土木工程概论_第4章 建筑工程.ppt

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1、1.了解建筑工程的基本构件。2.了解单层与多层建筑的概念。3.了解高层与超高层建筑的概念。4.了解特种结构与智能建筑的特点。5.掌握结构设计理论与方法。,4.1 基本构件4.2 单层与多层建筑4.3 高层与超高层建筑4.4 特种结构与智能建筑4.5 结构设计理论与方法,本章目录,基本要求,第4.1节 基本构件,板梁柱拱,了解建筑工程的基本构件,本节目录,基本要求,4.1.1 板,定义：板是指平面尺寸较大而厚度较小的受弯构件，通常水平放置，但也有斜向放置（如楼梯板）或竖向放置的（如墙板）。板在建筑工程中一般应用于楼板、屋面板、基础板、墙板等。当为曲面形式时，常称为壳。,分类：板按平面形式可分为方

2、形板、矩形板、圆形板及三角形板；按截面形式可分为实心板、空心板、槽形板等；按所用材料可分为木板、钢板、钢筋混凝土板等。按受力形式可分为单向板和双向板。,单向板,4.1.2 梁,定义：梁是长度远大于其横截面尺寸的的受弯构件，通常水平放置，但有时也斜向放置的。梁的截面高度通常大于截面的宽度，当梁宽大于梁高时，称为扁梁。梁的截面高度沿长度方向变化时，称为变截面梁，不变时称为等截面梁。,1、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、叠合梁等。,钢梁形状,混凝土梁形状,2、按支承方式分： 简支梁，连续梁，悬臂梁,3、按所用材料可分：木梁、钢筋混凝土梁、预应力钢筋混

3、凝土梁、钢梁以及钢与混凝土的组合梁等。,4、按其在结构中的位置可分：主梁、次梁、连系梁、圈梁、过梁等。,4.1.3 柱,定义：柱是长度远大于其横截面尺寸、主要承受压力，有时也同时承受弯矩的竖向构件。,1、柱按截面形式可分： 方柱、圆柱、管柱、矩形柱、工字形柱、H形柱、L形柱、十字形柱等。2、按所用材料可分为： 石柱、砖柱、砌块柱、木柱、钢柱、钢筋混凝土柱、劲性钢筋混凝土柱、钢管混凝土柱和各种组合柱等。,3、按钢柱按截面形式可分： 实腹柱和格构柱。,4.1.4 拱,定义：拱为曲线结构，主要承受轴向压力，与梁的最大区别在于拱在竖直荷载作用下产生水平反力。,拱按铰数分可分为三铰拱、无铰拱、双铰拱、带

4、拉杆的双铰拱等,第4.2节 单层与多层建筑,1. 一般单层建筑2. 大跨度单层建筑3. 多层建筑,1.了解单层建筑与多层建筑的概念,本节目录,基本要求,4.2.1 一般单层建筑,单层建筑按其使用目的可分为民用单层建筑和单层工业厂房。,民用单层建筑一般采用砖混结构，多用于单层住宅、公共建筑和别墅等。单层工业厂房一般采用钢筋混凝土柱或钢柱，屋盖采用钢屋架结构。,目前常用的单层建筑有门式刚架轻型钢结构建筑和拱形彩板屋顶建筑。,施工中的轻型门式刚架,拱形彩板屋顶建筑,4.2.2 大跨度单层建筑,大跨度建筑是指跨度大于60m的建筑。,1、网架结构,网架结构是由钢杆件组成的平面网格结构。网架结构为大跨度结

5、构中最常见的结构形式，因其为空间结构，故一般称为空间网架,2、网壳结构 网壳结构是由钢杆件组成的曲面网格结构。网壳结构因本身为曲面结构，因而有较大的刚度，所以有可能做成单层的。,3、索结构 索结构是将桥梁中的悬索“移植”到房屋建筑中，可以说是土木工程中结构形式互通互用的典型范例。索结构中的索只承受拉力，因此可以充分发挥材料的抗拉性能。,4、索膜结构 索膜结构是用钢索和薄膜材料共同形成的结构形式。它将薄膜和索张紧在刚性或柔性的边缘上，或者将薄膜和索悬挂在若干独立的节点上，通过张拉建立预应力而获得确定的形状，这种索膜结构成为张拉式索膜结构。,1958年的布鲁塞尔世博会的法国馆,悬索结构,索膜结构,

6、意大利热拉亚1992年海洋与船舶世博会露天广场的巨型屋顶,5、充气悬浮结构 充气悬浮结构是充气膜结构中的一种，他是在增强塑料薄膜或尼龙布罩内充入较轻的气体，使其形成一定的形状，并悬浮起来作为建筑的覆盖物。,6、薄壳结构 壳是一种曲面构件，薄壳结构为曲面的薄板结构，可分为筒壳、折板、双曲扁壳、双曲抛物面壳和圆顶薄壳等形式。,7、应力蒙皮结构 应力蒙皮结构是在空间构架的纵、横肋上（例如网架每个网格的周边杆件上）蒙上一层金属板，该金属板不仅可以承受板面外的荷载，也可承受板面内的荷载，使薄板和杆件形成共同受力体系，蒙皮相当于连续分布的支撑，起到空间受力的效果。,4.2.3 多层建筑,多层、高层和超高层

7、结构主要应用于居民住宅、商场、办公楼、旅馆等建筑。,我国民用建筑设计通则GB50352-2005第1.0.5条给出了民用建筑按高度和层数划分的方法与标准：（1）住宅建筑按层数划分：13层为低层；46层为多层；79层为中高层；10层以上为高层。（2）公共建筑及综合性建筑总高度超过24m者为高层（不包括高度超过24m的单层主体建筑）。（3）建筑物高度超过100m时，不论住宅或公共建筑均为超高层。,多层结构常用的结构形式为混合结构和框架结构。,混合结构,混合结构指用不同的材料建造的房屋，通常墙体采用砖砌体，屋面和楼板采用钢筋混凝土结构，故亦称为砖混结构。,框架结构,框架结构指由梁和柱刚性连接而构成承

8、重体系的结构，即由梁和柱组成框架共同抵抗使用过程中出现的竖向荷载和水平荷载（例如地震荷载）。框架结构房屋的墙体不承重，仅起围护和分隔的作用。框架结构的优点是强度高、自重轻、整体性和抗震性能好。,第4.3节 高层与超高层建筑,框架结构框架-剪力墙结构剪力墙结构4. 框支剪力墙结构5. 筒体结构,1.了解高层与超高层建筑的概念,本节目录,基本要求,目前（2011年），世界最高的建筑为2010年1月4日 举行落成、启用典礼的阿联酋迪拜城的“哈里法”塔（原名“伯吉迪拜塔楼（Burj Dubai）”，高度为828米；其次为2004年建成的台北的101大厦，高度为508m（主体高480m）；排名第三的是2

9、008年建成的上海环球金融中心，主体高492m；排名第四的是1999年建成启用的马来西亚首都吉隆坡的石油双子塔，高度为452m；排名第五的是1974年建成的美国芝加哥的西尔斯大厦，高443m。,高层结构的主要结构形式：,1、框架结构2、框架剪力墙结构3、剪力墙结构4、框支剪力墙结构5、筒体结构,上海金茂大厦,4.3.1 框架结构,由梁和柱刚性连接而构成承重体系的结构。,框架结构,北京长城饭店,4.3.2 框架-剪力墙结构,剪力墙即为一段钢筋混凝土墙体，因其抗剪能力很强，故得此名。,框剪结构,广州中天大厦,4.3.3 剪力墙结构,全部采用纵横布置的剪力墙组成，剪力墙不仅承受水平荷载，亦用来承受垂

10、直荷载。,剪力墙结构,广州白云宾馆,4.3.4 框架剪力墙结构,适用于上部为住宅楼或办公楼，而下部开设商店。需在其交界位置设置巨型的转换大梁，将上部剪力墙的力传至下部柱子上。,框支剪力墙结构,北京兆龙饭店,4.3.5 筒体结构,筒体结构是指由一个或多个筒体作为承受水平和竖向荷载的高层建筑结构，适用于层数较多的高层建筑。,筒式结构体系可分为：框筒体系、筒中筒体系、桁架筒体系和成束筒体系等。,(1)框筒体系,是指内芯由剪力墙构成，周边为框架结构。,(2)筒中筒体系,当周边的框架柱布置较密时，可将周边的密柱深梁视为外筒，而将内芯的剪力墙视为内筒，则构成筒中筒体系。,广东国际大厦,(3)桁架筒体系,在

11、筒体结构中，增加斜撑，由筒体和斜撑来共同承担水平荷载，减少侧向变形，这种结构体系称为桁架筒体系。,香港中银大厦,(4)成束筒体系,成束筒结构是由多个筒体组合在一起形成的筒体结构。,第4.4节 特种结构与智能建筑,1. 特种结构2. 智能建筑,1.了解特种结构和智能建筑的类型和特点,本节目录,基本要求,4.4.1 特种结构,特种结构是指具有特殊用途的工程结构，包括高耸结构、海洋工程结构、管道结构、容器结构和核电站结构等。,水池,水塔,筒仓,常见种类：,烟囱水塔水池筒仓,1、烟囱,砖烟囱,用普通粘土砖和水泥石灰砂浆砌筑，多数呈圆截锥形。,砖烟囱,钢筋混凝土烟囱,钢筋混凝土烟囱多用于高度超过50m的

12、烟囱一般采用滑模施工。,钢烟囱,钢烟囱具有自重小、韧性好、抗震性能好的优点，适用于地基差的场地，但耐腐蚀性差，需经常维护，后期维护费用较高。,2、水塔,水塔是用于储水和配水的高耸结构，是建筑工程中常用的给水工程构筑物，用来保持和调节给水管网中的水量和水压。水塔由水箱、塔身和基础三部分组成。,按所用的材料分，水塔可分为钢筋混凝土水塔、钢水塔、砖石塔身和钢筋混凝土水箱组合的水塔。,水箱的常用形式为圆柱壳式和倒锥壳式，此外还有球形、箱形和碗形等多种形式。,3、水池,从广义上讲，自然形成的和人工建造的用于不同目的的蓄水设施，都可以叫做水池。,水池也是具有储水功能的一种蓄水设施，这一点和水塔是相同的，不

13、同的是水塔用支架或支筒支承，建于高处，而水池多建造在地面和地下。,以储水池为例，按所用的材料不同可分为钢水池、钢筋混凝土水池、钢丝网水泥水池、砖石水池等。,4、筒仓,筒仓是用于贮存粒状和粉状松散物体（如粮食、面粉、水泥、碎煤、精矿粉等）的筒状立式容器，可作为生产企业调节和短期贮存生产用原料的附属设施，也可作为长期贮存粮食的仓库。,根据所用的材料分，筒仓可分为钢筋混凝土筒仓、钢筒仓和砖砌筒仓。钢筋混凝土筒仓又可分为整体浇筑和预制装配、预应力和非预应力的筒仓。,4.4.2 智能建筑,1、概念,“智能建筑(Intelligent Building)”一词，首次出现于1984年美国一家建筑公司对其所改

14、建的一座大楼的宣传广告语中。,自从第一座智能建筑诞生后，智能建筑便迅速发展，以美国和日本兴建的最多。在我国于20世纪90年代才起步，但发展势头迅猛，令世人瞩目。,2、定义,目前，关于智能建筑的定义各国并不相同，这主要是因为随着信息技术的发展，智能建筑的含义也在不断地变化，很难用一个抽象的概念对其内涵加以概括。,美国智能建筑研究中心定义,通过对建筑物的结构、系统、服务和管理4个基本要素以及它们之间的内在联系的最优化组合，提供一个投资合理，又具有高效、舒适、便利的环境。,欧洲智能建筑集团的定义,使用户发挥最大效益，同时以最低保养成本，最有效地管理本身资源的建筑。应提供反应快速、效率高和支持力较强的

15、环境，使用户迅速达到实现其业务的目的。,日本电机工业协会智能建筑分会的定义,智能建筑的重点集中在如下4个方面：作为收发信息和辅助管理效率的轨迹；确保在里面工作的人满意和便利；建筑管理合理化，以便用低廉的成本提供更周到的管理服务；针对变化的社会环境、复杂多样化的办公以及主动的经营策略做出快速灵活和经济的响应。,中国的定义,按修订后的国家标准智能建筑设计标准（GB/T50314-2006），对智能建筑的定义为“以建筑物为平台，兼备信息设施系统、信息化应用系统、建筑设备管理系统、公共安全系统等，集结构、系统、服务、管理及其优化组合为一体，向人们提供安全、高效、便捷、节能、环保、健康的建筑环境”。,3

16、、分类,根据建筑使用功能的不同，智能建筑大致可分为以下几种类型：办公建筑（各类办公楼）；商业建筑（商场、宾馆等）；文教、体育、卫生建筑（图书馆、博物馆、档案馆等，学校建筑，体育馆、游泳馆等，综合性医院）；媒体类建筑（影剧院、报刊及广播电视业务建筑等）；交通建筑（空港航站楼、铁路客运站、城市轨道交通站、公共停车（库）场等）；住宅建筑（住宅、别墅等）；工业建筑（各类工厂）。,4、系统组成,智能建筑是以建筑物为平台，由以下四大系统组成：,信息设施系统信息化应用系统建筑设备管理系统公共安全系统,5、发展概况,我国智能建筑从20世纪90年代开始到目前为止，从整体上看经历了初级和发展两个阶段。,目前，我国

17、已建成的智能建筑有上海的金茂大厦、上海证券大厦、通讯贸易大厦和红塔山大酒店；北京的京广中心、中国贸易中心；广州的中信广场；深圳的地王大厦、赛格广场等。,1990年1995年为初级阶段，建筑智能化是从单一功能的专用系统开始，并逐步向多功能、多系统的综合化方向拓展。1995年2000年之间进入了系统集成阶段，主要是建筑设备管理系统的集成，发展较快。建筑设备管理系统2000年至今，进入了多个系统的一体化集成阶段。,（3）偶然荷载在结构使用期间不一定出现，而一旦出现，其值很大且持续时间很短的荷载称为偶然荷载，如爆炸力、撞击力、地震力等。,3、设计基准期,为确定可变作用及与时间有关的材料性能等取值而选用

18、的时间参数。现行规范中采用的设计基准期为50年。,第4.5节 结构设计理论与方法,1.基本概念2. 结构设计的基本理论3. 结构设计的基本方法,1.掌握结构设计的基本方法,本节目录,基本要求,4.5.1 基本概念,1、荷载和荷载效应,能使结构产生位移、变形、裂缝和内力的原因的总称，称为作用在结构上的荷载。荷载在结构上产生的内力、变形和裂缝称为荷载效应。 能引起结构产生内力和变形等的原因，除有直接施加在结构上的力（称为直接作用）以外，还有热胀冷缩及地基不均匀沉降等原因，这些原因称为间接作用（或间接荷载）。,2、荷载的种类,（1）永久荷载永久荷载亦称恒荷载，是指在结构使用期间，其值不随时间变化，或

19、者其变化与平均值相比可忽略不计的荷载，如结构的自重、土压力、预应力等。,（2）可变荷载可变荷载，是指在结构使用期间，其值随时间变化，且其变化值与平均值相比不可忽略的荷载，如楼面活荷载、屋面活荷载、风荷载、雪荷载、吊车荷载等。,4、极限状态,整个结构或结构的一部份，超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求，该特定状态称为该功能的极限状态。,（1）承载能力极限状态 这种极限状态对应于结构或结构构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形（例如结构倾覆、结构构件或连接断裂、结构构件被压曲等）。承载能力极限状态主要考虑关于结构安全性的功能。（2）正常使用极限状态 这种极限状态对应于结构或结构构件

20、达到正常使用或耐久性能的某项规定限值（例如出现了影响正常使用和外观的变形、影响正常正常使用或耐久性能的局部损坏（包括裂缝）、影响正常使用的振动等）。这一状态对应于适用性或耐久性的功能。,结构的极限状态又分为下列的两类：,4.5.2 结构设计的基本理论,进行结构设计就是要实现可靠性与经济性之间的最佳平衡。 我国现行的结构设计规范采用的是世界上目前最先进的概率极限状态设计理论。所谓概率极限状态设计理论就是以概率理论为基础，运用数理统计的方法，对影响结构可靠性的各因素进行分析计算，并用极限状态进行设计的一种结构设计理论；该理论用结构的可靠度指标来定量描述结构的可靠程度。,把作用（荷载）对结构产生的各

21、种效应（如弯矩、剪力、轴力、变形、裂缝等）用S表示，把结构构件抵抗各种作用效应的能力（称为结构的抗力）用R表示。用Z表示二者之差，即Z=R-S，Z称为结构的功能函数，它是R和S的函数。R和S的数值关系，即Z的值域有如下三种可能性（它们分别对应于结构的不同工作状态）：,Z0 即 RS 结构处于可靠状态；Z0 即 RS 结构处于失效状态；Z= 0 即 R = S 结构处于极限状态。,4.5.3 结构设计的基本方法,建筑工程结构设计的一般步骤为：结构选型结构布置计算模型荷载组合内力计算构件设计节点设计施工图绘制。以上的各步骤分属于五个不同的设计阶段。,2、第二阶段,选取结构的形式并进行结构布置。,1、第一阶段,建立计算模型。,4、第四阶段,进行荷载组合和内力计算。,3、第三阶段,进行构件设计和节点设计。,5、第五阶段,绘制施工图。,