类：轴心受压柱、偏心受压柱方形混凝土柱柱纵筋柱箍筋圆形石柱工字形钢柱板梁柱梁、板、柱示意图拱拱为曲线结构，主要承受轴向压力，应用于拱桥，建筑中应用较少，典型为结构中砖砌门窗拱形过梁。分类：三铰拱、无铰拱、双铰拱和带拉杆的双铰拱。三铰拱无铰拱两铰拱拉杆铰常用结构形式框架结构剪力墙结构框架-剪力墙结构部分框支剪力墙结构筒体结构：框架-核心筒、筒中筒巨型结构2.高层建筑结构体系框架结构受力体系由梁和柱组成承受水平荷载能力差适用于房屋高度不大、层数不多的建筑典型框架结构示意图框架梁框架柱剪力墙结构剪力墙：钢筋混凝土墙体，抗剪能力强层数较多，横向水平荷载起控制作用，剪力墙承受水平荷载和竖向荷载空间分隔固定，建筑布置不灵活，适用于住宅、旅馆等剪力墙高层剪力墙结构住宅框架-剪力墙结构两者协同受力，剪力墙承受绝大部分水平荷载，框架以承受竖向荷载为主。平面布置的灵活性介于框架结构与剪力墙结构之间，适用于办公楼、旅馆、住宅等。剪力墙框架柱框架梁楼面板框架-剪力墙结构部分框支剪力墙结构在结构中的局部，部分剪力墙因建筑要求不能落地，直接落在下层框架梁上，再由框架梁将荷载传至框架柱上，这样的梁就叫框支梁，柱就叫框支柱，上面的墙就叫框支剪力墙。一般多用于下部要求大开间,上部住宅、酒店且房间内不能出现柱角的高层房屋。部分框支剪力墙结构剪力墙框支柱框支梁楼面板剪力墙筒体结构一个或多个筒体作为承重结构的高层建筑体系适用于层数较多的高层建筑框架-核心筒结构、筒中筒结构、成束筒体系等框架-核心筒结构：内芯由剪力墙构成，周边为框架框架—核心筒结构剪力墙框架筒中筒结构：当周边的框架布置比较密集时，可将周边框架视为外筒，而将内芯的剪力墙视为内筒厦门某商业办公楼标准层结构平面图外筒框架柱内筒剪力墙成束筒体系由多个筒体组成的筒体结构最典型的成束筒体系建筑为美国芝加哥的西尔斯大厦西尔斯大厦地上110层，地下3层，443m，包括两根TV天线高475.18m钢结构成束筒体系1～50层由9个小方筒连组成一个大方形筒体51～66层截去一个对角线上的二个筒67～90层又截去另一对角线上的两个筒91层以上只保留二个筒，形成立面的参差错落，使立面富有变化和层次，简洁明快巨型结构巨型构件组成的简单而巨大的桁架或框架等结构巨型结构梁、柱截面尺寸通常很大巨型柱尺寸可以达到一个普通框架的柱距巨型梁采用高度在一层或一层以上的空间格构式桁架或厚板深梁体系，隔若干楼层设置一根巨型结构1990年建成，总建筑面积12.9万平方米地上70层，高315m巨型支撑结构体系：由四根巨大的角柱与沿建筑四周布置的巨型交叉支撑组成，每隔13层在四周布置一层楼高的加强桁架香港中国银行大厦古代大跨度建筑材料仅以木材和石材为主西方以石材为主,代表建筑为万神庙东方以木材为主,代表建筑为北京天坛祈年殿近代以后随着新材料及新技术的进步建造的大跨度建筑很多1851年为英国伦敦的万国博览会而建造的水晶宫是近代大跨度建筑的典型代表3.大跨度建筑结构体系万神庙建筑材料为石材位于意大利首都罗马圆形广场北部,建于公元前27年穹顶直径43米,基座以上高22米，建于公元113~128年万神庙大厅北京天坛祈年殿建筑材料为木材建于明代,殿高32米，直径30米,整个大殿共有28根大木柱和36根枋桷支撑穹顶屋盖水晶宫建于1851年，为英国伦敦的万国博览会而建。用预制的铁件组成结构框架支撑玻璃。跨度为22m，建设时间仅为6个月。现代大跨度建筑结构体系随着建造材料、建造理论和建造技术的进步，出现了各种类型的大跨度结构薄壳结构、空间网格结构、索膜结构、充气结构、应力膜皮结构、混凝土拱形桁架等薄壳结构常用的形状为圆顶、筒壳、折板、双曲扁壳和双曲抛物面壳等第一个现代薄壳建筑始于20世纪20年代，50年代在国际上流行悉尼歌剧院长183米，宽118米，高67米，耗时16年，于1973年建成，主体结构由三组巨大的壳片组成，由2194块每块重15.3吨的弯曲形混凝土预制件，用钢缆拉紧拼成(实为组合拱)，耸立在现浇钢筋混凝土结构的基座上。空间网格结构主要包括网壳结构、网架结构，1907年贝尔发明了网壳结构大跨度结构最常见的结构形式，因其为空间结构，故一般称为空间网格结构杆件多采用钢管或型钢，现场安装，常见的为平面桁架、四角锥体和三角形锥体组成节点形式：焊接钢板节点和焊接空心球节点焊接钢板节点构造焊接空心球节点构造大跨度网架网架结构看台顶棚大跨度网架结构体育场馆索膜结构索膜结构是用高强度柔性薄膜材料经受其它材料的拉压作用而形成的稳定曲面，能承受一定外荷载的空间结构形式。20世纪五十年代在国际上开始出现，到了七十年代以后，得到了迅速发展。索膜结构体育场馆索膜结构是将桥梁中的悬索“移植”到房屋建筑中。索膜结构看台顶棚索膜结构休息棚索膜结构大跨度顶棚世博轴的索膜结构是迄今为止世界上规模最大的连续张拉索膜结构烟囱、水塔、水池及筒仓4.特种结构砖烟囱：50m以内，圆锥形；钢筋混凝土烟囱：用于高度超过50m；单筒、双筒及多筒钢烟囱：自立式120m以内，塔架式120m以上烟气排入高空的高耸结构、减少环境污染烟囱储水和配水的高耸结构水箱、塔身及基础钢筋混凝土水塔钢水塔砖石塔身和钢筋混凝土水箱组合水塔水塔筒仓储存粒状和粉状松散物体的立体容器。分农业筒仓和工业筒仓两大类。平面形状有正方形、矩形、多边形和圆形等。采用砖石、木材、钢筋混凝土或钢材建造。小型筒仓也可用塑料制造。结构设计的目的：保证结构的安全性、适用性、耐久性结构设计的限制条件：经济性：用最经济的方法实现安全可靠性和适用性，将建筑物的建造费用降至最少使用性：满足使用者提出的适用性要求3.3结构设计理论的演变1.结构安全性结构的安全可靠性：•建筑结构达到极限状态的概率是足够小的，或者说结构的安全保证率是足够大的。结构的极限状态•整个建筑或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求，此特定状态称为该功能的极限状态。结构设计几个概念承载能力极限状态•结构或构件达到了最大的承载能力（或极限强度）时的极限状态•混凝土柱被压坏，梁发生断裂等正常使用极限状态：•结构或构件达到了不能正常使用的极限状态•梁发生了过大的变形，或裂缝太大，或在不能出现裂缝的构筑物中（如水池）产生裂缝等极限状态方案设计•承重系统的构成方式、基础的形式、结构材料、主要构件的尺寸等：初步设计、扩大的初步设计技术设计(施工图设计)•结构荷载的力学分析、结构的安全性校核、绘制施工图等。施工设计•施工可行性评价分析、施工方法对结构的影响等。2.结构设计的主要步骤静力学动力学弹性阶段塑性阶段强度破坏失稳破坏基于概率论的设计力学分析方面设计理论方面3.结构设计理论的发展和演变确定性的设计结构安全性的表述：荷载(作用)的效应≤结构的抵抗能力古代施工技术古代土木工程施工主要依靠人力、畜力和一些简单的工具，所以当修筑庞大的工程时劳动艰苦，需大量的人力物力。土木工程施工方法和技术随着建筑材料的进步经历了三次飞跃。3.4施工技术的进步随着砖瓦新建筑材料的出现，施工技术得到了质的飞跃，出现了今天所说的砌筑工程1.施工技术的第一次飞跃—砖瓦的出现现代砌筑工程用砖石膏砌块混凝土砌块陶粒砌块粉煤灰砌块土木工程施工中现代混凝土结构占据主导地位混凝土施工包括脚手架工程钢筋工程模板工程混凝土工程等2.施工技术的第二次飞跃—混凝土出现钢筋绑扎板钢筋工程模板安装梁侧模板柱子纵筋混凝土浇筑混凝土输送泵1855年出现转炉炼钢法1865年出现平炉炼钢法1870年轧制工字钢出现3.施工技术的第三次飞跃—钢材的冶炼和钢结构的应用建筑用钢钢结构施工构件预制、运输、连接吊装、整体校正等过程连接方式焊接、铆接、栓接铆接已经越来越不常用；焊接不适用于承受动力荷载；栓接费钢材(螺栓)，表面处理麻烦各种型号连接铆钉专用铆枪连接螺栓焊接焊缝现场施焊焊枪焊条柱子吊装连系梁吊装钢框架吊装钢结构工业厂房吊车梁