建筑结构

建筑结构第1章绪论第一节概述一、混凝土结构的概念1、素混凝土结构：无钢筋或不配置受力钢筋的混凝土结构。2、钢筋混凝土结构：配置受力普通钢筋，钢筋网或钢骨架的混凝土结构。钢筋和混凝土是两种力学性能不同的材料，混凝土抗压强度高，而抗拉强度很低。钢筋具有很高的抗拉压强度，但易腐蚀，在混凝土中配置钢筋，用抗拉强度高的钢筋承受拉力，用抗压强度较高的混凝土承受压力，可充分发挥两者的强度。3、预应力混凝土结构：在混凝土构件的受拉区预先施加压应力，以提高混凝土的抗拉性能。二、建筑结构分类1、按材料不同分类1）钢筋混凝土结构3）钢结构2）砌体结构4）木结构2、按承重结构类型的不同分类1）砖混结构2）框架结构3）框架-剪力墙结构4）剪力墙结构5）筒体结构三、钢筋和混凝土能有效地共同工作的原因：1、钢筋和混凝土之间有良好的黏结力。2、钢筋和混凝土具有相近的温度膨胀系数，当温度变化时不致产生叫大的温度应力而破坏两者之间的黏结。3、钢筋有足够的保护层厚度，防止钢筋锈蚀。第二节建筑结构荷载一、荷载分类永久荷载→如结构自重、土压力、基础沉降等。可变荷载→如楼面活荷、雪荷、风荷、吊车荷载等。偶然荷载→如爆炸、撞击、地震、台风等。二、荷载代表值三、荷载组合值第三节建筑结构的设计方法一、结构的功能要求1、安全性：能承受正常施工和正常使用时可能出现的各种荷载和变形。2、适用性：结构正常使用过程中应具有良好的工作性。（不产生过大的变形和裂缝）3、耐久性：结构在正常维护条件下，完好使用到设计规定的年限。（一般年限为50年）二、结构的极限状态1、极限状态定义：整个结构或结构的一部分，超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能（安全、适用或耐久）要求，此特定状态为该功能的极限状态。结构的极限状态分两类：1）承载能力极限状态—结构或构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形时的状态。超过此状态的标志：1）整个结构或一部分作为刚体失去平衡如：雨篷的倾覆当墙体及墙体以上荷载小于雨篷荷载时，整个雨篷发生倾覆。2）因材料强度被超过或过度的塑变而破坏如：钢筋混凝土梁当钢筋的混凝土的ccysff即材料强度被超过当挠度过大，裂缝过宽即过度塑变3）结构转变为机动体系超静定体系的破坏特点如：两跨连续梁4）结构或构件丧失稳定如：长柱子的失稳2、正常使用极限状态—结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值的状态超过此状态的标志：1）影响正常使用或外观的变形如：过大变形会造成房屋内粉刷剥落、屋面积水等。2）影响正常使用或耐久性能的局部破坏（包括裂缝）如：保护层剥落、缝宽超过要求等。3）影响正常使用的振动4）影响正常使用的其它特定状态如：水池、油罐的渗漏现象。三、极限状态方程1、作用效应S—指作用引起的结构或构件的内力（如轴力、剪力、弯矩）、变形和裂缝。作用包括直接作用和间接作用：直接作用：直接施加在结构上的各种力，如结构自重永久荷载）、可变荷载、积灰荷载、雪荷载、风荷载等。间接作用：指在结构上引起外加变形和约束变形的其他作用（如混凝土收缩、温度变化、焊接变形、地基沉陷等）。2、结构抗力R—指结构或构件抵抗内力、变形、和裂缝的能力（如承载力、刚度、抗裂度）。3、极限状态的方程当S≤R结构安全可靠当S＞R结构失效将承载能力极限状态函数可表示为：Z=R-S根据概率统计理论，R、S都是随机变量，则Z=R-S也是随机变量。当Z=R-S＞0结构处于可靠状态当Z=R-S=0结构处于极限状态当Z=R-S＜0结构处于失效（破坏）状态四、极限状态设计表达式1、、承载能力极限状态设计表达式RS0安全等级为一级(100年)→不小于1.1安全等级为二级(50年)→不小于1.0安全等级为三级(5年)→不小于0.90—结构重要性系数kGkGSSSQQ永久荷载分项系数可变荷载分项系数一般取1.2一般取1.42、正常使用极限状态设计表达式CS达到正常使用要求所规定的限值，如变形和裂缝等第四节建筑结构抗震设计一、基本术语1、震源2、震中3、震级：是衡量一次地震释放能量大小的等级，用符号M表示。定义：在离震中100km处，由标准地震仪所记录到的最大水平位移（单位为μm）的常用对数。4、地震烈度：指地震时在一定地点振动的强烈程度。对于一次地震，震级只有一个，但它对不同地点的影响（烈度）是不一样的。5、设防烈度：按国家规定的权限批准审定作为一个地区抗震设防依据的地震烈度，称为抗震设防烈度。二、抗震设防分类和设防标准1、分类（见表1.3）2、设防标准—以“三水准”作为抗震设防标准1）第一水准—小震不坏：即当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时，建筑物一般不受损坏或不需修理仍可继续使用。2）第二水准—中震可修：即当遭受到相当于本地区抗震设防烈度的地震影响时，建筑物可能损坏，经一般修理或不需修理仍可继续使用。3）第三水准—大震不倒：即当遭受到高于本地区抗震设防烈度预估的罕遇地震影响时，建筑物不至于倒塌或发生危及生命的严重破坏。三、地震的破坏作用（P11）1）软钢应力—应变曲线：（图1-1）屈服强度为主要强度指标第2章钢筋和混凝土结的物理力学性能第一节钢筋钢筋有两类有明显屈服点的钢筋（热轧钢筋）无明显屈服点的钢筋（钢丝、钢绞线及热处理)一、钢筋的强度和变形1、钢筋的应力—应变）—（曲线软钢硬钢屈服强度极限强度2）硬钢应力—应变曲线：（图1-2）极限强度为主要强度指标屈强比=抗拉强度屈服强度≤0.80.2%2.02.0：条件屈服强度。3）钢筋的屈强比：体现钢筋强度储备的大小2、钢筋的塑性变形塑性性能指标伸长率冷弯性能伸长率=%100112lll1l2l1）伸长率—钢筋拉断后的伸长值与原长的比值—试件拉断后的标距长度—试件受力前的标距长度2）冷弯性能—冷加工产生塑变时，对产生裂纹的抵抗能力。直径D越小，弯转角越大说明钢筋的塑性越好3、钢筋质量检验的四项指标屈服强度、极限强度、伸长率、冷弯性能（硬钢只测后三项）二、钢筋的成分、品种与级别1、成分（P11）钢筋的含碳量越高，强度越高，但塑性和焊接性越差2、品种与级别热轧钢筋按外形特征分光圆钢筋和变形钢筋光圆钢筋：常用R235（HPB235）级（Ⅰ级）变形钢筋：常用HRB335级（Ⅱ级）、HRB400级（Ⅲ级）热扎光圆钢筋热扎带肋钢筋三、钢筋的冷加工1、冷拉钢筋—将热轧钢筋冷拉到超过屈服强度的某一应力（冷拉控制应力），然后卸荷至零。1）冷拉强化：卸荷后立即加荷（图2—6中的O′KZ曲线）2）冷拉时效：卸荷后停留一段时间再加荷（图2—6中的O′K′Z′曲线）2、冷拔钢筋—将钢筋用强力拔过比其直径小的硬质合金拔丝模冷加工的目的：为了提高钢筋的强度（从图2—6及2—7可看出）冷加工的结果：强度提高了，塑性降低了。注意：1）冷拉只能提高钢筋的抗拉强度，冷拔则可同时提高抗拉及抗压强度。2）需要焊接的冷拉钢筋要先焊好后再进行冷拉。第二节混凝土一、混凝土强度（一）混凝土的抗压强度1、立方体抗压强度fcu，k—由边长15cm的立方体试件测得（P13）1）混凝土强度等级（由立方体抗压强度fcu，k确定）《公路桥规》分14个等级：C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80（Mpa）2）换算强度系数—采用20cm和10cm边长试件测强度时需换算强度20cm边长试件乘1.0510cm边长试件乘0.95试件越小,强度越高3)强度与加荷速度的关系—加荷速度越快，测得的强度越高。2、混凝土轴心抗压强度fck—由15cm×15cm×30cm的标准试件测得与立方体抗压强度的关系约为fck=（0.7~0.8)fcu，k(二)混凝土的抗拉强度ftk—用15cm立方体试件进行劈裂测定（P14公式（2—4））混凝土抗拉强度只是抗压强度的1/18~1/8（三）混凝土的复合受力强度混凝土很少处于理想的单向应力状态，而往往处于复合应力状态1、混凝土的双向受力强度（图2—12）通过试验得出结论：1）双向受压强度比单向受压最大提高约27%。ckf27.15.0112时ckf27.12212时ckf15.12121时2）一向受压、一向受拉，混凝土强度均低于单向受力。1212ckf1tkf23）双向受拉强度接近单向受拉强度。tkf212、正应力和剪应力作用下的复合受力情况试验结论：1）剪压复合状态增加增加时，ckf5.02）剪拉复合状态降低增加，时ckf5.0降低增加3、三向受压强度圆柱体试件试验结论：1）随侧压力增加增加132的1232）主动侧压力下的1被动侧压力下的13）经验公式：214ckf二、混凝土的变形（一）混凝土在短期荷载作用下的变形混凝土的应力—应变曲线：混凝土力学性能的重要内容（图2—14）（二）混凝土在长期荷载作用下的变形—徐变（随时变形）徐变—混凝土在不变荷载的长期作用下，随时间而增长的变形。1、产生徐变的原因：混凝土在荷载的长期作用下，因水泥胶体粘性流动的继续而产生。2、徐变过程6个月完成75%左右一年后完成90%左右2年后趋于稳定3、徐变对混凝土构件的影响加大混凝土构件的变形加大预应力混凝土构件的预应力损失4、影响徐变的因素混凝土龄期越短，徐变越大。骨料越坚硬、弹性模量越高，徐变越小。水灰比越小，徐变越小。养护时温度越高、湿度越大，徐变越小。使用环境的高温干燥使徐变增大。构件的体积越大、体表比越大，徐变越小。（二）混凝土的收缩（随时变形）收缩—混凝土在空气中结硬时体积减小的现象1、引起收缩的原因结硬初期水泥石产生的体积变化结硬后期混凝土内自由水分蒸发引起的干缩2、收缩过程2周完成25%一个月完成约50%三个月后增长缓慢两年后趋于稳定3、收缩对混凝土构件的影响受约束的混凝土构件易开裂。使预应力混凝土构件产生预应力损失。原点弹性模量（即弹性模量）切线模量割线模量（又称变形模量）4、影响收缩的因素（P17~18）三、混凝土的弹性模量混凝土材料模量有弹性模量EC的经验公式：)N/mm(/7.342.25102,kcufCE第三节钢筋与混凝土的粘结一、粘结的作用（一）无粘结钢筋混凝土梁—受力性能同素混凝土梁（图2—22a）（二）有粘结钢筋混凝土梁—钢筋与混凝土一起受力（图2—22b）粘结应力—钢筋与混凝土接触面上的剪应力（图2—22c）dxdds4粘结应力使钢筋中应力沿其长度发生变化二、产生粘结作用的原因化学胶结力混凝土收缩而产生的摩擦力机械咬合力（由钢筋表面粗糙不平产生）三、保证粘结力的措施（一）保证“锚固”和“局部”粘结应力的可靠传递1、保证钢筋的“锚固长度”和“搭接长度”2、在同样钢筋面积下，应选择直径较小钢筋和变形钢筋（二）保证钢筋保护层厚度及受力筋净距（三）光面钢筋末端需做弯钩（四）对高度较大的构件应分层浇注混凝土和二次振捣第3章混凝土结构基本构件第一节钢筋混凝土受弯构件一、梁、板的一般构造1、板的构造要求（P28)板的纵向受力钢筋常用HPB235，HRB335，HRB400。常用直径是6、8、10、12mm，现浇板的钢筋直径不宜小于8mm。钢筋间距一般为70—200mm。分布钢筋宜采用HPB235，HRB335，常用直径为6、8mm。分布钢筋间距不应大于300mm。温度变化较大时，间距不应大于200mm。板中受力钢筋的净保护层为15mm。（一类环境）分布钢筋受力钢筋hs0h净保护层≥1.5钢筋直径且≥30mm≥25mm且≥钢筋直径≥25mm且≥钢筋直径aahh0净保护层≥25mm净保护层hh保护层作用：（1）保护纵向钢筋不被锈蚀。（2）火灾等情况下，钢筋温度上升缓慢。（3）使钢筋与混凝土有较好的黏结力。：截面的有效高度。0hahh02、梁的构造要求（P32）保护层+钢筋半径纵向构造钢筋当梁的腹板高度hW≥450mm时，为了防止混凝土收缩和温度变形而产生竖向裂缝，同时加强钢筋骨架的刚度，在梁的两侧沿梁高每隔200mm处各设一根直径不小