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1、第一编 建筑结构概论,第一章 绪论,第一节 建筑和结构的关系第二节 建筑结构的基本要求第三节 建筑结构的分类和结构选型,第一节 建筑和结构的关系,建筑：建筑物和构筑物的通称。建筑物：人们社会生活和生产的环境，如住宅、厂房。构筑物：一般不直接进入其间进行生活和生产的空间。如 烟囱、水塔等。建筑物构成的基本要素：建筑功能、物质技术条件和 建筑形象。建筑结构：建筑物的空间承重骨架系统。建筑结构的功能：(1)满足使用和审美要求选择合适的结构型式；(2)抵御自然界的各种作用选择结构的材料和结构体系。,第二节 建筑结构的基本要求,1.平衡：结构或结构的任何一个部分都不发生运动。2.稳定：整体结构或结构的一
2、部分作为整体不允许发生危险的运动，如倾覆和滑移等。3.承载力：结构或结构的任何一部分在预计的荷载作用下必须安全可靠。4.适用：使用期间不发生过大的变形、裂缝和损坏等。5.经济：造价、施工及使用维护等。6.美观：精神需要（民族风格、时代风貌等）。,第三节 建筑结构的分类和结构选型,一、建筑结构的分类二、建筑结构选型,（一）按材料分类1.混凝土结构：素混凝土结构、钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构。适用范围：广泛用于一般工业与民用建筑及多种特种结构（水塔、水池、烟囱等）中。优点：节约钢材、耐火耐久、可模性好、整体性好。缺点：自重大，抗裂性差。2.砌体结构：由块材及砂浆砌筑而成的结构。适用范围：主要用
3、于居住建筑和多层民用房屋（如办公楼、教学楼、旅馆等）中。优点：易于就地取材，成本低。结构耐久性和耐腐蚀性好。缺点：自重大，施工砌筑进度慢，整体性差。,一、建筑结构的分类,3.钢结构：以钢材为主的结构。适用范围：主要用于大跨度的建筑屋盖（如体育馆、剧院等）、吊车吨位很大或跨度很大的工业厂房骨架，以及超高层建筑的房屋骨架。优点：钢结构材料质量均匀、强度高，构件截面小、重量轻，可焊性好，制造工艺简单。缺点：钢材易腐蚀，耐火性差，成本高。4.木结构：以木材为主的结构。适用范围：受到自然条件的限制，仅在山区和林区使用。优点：制作简单，自重轻，容易加工。缺点：易燃、易腐蚀。5.钢混凝土组合结构：结构构件用
4、型钢和混凝土组成，或型钢、钢筋和混凝土组成。（1）钢混凝土组合楼板（见下图）（2）钢骨混凝土结构（又称劲性混凝土结构）：以型钢为骨架外包钢筋混凝土组成的结构。其截面形式见附图。（以深圳帝王大厦为例）（3）钢管混凝土结构：在封闭的薄壁钢管中浇注混凝土形成的组合结构，一般用作受压构件。（以日本东京中央区高层住宅为例）,钢混凝土组合梁板结构,钢混凝土组合梁板结构，梁下部用钢梁，上部用混凝土（一般采用压型钢板混凝土组合板）。钢梁和混凝土板之间用剪力连接件连接。主要用于高层楼盖、吊车梁和桥梁结构。优点：钢混凝土组合梁截面中混凝土主要受压，钢梁受拉，充分利用材料。混凝土板参与组合梁工作，提高钢梁的竖向和侧
5、向刚度。缺点：钢材易腐蚀，耐火性差。,钢骨混凝土构件的截面形式（a）梁（b）柱,深圳帝王大厦81层，高325米。是我国目前最高的钢混凝土组合结构，58层以下采用钢骨混凝土柱。,日本东京中央区高层住宅（a）标准层平面（b）梁柱接头,该住宅地上33层，高99.9米，采用钢管混凝土柱、钢骨混凝土梁结构，是钢混凝土组合结构的一个成功范例。内部2排柱用圆管，外部4排柱用方管，混凝土强度36-42MPa,钢管混凝土柱充分发挥钢管和混凝土的作用。对于混凝土而言，混凝土在荷载作用下处于三向受压状态，抗压强度和变形能力显著提高。对于薄壁钢管，中间填实混凝土以后，大大提高了侧向稳定性。钢管混凝土柱承载能力很高，重
6、量轻，耐疲劳，耐冲击。而且核心混凝土没有钢筋，浇筑混凝土很方便，施工简便。钢管混凝土柱一般用于单柱承载力大的高层、大跨度、重荷载的结构。如工业厂房框架柱或排架柱、高层建筑的底层柱等。,（二）按受力和结构特点分类 1.混合结构：楼、屋盖一般采用钢筋混凝土结构构件，墙体和基础采用砌体结构。（见附图）2.排架结构：主要承重体系是屋面横梁（屋架或屋面大梁）、柱及基础，主要用于单层工业厂房。（见附图）3.框架结构：由横梁和柱及基础组成的主要承重体系。（见附图）4.剪力墙结构：纵、横布置的成片钢筋混凝土墙体称为剪力墙。剪力墙和钢筋混凝土楼、屋盖整体连接形成剪力墙结构。（见附图）5.其他形式的结构：（1）高
7、层和超高层结构体系中有：框架剪力墙结构、框架筒体结构、筒中筒结构等。（2）单层厂房：刚架结构（3）单层大跨度房屋的屋盖：壳体结构、网架结构、悬索结构等。,混合结构,剪力墙结构,框架结构,排架结构,二、建筑结构选型,（一）多层和高层房屋结构1.混合结构体系：竖向承重构件采用砌体结构，水平承重构件采用钢筋混凝土梁板结构。（见教材）2.框架结构体系：（见附图）1）分类：横向框架承重、纵向框架承重和纵横向混合承重。（见附图）2）全框架结构、内框架结构、底层框架结构（见附图）3.剪力墙结构体系1）剪力墙结构：纵横向交叉的墙体都由剪力墙组成。（见教材）2）框架剪力墙：竖向承重构件为框架和剪力墙（见附图）3
8、）筒体结构：由剪力墙围成筒体，由一个或多个筒体组成的结构。框筒：由加密柱并加强梁的刚度而形成的整体受力体系。（纽约世界贸易中心钢结构框筒结构）框架筒体：周边稀柱框架和核心筒组成。（见附图、上海金贸大厦框架核心筒结构）成束筒：多个筒体组成。（美国芝加哥西尔斯大厦成束筒结构）4.高层房屋结构的布置要点（略）,底层框架结构,框架承重方案：横向、纵向、混合承重,框架结构的几种平面,框架剪力墙结构体系平面（北京饭店新楼，18层）,框架筒体结构体系平面（上海联谊大厦）,纽约世界贸易中心：大楼于1966年开工，历时7年，1973年竣工以后，以411米的高度作为110层的摩天巨人而载入史册。它是由5幢建筑物组
9、成的综合体。其主楼呈双塔形，塔柱边宽63.5米。大楼采用钢结构，用钢7万8千吨，楼的外围有密置的钢柱，墙面由铝板和玻璃窗组成，有“世界之窗”之称。大楼有84万平方米的办公面积，可容纳5万名工作人员，同时可容纳2万人就餐。其楼层分租给世界各国800多个厂商，还设有为这些单位服务的贸易中心、情报中心和研究中心，在底层大厅及44、78两层高空门厅中，有种类齐全的商业性服务行业。楼中共有电梯104部，地下有可供停车2000辆的车库，并有地铁在此经过设站。,上海金贸大厦采用的是框架核心筒结构，建筑物88层，高420.5米。钢筋混凝土核心筒呈八角形，周边8根钢骨混凝土柱底部截面1.5mX5m，柱中配置2根
10、焊接H型钢。,芝加哥西尔斯大厦(Sears Tower)是世界第二美国第一高楼，仅次于吉隆坡石油大厦双塔，110层443米，建成于1974年。结构体系为模数化的束筒结构，由九个单筒组成，每个筒体平面为边长22.86米的正边形，沿高度分段截断。FBI确信，纽约的地理坐标世界贸易大厦倒塌后，作为芝加哥地理坐标的西尔斯大厦，已经成为恐怖分子的下一个目标。,（二）单层大跨度结构1.钢筋混凝土单层厂房结构1）排架结构：横梁和柱铰接、柱和基础刚接。（见附图）2）刚架结构：由梁柱和一的结构构件组成的结构。用于中小型单层厂房。（见附图）3）拱结构：拱是承受压力为主的结构。该结构会对支座产生较大的侧推力。（见附
11、图）2.其他型式的结构1）薄壳结构：一种以受压为主的空间受力体系。形式：旋转曲面、平移曲面、直纹曲面（见附图）2）网架结构：由平面桁架发展起来的一种空间受力体系。分为平板网架和曲面网架。3）悬索结构：主要用于桥梁结构，用于体育馆则适用于大跨度建筑物，如体育馆、影剧院等。4）折板结构,（a）单跨排架结构（b）等高排架（c）不等高排架（d）锯齿形排架结构,(a)无铰刚架(b)双铰刚架(c)三铰刚架(d)双跨刚架,刚架的横梁和立柱整体浇筑在一起，交接处形成刚结点，该处需要较大截面，因而刚架一般为变截面。横梁一般为人字形，整个刚架呈“门”形，故称为门式刚架。它不易用于吊车吨位大的厂房，跨度一般18m左
12、右。,为了可靠传递拱的水平推力，采取以下措施（1）设置水平拉杆；（2）推力由侧边框架或刚架传至基础；（3）当拱的水平体力不大且地基的承载力大，压缩性小时，水平推力直接由地基抵抗。,（1）旋转曲面：平面曲线绕竖轴旋转形成的曲面,（2）平移曲面：一竖向曲线（母线）沿另一曲线（导线）平行移动时所形成的曲面（a）椭圆抛物面（b）双曲抛物面,（3）直纹曲面：一段直线的两端沿两条固定的曲线移动所形成的曲面（a）单柱曲面（b）劈锥曲面,国家奥林匹克体育中心体育馆（左）、游泳馆（右）（1989）Gymnasium(left)and Natatorium(right)of the National Olympi
13、c Sports Center(1989),国家奥林匹克体育中心体育馆采用斜拉索人字形网架结构。,（a）平板网架（b）曲面网架,悉尼歌剧院建筑总面积88258平方米,包括一个有2690座的大音乐厅,一个有1547座的歌剧厅,一个可容500多人的剧场和一个小音乐厅。此外,还设有排演厅、接待厅、展览厅、录音厅以及戏剧图书馆和各种附属用房（如餐厅、小卖部等）共900多个房间,同时可容6000多人在其中活动。悉尼歌剧院的外观为三组巨大的壳片,耸立在一南北长186米、东西最宽处为97米的现浇钢筋混凝土结构的基座上。第一组壳片在地段西侧,四对壳片成串排列,三对朝北,一对朝南,内部是大音乐厅。第二组在地段东
14、侧,与第一组大致平行,形式相同而规模略小,内部是歌剧厅。第三组在它们的西南方,规模最小,由两对壳片组成,里面是餐厅。其他房间都巧妙地布置在基座内。整个建筑群的入口在南端,有宽97米的大台阶。车辆入口和停车场设在大台阶下面。乌特松参加设计竞赛方案过于简略,后来在工程进行中遇到了一系列复杂而困难性技术课题。例如起初设想那些巨大的壳片是钢筋混凝土壳体结构,经过深入研究后发现,只能将每一个壳片划分为一条条钢筋混凝土的肋券,再分段预制,然后才能组合成整体。为了减少施工的困难,又将全部壳片改为同样的曲革,使每一个壳片都相当于假想半径为76米的圆球表面的一部分。为研究和设计这些壳片的结构,用去8年时间,施工
15、也费时3年多。工程预算700万美元,实际费用达12000万美元。,江阴长江大桥-主跨1385米，1999年,悬索桥又名吊桥，是以承受拉力的缆索或链索作为主要承重构件的桥梁。悬索桥由悬索、索塔、锚碇、吊杆、桥面系等部分组成。悬索桥的主要承重构件是悬索，它主要承受拉力，一般用抗拉强度高的钢材（钢丝、钢绞线、钢缆等）制作。由于悬索桥可以充分利用材料的强度，并具有用料省、自重轻的特点，因此悬索桥在各种体系桥梁中的跨越能力最大，跨径可以达到1000米以上。1981年建成的英国恒比尔悬索桥的跨径为1410米，是目前世界上跨径最大的桥梁。悬索桥的主要缺点是刚度小，在荷载作用下容易产生较大的挠度和振动，需注意采取相应的措施。悬索的截面只承受拉力。简陋的只供人、畜行走用的悬索桥常把桥面直接铺在悬索上。通行现代交通工具的悬索桥则不行，为了保持桥面具有一定的平直度，是将桥面用吊索挂在悬索上。为了避免在车辆驶过时，桥面随着悬索一起变形，现代悬索桥一般均设有刚性梁（又称加劲梁）。桥面铺在刚性梁上，刚性梁吊在悬索上。现代悬索桥的悬索一般均支承在两个塔柱上。塔顶设有支承悬索的鞍形支座。承受很大拉力的悬索的端部通过锚碇固定在地基中，个别也有固定在刚性梁的端部者，称为自锚式悬索桥。,香港青马大桥-主跨1377米，1997年,世界最大跨悬索桥-日本明石海峡大桥，主跨1990米，1998年,
