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  • 建筑结构设计知识总结

    一、建筑结构的定义

    建筑结构是在建筑中,由若干构件,即组成结构的单元如梁、板、柱等,连接而构成的能承受作用(或称荷载)的平面或空间体系。简单地说就是房屋的承重骨架。

    二、建筑结构的组成

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    三、建筑结构的分类

    (一)按所用材料的不同分为:

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    1、混凝土结构(以混凝土为主要材料的结构)包括:

    (1) 钢筋混凝土结构

    配置受力的普通钢筋,钢筋网或钢骨架。

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    (2) 预应力混凝土结构

    预应力混凝土结构是指含有预应力混凝土梁板构件的钢筋混凝土结构。

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    预应力混泥土板

    (3) 素混凝土结构

    没有配置受力的钢筋混凝土结构。

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    2、钢结构

    以钢材(钢板、型钢)为主制作的结构。

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    3、砌体结构

    由块材通过砂浆砌筑而成的结构。

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    4、木结构

    指全部或大部分用木材制作的结构。

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    5、混合结构

    由两种及两种以上材料作为主要承重结构的房屋。

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    此外还有钢-混凝土结构、钢管混凝土结构等。

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    (二)按其承重结构的类型分为

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    1、框架结构

    (1)采用梁、柱组成的结构体系作为建筑承重结构。

    (2)框架结构的主要构件是梁和柱,而墙体只是作为围护构件。

    (3)可以做成预制或现浇框架,平面布置比较灵活, 可以获得较大的使用空间。

    (4)比混合结构强度高整体性强,但随层数增多抗侧刚度不足。

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    2、剪力墙结构

    (1)利用建筑物的纵向及横向的钢筋混凝土墙体作为主要承重构件,再配以梁板组成的承重结构体系。

    (2) 其墙体同时也起围护及分割房间的作用。

    (3) 整体性好,刚度大,抗震性能好,适于建造高层建筑(10-50层范围内都适用)。

    (4)不过剪力墙间距太小,平面布置不灵活,自重大,不适应建造公共建筑,一般适用于建造住宅。

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    3、框架——剪力墙结构

    (1)框架结构的基础上,沿框架纵、横方向的某些位置,在柱与柱之间设置数道钢筋混凝土墙体作为剪力墙。

    (2) 因此它是框架和剪力墙的有机结合,综合了二者的优点:一个布置灵活,一个抗侧力高。

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    4、筒体结构

    由密柱高梁空间框架或空间剪力墙所组成,在水平荷载作用下起整体空间作用的抗侧力构件称为筒体(由密柱框架组成的筒体称为框筒;由剪力墙组成的筒体称为薄壁筒)。由一个或数个筒体作为主要抗侧力构件而形成的结构称为筒体结构,它适用于平面或竖向布置繁杂、水平荷载大的高层建筑。

    筒体结构分筒体-框架、框筒、筒中筒、束筒四种结构。

    (1)筒体-框架结构

    中心为抗剪薄壁筒,外围为普通框架所组成的结构。

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    (2)框筒结构

    外围为密柱框筒,内部为普通框架柱组成的结构。

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    (3)筒中筒结构

    中央为薄壁筒,外围为框筒组成的结构。

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    (4)束筒结构

    由若干个筒体并列连接为整体的结构。

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    二、各种建筑结构的特点及应用情况

    (一)钢筋混凝土结构

    1.钢筋混凝土的组成:

    钢筋+混凝土 (混凝土:现代主要的人造工程结构材料)

    2.两种材料的基本力学特性:

    钢筋 ——抗拉与抗压强度较高,破坏时表现出较好的延性;

    混凝土——抗压强度高,抗拉强度远低于其抗压强度(之比约为10%,破坏时具有明显的脆性性质)。

    3.配筋的基本原则 :

    使钢筋在结构中处于受拉状态;使混凝土在结构中处于受压状态。

    4.关于钢筋混凝土梁与素混凝土梁的比较试验:

    素混凝土梁 — 承载力低,一开裂即告破坏,破坏前无预兆(为脆性);

    钢筋混凝土梁—承载力高,混凝土开裂后,其承担的拉应力转移到钢筋上。

    5.钢筋与混凝土共同工作的条件:

    钢筋(材)和混凝土两种材料的物理力学性能很不相同,他们可以结合在一起共同工作,是因为:

    ⑴ 钢筋和混凝土之间存在有良好的粘结力,在荷载作用下,可以保证两种材料协调变形,共同受力;

    ⑵ 钢筋与混凝土具有基本相同的温度线膨胀系数(钢材为1.2×10-5,混凝土为(1.0~1.5)×10-5),因此当温度变化时,两种材料不会产生过大的变形差而导致两者间的粘结力破坏。

    6.配筋的基本要求 :

    (1)钢筋的布置(即在结构中的位置)和数量由计算确定;

    (2)在钢筋的端部应有锚固长度或弯钩(常称为构造要求)。

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    配筋的作用:

    (1)提高结构的承载力;

    (2)调整结构的破坏形态。

    7 、混凝土结构的优缺点:

    (1)优点

    A. 材料利用合理:

    钢筋和混凝土的材料强度可以得到充分发挥,结构承载力与刚度比例合适,基本无局部稳定问题,单位应力价格低,对于一般工程结构,经济指标优于钢结构。

    B.可模性好:

    混凝土可根据需要浇筑成各种性质和尺寸,适用于各种形状复杂的结构,如空间薄壳、箱形结构等。

    C.耐久性和耐火性较好,维护费用低:

    钢筋有混凝土的保护层,不易产生锈蚀,而混凝土的强度随时间而增长;混凝土是不良热导体,30mm厚混凝土保护层可耐火2小时,使钢筋不致因升温过快而丧失强度。

    D.现浇混凝土结构的整体性好:

    通过合适的配筋,可获得较好的延性,适用于抗震、抗爆结构;同时防震性和防辐射性能较好,适用于防护结构。

    E. 刚度大、阻尼大:

    有利于结构的变形控制。

    F.易于就地取材:

    混凝土所用的大量砂、石,易于就地取材,近年来,已有利用工业废料来制造人工骨料,或作为水泥的外加成分,改善混凝土的性能。

    (2)缺点:

    A.自重大:

    不适用于大跨、高层结构。

    B.抗裂性差:

    普通RC结构,在正常使用阶段往往带裂缝工作,环境较差(露天、沿海、化学侵蚀)时会影响耐久性;也限制了普通RC用于大跨结构,高强钢筋无法应用。

    C.承载力有限:

    在重载结构和高层建筑底部结构,构件尺寸太大,减小使用空间。

    D.施工复杂,工序多

    (支模、绑钢筋、浇筑、养护),工期长,施工受季节、天气的影响较大。

    E.混凝土结构一旦破坏,其修复、加固、补强比较难。

    (二)砌体结构

    1.砌体结构的组成:砌块+砂浆

    2.材料的基本力学特性:

    砌体抗压强度较高,但抗拉强度很低。

    3.砌体结构的优缺点:

    (1)优点:

    较易就地取材、具有很好的耐火性,以及较好的化学及大气稳定性、成本低较经济。

    (2)缺点:

    自重大,强度低、砌筑工作繁重、砂浆和砌块的粘结力较弱、占用农田,影响环境。

    (三)钢结构

    1.钢结构的特点 :

    (1)优点:

    A.强度高、强重比大;塑性、韧性好;

    B.材质均匀,符合力学假定,安全可靠度高;

    C.工厂化生产,工业化程度高,施工速度快。

    (2)缺点:

    钢结构耐热不耐火;易锈蚀,耐腐性差。

    2. 钢结构的应用 :

    (1)重型结构及大跨度建筑结构;

    (2)多层、高层及超高层建筑结构;

    (3)轻钢结构;

    (4)塔桅等高耸结构;

    (5)钢-混凝土组合结构。

    我国是最早应用钢结构的国家,但是历史的原因致使现代建筑钢结构的应用及发展与发达国家相比,还有较大的差距。

    3.钢结构的建造过程:

    工厂制造:验收、放样、加工、装配、矫正、除锈和涂漆。

    工地安装:扩大拼装、吊装就位、临时固定、最后固定。

    4.钢结构的初始缺陷:

    几何缺陷:初弯曲 初倾斜 杆件长度误差。

    材料缺陷:钢材并非理想的匀质体和各向同性体。

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    湖北省 武汉市
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