1、土木工程概論第四章 建筑工程簡述衣食住行是人們生活的四大要素，人們向往寬敞、明亮、堅固、耐用的住宅；同時，高樓林立的城市、現代 化的工廠、標志性的公共建筑，都與建筑工程戚戚相關。隨著我國改革開放的不斷深入，特別是近幾年來安居工程的啟動、土地批租政策的實施、房地產業的興起、 住房改革方案的推行，極大地推動了我國建筑業的發展。建筑工程按層數可分為單層建筑、多層建筑和高層建筑。第一節 建筑基本構件板指平面尺寸較大而厚度較小的受彎構件， 通常水平放置， 但有時也斜向設置 （如樓梯板） 或豎向設置 （如墻板） 板在建筑工程中一般應用于樓板、屋面板、基礎板、墻板等上圖從左至右依次為樓板、屋面板、基礎板、墻

2、板板按平面形式可分為方形板、矩形板、圓形板及三角形板，按截面形式可分為實心板、空心板、槽形板，按所用材料可分為木板、鋼板、鋼筋混凝土板、預應力板等。板按受力形式可分為單向板和雙向板。單向板雙向板單向板指板上的荷載沿一個方向傳遞到支承構件上的板，雙向板指板上的荷載沿兩個方向傳遞到支承構件上的板。當矩形板為兩邊支承時為單向板；當有四邊支承時，板上的荷載沿雙向傳遞到四邊，則為雙向板。但是， 當板的長邊比短邊長很多時， 板上的荷載主要沿短邊方向傳遞到支承構件上， 而沿長邊方向傳遞的荷 載則很少，可以忽略不計， 這樣的四邊支承板仍認定其為單向板。 根據理論分析， 當板的長邊 與短邊 之比 / 2 時，沿

3、 方向傳遞的荷載不超過 6%，因此規定，對四邊支承板當/ 2 時為單向板，當 / 2 時為雙向板。梁是工程結構中的受彎構件，通常水平放置，但有時也斜向設置以滿足使用要求，如樓梯梁。梁的截面高度 與跨度之比一般為 1/8 1/16 ，高跨比大于 1/4 的梁稱為深梁；梁的截面高度通常大于截面的寬度，但因工程需 要，梁寬大于梁高時，稱為扁梁；梁的高度沿軸線變化時，稱為變截面梁。按截面形式分：矩形梁、 T形梁、倒 T形梁、 L 形梁、 Z形梁、槽形梁、箱形梁、空腹梁、疊合梁等。a. 工字梁 b. 槽型梁c. 工字組合梁d.T 型梁 e. 疊合梁 f. 箱形梁圖為鋼梁截面矩形梁花籃梁T 形梁圖為鋼筋混

4、凝土梁截面按所用材料分： 鋼梁、鋼筋混凝土梁、預應力混凝土梁、木梁以及鋼與混凝土組成的組合梁等按梁的常見支承方式可分為：方柱、圓柱、管柱、矩形柱、工字形柱、H形柱、 L 形柱、十字形柱、雙肢柱、格構柱。簡支梁 ， 懸臂梁 , 一端簡支另一端固定梁 ，兩端固定梁 , 連續梁懸臂梁：一端簡支一端固定梁兩端固定梁：連續梁：按在結構中的位置分：主梁、次梁、連梁、圈梁、過梁等梁一般直接承受板傳來的荷載， 再將板傳來的荷載傳遞給主梁。 主梁除承受板直接傳來的荷載外， 還承受次梁傳 來的荷載。連梁主要用于連接兩榀框架，使其成為一個整體。圈梁一般用于磚混結構，將整個建筑圍成一體，增 強結構的抗震性能。過梁一般

5、用于門窗洞口的上部，用以承受洞口上部結構的荷載。柱是工程結構中主要承受壓力，有時也同時承受彎矩的豎向構件。按截面形式分：鋼柱按截面形式分為： 實腹柱和格構柱。實腹柱指截面為一個整體，常用截面為工字形截面，格構柱指柱由兩肢或多肢組成，各肢 間用綴條或綴板連接。格構柱截面按所用材料分：石柱、磚柱、砌塊柱、木柱、鋼柱、鋼筋混凝土柱、勁性鋼筋混凝土柱、鋼管混凝土柱和各種組合柱；按柱的破壞形式或長細比可分為： 短柱、長柱及中長柱。按受力形式分為： 軸心受壓柱和偏心受壓柱。鋼筋混凝土鋼筋混凝土柱是最常見的柱， 廣泛應用于各種建筑。 鋼筋混凝土柱按制造和施工方法可分為現澆柱和預制柱。勁性鋼筋混凝土柱勁性鋼筋

6、混凝土柱是在鋼筋混凝土柱的內部配置型鋼， 與鋼筋混凝土協同受力， 可減小柱的斷面， 提高柱的 剛度，但用鋼量較大。鋼管混凝土柱 鋼管混凝土柱是用鋼管作為外殼，內澆混凝土，是勁性鋼筋混凝土柱的另一種形式。北京建國門地鐵車站鋼管混凝土柱拱拱為曲線結構， 主要承受軸向壓力， 與梁的最大區別在于拱在豎直荷載作用下產生水平反力。 由于這個力的 存在使拱的彎矩要比跨度、 荷載相同的梁的彎矩小得多， 并主要是承受壓力。 這就使得拱截面上的應力分布比較 均勻，因而更能發揮材料的作用，并利用抗拉性能較差而抗壓較強的材料如磚，石，混凝土等來建造，這是拱的 主要優點。因此廣泛應用于拱橋，在建筑中應用較少，其典型應用

7、為磚混結構中的磚砌門窗圓形過梁，亦有拱形 的大跨度結構。拱按鉸數可分為三鉸拱、無鉸拱、雙鉸拱、帶拉桿的雙鉸拱，其中 三鉸拱是靜定的，后幾種都是超靜定的。第二節 單層建筑一般單層建筑一般單層建筑按使用目的可分為民用單層建筑和單層工業廠房。一. 民用單層建筑民用單層建筑一般采用磚混結構，即墻體采用磚墻，屋面板采用公共建筑、別墅等。鋼筋混凝土板。多用于單層住宅、. 單層工業廠房屋蓋采用鋼屋架結構。 按結構形式可分為排架結構和剛架結單層工業廠房一般采用鋼筋混凝土或鋼結構柱，構。排架結構指柱與基礎為剛接，屋架與柱頂的連接為鉸接，剛架結構也稱框架結構，即梁或屋架與柱的連接為 剛性連接。當前新出現的廠房建筑

8、輕型鋼結構建筑柱子和梁均采用變截面 H 型 鋼，柱梁的連接節點作成剛 接，因施工方便，施工周期 短，跨度大，用鋼量經濟， 在單層廠房、倉庫、冷庫、 候機廳、體育館中已有越來 越廣泛的應用。拱形彩板屋頂建筑 用拱形彩色熱鍍鋅鋼板作為屋 面，自重輕，工期短，造價低， 彩板之間用專用機具咬合縫，不 漏水，已在很多工程中采用。大跨度建筑大跨度結構其結構體系有很多種，如網架結構、索結構、薄殼結構、充氣結構、應力膜皮結構、混凝土拱形桁 架等，常用于展覽館、體育館、飛機機庫等。一 . 網架結構網架結構為大跨度結構最常見的結構形式， 因其為空間結構， 故一般稱為空間網架。 其桿件多采用鋼管或型 鋼，現場安裝。

9、常見的為平面桁架、四角錐體和三角形錐體組成，其節點形式可分為焊接鋼板節點和焊接空心球 節點兩種。二 . 索結構 索結構是將橋梁中的懸索“移植”到房屋建筑中，可以說是土木工程中結構形式互通互用的典型范例。薄殼結構 薄殼結構常用的形狀為圓頂、筒殼、折板、雙曲扁殼和雙曲拋物面殼等。圓形圓頂結構是軸對稱結構，在軸 對稱荷載作用下，將只產生兩種力：徑向力和環向力。徑向力為沿經線方向的力，因其要平衡垂直向下荷載，所以必定為壓力。環 向力為沿緯線方向 的力。 圓形屋頂在垂直荷載作用下， 上部的圓頂部分將受壓收縮， 其直徑將變小， 而下部近支承部分直徑將增大， 即上部將產生環0，0，向壓力，而下部將產生環向拉

10、力，中間將有一截面，為環向壓力向環向拉力轉變的交界線，該處的環向力為 該截面稱為“過渡縫”。悉尼歌劇院 格拉加尼亞修道院教堂混凝土拱形桁架混凝土拱形桁架在以前的工程中應用較多，但因其 自重較大，施工復雜，現已很少采用。目前最大跨度的 拱形桁架為貝爾格萊德的機庫，為預應力混凝土桁架結 構，跨度為 135.8m 。日本姬路市中心體育館充氣結構充氣結構又稱充氣薄膜結構，是在玻璃絲增強塑料薄膜或尼龍布罩內部充氣形成一定的形狀，作為建筑空間的覆蓋物。對角跨長 200m,由室內地面至頂高 6.07m 的東京穹頂，是不用柱子，只依靠室內外氣壓差來制成的膜屋蓋結構，也是在 日本最初用于多功能全天候的體育場，

11、約 30,000 平方米超大橢 圓形屋頂， 采用懸索加強的充氣膜結構。 其雙向各配置 14 根共 28 根鋼索，在其上張拉著涂有特富龍的玻璃纖維布。請看充氣膜的充氣過程：六 . 應力膜皮結構應力膜皮結構一般是用鋼質薄板做成很多塊各種板片單元焊接而成的空間結構。1959 年建于美國巴頓魯治的應力膜皮屋蓋，直徑為 117m，高 35.7m，由一個外部管材骨架形成的短程線桁架系來支承804 個雙邊長為 4.6m 的六角形鋼板片單元，鋼板厚度大于 3.2mm，鋼管直徑為 152mm，壁厚 3.2mm。這是膜皮結構應用于大跨度的第一個例子。第三節 多層與高層建筑多層結構多層和高層結構主要應用于居民住宅、

12、 商場、 辦公樓、 旅館等建筑。 近幾年來， 國家為提高居民的人均居住水平， 解決居民的居住困難問題，大力推動我國的住宅建設。同時，隨著經濟的發展和房地產業的興起，大量的高層和多層結構在中國大地涌現多層與高層建筑的界限，各國不一。我國以8層為界限，低于 8 層者稱為多層建筑， 8層及 8 層以上者稱為高層建筑。多層結構常用的結構形式為混合結構、框架結構。. 混合結構混合結構指用不同的材料建造的房屋，構。目前，我國的混合結構最高已達到 因普通粘土磚的制作需使用大量的粘土，通常墻體采用磚砌體， 屋面和樓板采用鋼筋混凝土結構， 故亦稱磚混結11層，局部已達到 12 層。以前混合結構的墻體主要采用普通

13、粘土磚，但 對我們寶貴的土地資源是很大的消耗。 因此， 國家已逐漸在各地區禁止大面積使用普通粘土磚，而推廣空心砌塊的應用。高層結構高層結構在我國改革開放后，發展迅猛，特別是進入20 世紀 90 年代后，發展尤其迅速，高層和超高層建筑如雨后春筍般在各大城市涌現。高層結構的主要結構形式有：框架結構 ， 框架剪力墻結構 ，剪力墻結構 ，框支剪力墻結 構， 筒體結構 等。框架結構框架結構因其受力體系由梁和柱組成， 用以承受豎向荷載是合理的， 在承受水平荷載方面能力很差。 因此僅 在房屋高度不大、層數不多時采用。因當房屋層數不多時，風荷載的影響很小，豎向荷載對結構的設計起控制作 用，但當層數較多時，水平

14、荷載將起很大的影響，會造成梁、柱的截面尺寸很大，在技術經濟上不如其它結構體 系合理。框架剪力墻結構在框架剪力墻結構中， 框架與剪力墻協同受力， 剪力墻承擔絕大部分水平荷載， 框架則以承擔豎向荷載為 主，這樣，可以大大減少柱子的截面。 剪力墻在一定程度上限制了建筑平面布置的靈活性。這種體系一般用于 辦公樓、旅館、住宅以及某些工藝用房。剪力墻結構當房屋的層數更高時， 橫向水平荷載已對結構設計起控制作用， 如仍采用框架剪力墻結構， 剪力墻將需布 置得非常密集，這時，宜采用剪力墻結構，即全部采用縱橫布置的剪力墻組成，剪力墻不僅承受水平荷載，亦用 來承受垂直荷載。剪力墻結構因剪力墻的存在，其空間分隔固定

15、，建筑布置極不靈活，所以一般用于住宅、旅館等建筑。框支剪力墻結構 現代城市的土地日趨緊張，為合理利用基地，建筑商常常采用上部為住宅樓或辦公樓，而下部開設商店。這 兩種建筑的功能完全不同， 上部住宅樓和辦公樓需要小開間， 比較適合采用剪力墻結構， 而下部的商店則需要大 空間，適合采用框架結構。為滿足這種建筑功能的要求， 必須將這兩種結構組合在一起。為完成這兩種體系的 轉換，需在其交界位置設置巨型的轉換大梁，將上部剪力墻的力傳至下部柱子上。這種結構體系，我們稱之為框 支剪力墻體系。注意： 框支剪力墻結構中的轉換大梁一般高度較大，常接近于一個層高。因此，該層常常用做設備層。上部的剪力 墻剛度較大，而

16、下部的框架結構剛度較弱，其差別一般較大，這對整幢建筑的抗震是非常不利的，同時，轉換梁 作為連接節點，受力亦非常復雜，因此設計時應予以充分考慮，特別是在抗震設防的地區應慎用。筒體結構筒體結構是由一個或多個筒體作承重結構的高層建筑體系， 適用于層數較多的高層建筑筒體在側向風荷載的 作用下，其受力類似剛性的箱型截面的懸臂梁，迎風面將受拉，而背風面將受壓。筒式結構可分為 框筒體系 、 筒中筒體系 、 桁架筒體系 、 成束筒體系 等。框筒體系框筒體系：指內芯由剪力墻構成，周邊為框架結構。框筒體系筒中筒體系當周邊的框架柱布置較密時，可將周邊框架視為外筒，而將內芯的剪力墻視為內筒，則構成筒中筒體系筒中筒體系

17、平面示意圖桁架筒體系 在筒體結構中，增加斜撐來抵抗水平荷載，以進一步提高結構承受水平荷載的能力，增加體系的剛度。這種結構 體系稱為桁架筒體系。香港中國銀行大廈 （1990），平面為 52m52m的正方形， 70層，高 315m， 至天線頂高為 367.4m。上部結構為 4 個巨型三角形桁架，斜腹桿為鋼結構， 豎桿為鋼筋混凝土結構。鋼結構樓面支承在巨型桁架上。 4 個巨型桁架支承 在底部三層高的巨大鋼筋混凝土框架上， 最后由 4 根巨型柱將全部荷載傳至 基礎。 4 個巨型桁架延伸到不同的高度，最后只有一個桁架到頂。成束筒體系成束筒體系是由多個筒體組成的筒體結構。 最典型的成束筒體系的建筑應為美國

18、芝加哥的西爾斯塔樓（ 1974）。美國芝加哥的西爾斯塔樓（ 1974），地上 110層，地下 3 層，高 443m， 包括兩根 TV天線高 475.18m，采用鋼結構成束筒體系。 150 層由 9 個小方 筒連組成一個大方形筒體，在 5166 層截去一個對角線上的二個筒， 67 90 層又截去另一對角線上的另兩個筒， 91 層及以上只保留二個筒，形成立 面的參差錯落，使立面富有變化和層次，簡潔明快。西爾斯塔樓筒體不同高度的截面第四節 特種結構煙囪特種結構是指具有特種用途的工程結構，包括高聳結構、海洋工程結構、管道結構和容器結構等。本節僅介 紹工業中常用的幾種特種結構。煙囪是工業中常用的構筑物，

19、是把煙氣排入高空的高聳結構，能改善燃燒條件，減輕煙氣對環境的污染。 煙囪分為 磚煙囪 、鋼筋混凝土煙囪 和鋼煙囪 三類。一、磚煙囪磚煙囪的高度一般不超過 50m，多數呈圓截錐形，外表面坡度約為2.5 ，筒壁厚度約為 240 740mm，用普通粘土磚和水泥石灰砂漿砌筑。為防止外表面產生溫度裂縫，筒身每隔 1.5m 左右設一道預應力扁鋼環 箍或在水平磚縫中配置環向鋼筋。 位于地震區的磚煙囪， 筒壁內尚須加配縱向鋼筋。 為減少現場砌筑工程量， 可采用尺寸較大的組合砌塊、石塊、耐熱混凝土砌塊砌筑。優點：可以就地取材，可以節省鋼材、水泥和模板；磚的耐熱性能比普通鋼筋混凝土好；由于磚煙囪 體積較大，重心較

20、其它材料建造的煙囪低，故穩定性較好。缺點：自重大，材料數量多。整體性和抗震性較差；在溫度應力作用下易開裂；施工較復雜，手工操作 多，需要技術較熟練的工人。二 . 鋼筋混凝土煙囪 鋼筋混凝土煙囪多用于高度超過50m的煙囪， 一般采用滑模施工。 鋼筋混凝土煙囪的外形為圓錐形， 沿高度有幾個不同的坡度，坡度變化范圍為010。筒壁厚度約為 140800mm，混凝土標號為 C20 或 C30。優點：自重較小，造型美觀，整體性、抗風、抗震性好，施工簡便，維修量小，煙囪越高，造價越高。對高 煙囪來說，鋼筋混凝土煙囪的造價明顯比磚煙囪低，在我國鋼筋混凝土高煙囪的造價大大低于鋼的高煙囪造價。 目前，世界各國越來

21、越趨向于使用鋼筋混凝土煙囪。分類： 鋼筋混凝土煙囪按內襯布置方式的不同，可分為單筒式、雙筒式和多筒式。 單筒式：單筒式煙囪的內襯緊靠外筒， 并將內襯和保溫層直接支承于外筒壁向內挑出的環形挑頭上， 其特點是結構簡 單、造價低（見煙囪構造圖）。目前，我國最高的單筒式鋼筋混凝土煙囪為210m。煙囪構造圖雙筒式：內襯筒可以分段支承于外筒壁上， 也可以雙筒式煙囪內襯筒和外筒完全分開， 兩筒間留有較寬的檢修通道， 做成獨立的自承重形式，其特點是外筒壁基本上不受煙氣的溫度作用和侵蝕；多筒式：多筒式煙囪用在多臺鍋爐合用一個煙囪并要求煙囪頂部煙氣的出口流速基本保持不變的情況， 一般一臺鍋爐 設置一個排煙管。秦嶺

22、電廠 212m高的四筒式煙囪是目前我國最高的多筒式鋼筋混凝土煙囪秦嶺電站四筒式煙囪三. 鋼煙囪 鋼煙囪自重小，有韌性，抗震性能好，適用于地基差的場地，但耐腐蝕性差，需經常維護。 鋼煙囪按其結構可分為拉線式、自立式和塔架式。拉線式： 拉線式鋼煙囪耗鋼量小，但拉線占地面積大，宜用于高度不超過50m 的煙囪；自立式 :自立式鋼煙囪一般上部呈圓柱、下部呈圓錐形，筒壁鋼板厚 612mm，建造高度不超過 120m； 塔架式 :塔架式鋼煙囪整體剛度大，常用于高度超過 120m的高煙囪，塔架式鋼煙囪由塔架和排煙管組成，塔架是受 力結構，平面呈三角形或方形，塔架內可以設置一個或幾個排煙管。水塔水塔是儲水和配水的

23、高聳結構， 是給水工程中常用的構筑物， 用來保持和調節給水管網中的水量和水壓。 水 塔由水箱、塔身和基礎三部分組成。水塔的分類： 按建筑材料分： 鋼筋混凝土水塔、鋼水塔、磚石塔身與鋼筋混凝土水箱組合的水塔。水箱也可用鋼絲網水泥、 玻璃鋼和木材建造， 過去歐洲曾建造過一些具有城堡式外形的水塔。 法國有一座多 功能的水塔， 在最高處設置水箱， 中部為辦公用房， 底層是商場。 我國也有煙囪和水塔建在一起的雙功能構筑物。水箱的形式 : 圓柱殼式和倒錐殼式，在我國這兩種形式應用最多，此外還有球形、箱形、碗形和水珠形等多種。圓柱殼式水塔 倒錐殼式水塔塔身 塔身一般用鋼筋混凝土或磚石做成圓筒形，塔身支架多用

24、鋼筋混凝土剛架或鋼構架。水塔基礎 水塔基礎有鋼筋混凝土圓板基礎、環板基礎、單個錐殼與組合錐殼基礎和樁基礎。當水塔容量較小、高度不 大時，也可用磚石材料砌筑的剛性基礎。水池水池同水塔一樣用于儲水。不同的是：而水塔則用支架或支筒支承，水池多建造在地面和地下。一. 水池的分類：按水池的材料分：鋼水池、 鋼筋混凝土水池、 鋼絲網水泥水池、 磚石水池等。 其中， 鋼筋混凝土水池具有耐久性好、 節約鋼材、 構造簡單等優點，應用最廣。按水池的平面形狀分：矩形水池和圓形水池各自特點：矩形水池施工方便，占地面積少，平面布置緊湊；圓形水池受力合理，可采用預應力混凝土。經驗表明，小 型水池宜采用矩形，深度較淺的大型

25、水池也可采用矩形水池； 200 以上的中型水池宜采用圓形池。考慮到地形 條件也可采用其它形式的水池，如扇形水池；為節約用地，還可采用多層水池。按水池的施工方法分：預制裝配式水池和現澆整體式。目前推薦用預制圓弧形壁板與工字形柱組成池壁的預制裝配式的圓形水池； 預制裝配式矩形水池則用 V 形折 板作池壁。按水池的配筋形式分：預應力混凝土水池和非預應力的鋼筋混凝土水池。水池的構造組成： 這里以圓形水池為例來講解 圓形水池由頂蓋、池壁和底板三部分組成。水池頂蓋水池頂蓋可采用整塊平板、肋形梁板、無梁樓蓋結構或球形殼（錐殼）結構。水池直徑為 6m以下時 ，頂蓋可用平板式；直徑為 6m 10m時，可采用有一

26、個支柱的圓平板；當水池直徑較 大時，宜采用中間多柱支承的形式，頂蓋可用現澆式無梁樓蓋或裝配式樓蓋。此時，支柱可方格網布置和環狀布 置，柱網尺寸一般為 4 6m；對于直徑較大，但小于 15m，容積 600 以內的水池，頂蓋一般采用薄殼結構，薄 殼頂蓋厚度一般為 8 10cm，配之環形和輻射形鋼筋。水池池壁圓形水池的池壁高度一般為 3.5 6m，池壁厚度主要決定于環向拉力作用下的抗裂度，不宜小于12cm。水池底板： 水池的底板與水池頂蓋結構相似，可采用平板結構、無梁樓蓋結構、倒球形殼（錐形）結構。三、水池的荷載與計算 :水池的荷載 水池的荷載主要包括池頂荷載、池壁荷載、池底荷載。池頂荷載指頂板自重

27、、活荷載、雪荷載等，池壁荷載 指水平方向的水壓力和土壓力，池底荷載指地基的反力和地下水的浮力。水池的計算分三種情況分別計算：1）池內有水，池外無土（試水階段）2）池內無水，池外有土（復土階段）3）池內有水，池外有土（使用階段）筒倉 筒倉是貯存粒狀和粉狀松散物體（如谷物、面粉、水泥、碎煤、精礦粉等）的立式容器，可作為生產企業調節和 短期貯存生產用的附屬設施，也可作為長期貯存糧食的倉庫。一 . 筒倉的分類：根據所用的材料分：筒倉可做成鋼筋混凝土筒倉、 鋼筒倉和磚砌筒倉。 鋼筋混凝土筒倉又可分為整體式澆筑和預制裝配、 預應 力和非預應力的筒倉。 從經濟、 耐久和抗沖擊性能等方面考慮， 我國目前應用最

28、廣泛的是整體澆筑的普通鋼 筋混凝土筒倉。按照平面形狀分：筒倉可做成圓形、矩形（正方形）、多邊形和菱形，目前國內使用最多的是圓形和矩 形（正方形）筒倉。圓形筒倉的直徑為12m和 12m以下時，采用 2m的倍數； 12m以上時采用 3m的倍數。根據筒倉的貯料高度與直徑或寬度的比例關系 筒倉劃分為淺倉和深倉。淺倉和深倉的劃分界限為：當 H/ （或 H/ ） 1.5 時為深倉；當 H/ （或 H/ ） 1.5 時為淺倉。式中 H貯料計算高度；圓形筒倉的內徑； 矩形筒倉的短邊（內側尺寸）或正方形筒倉的邊長（內側尺寸）；深倉淺倉淺倉和深倉的各自特點：淺倉主要作為短期貯料用。 由于在淺倉中所貯存的松散物料的

29、自然坍塌線不與對面倉壁相交， 一般不會形成 料拱，因此可以自動卸料深倉主要供長期貯料用。深倉中松散物料的自然坍塌線與對面倉壁相交，會形成料拱而引起卸料時的堵塞，因此從深倉中卸料需用動力設施或人力。深倉和淺倉自然坍塌線示意 (a) 淺倉(b) 深倉第五節 結構設計的基本理論與方法結構設計的基本理論一幢建筑物或構筑物能建造起來， 必須進行設計與結構計算。 設計與結構計算的目的一般有兩個： 一個是滿足使 用要求，另一個是經濟問題。一 . 滿足使用要求滿足使用要求又可分為兩個方面考慮：1. 首先要保證建筑物或構筑物在施工過程中和建成以后安全可靠，結構構件不會破壞，整個結構不會倒塌2. 其次要滿足使用者

30、提出的適用性要求， 如建筑物的梁變形太大， 雖然其沒有破壞， 但站在下面的人將會感覺很 不安全，不敢停留，這就不能滿足人的適用性要求；再比如廠房里的吊車梁，如果變形太大，吊車將會卡軌，無 法使用，這是不能滿足機械的適用性要求。二 . 經濟問題 所謂經濟問題，即是如何用最經濟的方法實現上述的安全可靠性和適用性，將建筑物的建造費用降至最少。重點： 結構的安全可靠性、使用期間的適用性和經濟性是對立統一的，也是我們結構設計所研究和考慮的主要問題。 三 . 結構的安全可靠性結構的安全可靠性， 指建筑結構達到極限狀態的概率是足夠小的， 或者說結構的安全保證率是足夠大的。 其 中的極限狀態， 指整個建筑或結

31、構的一部分超過某一特定狀態就不能滿足設計規定的某一功能要求， 此特定狀態 稱為該功能的極限狀態。極限狀態可分為兩類：1. 承載能力極限狀態 承載力極限狀態是結構或構件達到了最大的承載能力（或極限強度）時的極限狀態，如混凝土柱被壓壞，梁 發生斷裂等2. 正常使用極限狀態： 正常使用極限狀態是結構或構件達到了不能正常使用的極限狀態，如梁發生了過大的變形，或裂縫太大， 或在不能出現裂縫的構筑物中如水池產生裂縫等。四 . 我國目前的規范對結構設計的規定：建筑結構必須滿足下列各項功能要求：（一）能承受在正常施工和正常使用時可能出現的各種作用；（二）在正常使用時具有良好的工作性能；（三）在正常維護下具有足

32、夠的耐久性能；（四）在偶然事件發生時及發生后，仍能保持必須的整體穩定性。結構的設計并不是要結構 100%安全，那是不經濟的，而是保證結構的失效概率達到人們的心理可接受的程 度。我國現行規范采用了半概率的極限狀態設計方法，即在同時考慮極限狀態的發生概率和工程經驗的基礎上， 對荷載取值、構件強度以安全系數加以保證。如荷載規范中的荷載值是指結構在正常使用條件下，或在一定 使用期間可能出現的最大荷載， 但偶然情況下， 結構可能受到的荷載要超出這個最大荷載， 于是規范采用“荷載 安全系數”，將設計荷載增大。規范中構件的強度值是按97.73%保證率規定的，但在正常情況下，由于施工誤差、材料不均勻性等方面因

33、素的影響，所以需考慮“構件強度安全系數”。按結構的重要性，還需考慮“附加安 全系數”。建筑工程的結構設計步驟一般可分為 建筑結構類型選取 、結構模型的建立 、結構荷載的計算 、構件內力計算 和構件選擇 、 施工圖紙繪制 四個階段一 . 建筑結構類型選取對建筑工程的結構設計前， 必須先清楚需選用的結構類型。 結構類型如本章前幾節所述， 可依據建筑的要求 選用合理的結構類型。因此需要結構設計人員了解各種結構體系的形式、適用范圍、結構傳力體系等。 以下以框架結構為例，講解建筑結構的設計方法，先來了解一般 框架結構體系 的形式： 二 . 結構模型的建立一般的建筑若完全按其實際結構來計算，那工作量將是驚人的，為簡化計算，常需將結構進行簡化，以形成 利于計算的模型。這個過程即為結構模型的建立過程。1、整體結構的簡化： 框架結構雖然是空間結構，但為簡化計算，可取出其中的一榀框架，將其簡化為平面框架進行計算。 2、構件的簡化：梁和柱的截面尺寸相對于整個框架來說較小， 因此可以將其簡化為桿件， 梁和柱的連接節點可簡化為剛性連 接。經過如上簡化后，看似復雜的框架結構建筑即成為用結構力學完全可以對其進行受力計算分析的簡單模型。 框框架結構簡化后的