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1、第第3章章 主要的建筑结构构件主要的建筑结构构件和结构单元和结构单元 梁主要内容主要内容 3.1 板和楼盖结构 3.2 柱和框架结构 3.3 墙和墙体结构 3.4 桁架和网架结构 3.5 拱结构 3.6 壳体结构 3.7 索结构 3.8 基础 3.9梁的概述3.1 梁梁 3.1.1几何形状 线形（直线、曲线、折线）受力特征 沿其纵轴的竖向荷载，主要受弯曲和剪切梁的概述（续）3.1 梁梁 3.1.1结构特征 单向支承：(1) 悬臂梁、简支梁、伸臂梁、固端梁 (2) 多点支承的连续梁、在跨中设置铰连接的多跨梁纵剖面 等截面梁、折线或曲线形变截面梁、桁架式梁、空腹式梁梁的概述（续）3.1 梁梁 3.
2、1.1横截面 与所用材料有关工形、槽形和箱形矩形、圆形、工字形矩形、单或双T形、工形、正或倒L形、箱形以及空腹式截面梁的概述（续）3.1 梁梁 3.1.1布置型式 (1) 平行型平行型：梁肋平行，直接承受来自板的荷载梁梁梁的概述（续）3.1 梁梁 3.1.1布置型式（续） (2) 次主梁型次主梁型：次梁承受板传来的荷载再传给主梁，次梁截面高度小于主梁，当楼面设有洞口时常用此型 主梁主梁主梁主梁次梁梁的概述（续）3.1 梁梁 3.1.1布置型式（续） (3) 正交叉型正交叉型：两方向梁截面等高，相互正交 （井字梁） (4) 斜交叉型斜交叉型：各方向梁截面等高，相互斜交 梁的概述（续）3.1 梁梁
3、 3.1.1布置型式（续） (5) 互交叉型互交叉型：多用于楼层中部有洞时 (6) 辐射型辐射型：梁程辐射状梁与各种因素的关系3.1 梁梁 3.1.2因素抗弯承载力弯曲变形（挠度）说明设计要求简支梁：悬臂梁：如图(a)跨度(l)抗弯承载力 跨度 l 对抗弯承载力和变形很敏感，对挠度更甚，如图(b)支承条件支承条件对二者影响很大截面形状(I)截面承载力截面惯性矩的减小对降低截面承载力和加大挠度都不利，其中减小截面高度更为不利，如图(c)材料(E,f)截面承载力降低材料强度和弹性模量对减小截面承载力和加大挠度都不利，如图(d)荷载集中情况均布荷载集中到l/2内： 均布荷载集中到跨中： 都愈不利，如
4、图(e)(f)截面沿纵向变化按弯矩图形，使梁的跨中附近截面大、梁的两端附近截面小，是有利的：对钢筋混凝土梁如图(g)；对钢梁如图(h)同体积材料，图(g)(h)的max将明显减小如图(g)(h)68122max1bhfyIfqlM62122max2bhfyIfqlM2maxlM EIql38454max1 EIql384484max22maxlmax1max2MMmax1max2（矩形截面）（一般截面）2bhyII1maxfE1max2max815 . 1qlM2max812qlMEIql38413. 74maxEIql38484max梁与各种因素的关系（续）3.1 梁梁 3.1.2(a)3.
5、1 梁梁在设计梁时，除了考虑上述因素外，还应注意以下两点： 简支梁跨中最大弯矩值决定对跨中截面的要求；而两端最大剪力值决定对两端截面的要求。 工形截面梁的弯矩主要由翼缘承受，剪力主要由腹板承受。伸臂梁、连续梁、静定多跨梁和斜直梁3.1 梁梁 3.1.3 伸臂梁：将简支梁的支撑点向跨中方向移动，形成两端伸臂或一端伸臂的梁；与同长度的简支梁相比，最大弯矩值减小了，挠度减小了，梁中有较多截面上的材料能充分发挥作用。梁有一部分伸出形成悬臂梁，将既可能使结构经济合理，又可能使建筑造型新颖。 连续梁：有以下特征：一般地说，跨中承受正弯矩，支座承受负弯矩，支座处两端的变形连续；相邻跨跨度愈小，对本跨约束愈大
6、，该端负弯矩愈大；反之亦然；相邻跨跨度无限大，对本跨约束为零，该端负弯矩为零，即边跨第一支座为不动铰支座情况；连续梁任一跨上，半跨处截面弯矩值（取正值，若负弯矩取负值）与两端支承处截面弯矩值（取负值，如正弯矩取正值）代数和的一半相减，必等于该跨作为简支梁承受同样荷载作用下跨中最大弯矩值。3.1 梁梁3.1 梁梁 静定多跨梁：在连续梁的一些跨度中间设置铰连接，使它变成一个在力的分析中是静定的多跨伸臂梁。铰连接的位置决定着沿梁最大正负弯矩的大小（人们通常希望最大正负弯矩值相等或相近），因而也决定着梁截面尺寸的经济合理性。多用于桥面梁中。在建筑结构中，适用于钢木梁系。 斜直梁：它的跨度取上下支承梁的
7、中心线间的斜距离。平面交叉梁和平面曲梁 3.1.43.1 梁梁 平面交叉梁：正放正交、斜放正交和三向交叉等几种。 交叉梁系一般可按力法进行内力分析，以挠度相同的变形协调条件即可建立联立方程，求得个链杆的未知内力。 计算可参考交叉梁系内力和挠度系数表格。3.1 梁梁 平面曲梁：如圆形楼盖支承在柱上的曲梁，突出于立面的圆弧形阳台梁等。其两端必须为固定端支承，否则曲梁将倾覆。除受弯矩、剪力外，还受扭矩作用。 常遇到的平面曲梁计算公式，在一般建筑结构设计手册中可以查到。板的概述3.2 板和楼盖结构板和楼盖结构 3.2.1板的分类 (1) 按平面形状分按平面形状分：正方形、矩形、圆形、扇形、三角形、梯形
8、 (2) 按支承边数分按支承边数分：单边、两对边、两侧边、三边、四边、四角点 支承 板的概述3.2 板和楼盖结构板和楼盖结构 3.2.1板的分类（续） (3) 按支承约束分按支承约束分：简支边（沿支承边有反力、无弯矩、板端可发生转角） 固定边（沿支承边有反力、有弯矩、板端无转角） 连续边（沿支承边有反力、有弯矩、板端有转角） 自由边（沿边无反力、无弯矩、板端可发生转角） 板的概述3.2 板和楼盖结构板和楼盖结构 3.2.1板的分类（续） (4) 按截面形状分按截面形状分：板片状（钢）、实板状（钢混、木）、空心状（钢混） 正倒槽形（钢混）、单双T形（钢混）、夹心叠合（钢混、木） 密肋（钢混）、压
9、型钢板（钢） 板的概述3.2 板和楼盖结构板和楼盖结构 3.2.1板的实际支承情况 (1) 板板支承在梁支承在梁上上：边支承处可视作简支边、中间支承处可视作连续边 简支边连续边板的概述3.2 板和楼盖结构板和楼盖结构 3.2.1板的实际支承情况（续） (2) 板板支承在砖墙支承在砖墙上上：边支承处亦可视作简支边、中间支承处可视作连续边 简支边连续边板的概述3.2 板和楼盖结构板和楼盖结构 3.2.1板的实际支承情况（续） (3) 板与较厚钢筋混凝土墙或较大截面的钢筋混凝土圈梁浇筑在一起板与较厚钢筋混凝土墙或较大截面的钢筋混凝土圈梁浇筑在一起： 边支承处可视作固定边 连续边单向板和双向板3.2
10、板和楼盖结构板和楼盖结构 3.2.2单向板 定义：只有两对边，或只有一系列平行的边支承的板，无论简支、连续还是固定或 自由都称为单向支承板，简称单向板 密置单向梁板带简单结合板板带紧带紧密密结结合合单位宽度板带组成单向板和双向板3.2 板和楼盖结构板和楼盖结构 3.2.2双向板 定义：四边支承（或两相邻侧边和三边支承）板都可称为双向支承板，简称双向板 密置交叉梁单位宽度交叉板带紧密结合单向板和双向板3.2 板和楼盖结构板和楼盖结构 3.2.2四边支承板的判断与荷载传递 (1) l2/l12，按单向板设计，近似地假定板面荷载仅沿短向传给支座 (2) l2/l12，按双向板设计，板的荷载沿两个方向
11、传给各自的支座长边短边楼盖结构的形式3.2 板和楼盖结构板和楼盖结构 3.2.3钢筋混凝土楼盖结构体系楼盖结构的形式3.2 板和楼盖结构板和楼盖结构 3.2.3平板楼盖（传力途径：板墙）（典型的板-墙结构单元） 组成：实心现浇钢筋混凝土平板或空心（槽形）预制钢筋混凝土平板 无梁 优点：楼层顶棚为无肋平面，顶棚下的管道可畅行无租，可节约模板 缺点：跨度不能过大（不宜超过56m），建筑物内隔墙较多，使用受到限制现浇单向板、双向板装配式预制板？楼盖结构的形式3.2 板和楼盖结构板和楼盖结构 3.2.3平板楼盖（续）(1) 实心平板：一般用于小跨度（1.5m左右），如走道板、阳台板、雨篷板、管沟盖板等
12、(2) 空心板：截面孔洞有圆形、方形或长方形 优点：节省材料，隔音隔热性能较好 缺点：楼盖整体性差，且板面不能任意开洞(3) 槽形板：正槽形和倒槽形板 优点：边肋承重，板面可开洞 缺点：正槽形板不能提供平顶棚 倒槽形板不能提供平地面(4) 夹心板：带边肋夹心板、 单向密肋夹心板、 双向密肋夹心板材料：加气混凝土块 水泥或沥青珍珠岩结构形式：两边支承 四边支承 四角点支承楼盖结构的形式3.2 板和楼盖结构板和楼盖结构 3.2.3板梁楼盖（传力途径：板梁墙或柱）（板-梁结构单元） 板跨度小于1.5m板跨度小于3m板跨度小于6m楼盖结构的形式3.2 板和楼盖结构板和楼盖结构 3.2.3密肋楼盖（传力
13、途径：板密肋梁墙或大梁）（板-梁结构单元） 优点：质量轻、材料用量较少，可有平整顶棚，便于开小洞，室内净高较大 应用：一般用于钢筋混凝土楼盖，如医院、学校、书库等 (1) 无板密肋楼盖：肋中填充砌块且与肋同高，取得平整顶棚，肋间距较密 (2) 素混凝土板密肋楼盖：铺钢筋网片的混凝土板面，板下铺置填充砌块或空心砖 (3) 钢筋混凝土板密肋楼盖：肋间不铺置填充砌块，而是采用钢筋混凝土板无板密肋楼盖素混凝土板密肋楼盖钢筋混凝土板密肋楼盖楼盖结构的形式3.2 板和楼盖结构板和楼盖结构 3.2.3交叉梁楼盖（传力途径：板交叉梁墙或柱）（板-梁结构单元） 应用：钢筋混凝土楼盖，其双向或三向交叉梁的截面相同
14、 要求：为更有效地受力，交叉梁楼盖要求四周柱网或四周墙体按近于方形 尺寸：梁间距或板跨一般取23m，不宜超过4m，板按双向连续板设计井字梁楼盖结构的形式3.2 板和楼盖结构板和楼盖结构 3.2.3次主梁楼盖（传力途径：板次梁主梁墙或柱）（板-梁结构单元） 应用：钢筋混凝土楼盖或钢、木楼盖 特点：主梁截面高度大于次梁截面高度 布置原则：主梁主梁宜布置在整个结构刚度较弱的方向，与柱形成一片框架， 以增强侧向刚度。即主梁一般垂直于纵墙 次梁次梁将各片框架连接起来，即次梁一般平行于纵墙主梁沿柱距较小方向布置主梁沿柱距较大方向布置楼盖结构的形式3.2 板和楼盖结构板和楼盖结构 3.2.3次主梁楼盖（续）
15、次主梁楼盖计算简图单向板跨度为23m双向板跨度可为4m次梁跨度为46m主梁跨度为612m楼盖结构的形式3.2 板和楼盖结构板和楼盖结构 3.2.3无梁楼盖（传力途径：板柱）（板-柱结构单元） 楼盖结构的形式3.2 板和楼盖结构板和楼盖结构 3.2.3无梁楼盖（传力途径：板柱）（板-柱结构单元） 组成：板、柱帽、圈梁 特点：节约模板，传力途径短捷，增大了楼层净空， 但其板厚较大（四角支承板刚度较小） 适用：多层建筑，如仓库、书库、商店等 跨度：楼面活载5kN/m2以上、跨度6m左右较为经济 柱帽的形式： 无顶板柱帽折线形柱帽有顶板柱帽金属柱帽无柱帽、板支承处加设箍筋柱和框架概述3.3 柱和框架结
16、构柱和框架结构 3.3.1柱（刚性线形支承构件） 受力：承受竖向荷载和水平荷载，受压、弯曲和剪切 截面形式：框架 由竖向构件（柱）和水平构件（梁）连接成的一个能够承受竖向荷载和水平荷载的平面结构系统柱和框架概述3.3 柱和框架结构柱和框架结构 3.3.1钢管混凝土格构柱3.3 柱和框架结构柱和框架结构柱和框架概述 3.3.13.3 柱和框架结构柱和框架结构柱和框架概述 3.3.1柱网和框架结构平面布置3.3 柱和框架结构柱和框架结构 3.3.2柱网 定义：柱和框架结构反映在建筑平面布置上是柱在平面上的排列组合，由柱间梁的跨度和柱的间距组成，称为柱网 (1) 均布式：框架构件重复布置， 柱间距均
17、等，如(a)(2) 周边式：同(1)，但周边有大 体相等的柱间距，如(b)(3) 错列式：各柱列错开 并居中布置，如(c)(4) 集中式：柱子相对集中， 梁向两端外挑，如(d)柱网和框架结构平面布置3.3 柱和框架结构柱和框架结构 3.3.2框架结构平面布置正方形圆形十字形多边形三角形弧线形半圆形柱网和框架结构平面布置3.3 柱和框架结构柱和框架结构 3.3.2框架结构平面布置 注意事项： (1) 柱网应该有规律地布置，便于结构受力分析和结构施工 (2) 认清框架结构主要受力方向，主框架平面应尽量与建筑结构主要受力方向一致 建筑结构主要受力方向往往为建筑物平面的短向 (3) 框架跨度一般取主梁
18、的合理跨度(612m)；框架间距一般取次梁的合理跨度 (46m)；框架的层间高度一般取建筑物的合理层高(35m)柱网和框架结构平面布置3.3 柱和框架结构柱和框架结构 3.3.2典型部位柱网处理方法 (1) 建筑物角隅处的柱网单向受力体系 双向受力体系90o转角设变形缝柱网和框架结构平面布置3.3 柱和框架结构柱和框架结构 3.3.2典型部位柱网处理方法（续） (2) 建筑平面有错移当只有较小错移时，采用单向板和承重墙很方便，但采用框架结构就会对柱网布置带来麻烦，应使错移尺寸与柱网协调，形成规则柱网。柱网和框架结构平面布置3.3 柱和框架结构柱和框架结构 3.3.2典型部位柱网处理方法（续）
19、(3) 小空间柱网中有特殊大空间（如大教室、多功能厅等）分开布置大空间放在楼顶，对结构布置较为有利需解决人流竖向通道问题 大空间放在底层或中层，需设置转换梁框（刚）架和排架3.3 柱和框架结构柱和框架结构 3.3.3框（刚）架 定义：梁柱节点是刚节点的框架称为框架结构，也称刚架结构 受力：独立承担竖向和水平荷载 应用：多高层和单层建筑物（也称门式刚架结构）排架 定义：梁柱节点是铰节点的框架称为排架结构 受力：独立地承担竖向和水平荷载 应用：单层工业厂房3.4 墙和墙体结构墙和墙体结构 3.4.1墙的概述孤线形工字形槽形Z形一字形砖墙混凝土空心砌块或轻质材料砌块墙钢筋混凝土墙框架内填充墙钢支撑墙
20、玻璃幕墙砖和砌块夹心墙木板或塑料板墙（内为木格栅）网格墙三向（即三维）墙加肋墙实体墙墙系3.4 墙和墙体结构墙和墙体结构 3.4.1墙的概述类型 (1) 隔墙（ 隔断墙，非承重墙） 功能：隔断、隔音（防火） 荷载：自重及约0.25kN/m2的侧向荷载，不能承楼盖传来的荷载 材料：砖、空心砖、轻质混凝土砌块或钢木支架贴饰面板 (2) 幕墙（非承重外墙） 作用：围护、美观、结构上承受自重和水平荷载以及约束力 组成：墙面材料（砖、石材、玻离）、支承骨架、 隔离层、防水层和内排水结构3.4 墙和墙体结构墙和墙体结构 3.4.1墙的概述类型 (3) 承重墙 功能：直接承受楼层盖传来的竖向荷载、风或地震荷
21、载、自重 若为外墙还要起幕墙作用 分类：砌筑墙砌筑墙由砖块、混凝土空心砌块或硅酸砌块砌筑而成 混凝土墙混凝土墙一般为现浇钢筋混凝土墙 筒体墙筒体墙由现浇混凝土围成方形、矩形或圆形筒体， 或用钢筋混凝土密柱深梁做成框架体3.4 墙和墙体结构墙和墙体结构 3.4.2砌筑墙组成与应用 砖或砌块墙体、一般用于多层建筑物，以承受竖向压力为主布置注意事项 (1) 要有明确的承重体系 横墙体系：横墙主要承重，间距较密，建筑物横向刚度较强； 纵墙主要起围护、隔断并将横墙连成整体的作用 但房间大小固定，室内空间安排不灵活3.4 墙和墙体结构墙和墙体结构 3.4.2砌筑墙布置注意事项（续） (1) 要有明确的承重
22、体系（续） 纵墙体系：内、外纵墙主要承重，室内横墙间距可增大，建筑物纵向刚度强而 横向刚度弱；宜在适当距离设承重横墙抗侧力，一般横墙只起隔断 作用；但纵墙上开门、开窗的限制较大 如(c) 双向承重体系：承重墙体由两个方向的线形墙体混合而成， 两个方向的抗侧力能力都好，抗震性能在三者中最好 如(d)6.4 墙和墙体结构墙和墙体结构 6.4.2砌筑墙布置注意事项（续） (2) 注意墙体尺寸墙体尺寸要求 应符合砖块或砌块模数，如砖墙厚度一般有120mm（半砖）、240mm（一砖）370mm（一砖半）、490mm（两砖） 每一层的每片墙厚度宜相同，不宜出现横截面上为阶梯形墙体 承重独立砖柱的截面尺寸不
23、应小于240mm370mm (3) 在墙体内要布置圈梁和构造柱 圈梁圈梁：屋盖、楼盖隔层、地基不好的基础顶面； 增强整体刚性 构造柱构造柱：墙体转角处，沿建筑物高度贯通并与圈梁连成整体； 增强抗震性能6.4 墙和墙体结构墙和墙体结构 6.4.3钢筋混凝土墙应用与受力 一般用于高层建筑结构高层建筑结构，以承受墙体平面内的水平荷载墙体平面内的水平荷载为主框架-剪力墙体系 组成组成：钢筋混凝土框架（承受竖向荷载）、钢筋混凝土抗侧力墙体（承受水平荷载） 布置注意事项布置注意事项： (1) 使墙体长度方向与水平荷载方向平行，有抗震设防要求建筑物沿纵横两个方向布置 (2) 抗侧力墙体宜布置在建筑物两端、楼
24、梯间、电梯间及平面刚度有变化处 (3) 抗侧力墙宜沿建筑物全高设置，沿高度方向应避免刚度突变，墙厚宜分阶段减薄6.4 墙和墙体结构墙和墙体结构 6.4.3钢筋混凝土墙剪力墙体系 横墙承重方案横墙承重方案：纵墙亦应可抵抗侧力，一般将内纵墙按承重墙处理 注意事项：剪力墙开设门窗或其他洞口时，应注意洞口大小和位置合理， 以保证抗侧力墙体和整个建筑物刚度不要过大削弱6.4 墙和墙体结构墙和墙体结构 6.4.4封闭墙体形成的筒体 组成：钢筋混凝土墙或砖墙形成的封闭筒体 功能：竖向管道集中的场所、垂直运输通道、抵抗水平荷载 优点：极好的抗扭转能力、抗弯刚度远远大于框架结构和一般墙体结构 应用：高层建筑物单
25、筒（当外围柱较稀时）筒中筒（当外围柱较密时）成束筒多筒筒中筒并成束筒6.4 墙和墙体结构墙和墙体结构 6.4.5挡土墙重力式挡土墙扶壁式挡土墙剪力墙体系 荷载：(1) 侧向土压力p1；(2) 高处地面荷载产生侧向压力p2； (3) 挡土墙自重（墙身W1，底板及扶壁W2） (4) 底板以上回填土重E；(5) 侧向水压力和被动土压力p3 分类：(1) 重力式挡土墙：低挡土墙H68m时， 沿纵向每23m投扶壁 6.5 桁架和网架结构桁架和网架结构 6.5.1桁架结构桁架 由直线形杆件组成三角形区格集合形成的一种平面结构单元基本原理 三角形的稳定构型节点 杆件间为铰接点内力 截面法计算：轴向压力C、轴
26、向拉力T、零杆（内力为零） 不稳定结构稳定结构6.5 桁架和网架结构桁架和网架结构 6.5.1桁架结构从外形分类 (1) 平行弦桁架 桁架高度不变，上下弦为平行的水平线，力臂r与高度H相同 特点： M/r沿跨度不均匀，各杆件受力不均匀，用料较多，不够合理6.5 桁架和网架结构桁架和网架结构 6.5.1桁架结构从外形分类（续） (2) 拱形桁架 上弦呈抛物线形，上弦各节点的均落在抛物线上，r与M变化规律几乎一致 特点：M/r沿跨度变化很小，上下弦杆轴力比较均匀，而腹杆几乎为零杆 受力合理，但由于上弦各节点在抛物线上，尺寸零碎，施工不便6.5 桁架和网架结构桁架和网架结构 6.5.1桁架结构从外形
27、分类（续） (3) 三角形桁架 上弦为斜直线，腹杆高度按直线变化，r向两端减小的趋势比抛物线快 特点：M/r往两端渐增，上下弦杆轴力中间小、两头大，且轴力值与其他类型相比 是最大的，不经济，但施工方便 一般仅适用于较小跨度的屋盖结构（跨度在12m以内） 6.5 桁架和网架结构桁架和网架结构 6.5.1桁架结构从外形分类（续） (4) 折线形桁架 是对三角形桁架和拱形桁架的一种改进，上弦由左右各两段折线杆件组成，上弦节点坐落在抛物线附近 特点：受力比较合理，施工也比较方便 在实际工程采用较多 6.5 桁架和网架结构桁架和网架结构 6.5.1桁架结构从外形分类（续） (5) 梯形桁架 上弦杆由两个
28、坡度较小的斜直线组成，半边桁架的外轮廓线为梯形，斜腹杆呈人字形 特点：刚度较好，构造比较简单，但自重较大 一般用于跨度为2436m的工业建筑物 6.5 桁架和网架结构桁架和网架结构 6.5.1桁架结构实际屋架节点 钢桁架、钢筋混凝土桁架、木桁架 均不是完全的铰节点，会产生不同程度的弯矩和剪力，称为次内力，可忽略，计算中不予考虑钢屋架节点钢筋混凝土屋架节点木屋架节点6.5 桁架和网架结构桁架和网架结构 6.5.2网架结构网架 由直线形杆件组成的空间结构单元网架结构的特点 (1) 刚度大、整体性好、抗震能力强，能够承受由于地基不均沉降所带来的不利影响，即使在个别杆件受到损伤的情况下，也能自动调节杆
29、件的内力，保持结构的安全 (2) 自重轻，节约钢材；结构高度较小，可有效利用建筑空间 (3) 适用性大，即适用于小跨度建筑，也适用于大跨度屋面，并适用于各种平面形式的建筑，如矩形、圆形、扇形及各种多边形的平面建筑形式 (4) 取材方便，一般多用Q235钢或Q345钢，杆件截面形式多采用钢管或型钢 (5) 杆件规格划一，适应工厂化生产，可加速工程进度 6.5 桁架和网架结构桁架和网架结构 6.5.2网架结构应用 公共建筑：体育馆、展览馆、影剧院、车站候车大厅、餐厅、仓库和飞机库等 工业建筑 100m以上的大跨度建筑物、几米跨度的门头装饰或广告牌常用网架形式 (1) 由平面桁架组成 两向正交正放网
30、架两向正交斜放网架三向网架6.5 桁架和网架结构桁架和网架结构 6.5.2网架结构常用网架形式（续） (2) 由四角锥体组成 正放四角锥网架星形四角锥网架斜放四角锥网架6.5 桁架和网架结构桁架和网架结构 6.5.2网架结构常用网架形式（续） (3) 由三角锥体组成 三角锥网架抽空三角锥网架6.5 桁架和网架结构桁架和网架结构 6.5.2网架结构网架节点 空间节点，合理选择节点形式和相互连接方法，对整个网架结构的受力性能、制造安装、用钢量和造价的影响都很大 (1) 角钢节点板节点（形式简单、平面尺寸较小的网架，角钢为杆件） 6.5 桁架和网架结构桁架和网架结构 6.5.2网架结构网架节点（续）
31、 (2) 空心球节点（焊接空心球节点，当前应用最广泛） 杆件与节点为焊接，节点刚度较大，能有效地传递杆端的弯矩和扭矩 缺点：现场焊接工作量大，工期长，焊缝质量不易保证 6.5 桁架和网架结构桁架和网架结构 6.5.2网架结构网架节点（续） (3) 螺栓球节点 组成：钢球、套筒、锥头、螺栓、销钉 适用：高空安装 6.5 桁架和网架结构桁架和网架结构 6.5.2网架结构平板网架的主要尺寸主要尺寸参考 (1) 平板网架的高跨比一般可取 跨度小于30m时，为1/101/13 跨度3060m时，为1/121/16 跨度大于60m时，为1/141/20 (2) 平板网架网格尺寸与网格短向跨度比一般可取 跨
32、度小于30m时，为1/81/12 跨度3060m时，为1/111/14 跨度大于60m时，为1/131/186.6 拱结构拱结构 6.6.1拱结构概述结构特征 在支承处有水平推力的结构，主要承受压力，兼有弯矩和剪力缆绳受力示意两端绞支承抛物线拱受力示意两端固定拱受力示意6.6 拱结构拱结构 6.6.1拱结构概述拱结构的组成 拱身、支承件（拱底拉杆）拱的形状6.6 拱结构拱结构 6.6.1拱结构概述拱的内力比较拱截面承受弯矩的不同（弯矩：ql2；反力、水平推力：ql ）三铰拱两铰拱无铰拱6.6 拱结构拱结构 6.6.1拱结构概述拱的合理轴线拱的合理轴线 使拱的各个截面均处于弯矩为零状态的拱轴曲线
33、 拱轴线选择原则：使拱结构在主体荷载作用下主要承受轴向压力， 尽量减小可能产生的弯矩和剪力6.6 拱结构拱结构 6.6.2拱的分类按支承条件 三铰拱、两铰拱、无铰拱按承受水平推力的构造措施 (1) 推力由拉杆承受的拱结构 组成：拱身、拉杆、竖向吊杆（减小水平拉杆的自由长度，避免水平拉杆在自重下有过大挠度） 优点：结构自身平衡，由拱脚处设置的水平拉杆承受拱身的推力 应用：建筑物主体结构构件，可使基础受力简单 上部结构构件，可替代大跨度屋架、墙梁等，使结构跨度加大，自重减轻 截面形式：型钢（推力较大时）、圆钢（推力较小时）拉杆拱拱作屋架拱作墙梁6.6 拱结构拱结构 6.6.2拱的分类按承受水平推力
34、的构造措施（续） (2) 推力由基础直接承受的拱结构 适用：水平推力不太大或地基承载力较高时 特点：基础尺寸一般都比较大 为有效抵抗水平推力，基础底面常做成斜面形状 (3) 推力由侧面结构承受的拱结构 要求：侧面结构（框架结构或墙体结构）有足够的水平刚度， 以抵抗结构传来的水平推力 落地拱由框架结构支承的拱6.6 拱结构拱结构 6.6.2拱的分类按承受水平推力的构造措施（续） (4) 推力由侧面水平构件承受的拱结构 传力：水平推力水平屋盖构件两端拉杆或竖向抗侧力结构 特点：拱体内部设置水平拉杆，可取得较好的使用效果 由水平屋盖支承的拱抗侧力构件（剪力墙）水平屋盖构件两侧拉杆6.6 拱结构拱结构
35、 6.6.3拱结构的设计要点拱轴线形状 (1) 双折线拱结构 应用：双坡屋架构件 举例：两铰拱双坡屋架、三铰拱双坡屋架 (2) 二次抛物线拱结构 优点：均布荷载作用下，沿拱轴各截面弯矩为零 缺点：施工制作比较复杂 应用：建筑物的主体结构 落地拱拉杆拱6.6 拱结构拱结构 6.6.3拱结构的设计要点拱轴线形状（续） (3) 圆弧形拱结构 适用：承受径向均布荷载的结构 优点：有利于拱身分段的标准化，便于施工制作 应用：圆形水管（圆孤形拱特例） (4) 马蹄形拱结构 适用：铁路、公路的隧洞衬砌 6.6 拱结构拱结构 6.6.3拱结构的设计要点承受荷载 (1) 满跨作用有沿水平方向均布的竖向荷载 (2
36、) 半跨承受均布荷载 (3) 风荷载或水平地震作用 (4) 竖向地震作用 (5) 拱脚支座可能有水平或竖向移动（如拉杆伸长、抗侧力结构的侧移、基础不均匀沉降） (6) 因拱环压缩变形和温度伸缩而引起的拱身内力变化 不可能在估算时同时考虑，但初步估算时要留有足够余地6.6 拱结构拱结构 6.6.3拱结构的设计要点拱结构的主要尺寸 (1) 跨度l（按使用需要确定） 跨度小的拱：地下通道的顶盖，跨度可1.52m 跨度大的拱：公共建筑的主体结构，跨度一般为3040m，甚至95200m (2) 矢高f（与建筑外形、使用要求、屋面构造处理、结构内力（如轴力、弯矩、拱脚推力）计算等因素有关） 规律：矢跨比（
37、f/l）越大，拱脚推力越小 常用矢高：屋盖结构f/l=0.10.2；公共建筑主体结构f/l=0.20.5 6.6 拱结构拱结构 6.6.3拱结构的设计要点拱结构的主要尺寸（续） (3) 截面形状和尺寸（与建筑材料、结构跨度有关） 钢筋混凝土拱采用实体形截面：矩形、工字形、波形、折板形 钢或木结构拱采用格构式 箱形截面（清华综合体育中心，l=116m，f/l=1/3.7）格构式6.6 拱结构拱结构 6.6.3拱结构的设计要点拱结构的主要尺寸（续） (4) 拱结构的预防失稳 拱身以承受压力为主，有发生屈曲失稳的可能性 措施：拱身抗压承载能力的验算中考虑乘以小于1的稳定系数 拱身侧向设置支撑构件，为
38、横向檩梁、交叉斜撑等，使几榀拱结构联合成一个整体 屈曲失稳预防措施6.7 壳体结构壳体结构 6.7.1壳体结构概述自然界与日常应用的壳体结构古希腊的圆筒仓库罗马万神庙厚跨比约1/10直径61mm，壳壁加肋110mm，厚跨比约1/550罗马小体育宫6.7 壳体结构壳体结构 6.7.1壳体结构概述几何特征：曲面结构特征：空间薄壁结构受力特征：薄膜内力（轴向压力或拉力和剪力，以轴向压力为主）优点 (1) 比类似尺寸的直线形、曲线形或平面形结构有更大的强度和刚度 (2) 合理利用材料，节约材料，降低造价缺点 (1) 压屈失稳 (2) 施工费用高（模板、脚手架、人工费），可抵消优点(2) 措施 骨架式壳
39、面、改现浇混凝土为预制装配式分片浇筑、重复使用模具、利用永久性模具、充气模具等6.7 壳体结构壳体结构 6.7.2壳体结构的曲面形式旋转曲面 由一平面曲线（或直线）作为母线绕其平面内的一根轴线旋转而成的曲面曲纹平移曲面 由一根竖向曲母线沿另一竖向曲导线平移而成球形曲面圆锥曲面旋转双曲面椭圆抛物面双曲抛物面6.7 壳体结构壳体结构 6.7.2壳体结构的曲面形式直纹平移曲面 一根直母线，其两端各沿两固定曲导线平移而成柱曲面柱状曲面劈锥曲面锥面扭面6.7 壳体结构壳体结构 6.7.2壳体结构的曲面形式由上述三类曲面切割组合形成麻省理工学院大会堂著名建筑师萨瑞南(E.Saarinon)西班牙Algec
40、iras市场著名建筑结构大师托罗哈(E.Torroja)两柱形曲面正交八个双曲抛物面六个扭壳6.7 壳体结构壳体结构 6.7.3圆球壳体圆球壳体 圆球体的一个截段圆球壳结构组成 圆球壳体（承受自重等恒载和风、雪荷载）、支承圆环（将荷载传给墙、柱或基础）受力分析竖拱：上半部分下陷、下半部分外扩倾向水平圆环：上半部分受压、下半部分受拉，界线=4552o底部支承圆环：经向受竖向压力、纬向受拉力竖拱底部被约束扩张而受弯曲内力因此：下部和底部圆环抗拉性能好，则竖拱不致压屈失稳6.8 索结构索结构 6.8.1索结构概述举例北京工人体育馆6.8 索结构索结构 6.8.1索结构概述索结构特征 (1) 索只能受
41、拉，不能受压，也不能受弯曲，因而索构件没有压屈问题 (2) 索没有刚度，用索做成结构必须采取稳定措施，从而能使索结构在荷载有变化时不必变其总体形状 (3) 索结构一般用高强度材料和轻型覆盖面做成，故有柔性和轻盈的特征，在阵风作用下会引起振颤，因而需采取措施阻止这种振颤 （措施：采用双层缆索系统、增加屋盖恒载、增设有锚固的拉索（即风缆） (4) 必须设置拉力锚固件以保证索能够承受足够的拉力；有时还要预先施加机械预拉力来调整索的形状 (5) 索所用材料一般为钢绞线和钢索；但并非一定是索，采用比索具有一定刚性的型钢、钢管或预应力混凝土板也是可以的6.8 索结构索结构 6.8.1索结构概述索结构分类
42、悬索结构(ae) 悬挂结构(f, g) 索支承结构(hl) （斜拉结构）1承重索2稳定索3侧缘构件4中心拉环单曲面索（无稳定索）单曲面索（有稳定索）径向双曲面索（无稳定索）径向双曲面索（有稳定索）鞍形双曲面索悬挂索1悬挂索2斜拉桥索支承屋盖索支承屋盖索支承梁索支承梁6.8 索结构索结构 6.8.2索结构的基本受力原理索形：绳索承受荷载后天然变形所形成的形状集中荷载作用下均布荷载作用下 力的平衡，求得同一集中力P在不同位置时索的变形和反力同一集中力P，索的矢高 f 不同时f /L=0.040.124Lxfy2qLV fqLH2816.8 索结构索结构 6.8.3悬索结构的组成和支承处理方式悬索结
43、构的组成 索网：以直径0.55mm的高强钢丝组成，分束索、钢绞线、钢丝绳 边缘构件：与悬索结构类型、建筑平面有关 一般可采用钢筋混凝土材料做成的梁、环梁、拱等构件 要求：足够的刚度 支承构件支承处理方式（与拱相反，支承处受拉力） (1) 采用斜向牵索将悬索拉到基础上1承重索2稳定索6.8 索结构索结构 6.8.3悬索结构的组成和支承处理方式支承处理方式（续） (2) 设置悬臂柱或支腿柱 (3) 设置对称的斜撑体系平衡内拉力1承重索9悬臂柱10支腿柱1承重索3斜撑14立柱15基础板6.8 索结构索结构 6.8.3悬索结构的组成和支承处理方式支承处理方式（续） (4) 设置对称的斜拱体系平衡内拉力
44、 (5) 设置封闭圆形梁或马鞍形曲线环梁平衡内拉力1承重索2稳定索4斜拱8拉杆14立柱16倒置V型支架及基础1承重索2稳定索5圆形环梁6拉环7鞍形曲线环梁8拉杆14立柱6.8 索结构索结构 6.8.3悬索结构的组成和支承处理方式支承处理方式（续） (6) 设置横向水平桁架和纵墙体系或横向水平框架和立柱体系平衡内拉力1承重索11水平桁架12纵墙13钢檩条6.9 基础基础 6.9.1基础概述基础的概念 建筑物和地基间的连接体基础的作用 把建筑物中柱、墙、筒体等竖向结构构件传来的荷载分散给地基，使基础底面上的土压力不超过地基的长期承载力基础分类 (1) 浅基础（埋深不大于36m） 条形基础；独立基础
45、或联合基础；十字交叉基础；筏形基础；箱形基础 (2) 深基础 使用情况：浅层土质太差、建筑物重力荷载太大、地下水位太高不便于开挖槽 分类：桩基、沉井6.9 基础基础 6.9.1基础概述基础分类（续） (1) 浅基础毛石、条石条基砖条基钢筋混凝土条基灰土、三合土条基素混凝土条基条形基础6.9 基础基础 6.9.1基础概述基础分类（续） (1) 浅基础（续）砖独立基础钢筋混凝土独立基础独立基础联合基础6.9 基础基础 6.9.1基础概述基础分类（续） (1) 浅基础（续）1基础梁；2底板；3顶板；4外壁；5内壁十字交叉基础筏形基础箱形基础6.9 基础基础 6.9.1基础概述基础分类（续） (2)
46、深基础桩基础沉井基础地面制作抽垫木挖土准备下沉沉井接高继续下沉就位封底1井壁；2凹槽；3刃腿；4垫木；5素混凝土；6钢筋混凝土底板6.9 基础基础 6.9.2建筑物有不均匀沉降时的基础处理发生过大不均匀沉降而使墙体开裂的原因 (1) 建筑物地基土层软硬不均 (2) 建筑物高低变化太大，地基受载不均 (3) 在同一建筑物内设置不同的结构体系和不同的基础类型，使得地基发生过大的不均匀压缩变形上部结构的预防措施 合理布置建筑平面 合理布置结构体系 合理布置纵横墙 合再布置圈梁 选用轻型结构 减轻墙体自重 采用架空地板代替室内填土等6.9 基础基础 6.9.2建筑物有不均匀沉降时的基础处理基础结构体系
47、的预防措施 (1) 在可能发生过大不均匀沉降的部位设置基础沉降缝 一端悬挑犬牙交错式上部构件做成静定构件连接6.9 基础基础 6.9.2建筑物有不均匀沉降时的基础处理基础结构体系的预防措施（续） (2) 由于相邻建筑物的沉降相互影响，相邻建筑物之间应留有间隔 6.9 基础基础 6.9.2建筑物有不均匀沉降时的基础处理基础结构体系的预防措施（续） (3) 对基础结构自身设计应考虑以下方面： 1) 对沉降要求严格的建筑物，选用较小的基底压力 2) 体型复杂、荷载差异大的，可采用箱形基础、桩基 3) 可调整各部分的基础宽度或埋置深度 (4) 按下列程序进行基础及上部结构施工 1) 施工应先重后轻 2
48、) 先施工采用桩基的建筑物 3) 可设置后浇带，分段施工 思考与习题思考与习题(1) 以简支梁和悬臂梁为例说明梁的抗弯承载力与哪些因素有关系。(2) 四边支承板中单向板与双向板是如何判断的？各自是如何将荷载传递给支座的？(3) 次主梁楼盖、交叉梁楼盖最大的区别是什么？传力路径分别是什么？(4) 墙的类型有哪三种？各自有什么功能？(5) 承重墙有哪三种？(6) 桁架从外形可分为哪五种？(7) 网架结构的特点有哪些？(8) 网架节点形式有哪三种？(9) 拱的合理轴线的概念？拱轴线选择原则如何？(10) 按支承条件、承受水平推力的构造措施，拱分别是如何分类的？(11) 壳体结构的优缺点？改善壳体结构缺点的措施是什么？(12) 索结构有哪些特征？(13) 索结构分为哪三类？(14) 悬索结构有哪件构件组成？(15) 悬索结构支承处理方式有哪六种？
