1、第一篇第一篇 建筑結構的概念建筑結構的概念知識目標：知識目標： 了解建筑結構的基本概念 了解混凝土結構、砌體結構、鋼結構、木結構的特點及其應用 熟悉結構設計的基本要求 熟悉混凝土結構的耐久性規定、結構安全等級 理解結構功能極限狀態的概念 能力目標：能力目標： 能夠根據建筑方案確定結構的類型 能夠根據建筑物的用途確定其安全等級及結構構件的重要性系數。第一章第一章 建筑結構的基本知識建筑結構的基本知識第一節第一節 建筑結構的基本概念建筑結構的基本概念一、建筑與建筑結構 住宅、廠房、體育館等都可稱為建筑，是人們用各種建筑材料建造的一種供人居住和使用的空間物。建筑物應該具有兩個方面的特質：一是它的內在

2、特質，即安全性、適用性和耐久性，也就是要求建筑結構或構件在承受各種作用后不破壞、不失穩，變形、裂縫不超過規定的限值，并且具有足夠的使用年限；二是它的外在特質，即適用性（滿足既定的功能）和美學要求。前者取決于結構，后者取決于建筑。 在實際工程中，建筑與結構的側重點和分工不同，建筑注重的是這一構筑物的整體使用功能和美學效果，結構則是為了滿足這一功能和效果而設的承重骨架。結構是為建筑服務的，沒有建筑也就不可能有結構；反之，沒有結構的建筑只是空中樓閣。 （a）建筑 （b）結構圖1-2 建筑與結構的關系建筑與結構的關系 建筑中由梁、板、柱、墻、基礎等構件連接而成的能承受“作用”的空間體系稱為建筑結構，在

3、不致混淆時可簡稱結構。簡言之，結構就是建筑中起骨架作用的部分（圖1-1）。圖1-1 建筑結構示意圖結構的組成結構的組成二、建筑結構的分類二、建筑結構的分類 1.建筑結構建筑結構按承重結構按承重結構所用的材料所用的材料不同分類不同分類木結構木結構鋼結構鋼結構砌體結構砌體結構混凝土結構混凝土結構混合結構混合結構 素混凝土結構素混凝土結構（1）概念：）概念： 混凝土結構混凝土結構 鋼筋混凝土結構（重點）鋼筋混凝土結構（重點） 預應力混凝土結構預應力混凝土結構1. 混凝土結構混凝土結構（2）鋼筋混凝土結構的特點）鋼筋混凝土結構的特點主要優點：主要優點： 1）就地取材；）就地取材；2）耐久性好；）耐久性

4、好；3）整體性好；）整體性好；4）可模）可模性好；性好；5）耐火性好。）耐火性好。主要缺點：主要缺點： 1）自重大；）自重大；2）抗裂性能差；）抗裂性能差；3）現澆結構模板用量）現澆結構模板用量大；大；4）工期長等等。）工期長等等。（1）概念）概念 由塊體（磚、石材、砌由塊體（磚、石材、砌塊）和砂漿砌筑而成的墻、塊）和砂漿砌筑而成的墻、柱作為建筑物主要受力構件柱作為建筑物主要受力構件的結構稱為砌體結構。的結構稱為砌體結構。 2. 砌體結構砌體結構（2）特點）特點 主要優點：主要優點： 1）取材方便，造價低廉；）取材方便，造價低廉；2）具有良好的耐火性及耐久性；）具有良好的耐火性及耐久性；3）具

5、有良好的保溫、隔熱、隔音性能，節能效果好；）具有良好的保溫、隔熱、隔音性能，節能效果好；4）施）施工簡單，技術容易掌握和普及，也不需要特殊的設備。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：主要缺點： 自重大，強度低，整體性差，砌筑勞動強度大。自重大，強度低，整體性差，砌筑勞動強度大。3. 鋼結構鋼結構（1）概念）概念 以鋼材為主制作的結構以鋼材為主制作的結構 。圖1-4 奧運場館鳥巢 （2）特點）特點主要優點：主要優點： 1）材料強度高，自重輕，塑性和韌性好，材質均勻；）材料強度高，自重輕，塑性和韌性好，材質均勻； 2）便于工廠生產和機械化施工，便于拆卸，施工工期短；）便于工

6、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；）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）無污染、可再生、節能、安全，符合建筑可持續發展的 原則，可以原則，可以說鋼結構的發展是說鋼結構的發展是21世紀建筑文明的體現。世紀建筑文明的體現。主要缺點：主要缺點： 易腐蝕，需經常油漆維護，故維護費用較高；鋼結構的耐火性差，當溫易腐蝕，需經常油漆維護，故維護費用較高；鋼結構的耐火性差，當溫度達到度達到250時，鋼結構的材質將會發生較大變化；當溫度達到時，鋼結構的材質將會發生較大變化；當溫度達到500時，結時，結構會瞬間崩潰，完全喪失承載能力。構會瞬

7、間崩潰，完全喪失承載能力。4.4.木結構木結構（1 1）概念）概念 指全部或大部分指全部或大部分用木材制作的結構。用木材制作的結構。 （2）特點）特點 主要優點：主要優點： 易于就地取材，制作簡單。易于就地取材，制作簡單。 主要缺點：主要缺點： 易燃、易腐蝕、變形大，并且木材使用受到易燃、易腐蝕、變形大，并且木材使用受到 國家嚴國家嚴格限制。格限制。 5. 5. 混合結構混合結構 （1）概念）概念 由兩種及兩種以上材料由兩種及兩種以上材料作為主要承重結構的房屋稱作為主要承重結構的房屋稱為混合結構。為混合結構。 （2）特點）特點 不僅具有鋼結構建筑自不僅具有鋼結構建筑自重輕、截面尺寸小、施工進重

8、輕、截面尺寸小、施工進度快、抗震性能好的特點，度快、抗震性能好的特點，還兼有鋼筋混凝土結構剛度還兼有鋼筋混凝土結構剛度大、防火性能好、成本低的大、防火性能好、成本低的優點。優點。圖1-6 上海環球金融中心2.根據結構的受力和構造特點劃分根據結構的受力和構造特點劃分（1）排架結構）排架結構 排架結構的承重體系是屋面橫梁（屋架或屋面大梁）和柱及基礎，主要用于單層工業廠房。屋面橫梁與柱的頂端鉸接，柱的下端與基礎頂面固接（圖1-7）。圖1-7 排架結構（2）墻承重結構 以建筑物墻體作為支承水平構件和承擔水平力的結構體系，稱為墻承重結構，如砌體一混凝土結構（磚混結構）、鋼筋混凝土剪力墻結構等。 圖1-8

9、 剪力墻體系 圖1-9 部分框支剪力墻體系 （3）框架結構）框架結構 由梁和柱為主要構件組成的承受豎向和水平作用的結構稱為框架結構(圖1-10)，它是多層房屋的常用結構形式。 圖1-10 框架結構 框架結構在水平作用下表現出抗側移剛度小，水平位移大的特點，屬于柔性結構，故隨著房屋層數的增加，水平作用逐漸增大，就將因側移過大而不能滿足使用要求，框架結構的適用高度一般在15層以下。 （4）框架）框架剪力墻結構剪力墻結構 為了彌補框架結構隨房屋層數增加，水平荷載迅速增大而側向剛度不足的缺點，可在框架結構中設置部分鋼筋混凝土剪力墻，形成框架和剪力墻共同承受豎向和水平作用的體系，即框架剪力墻結構(圖1-

10、12)，簡稱框剪結構。 圖1-12 框架-剪力墻結構（5）筒體結構）筒體結構 由筒體為主組成的承受豎向和水平作用的結構稱為筒體結構。所謂筒體，是由若干片剪力墻圍合而成的封閉井筒式結構，其受力類似于個固定于基礎上的筒形懸臂構件。 （a）框架核心筒結構 （b）筒中筒結構 （c）成束筒結構圖1-13 筒體結構透視圖 （6）大跨結構）大跨結構 大跨結構包括拱形結構、網架結構、空間薄壁結構(如薄殼、折板等)、懸索結構、薄膜結構等，主要用于大跨度建筑的屋蓋結構，如工業廠房、體育館、展覽館、禮堂、機修庫等。亞洲鋁業工業集團擠壓車間網架結構索膜結構課堂討論課堂討論 美國的“9.11”事件中，紐約世貿中心大樓倒

11、塌的主要原因是什么？它對世界建筑結構的發展會造成什么影響？能力訓練能力訓練 參觀校園內的建筑，然后統計哪些建筑屬于混凝土結構，哪些建筑屬于砌體結構，哪些建筑屬于鋼結構，哪些建筑屬于木結構。 第二節第二節 結構設計的基本概念結構設計的基本概念一、結構設計的基本要求一、結構設計的基本要求 1.安全性安全性2.適用性適用性3.耐久性耐久性 任何結構在規定的時間內，在正常情況下均應滿足預定功能的要求，這些要求是： 二、結構功能的極限狀態二、結構功能的極限狀態 結構功能的極限狀態可分為承載能力極限狀態和正常使用極限狀態兩類。 1.承載能力極限狀態承載能力極限狀態 承載能力極限狀態對應于結構或結構構件達到

12、了最大承載能力，或產生了不適于繼續承載的過大變形。當結構或結構構件出現了下列狀態之一時，即認為超過了承載能力極限狀態： （1)整個結構或結構的一部分作為剛體失去平衡； （2)結構構件或其連接因超過材料強度而破壞； （3)結構轉變為機動體系； （4)結構或構件喪失穩定。 超過承載能力極限狀態，結構的安全性就得不到保證，所以要嚴格控制出現承載能力極限狀態的概率。 2.正常使用極限狀態正常使用極限狀態 正常使用極限狀態是對應于結構或結構構件達到正常使用或耐久性能的某項規定限值。當結構或構件出現了下列狀態之一時，即認為結構或結構構件超過了正常使用極限狀態： （1)影響正常使用(包括影響美觀)的變形；

13、（2)影響正常使用或耐久性能的局部損壞； （3)影響正常使用的振動； （4)影響正常使用的其他特定狀態。 控制出現正常使用極限狀態的概率，就是為了保證結構或構件的適用性與耐久性。三、混凝土結構的耐久性規定三、混凝土結構的耐久性規定表表1-2 1-2 結構混凝土耐久性的基本規定結構混凝土耐久性的基本規定環境類別環境類別最大水灰最大水灰比比最小水泥最小水泥用量（用量（/m/m）混凝土強混凝土強度等級不度等級不小于小于氯離子含氯離子含量不大于量不大于（% %）堿含量不堿含量不大于（大于（/m/m）一0.65225C201.0不限制二ab0.600.55250275C25C300.30.23.03.0

14、三0.5300C300.13.0混凝土結構的耐久性應的其他要求請查閱混凝土結構設計規范。表表1-1 1-1 混凝土結構的使用環境類別混凝土結構的使用環境類別環境類別環境類別說說 明明一室內正常環境：無侵蝕性介質、無高溫高濕影響、不與土層直接接觸的環境二a室內潮濕環境：非嚴寒和非寒冷地區的露天環境、與無侵蝕性得水或土直接接觸的環境b嚴寒和寒冷地區得露天環境、與無侵蝕性得水或土壤直接接觸的環境三使用除冰鹽的環境：嚴寒及寒冷地區冬季水位變動的環境；濱海室外環境四海水環境五受人或自然的侵蝕性物質影響得環境其中，使用環境類別按表1-1劃分。四、結構安全等級四、結構安全等級 根據破壞后果的嚴重程度，建筑結構劃分為三個安全等級。影劇院、體育館和高層建筑等重要的工業與民用建筑的安全等級為一級，大量的一般工業與民用建筑的安全等級為二級，次要建筑的安全等級為三級。 結構設計時，結構的安全等級通過結構重要性系數0來體現的，具體規定是： 000(1)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，結構重要性系數 不應小于1.1；(2)對安全等級為二級或設計使用年限為50年的結構構件，結構重要性系數(3)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，結構重要性系數 不應小于0.9。 不應小于1.0；00 典型案例典型案例 【案例】某鋼筋混