第5章建筑结构

第五章建筑结构基础知识主要内容第一节概述第二节建筑结构计算的基本原则第三节混凝土的高温力学性能介绍建筑结构的类型，各类结构的优缺点及其应用和发展简况；第一节概述（一）建筑结构的定义建筑结构（结构）——建筑中由若干构件连接而成的能承受作用的平面或空间体系。注：“作用”——能使结构或构件产生效应（内力、变形、裂缝等）的各种原因的总称。作用分为：（1）直接作用即荷载：如结构自重、人群荷载、风荷载等；（2）间接作用：如地震、基础沉降、温度变化等。一建筑结构的概念（二）建筑结构的组成1.水平构件：梁、板等，用以承受竖向荷载。2.竖向构件：柱、墙等，其作用是支承水平构件或承受水平荷载。3.基础：其作用是将建筑物承受的荷载传至地基。一建筑结构的概念（三）建筑结构的分类按材料的不同分为：ConcreteStructureBlockStructureTimberStructureSteelStructure＊混凝土结构＊砌体结构＊钢结构＊木结构＊混合结构CompositeStructure1.混凝土结构（1）混凝土结构的概念素混凝土结构混凝土结构钢筋混凝土结构预应力混凝土结构（三）建筑结构的分类常见混凝土构件形式Q混凝土结构：1850年，法国人郎波特（L﹒Lambot）制成了铁丝网水泥砂浆的小船。1861年，法国人莫尼埃（Joseph﹒Monier）获得了制造钢筋混凝土构件的专利。20世纪30年代预应力混凝土结构出现。目前，世界上最高的钢筋混凝土结构房屋为朝鲜平壤柳京饭店，高度达330m（105层）。一建筑结构的概念一建筑结构的概念素混凝土结构以普通混凝土材料制作的结构。主要用于承受压力而不承受拉力的结构，如重力堤坝、支墩、基础、挡土墙、地坪、水泥混凝土路面、飞机场跑道及砌块等。一建筑结构的概念钢筋混凝土结构工程上常被简称为钢筋砼。是指通过在混凝土中加入钢筋与之共同工作来改善混凝土力学性质的一种组合材料，混凝土主要承受压力，钢筋主要承受拉力，更加合理的满足工程结构的要求。一建筑结构的概念预应力混凝土结构为了避免钢筋混凝土结构的裂缝过早出现，充分利用高强度钢筋及高强度混凝土，设法在混凝土结构或构件承受使用荷载前，预先对受拉区的混凝土施加压力后的混凝土就是预应力混凝土。钢筋混凝土梁与素混凝土梁的破坏情况对比151）就地取材；2）耐久性好；3）整体性好；4）可模性好；5）耐火性好。30mm厚混凝土保护层可耐火2小时（2）钢筋混凝土结构的特点主要优点：主要缺点：自重大：不适用于大跨、高层结构。抗裂性差：普通RC结构，在正常使用阶段往往带裂缝工作，环境较差(露天、沿海、化学侵蚀)时会影响耐久性；也限制了普通RC用于大跨结构，高强钢筋无法应用。承载力有限：在重载结构和高层建筑底部结构，构件尺寸太大，减小使用空间。施工复杂，工序多（支模、绑钢筋、浇筑、养护），工期长，施工受季节、天气的影响较大。混凝土结构一旦破坏，其修复、加固、补强比较困难。克服缺点的方法：采用轻质、高强的混凝土，可克服自重大的缺点；采用预应力混凝土，可克服容易开裂的缺点；掺入纤维做成纤维混凝土可克服混凝土的脆性；采用预制构件，可减小模板用量，缩短工期。混凝土外加剂聚丙烯抗裂防渗纤维（3）钢筋和混凝土共同工作的原因a）有着近似相同的线膨胀系数，不会由环境不同产生过大的应力。钢材为1.2×10-5，混凝土为(1.0-1.5)×10-5b）钢筋与混凝土之间有良好的粘结力★c）足够的保护层厚度，防腐蚀一是混凝土结硬时体积收缩，将钢筋紧紧握住而产生的摩擦力；二是由于钢筋表面凹凸不平而产生的机械咬合力；三是混凝土与钢筋接触表面间的胶结力。其中机械咬合力约占50%；粘结作用由三部分组成：热轧带肋钢筋与混凝土间的粘结作用主要依靠机械咬合力2.砌体结构（1）概念是指由块材通过砂浆铺砌而成的结构。块材包括了砖、石和各种砌块，砂浆包括了水泥砂浆、石灰砂浆、混合砂浆以及砌块专用砂浆砌体结构历史悠久，“秦砖汉瓦”之说，代表两千年前，我国砖瓦材料运用已很普遍。十九世纪中叶发明了水泥（cement），加入砂浆，形成水泥砂浆等，提高了砌体强度。古代采用砌体结构的几个著名建筑：长城、嵩岳寺砖塔、安济桥、大雁塔、无梁殿等。嵩岳寺砖塔：嵩岳寺，是屹立在“五岳”之中岳——河南省嵩山南麓的一座古老佛刹。建于北魏，是我国现存大型古塔实物中年代最早的一座，具有极高的建筑和艺术价值，它高39.8米，共15层，底层直径10.6米，内径5米，壁厚2.5米，如此多层之高塔在全国范围内罕有。它是一座砖塔，全塔除塔刹和基石外，均以砖砌筑，砖呈灰黄色，以粘土砌缝。汉魏时塔多为木构楼阁式，后来才渐渐被砖石材料代替，嵩岳寺塔则是这一转化的最早实例，因而极为可贵。该塔的外形和下层平面为十二边形，是现存塔的实物中的孤例。西安大雁塔：全称“慈恩寺大雁塔”，位于距西安市区4公里的慈恩寺内，始建于公元652年，是一座楼阁式砖塔，塔高64余米，塔基边长25米，共有七层，塔身呈方形锥体。全塔采用磨砖对缝，砖墙上显示出棱柱，可以明显分出墙壁开间，具有中国传统建筑艺术的风格。我国古代砌体结构：（2）特点主要优点：1）取材方便，造价低廉；2）具有良好的耐火性及耐久性；3）具有良好的保温、隔热、隔音性能，节能效果好；4）施工简单，技术容易掌握和普及，也不需要特殊的设备。主要缺点：自重大，强度低，整体性差，砌筑劳动强度大。基于这些特点，砌体结构的使用受一定的限制，主要适用于受压构件。如：用作住宅、办公楼、学校、旅馆、小型礼堂、小型厂房的墙柱基础等。以钢材为主制作的结构。3.钢结构（1）概念（2）特点主要优点：1）材料强度高，自重轻，塑性和韧性好，材质均匀；2）便于工厂生产和机械化施工，便于拆卸，施工工期短；3）具有优越的抗震性能；4）无污染、可再生、节能、安全，符合建筑可持续发展的原则，可以说钢结构的发展是21世纪建筑文明的体现。主要缺点：易腐蚀，需经常油漆维护，故维护费用较高；钢结构的耐火性差，当温度达到250℃时，钢结构的材质将会发生较大变化；当温度达到500℃时，结构会瞬间崩溃，完全丧失承载能力。典型钢结构高层建筑1、马来西亚吉隆坡石油双塔1996年2月13日建成曾经是世界最高的摩天大楼，直到2003年10月17日被台北101超越，但仍是目前世界最高的双塔楼，楼高452米，共地上88层，由美国建筑设计师西萨·佩里所设计的大楼表面大量使用了不锈钢与玻璃等材质，并辅以伊斯兰艺术风格的造型，反映出马来西亚的伊斯兰文化传统。1972年在纽约建造了世界贸易中心大楼(WorldTradeCenterTowers)，110层，高402m，钢结构2、纽约世贸中心3、南京绿地广场紫峰大厦【建筑位置】位于南京南鼓楼区鼓楼广场，东至中央路，西至北京西路。【建筑层数】地上89层、地下3层【建筑高度】450米【结构形式】高轧制钢梁支托的金属板，钢筋混凝土4、南京地铁大厦江苏省第一幢高层全钢结构建筑，地上26层、地下3层，楼高99.9米。1-18层为办公用房。地下一层设双层汽车库和自行车库，地下二层设双层汽车库。南京地铁大厦总投资1.85亿元，为钢框架支撑结构体系，钢柱钢板最厚达60毫米，仅焊缝长度就达8万多米，耗钢更多达5300余吨。南京普通的建筑物抗震级数一般为7级，而此楼的抗震级数达到8级。同时，大厦喷涂的是高性能防火涂料，可在强火中“烧烤”3小时而不改色。这些都确保了大厦的“安全系数”。5、台北101大厦被称为“台北新地标”的101大楼于1998年1月动工，主体工程于2003年10月完工。建筑高度508米4.木结构（1）概念指全部或大部分用木材制作的结构。（2）特点主要优点：易于就地取材，制作简单。主要缺点：易燃、易腐蚀、变形大，并且木材使用受到国家严格限制。二、建筑结构的发展方向1.材料方面l混凝土结构的材料将向轻质、高强、新型、复合方向发展;l高强钢筋快速发展;l砌体结构材料向轻质高强的方向发展;l钢结构材料向高效能方向发展。2.结构方面l大跨度结构向空间钢网架、悬索结构、薄壳结构方向发展;l高层砌体结构开始应用;（砖墙-核心筒、预应力砌体等）l组合结构成为结构发展的方向。（劲性钢筋混凝土、钢管混凝土、型钢混凝土、外钢框架-内核心筒等）