短信预约提醒成功
第一节 建筑结构基本概念
一、建筑结构的定义
建筑物用来形成一定空间及造型，并具有抵御人为和自然界施加于建筑物的各种作用力，使建筑物得以安全使用的骨架，即称为结构。
二、建筑结构的组成
建筑结构一般都是由以下结构构件组成的;
1.水平构件
用以承受竖向荷载的构件。一般有：
(1)板。包括平板、曲面板、斜板;
(2)梁。直梁、曲梁、斜梁;
(3)桁架、网架等。
2.竖向构件
用以支承水平构件或承担水平荷载的构件。一般有：
(1)柱;
(2)墙体;
(3)框架。
3.基础
是上部建筑物与地基相联系的部分，用以将建筑物所承受的所有荷载传至地基上。
三、建筑结构的分类
1.按组成建筑结构的主要建筑材料划分
(1)钢筋混凝土结构;
(2)砌体结构：砖砌体，石砌体，小型砌块，大型砌块，多孔砖砌体等;
(3)钢结构;
(4)木结构;
(5)塑料结构;
(6)薄膜充气结构。
2.按组成建筑结构的主体结构形式划分
(1)墙体结构：以墙体作为支承水平构件及承担水平力的结构;
(2)框架结构;
(3)框架-剪力墙(抗震墙);(4)筒体结构;
(5)桁架结构;(6)拱形结构;
(7)网架结构;(8)空间薄壁结构(包括：薄壳、折板、幕式结构);
(9)钢索结构(悬索结构);(10)薄膜结构。
3.按组成建筑结构的体形划分
(1)单层结构(多用于单层厂房、食堂、影剧场、仓库等);
(2)多层结构(2—6层);
(3)高层结构(一般为7层以上);
(4)大跨度结构(跨度在40—50m以上)。
4.按结构的受力特点划分
(1)平面结构体系
(2)空间结构体系。
第二节 建筑结构基本构件设计
基本构件是组成结构体系的单元。按受力特征来划分主要有以下三类：轴心受力构件、偏心受力构件和受弯构件。
(一)轴心受力构件
当构件所受外力的作用点与构件截面的形心重合时，则构件横截面产生的应力为均匀 分布，这种构件称为轴心受力构件。可分为：
1.轴心受拉构件
如图2-1所示构件，外力F使构件横断面仅产生均匀拉应力时即为轴心受拉构件。常用于桁架的下弦杆及受拉斜腹杆。
图2-1
如图构件内的应力
[σ]—材料的强度设计值(即允许应力)。
φ<1， 故A2>A1
φ值与杆件的长细比λ有关;λ=l0/i
l0—杆件计算长度，
构件的承载能力应满足σmax≤[σ]
σmax—边沿最大拉应力;
σmin—边沿最小拉应力;
W——截面抵抗矩。
由(2-4)可见在受同样的外拉力时，偏心受拉构件应力要比轴心受拉构件，增大许 多，因此在结构设计应尽量避免出现这种构件。
2.偏心受压构件
如图2-4所示，构件承受的压力作用点与构件的轴心偏离，构件既受压又受弯，这样的构件称为偏心受压构件(亦称压弯构件)。常见于屋架的上弦杆、框架结构柱，砖墙及砖垛等。
σmax—边沿最大压应力;
σmin—边沿最小压应力。
由式(2-5)知，在受同样的压力F时，由于偏心，截面内受压一侧的压应力增加，而且当偏心引起的弯矩M距较大时，截面内除压应力外将产生一部分拉应力。若压力作用点在构件截面的两个方向上均有偏心，则称为双向偏心构件。
三、受弯构件
水平构件在跨间承受荷载，构件发生弯曲且产生弯矩和剪力，从而使构件截面内产 生弯曲应力和剪应力。这种构件即称为受弯构件。这是结构设计中最常见的单跨梁和多跨梁就属于受弯构件。
(1)简支梁在不同荷载作用下的弯矩图及剪力图见图2-5
图2-5 简支梁在不同荷载作用下的弯矩及剪力
(2)多跨连续梁在均布荷载作用下的弯矩和剪力见图2-6。
图2-6 多跨连续梁在均布荷载作用下的弯矩和剪力
(3)梁截面内的应力分布
1)弯曲应力(图10-8)
式中 y—距中和轴的距离;
+σmax—边沿最大拉应力;
—σmax—边沿最大压应力。
弯曲应力沿截面高度为三角形分布，中和轴处应力为零;顺时针弯曲时中和轴以上为压应力，中和轴以下为拉应力;逆时针弯曲时，中和轴以上为拉应力，以下为压应力。见图2-7.
图2-7 弯曲压力分布
3)剪应力
剪应力在截面上的分布也是不均匀的，其分布规律如图2-8。
受弯构件在荷载作用下要产生弯曲，于是将产生弯曲变形，使梁产生挠度。
1)梁的挠度跨中最大。
2)挠度的大小与正弯矩成正比。
3)跨度相同、荷载相同时，简支梁的挠度比连续梁、二端固定或一端固定一端简支的梁要大。
4)挠度的大小与梁的EI成反比。
(5)受弯构件的设计要点
1)要满足弯曲应力不超过材料的强度设计值。即最大弯矩处的最大弯曲应力必须小于强度设计值。
2)梁内最大剪力的断面平均剪应力不超过材料抗剪的设计值。
3)梁的最大挠度值不得超过规范规定的数值。
四、几种基本构件的比较
上述几种基本构件的合理应用，就能取得合理的结构设计。
1.轴心受拉构件是受力最好的构件
(1)最能充分发挥材料性能。因在外力作用下，沿构件全长及截面的内力及应力都是均匀分布。
(2)在承受相同的荷载下，与受压和受弯构件相比所需的断面最小。
(3)只有具有最多数量的轴拉构件和较少轴压和受弯构件组成的结构体系才是最省材料和经济合理的体系。
2.轴压构件
承载力受稳定的影响，故应避免长杆受压，设计时要特别注意侧向稳定。
3.偏心受压构件
在相同截面下，因受偏心弯矩的影响，其承载力将随偏心距的加大而大为减小。而且也要考虑侧向稳定的影响。
4.受弯构件
(1)构件内的内力不均匀分布，因此不能充分发挥材料的作用。
(2)还存在变形能否满足要求的问题，有时虽已满足强度要求，变形不能满足时，则应按变形要求增大构件断面尺寸。
第三节 多层与高层建筑结构体系
10层及10层以上或高度超过28m的住宅和高度超过24m的其他高层民用建筑为高层建筑。
一、多层砌体结构
(一)概述
在同一房屋结构体系中，采用两种或两种以上不同材料组成承重结构体系的房屋，称为混合结构房屋。砖砌体结构是指由钢筋混凝土楼(屋)盖和砖墙承重的结构体系(亦称砖混结构)。砌体结构一般是指采用钢筋混凝土楼(屋)盖和用砖或其他块体(如：混凝土砌块)砌筑的承重墙组成的结构体系。木楼(屋)盖与砖墙承重的结构体系，称为砖木结构，目前很少采用。
(二)砌体结构的优缺点和应用范围
1.主要优点
(1)主要承重结构(承重墙)是用砖(或其他块体)砌筑而成的，这种材料任何地区都有，便于就地取材。常用的墙体材料有：a.烧结普通砖：黏土砖、煤矸石砖、页岩砖、煤矸石页岩砖;b.烧结多孔砖：黏土多孔砖(P型、M型)、煤矸石多孔砖、页岩多孔砖;c.蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖;d.混凝土小型空心砌块。
(2)墙体既是围护和分隔的需要，又可作为承重结构，一举两得。
(3)砌体结构的刚度一般比较较大。
(4)施工比较简单，进度快，技术要求低，施工设备简单。
2.主要缺点
(1)砌体强度比混凝土强度低得多，故建造房屋的层数有限，一般不超过7层。
(2)砌体是脆性材料，抗压能力尚可，抗拉、抗剪强度都很低，因此抗震性能较差。
(3)多层砌体房屋一般宜采用刚性方案，故其横墙间距受到限制，因此不可能获得较大的空间，故一般只能用于住宅、普通办公楼、学校、小型医院等民用建筑以及中小型工业建筑。
(三)砖砌体房屋的墙体布置方案
1.横墙承重方案
楼层的荷载通过板梁传至横墙，横墙作为主要承重竖向构件，纵墙仅起围护、分隔、自承重及形成整体作用。
优点：横墙较密，房屋横向刚度较大，整体刚度好。外纵墙不是承重墙，因此立面处理比较方便，可以开设较大的门窗洞口。抗震性能较好。
缺点：横墙间距较密，房间布置的灵活性差，故多用于宿舍、住宅等居住建筑。
2.纵墙承重方案
其受力特点是：板荷载传给梁，再由梁传给纵墙。这时纵墙是主要承重墙。横墙只承受小部分荷载，横墙的设置主要为了满足房屋刚度和整体性的需要，其间距比较大。
优点：房间的空间可以较大，平面布置比较灵活。
缺点：房屋的刚度较差，纵墙受力集中，纵墙较厚或要加壁柱。
适用于：教学楼、实验室、办公楼、医院等。
3.纵横墙承重方案
根据房间的开间和进深要求，有时需采取纵横墙同时承重的方案。
横墙的间距比纵墙承重方案小。但一般可比横墙承重方案大，房屋的刚度介于前两者之间。
4.内框架承重方案
在外墙承重的同时，有一部分内墙采用钢筋混凝土柱代替，以取得较大的空间。
内框架承重方案的特点：(1)横墙较少，房屋的空间刚度较差;(2)墙的带形基础与柱的单独柱基沉降不容易一致;(3)钢筋混凝土柱与砖墙的压缩性能不一样，容易造成不均匀变形而产生次应力，当层数较多时，在设计上应给予考虑;(4)以柱代替内承重墙，在使用上可以取得较大的空间。
适用于：教学楼、医院、商店、旅馆等建筑物。
(四)砌体房屋的构造要求
1.要满足墙体的高厚比
(1)砌体结构设计规范规定砖墙(或砖柱)的允许高厚比应按《砌体结构设计规范》(GB50003—2001)6.1.1式验算。
(2)当高厚比不能满足要求时，可采取以下措施：
1)增加墙体厚度;2)加设壁柱(即墙垛);
3)加设构造柱;4)减小横墙间距。
2.横墙间距s
根据横墙间距s的不同，砖砌体房屋的静力计算有三种计算方案见表2-1，如图2-1：
图2-1砌体房屋的计算方案
(1)刚性方案。在荷载作用下，楼层视为墙、柱的不动铰支座。即认为房屋不产生水平位移。
(2)刚弹性方案。在荷载作用下，楼层视为墙柱可动铰支座，楼盖平面较大，可考虑空间工作的平面排架或框架计算。其空间影响系数可按《砌体结构设计规范》表4.2.4采用。
(3)弹性方案。房屋在水平力作用下将产生水平位移，房屋的静力计算可按屋架、大梁与墙(柱)为铰接的不考虑空间工作的平面排架或框架计算。
3.纵墙尽可能贯通。
4.5层及5层以上房屋的墙，以及受振动或层高大于6m的墙、柱所用材料的最低强度等级，应符合下列要求：
(1)砖采用MUl0;
(2)砌块采用MU7.5;
(3)石材采用MU30;
(4)砂浆采用M5。
注：对安全等级为一级或设计使用年限大于50年的房屋，墙、柱所用材料的最低强度等级应至少提高一级。
5.地面以下或防潮层以下的砌体，潮湿房间的墙，所用材料的最低强度等级应符合表10-2的要求。
注：①在冻胀地区，地面以下或防潮层以下的砌体，不宜采用多孔砖，如采用时，其孔洞应用水泥砂浆灌实。当采用混凝土砌块砌体时，其孔洞应采用强度等级不低于Cb20的混凝土灌实;
②对安全等级为一级或设计使用年限大于50年的房屋，表中材料强度等级应至少提高一级，
6.承重的独立砖柱截面尺寸不应小于240mmX370mm。毛石墙的厚度不宜小于350mm，毛料石柱较小边长不宜小于400mm。
注：当有振动荷载时，墙、柱不宜采用毛石砌体。
7.跨度大于6m的屋架和跨度大于下列数值的梁，应在支承处砌体上设置混凝土或钢筋混凝土垫块;当墙中设有圈梁时，垫块与圈梁宜浇成整体。
(1)对砖砌体为4.8m;
(2)对砌块和料石砌体为4.2m;
(3)对毛石砌体为3.9m。
8.当梁跨度大于或等于下列数值时，其支承处宜加设壁柱，或采取其他加强措施;
(1)对240mm厚的砖墙为6m，对180mm厚的砖墙为4.8m;
(2)对砌块、料石墙为4.8m。
9.预制钢筋混凝土板的支承长度，在墙上不宜小于l00mm;在钢筋混凝土圈梁上不宜小于80mm;灌缝混凝土不宜低于Cb20(即C20)。
10.支承在墙、柱上的吊车梁、屋架及跨度大于或等于下列数值的预制梁的端部，应采用锚固件与墙、柱上的垫块锚固：
(1)对砖砌体为9m;
(2)对砌块和料石砌体为7.2m。
11.填充墙、隔墙应分别采取措施与周边构件可靠连接。
12.山墙处的壁柱宜砌至山墙顶部，屋面构件应与山墙可靠拉结。
13.砌块砌体应分皮错缝搭砌，上下皮搭砌长度不得小于90mm。当搭砌长度不满足上述要求时，应在水平灰缝内设置不少于2Φ4的焊接钢筋网片(横向钢筋的间距不宜大于200mm)，网片每端均应超过该垂直缝，其长度不得小于300mm。
14.砌块墙与后砌隔墙交接处，应沿墙高每400mm在水平灰缝内设置不少于2φ4、横筋间距不大于200mm的焊接钢筋网片。
15.混凝土砌块房屋，宜将纵横墙交接处、距墙中心线每边不小于300mm范围内的孔洞，采用不低于Cb20灌孔混凝土灌实，灌实高度应为墙身全高。
16.混凝土砌块墙体的下列部位，如未设圈梁或混凝土垫块，应采用不低于Cb20灌孔混凝土将孔洞灌实：
(1)搁栅、檩条和钢筋混凝土楼板的支承面下，高度不应小于200mm的砌体;
(2)屋架、梁等构件的支承面下，高度不应小于600mm，长度不应小于600mm的砌体;
(3)挑梁支承面下，距墙中心线海边不应小于300mm，高度不应小于600mm的砌体。
17.在砌体中留槽洞及埋设管道时，应遵守下列规定：
(1)不应在截面长边小于500mm的承重墙体、独立柱内埋设管线;
(2)不宜在墙体中穿行暗线或预留、开凿沟槽，无法避免时应采取必要的措施或按削弱后的截面验算墙体的承载力。
注：对受力较小或未灌孔的砌块砌体，允许在墙体的竖向孔洞中设置管线。
18.夹心墙应符合下列规定：
(1)混凝土砌块的强度等级不应低于MUl0;
(2)夹心墙的夹层厚度不宜大于100mm;
(3)夹心墙外叶墙的最大横向支承间距不宜大于9m。
19.夹心墙叶墙间的连接应符合下列规定：
(1)叶墙应用经防腐处理的拉结件或钢筋网片连接;
(2)当采用环形拉结件时，钢筋直径不应小于4mm;当为Z形拉结件时，钢筋直径不应小于6mm。拉结件应沿竖向梅花形布置，拉结件的水平和竖向最大间距分别不宜大于800mm和600mm;对有振动或有抗震设防要求时，其水平和竖向最大间距分别不宜大于800mm和400mm;
(3)当采用钢筋网片作拉结件时，网片横向钢筋的直径不应小于4mm，其间距不应大于400mm;网片的竖向间距不宜大于600mm，对有振动或有抗震设防要求时，不宜大于400mm;
(4)拉结件在叶墙上的搁置长度，不应小于叶墙厚度的2/3，并不应小于60mm;
(5)门窗洞口周边300mm范围内应附加间距不大于600mm的拉结件。
注：对安全等级为一级或设计使用年限大于50年的房屋，夹心墙叶墙间宜采用不锈钢拉结件，
20.为了防止或减轻房屋在正常使用条件下，由温差和砌体干缩引起的墙体竖向裂缝，应在墙体中设置伸缩缝。伸缩缝应设在因温度和收缩变形可能引起应力集中、砌体产生裂缝可能性最大的地方。伸缩缝的间距可按表2—3采用。
砌体房屋伸缩缝的最大间距表2-3
21.为了防止或减轻房屋顶层墙体的裂缝，可根据情况采取下列措施：
(1)屋面应设置保温、隔热层;
(2)屋面保温(隔热)层或屋面刚性面层及砂浆找平层应设置分隔缝，分隔缝间距不宜大于6m，并与女儿墙隔开，其缝宽不小于30mm;
(3)采用装配式有檩体系钢筋混凝土屋盖和瓦材屋盖;
(4)在钢筋混凝土屋面板与墙体圈梁的接触面处设置水平滑动层，滑动层可采用两层油毡夹滑石粉或橡胶片等;对于长纵墙，可只在其两端的2—3个开间内设置，对于横墙可只在其两端各1/4范围内设置(l为横墙长度);
(5)顶层屋面板下设置现浇钢筋混凝土圈梁，并沿内外墙拉通，房屋两端圈梁下的墙体内宜适当设置水平钢筋;
(6)顶层挑梁末端下墙体灰缝内设置3道焊接钢筋网片(纵向钢筋不宜少于2φ4，横筋间距不宜大于200mm)或2φ6钢筋，钢筋网片或钢筋应自挑梁末端伸人两边墙体不小于1m;
(7)顶层墙体有门窗等洞口时，在过梁上的水平灰缝内设置2—3道焊接钢筋网片或2φ6钢筋，并应伸入过梁两端墙内不小于600mm;
(8)顶层及女儿墙砂浆强度等级不低于M5;
(9)女儿墙应设置构造柱，构造柱间距不宜大于4m，构造柱应伸至女儿墙顶并与现浇钢筋混凝土压顶整浇在一起;
(10)房屋顶层端部墙体内适当增设构造柱。
22.为防止或减轻房屋底层墙体裂缝，可根据情况采取下列措施：
(1)增大基础圈梁的刚度;
(2)在底层的窗台下墙体灰缝内设置3道焊接钢筋网片或2φ6钢筋，并伸入两边窗间墙内不小于600mm;
(3)采用钢筋混凝土窗台板，窗台板嵌入窗间墙内不小于600mm。
23.墙体转角处和纵横墙交接处宜沿竖向每隔400mm-500mm设拉结钢筋，其数量为每120mm墙厚不少于1φ6或焊接钢筋网片，埋入长度从墙的转角或交接处算起，每边不小于600mm。
24.对灰砂砖、粉煤灰砖、混凝土砌块或其他非烧结砖，宜在各层门、窗过梁上方的水平灰缝内及窗台下第一和第二道水平灰缝内设置焊接钢筋网片或2φ6钢筋，焊接钢筋网片或钢筋应埋入两边间墙内不小于600mm。当灰砂砖、粉煤灰砖、混凝土砌块或其他非烧结砖实体墙长大于5m时，宜在每层墙高度中部设置2-3道焊接钢筋网片或3φ6的通长水平钢筋，竖向间距宜为500mm。
25.为防止或减轻混凝土砌块房屋顶层两端和底层第一、第二开间门窗洞处的裂缝，可采取下列措施：
(1)在门窗洞口两侧不少于一个孔洞中设置不小于1φ12钢筋，钢筋应在楼层圈梁或基础锚固，并采用不低于Cb20灌孔混凝土灌实;
(2)在门窗洞口两边的墙体的水平灰缝中，设置长度不小于900mm、竖向间距为400mm的2φ4焊接钢筋网片;
(3)在顶层和底层设置通长钢筋混凝土窗台梁，窗台梁的高度宜为块高的模数，纵筋不少于4φ10、箍筋φ6@200，Cb20混凝土。
26.当房屋刚度较大时，可在窗台下或窗台角处墙体内设置竖向控制缝。在墙体高度或厚度突然变化处也宜设置竖向控制缝，或采取其他可靠的防裂措施。竖向控制缝的构造和嵌缝材料应能满足墙体平面外传力和防护的要求。
27.灰砂砖、粉煤灰砖砌体宜采用粘结性好的砂浆砌筑，混凝土砌块砌体应采用砖块专用砂浆砌筑。
28.对防裂要求较高的墙体，可根据情况采取专门措施。
(五)多层砖砌体房屋的楼盖
1.装配式楼盖
包括预制板和预制梁，构件在工厂制造，现场拼装。
2.预制板
实心楼板，槽形板。
预应力空心楼板：短向板，长向板。
预应力空心大楼板。
双钢筋叠合板。
预应力叠合板。
优点：节约模板，施工速度快，有利于建筑工业化，节约钢材。
缺点：楼层整体性较差，抗震性能不如现浇楼盖，必须有起重设备，开间尺寸受限制。
3.预制梁。其优缺点同预制板。
4.现浇楼盖
(1)现浇楼盖一般由现浇楼板和现浇梁组成。
(2)楼盖一般分为单向板肋形楼盖、双向板肋形楼盖和无梁楼盖见图2-2。
(3)梁、板的常用截面尺寸参考值见表2-4、表2-5表2-6。
