建筑结构及选型复习整理

建筑结构及选型复习整理内容摘要：

续使用。 当遭受到相当于本地区抗震设防烈度的地震影响时，经一般修理或不需修理仍可继续使用。 当遭受到高于本地区抗震设防烈度的罕遇地震影响时，不至倒塌或发生危及生命的严重破坏。 两阶段的抗震设计方法 第一阶段 多遇地震作用效应与其他荷载作用效应组合，对结构构件进行承载力验算和弹性变形验算，以满足第一水准的设防要求 第二阶段 罕遇地震作用下验算结构构件的弹塑性变形，以满足第三水准的设防要求 抗震设计：概念设计，计算设计，构造设计 常见抗震构造措施 多层砌体房屋 1）设置钢筋混凝土构件柱，减少墙身的破坏，并改善其抗震性能，提高延性。 2）设置钢筋混凝土圈梁与构造柱连接起来，增强了房屋的整体性，改善了房屋的抗震性能，提高了抗震能力。 3）加强墙体的连接，楼板和梁应有足够的长度和可 靠连接。 4）加强楼梯间的整体性等。 框架结构 把框架设计成延性框架，遵守强柱、强节点、强锚固，避免短柱、加强角柱，框架沿高度不宜突变，避免出现薄弱层，控制最小配筋率，限制配筋最小直径。 构造上采取受力筋锚固适当加长，节点处箍筋适当加密等措施。 防震缝 抗震措施 是指除地震作用计算和抗力计算以外的抗震设计内容，包括“抗震构造措施”。 抗震构造措施 是指根据抗震概念设计原则，一般不需计算而对结构和非结构各部分所采取的细部构造，如钢筋锚固、搭接、混凝土保护层、最小配筋率等。 “抗震措施”涵盖了“抗震构造措施”。 抗震等级是设计部门依据国家有关规定，按 “建筑物重要性分类与设防标准 ”，根据烈度、结构类型和房屋高度等，而采用不同抗震等级进行的具体设计。 1. 什么是基本烈度。 什么是设防烈度。 2. 什么是抗震措施。 什么是抗震构造措施。 3. 什么是地基液化。 什么是抗震等级。 4. 抗震措施有多少等级。 为什么有时要求高，有时要求低。 有什么样的大致规律性。 5. 高层建筑结构抗震设防的三水准要求是什么。 为达到这些要求，应采用哪几个阶段抗震设计方法。 桁架 桁架结构（ Truss structure)中的桁架指的是桁架梁，是格构化的一种梁 式结构。 桁架结构常用于大跨度的厂房、展览馆、体育馆和桥梁等公共建筑中。 当涉及大跨度或重荷载时，用于建筑的屋盖结构的桁架通常称作屋架，桁架要比梁更经济。 桁架的工程定义 桁架，是由一些细长直杆按适当方式分别在两端连接而成的几何形状不变的结构。 斜腹杆 竖腹杆 上弦杆 下弦杆 桁架的类型 按材料分为： 木桁架 钢筋混凝土桁架 刚桁架 按空间形式可分为： 平面桁架（ planar truss）  组成桁架的所有杆件轴线都在同一平面内。  对 称结构，且荷载作用在对称平面内。  平面结构，且荷载作用在对称平面内。 空间桁架 (space truss)  组成桁架的所有杆件轴线不在同一平面内。  空间结构，荷载任意。 按 外形 形式可分为： 三角形 矩形 梯形 抛物线 矩形桁架 – 内力不均匀 ，弦杆内力是两端大而向中间逐渐减小，腹杆内力是两端小而向中间逐渐增大。 缓坡梯形桁架 – 内力变化接近矩形桁架 三角形桁架 – 内力不均匀 ，腹杆内力不均匀，两端大向中间逐渐减小。 陡坡梯形桁架 – 弦杆内力较均匀 ，腹杆内力不均匀，两端大而向中间逐渐减小。 弧形桁架 – 弦 杆内力大致均匀 ，腹杆内力近似于 0。 从力学角度看是理想的桁架形式。 若桁架高度变化与弯矩图一样，则弦杆各节内力全等。 弧形或多边形桁架 ★ ★ ★ ★ ★ 优点：受力最合理，节点构造最简单，用料最省，自重最轻巧。 缺点：上弦非直线，制作较复杂，仅适用于较大跨度。 高度  高度 H 直接影响桁架的刚度和经济；  不一定高度 H越大越好，虽然弦杆受力小，但腹杆长，长细比大，易压曲，用料多；  H 值一般（ 1/10～ 1/15)L 节间长度  沿跨度划分桁架为若干等分，每一分算一个节间；  减少制作工作量与桁架挠度，减少杆 件与节点数；  上弦稍短，下弦稍长，与受荷载条件与材料有关；  节间杆长一般控制 ～ 4m。 坡度：满足排水要求，瓦屋面≥ 1/3,其它屋面 1/8 ～ 1/12 受力性能 • 抛物线形桁架最好，适用与大中跨建筑 • 三角形桁架最差，适用与中小跨建筑； • 梯形桁架居中。 防水要求（屋面桁架体系） • 采用能弯曲的屋面材料，适用弧形或缓坡梯形式桁架； • 瓦类屋面材料，适用与三角形，陡坡梯形桁架 从跨度角度选择桁架形式： 跨度≤ 18m 时，钢筋混凝土 钢组合桁架或钢 木屋架； 跨度≤ 36m 时，选用预应力混凝土屋架或钢屋架； 跨度≥ 36m 时，选用钢屋架。 材料的耐久性： 钢，木材料易腐蚀，预应力混凝土耐腐性能最佳 桁架结构的基本受力假设 所有外力均作用于桁架平面内，且集中作用 于 节点上 节点 桁架中各杆件的连接点，称为节点（ node) 工程上把几根直杆连接的地方称为节点。 木桁架节点 榫接 钢桁架节点 焊接 铆接 工程中桁架连接方式 铆接 焊接 螺栓 钢筋混凝土桁架节点 刚接 铆接 （ Riveting） 使用铆钉连接两件或两件以上的工件叫铆接。 说铆接是种刚性连接是不对的。 按照铆接应用情况，可以分为：。 结合件可以相互转动。 不是刚性连接。 如：剪刀，钳子。 结合件不能相互活动。 这是刚性连接。 如：角尺、三环锁上的铭牌、桥梁建筑。 铆缝严密，不漏气体、液体。 这是刚性连接。 已被焊接广泛替代，较少见。 铆接的工艺过程 工艺过程：钻孔－－（忽窝）－－（去毛刺）－－插入铆钉－－顶模顶住铆钉－－旋铆机铆成形（或手工 墩紧－－墩粗－－铆成－－罩形） 焊接 (welding) 焊接是被焊工件的材质，通过加热或加压或两者并用，使用或不使用填充材料，使工件的材质达到原子间的建和形成的 永久性连接工艺过程。 焊接的能量来源有很多种，包括气体焰、电弧、激光、电子束、摩擦和超声波等。 1 拱结构是广泛应用的一种结构形式。  拱结构比桁架结构具有更好的力学优点；  中外古人早就在实践中应用了拱结构；  中国的圆弧拱，古爱琴倚石券的直线拱，波斯的椭圆拱，古罗马的半圆拱，拜占庭的球面帆拱，哥特式的尖拱，近现代的抛物线拱等 拱是广泛应用的一种结构形式。  现代的拱式结构多采用圆弧拱或抛物线拱 2 定义 在荷载作用下主要承受轴向压力，有时也承受弯矩而有支座推力的曲线或折线的杆形结构。 3 分类 支撑方式：无铰拱，两铰拱，三铰拱 拱身截面：实腹式，格构式拱；等截面，变截面 4 拱的受力特点 静定结构定义：几何不变体系且无多余约束。 三铰拱 超静定结构：结构为几何不变体系，但体系内存在多余约束，把这类结构称之为超静定结构。 无铰拱和两铰拱 5 拱式结构的型式 钢结构拱：实腹式，格构式拱 钢筋混凝土拱：实腹式 6 拱结构的应用 形式多种多样，适用范围广泛，尤其适用于大跨度的建筑；拱结构的形式有利于丰富建筑的形象。  在公路桥梁中大量采用拱结构；  在房屋建筑中，拱结构应用也非常广泛：  屋盖、如展览馆、体育馆、商 场等公共建筑；  跨门窗洞口；  承托围墙或地下沟道顶盖；  对于大跨度的仓库建筑，常采用落地式拱结构，可以获得良好的使用效果；  高层建筑中作为转换构件使用。 7 拱的受力特点 1. 拱是一种有推力的结构，它的主要内力是轴向压力。 和梁截然不同，梁是受弯构件，截面上应力分布不均匀，不能充分利用材料强度。 因此拱结构优于梁结构。 2. 拱结构是使构件摆脱弯曲变形的一种突破性发展，它为抗压性能好的材料提供了一种理想的结构形式。 但因此拱结构的支座会产生水平推力（水平反力 H),跨度大的时候对付这个推力又会是一个麻烦事。 3. 结构所受外力传递路 线越短，也就是外力越是能够直接传递到基础，结构越经济，如落地拱。 支座反力  竖向荷载作用下，拱脚支座内有水平推力。 水平推力的存在，是区别梁与拱的最主要标志；  竖向荷载作用下，拱脚水平推力的大小等于相同跨度简支梁在相同荷载作用下的弯矩除以拱的矢高 f。  在竖向荷载作用下，当结构跨度与荷载条件一定时，拱脚水平推力与拱的矢高 f成反比。 即拱高 f越大，水平反力 H越小，反之，拱高 f 越小，水平反力越大。 拱的内力  拱身内的弯矩小于相同荷载作用下相同跨度简支梁内的弯矩；而且水平推力 H与竖向坐标 y的乘积越大，拱杆的弯矩越小。  拱身内的剪力小于相同荷载作用下相同跨度简支梁内的剪力；  拱身截面存在着较大的轴力；  在一定的荷载作用下，可是拱杆弯矩为零，只受轴力的作用；（理想压力线）  可利用抗压性能好的混凝土、砖、石材料 8 理想压力线 定义：使拱在给定荷载下所有截面弯矩为零时的拱轴线，被称为与该荷载对应的合理拱轴线 特点：  合理的拱轴，是应该使拱在荷载作用下无弯矩状态；  拱的强度有赖于正确的线性，一般理想的设计拱轴线性都按恒载压力曲线确定，这样能取得经济的效果；  若有偏离，拱内就会产生弯矩，必须将截面加强；  拱轴线性常用压力曲线的接近程 度来衡量。 9 拱结构与曲梁的区别。 拱结构 • 竖向荷载作用下，拱脚支座内有水平推力 (H) • 拱脚支座可靠地面传递和承受水平推力； 曲梁 • 拱脚支座反力不能抵抗水平推力时，拱变成曲梁。 10 水平推力的处理 ★ ★ ★ ★ ★ 1. 落地拱 – 地基基础（直接作用在基础上） 2. 竖向结构（推力由竖向承重结构承受） – 扶墙垛、壁柱、扶壁柱、扶壁墙墩 – 飞券 – 斜柱墩 – 附属用房 3. 拉杆拱 4. 推力通过刚性水平结构 传递给 总拉杆 11 拱的支撑系统  拱为平面受压或受弯结构，因此必须设置横向支撑并通过檩条或大型屋面板体系来保证拱在轴线平面外的 受压稳定性。  为了增强结构的纵向刚度，传递作用于山墙上的风荷载，还应设置纵向支撑与横向支撑形成整体。 壳体结构 概念 壳体结构（ Shell structure)由曲面形板与边缘构件（梁、拱或桁架）组成的空间结构。 只有空间受力的结构体系才能够更好的解决大跨度屋盖的问题，而且只有空间体系的结构才能组成富有造型特点的屋盖形式。 壳体结构的演变  梁 横向受传力的梁起 “ 担 ” 的作用，不能材尽其用，并非经济的结构形式；  拱 以曲梁承荷传力的拱起 “ 顶 ” 的作用，能进一步发挥材力，是较先进的结构形式；  壳 体 与拱相仿，以曲板承荷传力，而且更进一步，它不像拱是单向受荷传力的平面结构，而是双向受荷传力的空间结构，起双向 “ 顶 ” 的作用。 薄壳结构特点：曲面，刚性。 理解为四边支承的曲板。 主要依靠曲面的双向轴力和顺剪力承重 壳结构的受力特点  强度大 双向受荷传力的空间结构（双向 “ 顶 ” ），也是空间壳体结构与平面拱的根本区别之一。  刚度大 曲面的第二大功能是壳体本身具有极大的空间刚度。 双曲是使薄板以最少之料构成最坚固形状的最经济途径。  屋面与承重合一（梁板合一） 壳体是屋面与承重两功能合一的面系结构中的曲 板。 综上所述：壳体曲面能充分发挥材料最大潜力，做到合理用材、材尽其用，为悬索以外的他类结构所莫及。 壳体厚度不断减薄，结构自重不断减轻，材料消耗降低是大跨结构的关键。 壳体结构的多种形式 壳体结构的种类很多，多根据曲面的几何特性进行分类。 按高斯曲率进行分类  正高斯曲率壳体：旋转成形的圆球面壳、椭球面壳、抛物面壳；有平移成形的椭圆抛物面扁壳，简称双曲扁壳。 k0  负高斯曲率壳体：旋转成形的双曲面壳；平移成形的双曲抛物面扭壳 （包括单块扭壳和四块组合型扭壳） k0  零高斯曲率壳体：旋转成形的圆柱面壳、锥面 壳；平移成形的开口圆柱面壳、椭圆柱面壳、抛物线柱面壳。  混合型曲率壳体：膜型扁壳，也称无筋扁壳。 高斯曲率 • 曲面论中最重要的内蕴几何量。 它反映了曲面的一股弯曲程度。 • 因为高斯曲率实际反映的是曲面的弯曲程度，因此在三维 CAD 软件中都把高斯曲率分析作为分析 曲面造型 中内部曲面质量和连接情况的主要依据。 • 曲面造型的三维软件比如 ProE、 UG、 CATIA 和 Solidworks 按照形成特点分为：旋转曲面，平移曲面，直纹曲面（柱锥），复杂曲面 圆顶薄壳的构造 壳板厚度 ：  一般由构造要求确定，。