混凝土与砌体结构模块1

混凝土与砌体结构模块Ⅰ基础知识1.1.1建筑结构的概念和分类建筑结构：建筑内部空间的承重体系（骨架）。建筑结构在建筑中起骨架作用，是建筑的重要组成部分。地基：基础下面承受建筑物全部荷载的土体或岩体。水平构件：梁、板构件竖向构件：柱、承重墙（三类）基础构件从受力角度分，可分为：★1.受弯构件：（以弯曲变形为主）截面内力M（弯矩）V(剪力）典型的受弯构件：梁、板★2.受压构件：（以轴向压缩变形为主）截面内力N．（轴力）、M(弯矩）V（剪力）柱、承重墙、屋架中的压杆3.受拉构件：（以轴向拉伸变形为主）屋架中的拉杆4.受扭构件：（实际工程中受扭构件较少）以扭转变形为主、截面内力T（扭矩）M、V雨篷梁、框架中的边梁5.受剪构件：以剪切变形为主（实际工程中受剪构件较少）无拉杆的拱支座截面处★表示实际工程中较多1.1.2建筑结构的类型按材料分：素砼结构（无筋或未配置受力钢筋的砼结构）1）混凝土结构钢筋砼结构（配置受力普通钢筋的砼结构）[主要承受拉力]预应力砼结构（配置受力预应力钢筋的砼结构）A.混凝土结构按受力分：a.框架结构：（由梁和柱组成的结构）一般适用于10层及10层以下的房屋构造b.剪力墙结构：（由纵向、横向的钢筋混凝土墙所组成的结构）常用于25~30层房屋c.框架——剪力墙结构：（框剪结构）是在框架纵、横方向的适当位置，在柱与柱之间设置几道钢筋混凝土墙体（剪力墙）常用于25层以下房屋。d.筒体结构：是用钢筋混凝土墙围成侧向刚度很大的同体的结构形式。筒体结构用于30层以上的超高层房屋结构，经济高度以不超过80层为限。2）砌体结构（砖混结构）砌体结构是指各种块材（包括砖、石材、砌块等）通过砂浆砌筑而成的结构。1.2结构抗震知识1.2.1地震的基本概念1.地震的分类①火山地震陷落地震成因构造地震：地壳运动所产生、90%以上人工诱发地震②按地震发生的部位分：浅源地震：≤60km（我国大多数地震10~20km）中源地震：60~300km深源地震：300km震源深度越小对地面的破坏性越大2.常用地震术语1）震源：地震发生的地方叫震源2）震源深度：震源至地面的垂直距离叫做震源深度。3）震中：震源正上方的位置叫做震中4）震中区：震中附近地面震动最厉害，也是破坏最严重的地区，叫做震中区或极震区。5）震中距：地面某处至震中的距离叫做震中距6）等震线：地震时地面上破坏程度相近的点连成的线为等震线。3.震级和烈度衡量地震大小的等级称为震级，它表示一次地震释放能量的多少，一次地震只有一个震级，地震的震级用M表示，通常称为里氏震级。M2微震2M4有感地震、无破坏M5破坏地震7M8强烈地震（大地震）M8特大地震地震烈度：指某一地区地面和建筑物遭受一次地震影响的强烈程度。一次地震只有一个震级，然而同一次地震却有多个烈度区，一般来说，离震中越近，烈度越高，破坏越大，我国地震烈度采用十二度划分法。六度时房屋开始有损坏七度时轻度破坏八度时中等破坏九度时严重破坏十度时大多数倒塌十一度时普遍性倒塌十二度时地面剧烈变化，山河改观4.抗震设防烈度抗震设防烈度是按国家批准权限审定，作为一个地区抗震设防依据的地震烈度抗震设防烈度为6度及以上地区的建筑，必须进行抗震设计一般情况下，取该地区50年内超越概率为10%的地震烈度作为该地区的设防烈度。5.抗震设防的一般目标“三水准两阶段”三水准第一水准：小震不坏（多遇地震50年61%）第二水准：中震可修（设防地震475年50年内10%）第三水准：大震不倒（罕遇地震1600~2400年50年内2%~3%）两阶段1.弹性阶段的承载能力计算2.弹塑性阶段的变形验算1.2.2地震的破坏作用1.地震时对地表的破坏2.建筑物的破坏现象1）结构丧失整体性2）强度破坏3）地基失效3.次生灾害1.2.3建筑抗震设防分类和设防标准根据建筑物的重要性不同进行分类，可分为四类甲类（特殊设防类）乙类（重点设防类）丙类（标准设防类）丁类（适度设防类）1.2.4建筑场地和地基▲场地：建筑物所在的区域范围相当于一个厂区、居住小区、自然村的区域，在平坦地区的面积不小于1000m×1000m▲场地土：场地范围内深度在20米左右的地基土▲场地类别类别划分的依据：场地土的剪切波速和场地覆盖层的厚度Ⅰ（Ⅰ0Ⅰ1）最好ⅡⅢⅣ最差☆①剪切波速越大，场地性质越好②覆盖层厚度越小，场地性质越好2地基土的液化1）地基土的液化等级在同一地震烈度下，液化层的厚度愈厚，埋深愈浅，地下水位愈高，液化就越严重，其危害就越大。液化等级可分为三级2）地基土的抗液化措施不宜将未经处理的液化土层作为天然地基持力层1.2.5抗震设计的基本要求1.设计方法计算设计概念设计2.概念设计的要求1）场地选择2）地基和基础的设计地基和基础设计应符合下列要求：同一结构单元的基础不宜设置在性质截然不同的地基上；同一结构单元不宜部分采用天然地基，部分采用桩基。3）建筑结构的规则性建筑平面和立面布置宜规则、对称，其刚度和质量分布宜均匀。体型复杂的建筑宜设置防震缝。4）结构的体系5）注重非结构构件之间的连接6）结构材料（高强度材料）和施工顺序进行1.3荷载1.3.1荷载的分类拉伸、压缩、扭转、剪切、平面弯曲1.作用的概念：使结构产生内力或变形的各种原因的统称。弯矩、剪力、轴力、扭矩直接作用：习惯上称为荷载，直接施加在结构上的各种力如自重、楼面荷载、风载、雪载作用间接作用：如热胀冷缩、地基沉降、砼的收缩、地震作用。2.荷载的分类1）按作用于结构上的作用时间长度按性质分：永久荷载（恒载）：结构的自重、土压力、预应力可变荷载（活载）：楼面活载、吊车荷载、风荷载、雪荷载偶然荷载：爆炸力、撞击力2）按结构的反应特点分：☆静态荷载（静载）：如结构自重、住宅和办公楼的楼面活荷载动态荷载（动载）：如地震、吊车荷载、设备振动风荷载属于动态荷载，计算时转化为静载进行计算3）按作用位置可分：固定荷载——是指作用位置不变的荷载，如结构的自重移动荷载——是指可以在结构上自由移动的荷载，如车轮压力等。1.3.2荷载的分布形式1.集中力：集中作用于一点的荷载称为集中荷载（集中力），其单位为kN或N，通常用G或P表示。2.均布的线分布力（均布的线荷载）kN/mN/m分布力均布的面分布力（均布的面荷载）kN/㎡N/㎡非均布线荷载：挡土墙所受到的土压力kN/mN/m一般来说，楼板上的荷载为均布面荷载。单位面积的自重gk=BlG=BlBlh=γh(kN/㎡)gk值就是板自重简化为单位面积上的均布荷载标准值。梁上的荷载一般为均布线荷载，沿梁轴每米长度的自重)(mKNklbhllGg。kg值就是梁自重简化为沿梁轴方向的均布荷载标准值。1.1.3荷载代表值永久荷载采用标准值为代表值，可变荷载采用标准值、组合值、频遇值或准永久值为代表值。荷载变量1.荷载的标准值：荷载标准值是荷载的基本代表值，是设计基准期内（50年）最大荷载统计分布的特征值，是指其在结构使用期间可能出现的最大荷载值。1）永久荷载标准值（kG或kg），是永久荷载的唯一代表值。1）可变荷载标准值(Qk或qk)由设计使用年限内最大荷载概率分布的某个分位值确定，是可变荷载的最大荷载代表值，可查《建筑结构荷载规范》得到。①楼（屋）面活荷载标准值(Qk或qk)②风荷载标准值WK③雪荷载标准值SK.2.可变荷载的组合值（Qc）所谓可变荷载的组合值是将多种可变荷载中的第一个可变荷载（或称主导荷载，即产生最大荷载效应的荷载），仍以其标准值作为代表值外，其他均采用可变荷载的组合值进行计算，即将他们的标准值乘以小于1的荷载组合值系数作为代表值，称为可变荷载的组合值，用Qc表示：Qc=ψcQkQc￣-------可变荷载组合值Qk---------可变荷载标准值Ψc----------可变荷载组合值系数，一般楼面活荷载、雪荷载取0.7，风荷载取0.6.3.可变荷载频遇值（Qf):Qf=ψfQkQf-------可变荷载频遇值Ψf---------可变荷载频遇值系数4.可变荷载准永久值（Qq)Qq=ψqQkQq--------可变荷载准永久值Ψq--------可变荷载准永久值系数1.3.4荷载分项系数1.荷载分项系数用于结构承载力极限状态设计中，目的是保证在各种可能的荷载组合出现时，结构均能维持在相同的可靠度水平上。荷载分项系数又分为永久荷载分项系数γG和可变荷载分项系数γQ.强度结构承载力极限状态稳度刚度正常使用极限状态2.荷载的设计值一般情况下，荷载标准值与荷载分项系数的乘积为荷载设计值，也称设计荷载，其数值大体上相当于结构在非正常使用情况下荷载的最大值。G=γGGkQ=γQQk设计值大于标准值安全计算是将原有的荷载进行放大1.4建筑结构基本设计原则1.4.1荷载效应及结构抗力1.荷载效应S2.结构抗力RS≤R1.4.2建筑结构的功能要求1.结构的功能要求1)结构的设计使用年限：结构设计的房屋建筑在正常设计正常施工正常使用和维护完成其预定功能所应达到的持久年限。2)安全性预定功能适用性耐久性结构的安全性、适用性和耐久性总称为结构的可靠性。2.结构的可靠度Ps结构可靠度是可靠性的定量指标，可靠度的定义是：“结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率”。3.失效概率PfPs+Pf=1失效概率是结构不能完成预定功能的概率，用Pf表示。4.功能函数：Z=R-S上式称为结构的功能函数，用来表示结构的三种工作状态：当Z0时（即RS)，结构能完成预定功能，结构处于可靠状态；当Z=0时（即R=S),结构处于极限状态；当Z0时（即RS),结构不能够完成预定功能，结构处于失效状态。注：要保证结构可靠，所有的结构计算要满足S≤R.1.4.3极限状态设计方法方法：极限状态概率设计法承载力极限状态极限状态正常使用极限状态承载力极限状态安全性荷载设计值正常使用极限状态适用性、耐久性荷载标准值3.承载力极限状态下的设计表达式1)通用表达式：Z=R-S≥0（Sd≤Rd)Rd=RKR(γR是材料的抗力系数≥1）《建筑结构设计统一标准》荷载的组合效应设计：《统一标准》对承载力极限状态Sd的计算取用基本组合值：持久或短暂设计状况由永久荷载效应控制的组合γG=1.35永久荷载+可变荷载由可变荷载控制的组合γG=1.2偶然组合：偶然设计状况，如：地震作用对于承载能力极限状态，结构构件应按荷载效应（内力）的基本组合和偶然组合（必要时）进行，并以内力和承载力的设计值来表达，其设计值表达式为：γ0Sd≤Rd式中γ0-------结构重要性系数;安全等级一级γ0≥1.1，安全等级二级γ0≥1.0；安全等级三级γ0≥0.9；对地震设计状况下取γ0=1.0。（不需考虑）Sd------承载能力极限状态的荷载效应组合设计值；即内力（轴力N、弯矩M、剪力V、扭矩T）组合设计值。Rd------结构构件抗力设计值。（注;安全等级为一级或设计使用年限为100年或100年以上的γ0≥1.1，安全等级为二级或设计年限为50年的γ0≥1.0，安全等级为三级或设计年限为5年及以下的γ0≥0.9.）特别提示：在未确定由可变荷载还是永久荷载起控制作用时，应该分别按照公式计算出荷载效应组合设计值，然后取其最大值作为最终计算的荷载效应组合设计值。2）正常使用极限状态设计表达式荷载的标准值小结1.混凝土结构按受力分为框架结构、框架-剪力墙结构、剪力墙结构、筒体结构等几种形式。2.砌体结构根据所用材料的不同，可分为砖砌体、石砌体和其他材料的砌块砌体。3.我国抗震设防是“三水准两阶段”原则。“三水准”是指：小震不坏、中震可修、大震不倒。“两阶段”是指：弹性阶段的概念设计和弹塑性阶段的抗震设计。4.抗震概念设计的要求：选择对抗震有利的场地和地基；选择对抗震有利的建筑体型；选择合理的抗震结构体系；结构构件应有利于抗震；处理好非结构构件；采用隔震和消能减震设计；合理选用材料；保证施工质量等。5.结构的功能要求。在正常使用和施工时，能承受可能出现的各种作用。在正常使用时具有良好的工作性能。在正常维护下具有足够的耐久性能。在设计规定的偶然事件发生时及发生后