建筑结构总复习--熊丹安版

建筑结构（建筑学专业适用）复习资料第1页，共15页熊丹安建筑结构复习资料(附2013年本校考试重点试卷+复习题独家赞助拒绝挂科)第一章结构设计功能一、建筑结构设计任务1.结构：支撑房屋的骨架2.结构基本构件：梁、柱、板和墙3.几种结构体系：砌体、混凝土、基础，框架、剪力墙体系4.结构设计任务：以经济合理的方法设计有适当的可靠性的满足结构功能要求的结构。5.结构概念设计：根据理论与实验研究结果和工程经验等形成的基本设计原则的设计思想，进行建筑和结构的总体设计。二、建筑结构设计的基本原则1.建筑与结构的区别：建筑是确定使用的空间形式；结构是确定使用存在的可能2.结构的安全等级：安全等级破坏后的影响程度建筑物类型一级很严重重要建筑物二级严重一般建筑物三级不严重次要建筑物3.建筑结构的设计使用年限：类别设计使用年限示例15临时性建筑225易于替换结构构件的建筑，次要建筑350普通建筑及构成物4100纪念性建筑和特别重要的建筑三、结构的功能要求1.安全性：指建筑结构应能承受在正常设计、施工和使用过程中可能出现的各种作用（如荷载、外加变形、温度和收缩等）以及在偶然条件（如地震、爆炸等）发生时或发生后，结构仍能保持必要的整体稳定性，不致发生倒塌。2.适用性：指建筑结构在正常使用过程中；结构构件应具有良好的工作性能，不会产生影响使用的变形、裂缝或振动等现象。3.耐久性：指建筑结构在正常使用、正常维护的条件下，结构构件具有足够的耐久性能，并能保持建筑的各项功能直至达到设计年限。耐久性取决于结构所处的环境及设计的使用年限。建筑结构（建筑学专业适用）复习资料第2页，共15页第二章结构荷载一、结构上的荷载及其分类1.作用：施加在结构上的集中力或分布力，以及引起结构外力变形或约束等形成的原因。2.荷载：直接作用，是工程上常用的作用。通常表现为施加在结构上的集中力或分布力系。3.三类荷载：永久荷载，可变荷载和偶然荷载。永久荷载：也称恒载，是在结构设计基准期内，其值不随时间变化，或者变化值与平均值相比可忽略不计的荷载。可变荷载：也称活载，是在结构设计基准期内，其值随时间变化，或者变化值与平均值相比不可忽略不计的荷载。偶然荷载：在结构设计基准期内不一定出现，而一旦出现，其量值很大而且持续时间较短的荷载。4.作用效应：指各种作用在结构上引起的内力、变形和裂缝等。由荷载引起的作用效应称为荷载效应。用S表示。5.结构抗力：指结构或结构构件承受内力变形的能力。用R表示。二、建筑结构设计准则概述1.极限状态：结构在即将不能满足某项功能要求时的特定状态。2.极限状态的分类：承载能力极限状态和正常使用极限状态。承载能力极限状态：对应于结构或结构构件达到并超过最大承载力，或者产生了不适于继续承载的过大变形，从而丧失了安全功能的一种特定形态。正常使用极限状态：指对应于结构或结构构件达到并超过了正常使用或耐久性能的某项规定的限制值，从而丧失了适用性和耐久性功能的一种特定状态。3.极限状态方程：0),(SRgSRZ4.结构可靠性、可靠度、可靠指标：可靠性：结构完成其预定功能的概率大到一定程度，或不能完成其预定功能的概率小到某一公认的可以接受的程度。可靠度：结构在规定的时间内、规定的条件下完成预定功能的概率。可靠度是可靠性的概率度量。可靠指标：用表示，公式：22SRSRZZ可作为衡量结构的一个可靠性指标。三、实用设计表达式1.承载能力极限状态设计表达式：RS0建筑结构（建筑学专业适用）复习资料第3页，共15页0：结构重要性系数，对安全等级是一级，二级，三级的结构构件，可分别取1.1、1.0、0.9S：荷载效应设计值，分别表示设计轴力N，设计弯矩M，设计剪力V，设计扭矩T等；R：结构构件设计抗力，,...),,(kscaffRR对于基本组合，荷载效应设计值应从以下组合值中取最不利值确定。（1）由可变荷载效应控制的组合：niikQiQicikQkGGQCQGCS211kG：永久荷载标准值kQ1：第一个可变荷载的标准值，该可变荷载标准值的效应大于其他任意第i个可变荷载的标准值ikQ：第i个可变荷载的标准值QiQG,,1：分别是永久荷载、第一可变荷载、其它可变荷载的分项系数QiQGCCC,,1：分别是永久荷载、第一可变荷载、其它可变荷载的荷载效应系数ci：可变荷载的组合系数（对于有多个可变荷载同时作用的情况，考虑到它们同时达到标准值的可能性较小的一种折减）n：参与组合的可变荷载数量（2）由永久荷载效应控制的组合：niikQiQicikGGQCGCS12.正常使用极限状态设计表达式：S≤CC：设计对变形、裂缝等规定的相应限值S：变形、裂缝等荷载效应组合的设计值变形、裂缝等荷载效应设计值S应符合以下规定：（1）标准组合：niikQicikQkGQCQCGCS211（2）频遇组合：niikQiqikQfkGQCQCGCS2111（3）准永久组合：niikQiqcikGQCGCS11f：可变荷载的频遇值系数qi：可变荷载的准永久值系数建筑结构（建筑学专业适用）复习资料第4页，共15页相关例题：书第13页，【例2—1】第三章混凝土构件设计一、钢筋材料力学性质1.钢筋分类（1）根据钢材的化学成分分类：分碳素钢和普通低合金钢两种。其中碳素钢根据含碳量的多少又可分为低碳钢、中碳钢和高碳钢三种。（2）根据钢筋的制作方法分类：分热轧钢筋、热处理钢筋和冷加工钢筋三种。（3）根据钢筋在单调受力时应力—应变曲线屈服点的不同分类：分有物理屈服点的钢筋和无物理屈服点的钢筋两种。（4）预应力钢筋：分高强度钢筋、预应力钢丝和钢绞线三种。2.钢筋的力学性能从钢筋的强度和变形和钢筋的强度和变形指标两方面来说明。（1）钢筋的强度和变形钢筋的强度和变形特性主要由单向拉伸测得的应力—应变曲线来衡量（图略）。a.有明显屈服点的钢筋对于软钢，有两个强度指标：1.屈服台阶的下限点所对应的应力，称为钢筋的屈服强度，用符号yf表示。2.钢筋所能达到的最大强度，即钢筋的极限强度，用符号uf表示。除强度指标外，钢筋还具备一定的塑性变形能力。反映钢筋塑性性能的基本指标是伸长率和冷弯性能。b.无明显屈服点的钢筋对于硬钢，它的应力—应变曲线不同于软钢，没有明显的屈服台阶，塑性变形小，伸长率也小，但极限强度很高。通常用残余应变的为0.2%的应力作为假想屈服点，用2.0表示。其值约为0.85倍抗拉强度值，即uf85.02.0。（2）钢筋的强度和变形指标从标准值和设计值两方面来说明。钢筋强度的标准值：取钢筋概率分布的0.05分位值确定，即应具有不小于95%的保证率。热轧钢筋的强度标准值根据屈服强度确定，用ykf表示；预应力钢丝、钢绞线和热处理钢筋的强度标准值是根据极限抗拉强度确定，用ptkf表示。钢筋强度的设计值：钢筋强度的标准值除以大于1的材料分项系数。注：各类钢筋强度标准值和设计值见书后附表2和附表3；计算钢筋变形时的弹性模量sE按建筑结构（建筑学专业适用）复习资料第5页，共15页附表4采用。二、混凝土材料力学性质1.混凝土强度指标：分立方体抗压强度cuf、轴心抗压强度cf和轴心抗拉强度tf三种。其中立方体抗压强度cuf是衡量混凝土强度的最主要和最基本指标。2.混凝土的标准值与设计值混凝土强度的标准值：混凝土强度具有不小于95%的保证率。混凝土强度的设计值：标准值除以分项系数1.4，得到设计值。3.混凝土的变形（A）分荷载作用下的受力变形和体积变形两种。混凝土的受力变形用受压时的应力—应变曲线和混凝土的徐变两方面来解释。混凝土的徐变：混凝土在荷载的长期作用下其变形随时间的不断增长的现象称为徐变。影响徐变的因素：1.初应力越大，徐变越大。2.加载时龄期龄期越长，徐变越小。3.水泥用量越多，水灰比越大，徐变越大。4.增加混凝土骨料的含量，徐变越小。5.养护条件好，水泥水化作用充分，徐变越小。（B）混凝土的体积变形可以从混凝土的收缩和混凝土的膨胀两方面来解释。混凝土的收缩：混凝土在空气中硬化时体积会缩小，这种现象称为混凝土的收缩。混凝土的膨胀：混凝土在水中结硬时体积会膨胀，这种现象称为混凝土的膨胀。影响收缩的因素：1.高强度混凝土收缩就大。2.在干燥失水及高温环境时收缩就大。3.水泥用量越多，水灰比越大，收缩越大。4.骨料弹性模量高、级配好，收缩就小。5.小尺寸构件收缩大，大尺寸构件收缩小。（C）混凝土的弹性模量和变形模量1.弹性模量是反映弹性材料应力—应变关系的一个重要物理量，公式：E2.由于混凝土的应力—应变关系图像是一条曲线，只有在应力很小时，才有一个材料常数，用弹性模量CE表示。而在应力较大时应力—应变之比是个变数，用变形模量'CE表示。则：CCEE'。是弹性特征系数，当混凝土受拉达到极限时，5.0。4.钢筋和混凝土共同工作的原因（1）混凝土硬化后，钢筋与混凝土之间产生了良好的黏合力。（2）钢筋与混凝土两者有相近的线膨胀系数。当温度变化时，两者之间不会发生太大的相对变形而使黏合力遭到破坏。（3）钢筋被混凝土包围着，从而使钢筋不会因大气的侵蚀而生锈变质。（4）钢筋的端部应留有一定的锚固长度，有的还需要做弯钩，可保证可靠的锚固，防止钢筋受力后被拔出或产生较大的偏移。建筑结构（建筑学专业适用）复习资料第6页，共15页三、混凝土受弯构件正截面承载力的计算1.受弯构件正截面的三种破坏形态分为少筋破坏，适筋破坏和超筋破坏三种形态。定义纵向受拉钢筋配筋率：0bhAs:SA梁的纵向受拉钢筋的截面积；b：截面的宽度；oh：截面的有效高度2.适筋梁的受力和变形的全过程（1）第I阶段：弹性工作阶段（2）第II阶段：带裂缝工作阶段（3）第III阶段：破坏阶段其中，混凝土完全被压碎，截面发生破坏的受力状态是正截面承载力极限状态计算的依据。3.基本假定（1）截面应变保持平面（2）不考虑混凝土的抗拉强度（3）混凝土受压的应力—应变关系，不考虑其下降段（4）钢筋的应力取钢筋应变与其弹性模量的乘积，但其绝对值不应大于相应的强度设计值，受拉的钢筋的极限拉应变取0.014.单筋矩形截面受弯构件的等效矩形应力图及基本计算公式和适用条件（A）等效矩形应力图：见书26页，图3-10（d）（B）基本计算公式：（1）sycAfbxf1（2）)2(01xhbxfMMcu或)2(0xhAfMMsyu其中，b：矩形截面的宽度；x：混凝土受压区高度；cf：混凝土轴心抗压强度的设计值；yf：钢筋抗拉强度设计值；SA：受拉钢筋的截面面积；oh：截面的有效高度。注：截面的有效高度是指自受拉钢筋合力作用点至受压区边缘的距离，也即Sahh0。其中，h是截面高度，Sa是受拉区边缘到受拉钢筋合力作用点的距离。在一般情况下，当梁的纵向受力钢筋按一排布置时，Sa=35mm，按两排布置时，Sa=60mm。对于板，建筑结构（建筑学专业适用）复习资料第7页，共15页Sa=20mm，图见书27页，图3-11（c）。（C）基本公式的适用条件：公式（1）和公式（2）是在适筋条件下成立的。基本公式必须满足以下条件：1）为防止发生超筋破坏，混凝土受压区高度应满足：bxx，其中，bx是界限破坏时的截面受压高度。界限破坏是指介于适筋破坏和超筋破坏之间的破坏形态。界限破坏形态的标志：在受拉钢筋达到屈服的同时受压区混凝土被压碎。2）截面相对受压区高度0hx；相对界限受压高度0hxbb，则公式bxx又可写成b3）适筋梁的最大配筋率：ycbSffbhA10max4）当构件按最大配筋率配筋时，钢筋所能承受的最大弯矩：)5.01(201maxbbcbhFM5）为防止少筋破坏，需满足截面配筋率不小于截面的最小配筋率，即min。6）《规范》中规定受弯构件纵向受拉钢筋最小配筋率为ytff45.0，同时不应小于0.02。注：混凝土结构各种受力构件纵向受力的钢筋最小的配筋率见书后附表9，b的值见书29页表3-2。（D）适筋梁的判别的充要