第三章建筑结构课件.ppt
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1、第三章 建筑结构,3.1 建筑结构概述3.2 建筑结构设计方法与荷载3.3 建筑结构基本构件3.4 多、高层建筑结构体系3.5 基础选型,本章提要重点了解建筑结构的分类 掌握作用于结构上的荷载 了解多、高层建筑结构体系 理解基础选型的基本内容,第一节 建筑结构概述,建筑结构是房屋的骨架,是建筑物的承重体系,它的作用是承受荷载和传递荷载。结构应在受力情况下保持自身的形状和位置不变,否则它就不能承受荷载,结构是一个几何不变体。建筑结构不单纯是结构问题,而是一个综合性科学问题。,建筑结构分类 建筑结构是建筑物赖以存在的物质基础。建筑材料和建筑技术的发展决定着建筑结构的发展。按建筑结构所用材料,我们把
2、建筑结构分为钢筋混凝土结构、砌体结构、钢结构、木结构、组合结构和膜结构。,第二节 建筑结构设计方法与荷载,建筑结构形式多种多样,无论是哪种结构,在设计过程中都有共同的问题要解决,如:结构上荷载的计算,材料强度的取值、衡量结构安全可靠的标准等。但是不同材料组成的结构在具体设计过程中又有其自身的特点。根据建筑结构可靠度设计统一标准的基本原则,我国现行规范采用以概率论为基础的极限状态设计法,使结构设计符合安全适用、经济合理、确保质量的要求。,(一)设计基准期与设计使用年限,设计基准期是为确定可变作用及与时间有关的材料性能取值而选用的时间参数,与设计使用年限不同。建筑结构可靠度设计统一标准规定设计基准
3、期为50年。设计使用年限则明确了设计规定的一个使用时期,即房屋建筑在正常设计、正常施工、正常使用和维护下所应达到的使用年限。对于普通房屋建筑,其使用年限与设计基准期一致,但两者的含义是各不相同的。,(二)建筑结构安全等级,建筑结构设计中,应根据结构遭受破坏可能产生的后果,如危及人的生命、造成经济损失、产生社会影响等严重程度,采用一级、二级、三级共三种不同的安全等级。对大量一般建筑列入中间二级,重要的则提高一级,次要的则降低一级。,(三)建筑结构功能要求,建筑结构设计的目的就是使其能完成预定的各项功能,并有足够的可靠性,其功能要求具体表现为以下几点:安全性 适用性 耐久性,(四)结构的极限状态和
4、结构失效,结构能够满足功能要求而且能够良好的工作,称为结构的可靠或有效,反之则称结构不可靠或失效。区分结构可靠与失效状态的标志是极限状态。整个结构或结构的一部分超过某一特定状态时,如达到极限能力、失稳、变形过大、裂缝过宽等,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。根据功能要求,结构极限状态可分为承载能力极限状态和正常使用极限状态。,1.承载能力极限状态,承载能力极限状态是指结构或构件达到最大承载力、疲劳破坏或不适于继续承载的变形时的状态。如:压屈、失稳、倾覆、疲劳破坏等,这种破坏出现的概率应当很低。对于所有结构构件,均应进行承载力极限状态的计算,在必要时尚应进行构件的
5、疲劳强度或结构的倾覆和滑移验算。,2.正常使用极限状态,正常使用极限状态是指结构或构件达到正常使用或耐久性的某项规定限值时的状态。对于在使用上或外观上需要控制变形值的结构构件,应进行变形的验算;对于在使用上要求不出现裂缝的构件,应进行混凝土拉应力的验算;对于允许出现裂缝的构件,应进行裂缝宽度的验算;同时应进行相应的耐久性设计,以保证结构的正常使用和耐久性的要求。,房屋结构的失效,意味着结构或者属于它的构件不能满足各种功能的要求,结构的失效常见的有下列几种现象:(1)破坏:指结构或构件截面抵抗作用力的能力不足以承受作用效应的现象,如拉断、压碎等。(2)失稳:指结构或构件因长细比(如构件的长度与其
6、截面边长之比)过大而在不大的作用力下突然发生位于作用力平面外的变形过大的现象,柱子压屈、梁在平面外的扭曲等均属失稳现象。,(3)变形过大:楼板、梁的过大挠度或过宽的裂缝;柱、墙的过大侧移;房屋有过大的倾斜或过大的沉陷等。(4)倾覆:指整个结构或结构的一部分(如挑檐、阳台)失去平衡而倾倒的现象。(5)结构所用材料丧失耐久性:指钢材锈蚀、混凝土受腐蚀、砖遭冻融、木材被虫噬等化学、物理、生物现象等。,(一)作用和效应直接施加在土木工程结构上的外力是由荷载引起的。如果地球没有引力,自然界没有风吹、雨雪,荷载就不会存在,土木工程也就不需要结构。土木工程结构要有能抵御自然或人为的作用力的能力,因此,了解作
7、用在结构上的荷载有那些,其性质如何非常重要。作用与作用效应的基本概念作用:是指能使结构产生效应的各种原因的总称。作用分为直接作用和间接作用。,作用效应:作用在结构上产生的内力和变形的总称。能使结构产生作用效应的原因有两种:一种是施加在结构上集中力和分布力,如结构自重,作用于楼面的人群、家具、设备,作用于桥面的车辆、人群,施加于结构物上的风压力、水压力、土压力等,它们都是直接施加于结构上(直接作用),工程界习称为“荷载”;另一种是施加于结构上的外加变形或约束变形,如地震、基础沉降、材料收缩和徐变、温度变化引起结构产生作用效应,它们都是间接作用于结构(间接作用)。,(二)荷载(直接作用)荷载是指直
8、接作用在结构上的外加力。荷载是一个不确定的随机变量,它一般直接作用于建筑物本身。荷载是直接以力的形式作用于结构,如结构自重、行人或车辆的重量、风压力、土压力、水压力等。在建筑结构可靠度设计统一标准中规定,设计基准期为50年的这段时间内,荷载不仅量值上要变化,而且作用在结构上的持续时间也在变化,因此建筑结构荷载规范中将荷载按下列原则分类。按随时间的变异,结构上荷载分为下列三类:,恒载(永久荷载)指设计基准期内永久施加在结构上,其量值不随时间变化的荷载。,作用在工程结构上的恒载类型主,要有:结构自重,、墙面、地面、屋面、桥面以及建筑物内的固定装置等。,墙体及内装饰,内隔断,窗,门,楼面,楼板,大梁
9、,(2)活载(可变荷载):指在设计基准期内施加在结构上、其量值可随时间变化或移动的荷载。,使用活载:包括楼面活载、屋面活载。,作用在工程结构上的活载有多种类型,如:使用活载、移动的设,备及车辆活载、风载、雪载等。,可移动设备,可移动设施,家具,家具,家具,人群,车辆活载:主要是铁路或公路车辆的荷载,包括工业厂房的行车。工业厂房的行车,车辆活载是一种移动式荷载,风载:风是由大气压力不等引起的空气运动。,由风的运动而施加在墙面或,结构上的压力称为风载。,风载有三个“不一样”:不同地区不一样(沿海、内陆);同一地区不同时间不一样;同一房屋不同高度、不同部位不一样。,(3)偶然荷载在设计基准期内不一定
10、出现,一旦出现,其值很大且持续时间很短的荷载。如地震作用、爆炸力、台风、撞击力等。,美国世贸中心大厦,撞击起火倒塌,佛山九江大桥被撞,百米桥面坠入江中,地震释放的能量以地震波的形式传到地面,引起结构振动。结构由地震引起的振动称为地震反应,振动过程中作用在结构上的惯性力就是“地震荷载”。地震震级和地震烈度是两个不同概念,震级表示一次地震释放的能量的大小,烈度表示某地区遭受地震影响的强度。地震对结构施加的影响属间接作用,应把结构承受的“地震荷载”称为地震作用。,一般说来,距震中愈近,地震影响愈大,地震烈度愈高;离震中愈远,地震烈度就愈低。,图 6-4 震源、震中、震中距、地震波关系示意图,第三节
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