1,0 緒論1 建筑結構計算基本原則2 建筑結構材料3 鋼筋混凝土受彎構件4 鋼筋混凝土縱向受力構件5 鋼筋混凝土受扭構件6 預應力混凝土構件7 鋼筋混凝土樓屋蓋8 多高層鋼筋混凝土房屋,建筑結構Building Structure,2,緒論,0.1建筑結構的概念,建筑中由若干構件連接而成的能承受作用的平面或空間體系稱為建筑結構， 是建筑物的承重骨架。,作用可分為直接作用和間接作用,直接作用即習慣上所說的荷載，是指施加在結構上的集中力或分布力系，如結構自重、家具及人群荷載、風荷載等。間接作用是指引起結構外加變形或約束變形的原因，如地震、基礎沉降、溫度變化等。,3,0.1建筑結構的概念,緒論,建筑結構由水平構件、豎向構件和基礎組成。,水平構件包括梁、板等，用以承受豎向荷載；豎向構件包括柱、墻等，其作用是支承水平構件或承受水平荷載；基礎的作用是將建筑物承受的荷載傳至地基。,4,0.1建筑結構的概念,按材料的不同分為：,緒論,Concrete Structure,Block Structure,Timber Structure,Steel Structure,混凝土結構砌體結構鋼結構木結構混合結構,Composite Structure,5,0.1建筑結構的概念,緒論,1.混凝土結構包括：,鋼筋混凝土結構預應力結構素混凝土結構,Reinforced Concrete Structure,Prestressed Concrete Structure,Plain Concrete Structure,6,6,為什么在混凝土中加入鋼筋？,混凝土(Concrete): 抗壓強度高，抗拉強度低鋼筋(Steel)：抗拉性能優良，抗壓強度高,破壞特征：一裂即斷，脆性， 破壞無預兆。破壞特征：裂不等于壞，破 壞有一定的預兆。,素混凝土梁,鋼筋混凝土梁：受拉區配220鋼筋,F=13.4KN 截面開裂并破壞,Fcr=15 KN 截面開裂;,鋼筋混凝土梁與素混凝土梁的破壞情況對比梁的承載力大大提高，梁的受力性能改善。,7,0.1建筑結構的概念,緒論,鋼筋混凝土結構優點：,（1）就地取材（2）耐久性好（3）整體性好（4）可模性好（5）耐火性好,鋼筋混凝土結構缺點：,自重大 抗裂性能差 模板用量大 工期長,克服缺點的方法： 采用輕質、高強的混凝土，可克服自重大的缺點； 采用預應力混凝土，可克服容易開裂的缺點； 摻入纖維做成纖維混凝土可克服混凝土的脆性； 采用預制構件，可減小模板用量，縮短工期。,混凝土外加劑聚丙烯抗裂防滲纖維,高強度混凝土用鋼纖維,8,0.1建筑結構的概念,緒論,1、良好的粘結力2、溫度線膨脹系數接近3、足夠的保護層厚度,鋼筋與混凝土共同工作的原因：,鋼筋混凝土保護層塑料墊塊,9,0.1建筑結構的概念,一是混凝土結硬時體積收縮，將鋼筋緊緊握住而產生的摩擦力；二是由于鋼筋表面凹凸不平而產生的機械咬合力；三是混凝土與鋼筋接觸表面間的膠結力。其中機械咬合力約占50%；,緒論,粘結作用由三部分組成：,熱軋帶肋鋼筋與混凝土間的粘結作用主要依靠機械咬合力,10,緒論,0.1建筑結構的概念,2.砌體結構,由塊體（磚、石材、砌塊）和砂漿砌筑而成的墻、柱作為建筑物主要受力構件的結構稱為砌體結構，包括：磚砌體結構石砌體結構砌塊砌體結構,11,11,緒論,0.1建筑結構的概念,2.砌體結構,12,12,緒論,0.1建筑結構的概念,2.砌體結構,13,13,緒論,0.1建筑結構的概念,2.砌體結構,主要優點：取材方便，造價低廉；具有良好的耐火性及耐久性；具有良好的保溫、隔熱、隔聲性能，節能效果好；施工簡單，技術容易掌握和普及，也不需要特殊的設備。主要缺點：自重大，強度低，整體性差，砌筑勞動強度大。,14,14,以鋼結構作為主要承載體系構件的工程結構稱為鋼結構。重型工業廠房、大跨結構、高層、高聳鋼屋架、海洋鉆井平臺。,緒論,0.1建筑結構的概念,3.鋼結構,主要優點：1）材料強度高，自重輕，塑性和韌性好，材質均勻（相對于混凝土）；2）便于工廠生產和機械化施工，便于拆卸，施工工期短；3）具有優越的抗震性能；4）無污染、可再生、節能、安全，符合建筑可持續發展的原則。,15,15,屋蓋結構體系,緒論,0.1建筑結構的概念,3.鋼結構,16,緒論,0.1建筑結構的概念,3.鋼結構,17,17,緒論,0.1建筑結構的概念,3.鋼結構,主要缺點： 易腐蝕，需經常油漆維護，故維護費用較高。鋼結構的耐火性較差，當溫度達到250時，鋼結構的材質將會發生較大變化；當溫度達到500時，結構會瞬間崩潰，完全喪失承載能力。,鋼結構最怕火災，超過800度高溫，鋼材會突然失去支撐強度.,18,18,緒論,0.1建筑結構的概念,3.鋼結構,19,19,特點：使用壽命長施工簡便，工期短冬暖夏涼抗震，自重輕,緒論,0.1建筑結構的概念,4.木結構,指全部或大部分用木材制作的結構。,20,20,緒論,0.1建筑結構的概念,4.木結構,寧 波 保 國 寺,21,21,緒論,0.1建筑結構的概念,5.混合結構,由兩種及兩種以上材料為主支座的結構稱為混合結構。磚混結構：以磚砌體構件為豎向承重構件、鋼筋混凝土構件為水平承重構件的結構體系。鋼混凝土混合結構：由鋼框架或勁性鋼筋混凝土框架與鋼筋混凝土筒體所組成的共同承受豎向和水平作用的結構。鋼混凝土混合結構兼具鋼結構與鋼筋混凝土結構兩者的優點。,22,緒論,0.1建筑結構的概念,5.混合結構,鋼混凝土混合結構,上海金茂大廈,23,上海環球金融中心,緒論,據稱，在大樓的第一百層，也就是距地面472米處設計了一個長度約為55米的觀光天閣，這里將建成世界最高的觀光廳。大樓的第94層處還將建設一個面積為七百平方米、室內凈高8米的觀光大廳。以上海的都市全景為背景，觀光天閣和觀光大廳將成為滬上新的觀光景點。,2005年10月17日，中國內地第一高樓上海環球金融中心全面開工建設。工程將于2007年年中封頂，2008年初竣工，屆時它將成為中國內地第一 、世界第二高樓。大樓位于上海市浦東新區陸家嘴金融貿易區，總高492米，比目前的“中華第一高樓”金茂大廈高出70多米。2008年竣工后，它將成為上海建設國際金融中心的又一地標。,環球金融中心由日本森大廈株式會社聯合日本、美國等四十多家企業投資興建。據悉，整幢大樓總建筑面積達三十八萬一千六百平方米，地上101層，地下3層。建筑內部以辦公房為主，集六星級賓館、商業設施、美術館、城市俱樂部、停車場等設施于一體，內部結構尤如一個小鎮。,0.1建筑結構的概念,24,0.2建筑結構的發展與應用狀況,緒論,混凝土歷史發展簡況,混凝土結構最早應用于歐洲，僅有170年歷史。,1824年，英國泥瓦工JosephAspadin發明了水泥；,1850年，法國人Lambot用制造了鋼筋水泥船，開始出現鋼筋混凝土制品；,1867年，法國人Manier獲得生產配筋混凝土構件的專利；,1928年，法國人佛列新涅，采用高強鋼絲，并發明預應力錨具，預應力混凝土開始運用于工程。,25,0.2 建筑結構的發展與應用狀況,緒論,材料的發展趨勢：,1、混凝土結構材料向輕、強、新、復發展；,2、高強鋼筋快速發展；,3、砌體材料向輕、強發展；,4、鋼結構材料向高效能方向發展。,1、大跨結構向空間鋼網架、懸索結構、薄殼結構方向發展；,2、組合結構發展很快；（勁性鋼筋混凝土、鋼管混凝土、型鋼混凝土、 外鋼框架-內核心筒等）,3、高層砌體結構已開始應用。（磚墻-核心筒、預應力砌體等）,結構的發展趨勢：,26,0.2建筑結構的發展與應用狀況,緒論,2005年11月15日，“鳥巢”工程混凝土主體結構提前封頂。 該工程總建筑面積25.8萬平方米，地上高度69.21米，整個建筑造型呈橢圓的馬鞍形。此次完工的混凝土結構主體分地下一層，地上七層，三層碗狀斜看臺可容納觀眾9.1萬人?！傍B巢”設計用鋼量4.2萬噸，是目前國內外體育場館中用鋼量最多、規模最大、施工難度最大、擁有多項世界頂級施工技術難題的大型鋼結構工程。該工程設計使用年限為100年。 該工程總承包方北京城建集團表示，混凝土結構封頂后，“鳥巢”工程進入難度最大的大型鋼結構和土建二次結構施工。整個鋼結構施工計劃于2006年11月完成。,北京奧運主體育場“鳥巢”工程在建設中,27,0.2建筑結構的發展與應用狀況,緒論,北京奧運主體育場“鳥巢”,28,28,國家大劇院介紹,工程外部圍護結構為鋼結構網殼，是半橢圓球形，東西長軸212.2m，南北短軸143.64m，總高度46.285m。內設歌劇院（2416席）、音樂廳（2017席）及戲劇院（1040席）及公共大廳等。屋面采用鈦金屬板，整個網殼外環繞人工湖（35500m2）,各種通道及入口均設在水下 。設計為法國巴黎機場公司安德魯建筑師，北京市建筑設計研究院參與主體設計 ，整體結構用鋼量達6750t，195kg/m。,緒論,0.2建筑結構的發展與應用狀況,29,0.3本課程的內容、學習目標及學習要求,緒論,建筑結構是一門綜合性較強的應用科學，其發展涉及到數學、力學、材料及施工技術等科學。建筑結構按內容的性質可分為結構基本構件和結構設計兩大部份。根據受力與變形特點不同，結構基本構件可歸納為受彎構件、受拉構件、受壓構件和受扭構件。本課程包括混凝土結構、砌體結構、鋼結構、建筑結構抗震基本知識等內容。,30,課程性質：建筑工程技術專業的主干專業基礎課 課程任務： 1.為后續課程建筑施工、施工項目管理、建筑地基與基礎、建筑工程計量與計價等奠定基礎； 2. 為將來的職業工作建筑施工技術與管理奠定結構方面的知識和能力。,0.3本課程的內容、學習目標及學習要求,緒論,31,課程目標 知識目標： 掌握建筑結構常用材料的種類和材性；掌握建筑結構及結構構件的構造知識，包括抗震構造知識；掌握一般建筑結構構件（或連接）的設計方法；掌握現澆鋼筋砼肋形樓蓋和多層砌體結構的設計方法。 能力目標： 具有進行一般建筑結構構件（受彎、軸向受壓構件）截面設計與承載力復核的能力；具有一般多層砌體結構設計的能力；具有分析和處理實際施工過程中遇到的一般結構問題的能力；具有正確識讀建筑結構施工圖的能力。,0.3本課程的內容、學習目標及學習要求,緒論,32,32,建筑設計,結構設計,0.3本課程的內容,緒論,33,點擊返回,建筑結構Building Structure,思考題:0.1 什么是建筑結構？按照所用材料的不同，建筑結構可以分為哪幾類？各有何特點？0.2 什么是建筑結構上的作用？“作用”與“荷載”的關系式什么？,0 緒論1 建筑結構計算基本原則2 建筑結構材料3 鋼筋混凝土受彎構件4 鋼筋混凝土縱向受力構件5 鋼筋混凝土受扭構件6 預應力混凝土構件7 鋼筋混凝土樓屋蓋,建筑結構Building Structure,1.1 荷載分類及荷載代表值,第一章 建筑結構計算基本原則,1.永久荷載永久荷載亦稱恒荷載，是指在結構使用期間，其值不隨時間變化，或者其變化與平均值相比可忽略不計的荷載，如結構自重、土壓力、預應力等。,2.可變荷載可變荷載也稱為活荷載，是指在結構使用期間，其值隨時間變化，且其變化值與平均值相比不可忽略的荷載，如樓面活荷載、屋面活荷載、風荷載、雪荷載、吊車荷載等。,3.偶然荷載 在結構使用期間不一定出現，而一旦出現，其量值很大且持續時間很短的荷載稱為偶然荷載，如爆炸力、撞擊力等。,1.1.1 荷載分類,1.1 荷載分類及荷載代表值,第一章 建筑結構計算基本原則,荷載代表值,1.1.2 荷載代表值,定義：結構設計時，對于不同的荷載和不同的設計情況，應賦予荷載不同的量值，該量值即荷載代表值。,定義：荷載標準值就是結構在設計基準期內具有一定概率的最大荷載值,它是荷載的基本代表值。設計基準期為確定可變荷載代表值而選定的時間參數，一般取為50年。,1. 荷載標準值,1.1 荷載分類及荷載代表值,第一章 建筑結構計算基本原則,常用材料單位體積的自重（單位kN/m3）混凝土2224，鋼筋混凝土2425，水泥砂漿20，石灰砂漿、混合砂漿17，普通磚18，普通磚（機器制）19，漿砌普通磚砌體18，漿砌機磚砌體19。,1. 荷載標準值,（1）永久荷載標準值,按構件尺寸和構件單位體積自重的標準值來確定。,1.1.2 荷載代表值,1.1 荷載分類及荷載代表值,第一章 建筑結構計算基本原則,（2）可變荷載標準值（民用樓面均布活荷載標準值按下表采用）,1.1 荷載分類及荷載代表值,第一章 建筑結構計算基本原則,（2）可變荷載標準值（民用樓面均布活荷載標準值按下表采用）,1.1 荷載分類及荷載代表值,第一章 建筑結構計算基本原則,注：本表所列各項活荷載適用于一般使用條件，當使用荷載大時，應按實際情況采用。本表各項荷載不包括隔墻自重和二次裝修荷載。,（2）可變荷載標準值（民用樓面均布活荷載標準值按下表采用）,1.1 荷載分類及荷載代表值,第一章 建筑結構計算基本原則,注：不上人的屋面，當使用荷載大時，應按實際情況采用。 上人的屋面，當兼作其他用途時，應按相應樓面活荷載采用； 對于因屋面排水不暢、堵塞等引起積水荷載，應采取構造措施 加以防 止，必要時應按積水的可能深度確定屋面活荷載。屋頂花園活荷載不包括花圃土石等材料自重。,（2）可變荷載標準值（民用屋面均布活荷載標準值按下表采用）,1.1 荷載分類及荷載代表值,第一章 建筑結構計算基本原則,2. 可變荷載準永久值,在設計基準期內經常達到或超過的那部份荷載值（總的持續時間不低于25年），稱為可變荷載準永久值。可變荷載準永久值可表示為qk ，其中k為可變荷載標準值，q為可變荷載準永久值系數。q值見前表。,3. 可變荷載組合值,兩種或兩種以上可變荷載同時作用于結構上時，除主導荷載（產生最大效應的荷載）仍可以其標準值為代表值外，其他伴隨荷載均應以小于標準值的荷載值為代表值，此即可變荷載組合值。 可變荷載組合值可表示為ck 。其中c 為可變荷載組合值系數，其值按前表查取。,1.1 荷載分類及荷載代表值,第一章 建筑結構計算基本原則,4. 可變荷載頻遇值,對可變荷載，在設計基準期內，其超越的總時間為規定的較小比率或超越頻率為規定頻率的荷載值（總的持續時間不低于50年），稱為可變荷載頻遇值。可變荷載頻遇值可表示為fk。其中f為可變荷載頻遇值系數，其值按前表查取。,1.2 建筑結構概率極限狀態設計法,第一章 建筑結構計算基本原則,（1）結構的安全等級建筑結構可靠度設計統一標準GB50068-2001（以下簡稱統一標準）規定，建筑結構設計時，應根據結構破壞可能產生的后果（危及人的生命、造成經濟損失、產生社會影響等）的嚴重性，采用不同的安全等級。,1.2.1 極限狀態,1.2 建筑結構概率極限狀態設計法,第一章 建筑結構計算基本原則,（2）設計使用年限，是指設計規定的結構或結構構件不需進行大修即可按其預定目的使用的時期。,1.2 建筑結構概率極限狀態設計法,第一章 建筑結構計算基本原則,（3）結構的功能要求,能承受正常施工和使用時的各種作用，以及偶然事件發生時，仍能保持整體穩定性。,在正常使用時，能保證具有良好的工作性能，不出現過大的變形和裂縫。,在正常使用及維護下，具有足夠的耐久性能，不發生銹蝕和風化現象。,安全性適用性耐久性,例如，不會出現影響正常使用的過大變形或振動；不會產生使使用者感到不安的裂縫寬度等。,例如，結構材料不致出現影響功能的損壞，鋼筋混凝土構件的鋼筋不致因保護層過薄或裂縫過寬而銹蝕等。,即結構僅產生局部的損壞而不致發生連續倒塌。,1.2 建筑結構概率極限狀態設計法,第一章 建筑結構計算基本原則,結構的安全性、適用性和耐久性是結構可靠的標志，總稱為結構的可靠性。,結構的可靠度是結構可靠性的概率度量，即對結構可靠性的定量描述。,結構可靠性的定義是，結構在規定時間內，規定條件下，完成預定功能的能力。,注意1：結構可靠度與結構使用年限長短有關。統一標準以結構的設計 使用年限為計算結構可靠度的時間基準。注意2：當結構的使用年限超過設計使用年限后，并不意味著結構就要報 廢，但其可靠度將逐漸降低。,（3）結構的功能要求,1.2 建筑結構概率極限狀態設計法,第一章 建筑結構計算基本原則,2. 結構功能的極限狀態,（1）承載能力極限狀態,針對安全性如：整個結構或結構的一部分作為剛體失 去穩定； 結構構件或連接因材料強度不夠而壞； 結構轉變為機動體系； 結構或結構構件喪失穩定等。,定義：整個結構或結構的一部份，超過某一特定狀態就不能滿足設計規定的某一功能（安全性、適用性、耐久性）要求，該特定狀態稱為該功能的極限狀態。結構極限狀態分為以下兩類：,結構超過承載能力極限狀態的示例,1.2 建筑結構概率極限狀態設計法,第一章 建筑結構計算基本原則,2. 結構功能的極限狀態,（2）正常使用極限狀態,針對適用性和耐久性如：出現影響正常使用或外觀的變形； 影響正常使用或耐久性的局部損壞； 影響正常使用的振動。,工程設計時，一般先按承載力極限狀態設計結構構件，再按正常使用極限狀態驗算。,1.2 建筑結構概率極限狀態設計法,第一章 建筑結構計算基本原則,結構的功能函數,（1）作用效應 S,作用（荷載）對結構產生的各種效應，如彎矩、剪力、軸力、變形、裂縫等 M V N f w,結構構件抵抗各種作用效應的能力。如抗彎、抗剪、抗壓、抗拉、抗扭承載力以及抗變形、抗裂縫的能力。,（2）結構抗力 R,1.2 建筑結構概率極限狀態設計法,第一章 建筑結構計算基本原則,結構的功能函數,當0 即 RS 時，結構處于可靠狀態；當0 即 RS 時，結構處于失效狀態；當= 0 即 R =S 時，結構處于極限狀態。,關系式(S，R)RS0 稱為極限狀態方程。,1.2.2 實用設計表達式（1）實用表達式：SR R結構構件的承載力設計值，即抗力設計值 S荷載效應基本組合或偶然組合的設計值（2）荷載效應基本組合設計值 S 對于基本組合，荷載效應組合的設計值S應從由可變荷載效應控制的組合和由永久荷載效應控制的組合中取最不利值確定。,1.2 建筑結構概率極限狀態設計法,第一章 建筑結構計算基本原則,：結構構件的重要性系數，對安全等級為一級或設計使用年限為100年及以上的結構構件，不應小于1.1；對安全等級為二級或設計使用年限為50年的結構構件，不應小于1.0；對安全等級為三級或設計使用年限為5年及以下的結構構件，不應小于0.9；在抗震設計中，不考慮結構構件的重要性系數。,1）由可變荷載效應控制的組合,1.2 建筑結構概率極限狀態設計法,第一章 建筑結構計算基本原則,(1.2.3),G ：永久荷載分項系數，按表1.2.3 采用； SGk ：永久荷載標準值Gk 計算的荷載效應值；Qi ：第i個可變荷載的分項系數；按表1.2.3 采用； SQik ：按可變荷載標準值Qi計算的荷載效應值;ci ：可變荷載Qi的組合值系數，民用建筑樓面均布活 荷載、屋面均布活荷載的組合值系數；,第一章 建筑結構計算基本原則,1.2 建筑結構概率極限狀態設計法,(1.2.3),返回,1.2 建筑結構概率極限狀態設計法,第一章 建筑結構計算基本原則,應用（1.2.3）、式（1.2.4）時應注意以下問題：當考慮以豎向的永久荷載效應控制的組合時，參與組合的可變荷載僅限于豎向荷載。,2）由永久荷載效應控制的組合,(1.2.4),第一章 建筑結構計算基本原則,1.2 建筑結構概率極限狀態設計法,混凝土結構和砌體結構設計采用內力表達式。此時，式（1.2.3）、式（1.2.4）實質上就是永久荷載和可變荷載同時作用時，在結構上產生的內力（軸力、彎矩、剪力、扭矩等）的組合，其目標是求出結構可能的最大內力。例如跨度為l0的簡支梁，在跨中集中荷載F 作用下的跨中最大彎矩M=Fl0/4 ，在均布荷載q 作用下的跨中最大彎矩 M = ql02/8。這也就是式中的計算方法。,鋼結構設計采用應力表達，式（1.2.3）、式（1.2.4）實質上就是永久荷載和可變荷載同時作用時，在構件截面上產生的最大應力。,1.2 建筑結構概率極限狀態設計法,第一章 建筑結構計算基本原則,當考慮以豎向的永久荷載效應控制的組合時，參與組合的可變荷載僅限于豎向荷載。,【例1.2.1】 某辦公樓鋼筋混凝土矩形截面簡支梁，安全等級為二級，截面尺寸bh = 200mm400mm，計算跨度 ln= 5m，凈跨度 l0 =4.86m。承受均布線荷載：活荷載標準值7kN/m，恒荷載標準值10kN/m（不包括自重）。試計算按承載能力極限狀態設計時的跨中彎矩設計值和支座邊緣截面剪力設計值。,第一章 建筑結構計算基本原則,1.2 建筑結構概率極限狀態設計法,【解】由表1.1.1查得活荷載組合值系數=0.7。安全等級為二級，則結構重要性系數=1.0。 鋼筋混凝土的重度標準值為25kN/m3，故梁自重標準值為250.20.4=2 kN/m。 總恒荷載標準值gk=10+2=12kN/m 恒載產生的跨中彎矩標準值和支座邊緣截面剪力標準值分別為： Mgk = gkl02/8 = 1252 /8=37.5kNm Vgk=gkln/2= 124.86/2=29.16 kN,活荷載產生的跨中彎矩標準值和支座邊緣截面剪力標準值分別為： Mqk = qkl 02/8 =752 /8=21.875kNm Vgk=qkln/2 = 7 4.86/2 =17.01 kN,本例只有一個活荷載，即為第一可變荷載。故計算由活載彎矩控制的跨中彎矩設計值時，G=1.2，Q=Q1=1.4。由式（1.2.3）得由活荷載彎矩控制的跨中彎矩設計值和支座邊緣截面剪力設計值分別為：0(GMgk+ Q1Mq1k) = 0(GMgk+ QMqk) =1.0(1.237.5+1.421.875)=75.625 kNm0(GVgk+ Q1Vq1k) = 0(GVgk+ QVqk) =1.0(1.229.16+1.417.01)=75.625 kNm,第一章 建筑結構計算基本原則,1.2 建筑結構概率極限狀態設計法,取較大值得跨中彎矩設計值M = 75.625kNm，支座邊緣截面剪力設計值V=58.806 kN,計算由恒載彎矩控制的跨中彎矩設計值時，G=1.35，Q =1.4，c =0.7。由式（1.2.4）得由恒載彎矩控制的跨中彎矩設計值和支座邊緣截面剪力設計值分別為： 0(GMgk+ c QMqk) =1.0(1.3537.5+0.71.421.875）=72.063 kNm 0(GVgk+ c QVqk) =1.0（1.3529.16+0.71.417.01）=56.036 kN,一般排架、框架結構的簡化表達式對于一般排架、框架結構，可不區分第一可變荷載和第i個可變荷載，并采用相同的組合值系數，其荷載效應組合設計值取由可變荷載效應控制和由永久荷載效應控制的組合值中的最不利值。由可變荷載效應控制的組合按下式計算：,（1.2.5）,由永久荷載效應控制的組合仍按式（1.2.4）采用。,(1.2.6),第一章 建筑結構計算基本原則,1.2 建筑結構概率極限狀態設計法,對于正常使用極限狀態，應根據不同的設計要求，采用荷載效應的標準組合、頻遇組合或準永久組合，按下列設計表達式進行設計： SC (1.2.7)式中S變形、裂縫等荷載效應的設計值； C結構構件達到正常使用要求所規定的限值，如變形、裂縫寬度等。 混凝土結構的正常使用極限狀態主要是驗算構件的變形、抗裂度或裂縫寬度，使其不超過相應的規定限值； 鋼結構通過構件的變形（剛度）驗算保證； 砌體結構一般情況下不做驗算，由相應的構造措施保證。,第一章 建筑結構計算基本原則,1.2 建筑結構概率極限狀態設計法,2.按正常使用極限狀態設計的實用表達式,（1）實用表達式,1）對于標準組合，其荷載效應組合的表達式為,(1.2.8),2) 對于頻遇組合，其荷載效應組合的表達式為,(1.2.9),可變荷載 Q1 的頻遇系數,可變荷載 Q1 的準永久值系數,（2）荷載效應組合設計值,第一章 建筑結構計算基本原則,1.2 建筑結構概率極限狀態設計法,3）對于準永久組合，荷載效應組合的表達式為,（2）荷載效應組合設計值,第一章 建筑結構計算基本原則,1.2 建筑結構概率極限狀態設計法,(1.2.10),注意：與承載能力極限狀態設計相同，對式（1.2.8）式（1.2.10），混凝土結構采用內力表達，而鋼結構采用應力表達。,第一章 建筑結構計算基本原則,1.2 什么是荷載代表值？永久荷載、可變荷載的代表值分別是什么？1.4 建筑結構應滿足哪些功能要求？其中最重要的一項是什么？1.6 什么是結構功能的極限狀態？承載能力極限狀態和正常使用極限狀態的含義分別是什么？1.7 試用結構功能函數描述結構所處的狀態。,習 題1.1 某住宅樓面梁，由恒載標準值引起的彎矩Mgk=45kNm，由樓面活荷載標準值引起的彎矩Mqk =25kNm，活荷載組合值系數c=0.7，結構安全等級為二級。試求按承載能力極限狀態設計時梁的最大彎矩設計值M。1.2 某鋼筋混凝土矩形截面簡支梁，截面尺寸bh=200mm500mm，計算跨度l0=4m，梁上作用恒載標準值(不含自重)14kN/m，活荷載標準值9kN/m，活荷載組合值系數c=0.7，梁的安全等級為二級。試計算按承載能力極限狀態設計時的跨中彎矩設計值。,思考題:,點擊返回,鋼筋混凝土結構Bulding Structure,0 緒論1 建筑結構計算基本原則2 建筑結構材料3 鋼筋混凝土受彎構件4 鋼筋混凝土縱向受力構件5 鋼筋混凝土受扭構件6 預應力混凝土構件7 鋼筋混凝土樓屋蓋8 多高層鋼筋混凝土房屋,建筑結構Building Structure,2.1建筑鋼材,第二章 建筑結構材料,用于混凝土結構的鋼筋，應具有較高的強度和良好的塑性，便于加工和焊接，并應與混凝土間具有足夠粘接力。特別是用于預應力混凝土結構的預應力鋼筋應具有很高的強度，只有如此，才能建立起較高的張拉力，從而獲得較好的預壓效果。,2.1.1 建筑鋼材的品種和規格,1.混凝土結構用鋼筋,鋼筋的種類,鋼筋按加工方法不同分類：熱軋鋼筋、冷拉鋼筋、熱處理鋼筋、冷軋鋼筋（冷軋帶肋鋼筋、冷軋扭鋼筋）、冷拔低碳、消除應力鋼絲、鋼絞線,鋼筋按在結構中是否施加預應力分類：普通鋼筋、預應力鋼筋,熱軋鋼筋由低碳鋼或低合金鋼熱軋而成,（1）普通鋼筋 普通鋼筋指用于鋼筋混凝土結構中的鋼筋和預應力混凝土結構中的非預應力鋼筋。 用于鋼筋混凝土結構的熱軋鋼筋分為HPB235、 HRB335、HRB400和RRB400四個 級別。 混凝土規范規定，普通鋼筋宜采用HRB400級和HRB335級鋼筋。,第二章 建筑結構材料,2.1建筑鋼材,2.1.1 建筑鋼材的品種和規格,HPBHot rolled Plain Steel Bars熱軋光圓鋼筋；HRBHot rolled Ribbed Steel Bars熱軋帶肋鋼筋；RRBRemained heat treatment Ribbed Steel Bars余熱處理帶肋鋼筋。,HPB235級鋼筋：光圓鋼筋，公稱直徑范圍為820mm，推薦直徑為8、10、12、16、20mm。實際工程中只用作板、基礎和荷載不大的梁、柱的受力主筋、箍筋以及其他構造鋼筋。,第二章 建筑結構材料,2.1建筑鋼材,2.1.1 建筑鋼材的品種和規格,HRB400級鋼筋：月牙紋鋼筋，公稱直徑范圍和推薦直徑同HRB335鋼筋。是混凝土結構的主導鋼筋，實際工程中主要用作結構構件中的受力主筋。,HRB335級鋼筋：月牙紋鋼筋，公稱直徑范圍為650mm，推薦直徑為6、8、10、12、16、20、25、32、40和50mm。是混凝土結構的輔助鋼筋，實際工程中也主要用作結構構件中的受力主筋。,RRB400級鋼筋：月牙紋鋼筋，公稱直徑范圍為840mm，推薦直徑為8、10、12、16、20、25、32和40mm。強度雖高，但疲勞性能、冷彎性能以及可焊性均較差，其應用受到一定限制。,2.1建筑鋼材,第二章 建筑結構材料,外形分為：光圓鋼筋和帶肋鋼筋（人字紋、螺旋紋、月牙紋）供貨形式分為：盤圓和條狀供貨,低碳鋼熱軋圓盤條,低合金鋼熱軋帶肋鋼筋,HRB400主導鋼筋；HRB335輔助鋼筋；HPB235一般不推薦使用；RRB400強度雖高，但疲勞性能、冷彎性能以及可焊性均較差，應用受限。,2.1建筑鋼材,第二章 建筑結構材料,預應力鋼筋優先采用鋼絞線和鋼絲，也可采用熱處理鋼筋。,（2） 預應力鋼筋,鋼絞線：由多根高強鋼絲絞織在一起而形成的，有3股和7股兩種， 多用于后張法大型構件。 預應力鋼絲：主要是消除應力鋼絲，其外形有光面、螺旋肋、三面刻痕三種。 熱處理鋼筋：包括40Si2Mn、48Si2Mn及45Si2Cr幾種牌號，它們都以盤條形式供應，無需焊接、冷拉，施工方便。,2.1建筑鋼材,第二章 建筑結構材料,預應力鋼絲外形有光面、螺旋肋、三面刻痕三種。,三面刻痕鋼絲外形圖,預應力螺旋肋鋼絲外形圖,（2） 預應力鋼筋,（1）鋼種和鋼號 建筑工程常用碳素結構鋼和低合金高強度結構鋼 1）碳素結構鋼 碳素結構鋼的牌號： 碳素結構鋼牌號舉例：Q235A,第二章 建筑結構材料,2.1建筑鋼材,2.鋼結構用鋼材,2）低合金高強度結構鋼 低合金高強度結構鋼的牌號：,注：低合金高強度結構鋼的A、B級屬于鎮靜鋼， C、D、E級屬于特殊鎮靜鋼。,第二章 建筑結構材料,2.1建筑鋼材,2.鋼結構用鋼材,鋼結構規范規定，承重結構的鋼材宜采用Q235鋼、Q345鋼、Q390鋼和Q420鋼。,第二章 建筑結構材料,2.1建筑鋼材,2.鋼結構用鋼材,對于需要驗算疲勞的焊接結構的鋼材，應具有常溫沖擊韌性的合格保證。,承重結構采用的鋼材應具有抗拉強度、伸長率、屈服強度和硫、磷含量的合格保證，對焊接結構尚應具有碳含量的合格保證。 焊接承重結構以及重要的非焊接承重結構采用的鋼材還應具有冷彎試驗的合格保證。,對于需要驗算疲勞的非焊接結構的鋼材亦應具有常溫沖擊韌性的合格保證。,（2）品種及規格 1）熱軋鋼板 薄板：厚度為0.354 mm，寬0.51.5m，長0.54m。 薄鋼板是冷彎薄壁型鋼的原料 厚板：厚度為4.560 mm，寬0.73m，長412m。 廣泛用來組成焊接構件和連接鋼板。 扁鋼：厚度為460mm，寬度為30200mm，長39m。,第二章 建筑結構材料,2.1建筑鋼材,2.鋼結構用鋼材,鋼板用符號“-”后加“厚寬長（單位為mm）”的方法表示，如-128002100。,2）熱軋型鋼, 角鋼：有等邊和不等邊兩種。 等邊角鋼：“L”后加“邊寬厚度”（單位為mm），如L10010。 不等邊角鋼：“L”后加“長邊寬短邊寬厚度”，如L100808。, 槽鋼：熱軋普通槽鋼與熱軋輕型槽鋼。 普通槽鋼：“”后加截面高度（單位為cm），并以a、b、c區分同一截面高度中的不同腹板厚度，30a。 輕型槽鋼：“Q”后加截面高度（單位為cm）,第二章 建筑結構材料,2.1建筑鋼材,2.鋼結構用鋼材,2）熱軋型鋼,第二章 建筑結構材料,2.1建筑鋼材,2.鋼結構用鋼材, 工字鋼：分普通工字鋼和輕型工字鋼。 普通工字鋼：“I”后加截面高度（單位為cm。20號以上的工字鋼，同一截面高度有3種腹板厚度，以a、b、c區分 （其中a類腹板最?。?，如I30b。 輕型工字鋼：“QI”后加截面高度（單位為cm），如Q I 25。, H型鋼 熱軋H型鋼分為寬翼緣H型鋼、中翼緣H型鋼和窄翼緣H型鋼三類，此外還有H型鋼柱，其代號分別為HW、HM、HN、HP。 表示方法：代號后加“高度寬度腹板厚度翼緣厚度”(單位為mm)， 如HW340250914。,2）熱軋型鋼,第二章 建筑結構材料,2.1建筑鋼材,2.鋼結構用鋼材, 剖分T型鋼 代號與H型鋼相對應，采用TW、TM、TN分別表示寬翼緣T型鋼、中翼緣T型鋼和窄翼緣T型鋼，其表示方法亦與H型鋼相同，TN22520012。 鋼管：分為無縫鋼管和焊接鋼管。 表示方法：“”后加“外徑厚度” （單位為mm）,3）冷彎薄壁型材,冷彎薄壁型鋼：由26mm的薄鋼板經冷彎或模壓而成型的高效經濟的截面；缺點是因為壁薄，對銹蝕影響較為敏感，故多于跨度小，荷載輕的輕型鋼結構中。 壓型鋼板：所用鋼板厚度為0.42mm。其優缺點同冷彎薄壁型鋼，主要用于圍護結構、屋面、樓板等。,第二章 建筑結構材料,2.1建筑鋼材,2.鋼結構用鋼材,2.1.2建筑鋼材的力學性能,第二章 建筑結構材料,1. 影響鋼材力學性能的主要因素,(1)鋼材的化學成分,按碳的含量，小于0.25% 的為低碳鋼，大于0.25% 而小于0.6% 的為中碳鋼，大于0.6% 的為高碳鋼。,錳和硅是鋼中的有益元素，它們都是脫氧劑。它們可提高強度，又不會過多降低塑性和沖擊韌性。,釩、鈮、鈦是鋼中的合金元素，既可以提高鋼材強度，又可保持良好的塑性、韌性。,鋁是強脫氧劑，用鋁進行補充脫氧，能進一步減少鋼中的有害氧化物。鉻和鎳是提高鋼材強度的合金元素。,硫和磷是冶煉過程中留在鋼中的雜質，是有害元素。它們降低鋼材的塑性、韌性、可焊性和疲勞強度。硫能使鋼材 “熱脆”，磷使鋼材“冷脆”。,（4） 溫度影響 鋼材對溫度相當敏感，溫度升高與降低都使鋼材性能發生變化。相比之下，鋼材的低溫性能更重要。 在正溫范圍，總的趨勢是隨著溫度的升高，鋼材強度降低，變形增大。約在200以內鋼材性能沒有很大變化，430540之間則強度（屈服強度和抗拉強度 ）急劇下降；到600時強度很低不能承擔荷載。此外，250附近有藍脆現象，約260320時有徐變現象。,第二章 建筑結構材料,2.1.2 建筑鋼材的力學性能,（2）冶金缺陷的影響 常見的冶金缺陷有偏析、非金屬夾雜、氣孔、裂紋、分層等，都會使鋼材性能變差。（3）鋼材硬化 冷拉、冷彎、沖孔、機械剪切等冷加工使鋼材產生很大塑性變形，從而提高了鋼的屈服點，同時降低了鋼的塑性和韌性，這種現象稱為冷作硬化或應變硬化。,（5） 應力集中 應力集中系數愈大，變脆的傾向愈嚴重。 在負溫下或動力荷載作用下工作的結構，應力集中的不利影響將十分突出。（6）反復荷載作用 鋼材在反復荷載作用下，結構的抗力及性能都會發生重要變化，甚至發生疲勞破壞。,第二章 建筑結構材料,2.1.2 建筑鋼材的力學性能,2.1.2建筑鋼材的力學性能,第二章 建筑結構材料,有明顯屈服點的鋼材： 低碳鋼和低合金鋼,由于到達y后構件產生較大變形，故把它取為計算構件的強度標準；到達u時構件開始斷裂破壞，故以u作為材料的強度儲備。,y,u,強度,2.鋼材的力學性能,2.1.2建筑鋼材的力學性能,第二章 建筑結構材料,無明顯屈服點的鋼材： 高強鋼材（如熱處理鋼材）,對于無明顯屈服點的鋼材，以殘余變形為0.2%時的應力作為名義屈服點，其值約為極限強度的85%,y,u,2.鋼材的力學性能,強度,2.1.2建筑鋼材的力學性能,第二章 建筑結構材料,塑性性能,冷彎性能,斷裂前試件的永久變形與原標定長度的百分比稱為伸長率，它是衡量鋼材塑性的重要指標。,冷彎性能由冷彎試驗來確定，試驗時按照規定的彎心直徑在試驗機上用沖頭加壓，使試件彎成180，如試件外表面不出現裂紋和分層，即為合格。,冷彎試驗,伸長率測試儀,2.1.2建筑鋼材的力學性能,第二章 建筑結構材料,沖擊韌性,韌性是鋼材抵抗沖擊荷載的能力。韌性是鋼材強度和塑性的綜合指標。,沖擊韌性隨溫度的降低而下降。其規律是開始下降緩慢，當達到一定溫度范圍時，突然下降很多而呈脆性，這種性質稱為鋼材的冷脆性。,沖擊韌性試驗機,（1）鋼筋的強度標準值和強度設計值,第二章 建筑結構材料,強度標準值除以材料分項系數即為材料強度設計值,鋼筋的材料分項系數,熱軋鋼筋1.10，預應力鋼筋1.20。,3.建筑鋼材的設計指標,第二章 建筑結構材料,注：熱軋鋼筋直徑d系指公稱直徑； 當采用直徑大于40mm的鋼筋時，應有可靠的工程經驗； 鋼筋混凝土結構中，軸心受拉和小偏心受拉鋼筋抗拉強度設計值大于300N/mm2，仍應300N/mm2??； 直徑為6mm的光面鋼筋可選用牌號為Q235的熱軋圓盤條。,3.建筑鋼材的設計指標,（1）鋼筋的強度標準值和強度設計值,（1）鋼筋的強度標準值和強度設計值,第二章 建筑結構材料,3.建筑鋼材的設計指標,預應力鋼筋強度標準值表（N/mm2）,注：鋼絞線直徑系指外接圓直徑，即現行國家標準預應力混凝土用鋼絞線GB/T5224中的公稱直徑Dg； 光面鋼絲直徑為49mm，螺旋肋鋼絲直徑為48mm。,（1）鋼筋的強度標準值和強度設計值,第二章 建筑結構材料,3.建筑鋼材的設計指標,預應力鋼筋強度設計值表（N/mm2）,（2）鋼筋的彈性模量,第二章 建筑結構材料,鋼材的強度設計值：鋼材的屈服點除以鋼材的抗力分項系數。,3.建筑鋼材的設計指標,鋼材的抗力分項系數取為，Q235鋼為1.087，Q345、Q390、Q420鋼為1.111。鋼材強度設計值根據鋼材厚度或直徑按規范采用。,（3）鋼材的強度設計值,第二章 建筑結構材料,3.建筑鋼材的設計指標,注：表中厚度系指計算點的厚度，對軸心受力構件系指截面中較厚板件的厚度。,2.2 混凝土,第二章 建筑結構材料,是按一定比例的水泥、砂、石和水，經拌合、澆筑、振搗、養護、逐步凝固硬化形成的人造石材。,商品混凝土運輸和澆筑設備,三大強度：立方抗壓強度fcu,k軸心抗壓強度 fc,k軸心抗拉強度ft,2.2.1 混凝土的強度,2.2 混凝土,第二章 建筑結構材料,1、砼立方體抗壓強度（fcu,k） 試塊尺寸：150150150mm3養護時間：28天養護條件：溫度203，相對濕度90%加荷速度：每秒0.150.3N/mm2,混凝土按立方體抗壓強度的標準值（fcu,k）的大小，分為14等級，它們是C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80。,（左圖）試件表面無潤滑劑，產生套箍效應，工程中常采用這種方法。（右圖）試件表面涂有潤滑劑，摩擦阻力小，測得的抗壓強度小，工程中一般不采用。,立方體混凝土試塊,2.2 混凝土,第二章 建筑結構材料,2、砼軸心抗壓強度（fc,k）試塊尺寸：150150300mm3養護時間：28天養護條件：溫度203，相對濕度90%,棱柱強度與立方強度之比,考慮C40以上混凝土脆性的折減系數,2.2 混凝土,第二章 建筑結構材料,3、砼軸心抗拉強度（ft）混凝土為脆性材料，內部存在許多細小孔隙，因此其抗拉強度很低。,試驗方法：國內外多采用圓柱體或立方體的劈裂試驗來間接測定。,混凝土的抗拉強度遠小于抗壓強度，只有抗壓強度的1/101/18,2.2 混凝土,第二章 建筑結構材料,2.2.2 混凝土的設計指標,1.混凝土的強度 混凝土的強度標準值應具有不小于95%的保證率。 混凝土強度設計值：等于混凝土強度標準值除以混凝土材料分項系數（ rs = 1.4 )。 各種強度等級的混凝土強度標準值、強度設計值規范規定采用。,2.2 混凝土,第二章 建筑結構材料,2.2.2 混凝土的設計指標,2.2 混凝土,第二章 建筑結構材料,2.2.2 混凝土的設計指標,2.混凝土的彈性模量 但是，混凝土不是彈性材料，其應力和應變不呈線性關系，在不同應力階段的變形模量（應力與應變之比）不同，原點切線很難準確地作出。實用中，采用應力上限為（0.40.5）fc循環510次后的應力-應變曲線，應力為（0.40.5）fc時的割線模量作為混凝土的彈性模量的近似值。 混凝土的受拉或受壓彈性模量（N/mm2）的經驗計算公式：,（2.2.3）,2.2 混凝土,第二章 建筑結構材料,結構的使用環境是影響混凝土結構耐久性的最重要的因素。使用環境類別按下表劃分。,注：嚴寒地區指最冷月平均溫度-10，日平均溫度不高于5的天數145d的地區；寒冷地區指最冷月平均溫度-100，日平均溫度不高于5的天數為90145d的地區。,2.2.3 混凝土結構的耐久性規定,2.2 混凝土,第二章 建筑結構材料,對于設計使用年限為50年的一般結構，混凝土質量應符合下表2.2.5的規定,2.2.3 混凝土結構的耐久性規定,2.2 混凝土,第二章 建筑結構材料,2.設計使用年限為100年的結構混凝土： （1）結構混凝土強度等級不應低于C30；預應力混凝土結構的最低強度等級為C40。 （2）混凝土中氯離子含量不得超過水泥重量的0.06%。 （3