房屋建筑专业(第一部分).ppt
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1、1A400000房屋建筑工程管理与实务,戚振强 博士,1A400000房屋建筑工程管理与实务,1A410000 房屋建筑工程技术1A420000 房屋建筑工程项目管理与实务1A420000 房屋建筑工程法规及相关知识,lA411000 工程力学与工程结构lA412000 建筑材料lA413000 建筑构造lA414000 建筑工程施工技术lA415000 其他相关知识,1A410000 房屋建筑工程技术,1A411010 掌握杆件强度、刚度和稳定的基本概念1A411020 掌握平面力系的平衡方程及杆件内力分析1A411030 掌握主要工程结构的受力特点及应用1A411040 熟悉常用房屋结构的
2、形式、体系和受力特点1A411050 了解建筑抗震基本知识,lA411000 工程力学与工程结构,1A411010 掌握杆件强度、刚度和稳定的基本概念,lA411011 杆件的基本受力形式结构杆件的基本受力形式按其变形特点可归纳为以下五种:拉伸、压缩、弯曲、剪切和扭转。,1A411012 杆件强度的基本概念 结构杆件在规定的荷载作用下,保证不因材料强度发生破坏的要求,称为强度要求。,lA411013 杆件刚度的基本概念,结构杆件在规定的荷载作用下,虽有足够的强度,但其变形也不能过大,超过了允许的范围,也会影响正常的使用。限制过大变形的要求即为刚度要求。梁的变形主要是弯矩所引起的,叫弯曲变形。剪
3、力所引起的变形很小,可以忽略不计。影响位移因素为:(1)材料性能:与材料的弹性模量E成反比。(2)构件的截面:截面越大惯性矩越大,与截面的惯性矩I成反比。(3)构件的跨度:此因素影响最大。,lA411014 杆件稳定的基本概念,在工程结构中,受压杆件比较细长,受力达到一定的数值时,杆件突然发生弯曲,以致引起整个结构的破坏,这种现象称为失稳。因此受压杆件要有稳定的要求。受下列因素的影响材料性能杆件的截面形状及大小 杆件的长度杆件的支承情况,长细比l0/i,1A411020 掌握平面力系的平衡方程及杆件内力分析,lA411021 力的基本性质(1)力的作用效果促使或限制物体运动状态的改变,称力的运
4、动效果;促使物体发生变形或破坏,称力的变形效果。(2)力的三要素力的大小、力的方向和力的作用点的位置称力的三要素。(3)作用与反作用原理 力是物体之间的作用,其作用力与反作用力总是大小相等,方向相反,沿同一作用线相互作用。,(4)力的合成与分解 力的合成可用平行四边形法则。但是力的合成只有一个结果,而力的分解会有多种结果。(5)约束与约束反力工程结构是由很多杆件组成的一个整体,其中每一个杆件的运动都要受到相联杆件的限制或称约束。约束杆件对被约束杆件的反作用力,称约束反力。,lA411022 平面汇交力系的平衡方程及应用,(1)物体的平衡状态 物体相对于地球处于静止状态和等速直线运动状态,力学上
5、把这两种状态都称为平衡状态。(2)平衡条件 两个力大小相等,方向相反,作用线相重合,这就是二力的平衡条件。(3)平面汇交力系的平衡条件 一个物体上的作用力系,作用线都在同一平面内,且汇交于一点,这种力系称为平面汇交力系。平面汇交力系的平衡条件是,1A411023 力偶、力矩的特性及应用,(1)力矩的概念 力矩力力臂。力矩的单位是Nm。(2)力矩的平衡 物体绕某点没有转动的条件是,对该点的顺时针力矩之和等于反时针力矩之和,即 称力矩平衡方程。,(3)力矩平衡方程的应用 利用力矩平衡方程求杆件的未知力,见图1A411023-2,(4)力偶的特性两个大小相等方向相反,作用线平行的特殊力系称为力偶,如
6、图1A411023-3。力偶矩等于力偶的一个力乘力偶臂,即 力偶矩的单位是Nm或kNm。(5)力的平移法则作用在物体某一点的力可以平移到另一点,但必须同时附加一个力偶。,lA411024 用截面法计算单跨静定梁的内力,杆件结构可以分为静定结构和超静定结构两类。可以用静力平衡条件确定全部反力和内力的结构叫静定结构。(1)梁在荷载作用下的内力 图1A411024-1为一简支梁。梁受弯后,上部受压,产生压缩变形;下部受拉,产生拉伸变形。V为1-l截面的剪力,l-1截面上有一拉力N和一压力N,形成一力偶M,此力偶称1-1截面的力矩。根据可求得梁的截面上有两种内力,即弯矩M和剪力V。(2)剪力图和弯矩图
7、见图1A411024-2。,1A411025 静定桁架的内力计算,(1)计算简图桁架的节点是铰结;每个杆件的轴线是直线并通过铰的中心;荷载及支座反力都作用在节点上。二力杆,即各杆所受的力均沿杆的轴线作用,称为轴力。轴力分为拉力和压力两种。,(2)节点法 节点法是截取每个节点为隔离体(平衡对象),逐个考虑其受力和平衡,从而求出全部杆件的受力的方法。由于各节点受力均为平面汇交力系,所以可运用平面汇交力系的两个平衡方程,求出各杆件的内力。,(3)截面法截面法是求桁架杆件内力的另一种方法,应用这种计算方法的要点是:适当地选取一假想截面,将桁架截为两部分,取其中任一部分作为平衡对象,利用平面力系的三个平
8、衡方程式,求出被截杆件的内力。相对于节点法,截面法对于只需要求解部分杆件内力而不是全部时,显得更为简便。,例题:见图1A411025-2(a),用截面法求出杆件EG、DC和DF的内力。解:1首先求支座反力 按节点法例题所述方法,可得:2在桁架中作一截面,截断EG、DG和DF这三个杆件,出现三个未知力,考虑左部的受力与平衡,有:,(2004年考题)有一桁架受力及支承如下图,拉力为正,压力为负,则AC杆和AB杆的内力分别为()。A1KN,,1A411026 应力、应变的基本概念,(1)应力的概念杆件的内力是指杆件本身的一部分与另一部分之间互相作用的力,N即为1-1截面的内力。作用在截面单位面积上的
9、内力称为应力。应力 其中A为截面的面积。轴向拉力产生拉应力,轴向压力产生压应力。拉应力和压应力垂直于截面时,称为正应力。应力以或为单位。,(2)应变的概念拉杆在拉力P的作用下,杆的长度将伸长。压杆在压力的作用下,杆将缩短。如将拉力或压力卸去后,杆的长度将恢复到原来的长度,这种性质称为弹性。具有弹性的物体称为弹性体。杆的伸长(或缩短)线应变杆的伸长(或缩短)杆的原长,即 称线应变,即单位长度的伸长(或压缩)量。对于拉伸,称拉应变;对于压缩,称压应变,即单位长度的伸长(或压缩)量。(3)弹性定律弹性物体,在拉力或压力的作用下,物体将发生伸长或压缩变形,去掉拉力或压力物体将消失变形,恢复到原来的形状
10、,这种变形称为弹性变形。应力与应变成正比,这种关系叫弹性定律,也称虎克定律。,1A411030 掌握主要工程结构的受力特点及应用,lA411031 混凝土结构的受力特点及应用(1)混凝土结构的优点 1)强度较高,钢筋和混凝土两种材料的强度都能充分利用;2)可模性好,适用面广;3)耐久性和耐火性较好,维护费用低;4)现浇混凝土结构的整体性好,延性好,适用于抗震抗爆结构,同时防振性和防辐射性能较好,适用于防护结构;5)易于就地取材。混凝土结构的缺点:自重大,抗裂性较差,施工复杂,工期较长。,(2)钢筋和混凝土的材料性能 1)钢筋的力学性能:建筑钢筋分两类,一类为有明显流幅的钢筋,另一类为没有明显流
11、幅的钢筋。有明显流幅的钢筋含碳量少,塑性好,延伸率大。无明显流幅的钢筋含碳量多、强度高、塑性差、延伸率小、没有屈服台阶,脆性破坏。对于有明显流幅的钢筋,其性能的基本指标有屈服强度、延伸率、强屈比和冷弯性能四项。冷弯性能是反映钢筋塑性性能的另一个指标。,2)钢筋的成分:铁是主要元素,还有少量的碳、锰、硅、钒、钛等,另外还有少量有害元素如硫、磷。3)混凝土:抗压强度:立方体强度fcu作为混凝土的强度等级。以标准值划分砼的等级C15C80,5 N/mm2一个级差。fc棱柱体抗压强度,更好地反映砼的抗压能力。ft抗拉强度,用于裂缝宽度验算 fcu fc ft,钢筋与混凝土的相互作用叫粘结。钢筋与混凝土
12、能够共同工作依靠它们之间的粘结强度。混凝土与钢筋接触面的剪应力称粘结应力。影响粘结强度的主要因素有混凝土的强度、保护层的厚度和钢筋之间的净距离等。,极限状态及其表达式:结构功能:安全性、适用性、耐久性可靠性 极限状态:承载能力极限状态和正常使用极限状态 极限状态设计的实用表达式:为了满足可靠度的要求,在实际设计中采取如下措施:在计算杆件内力时,对荷载标准值乘以一个大于1的系数,称荷载分项系数。在计算结构的抗力时,将材料的标准值除以一个大于1的系数,称材料分项系数。对安全等级不同的建筑结构,采用一个重要系数进行调整。在采用上述措施后,可靠度指标便得到了满足。这就是以分项系数表达的极限状态设计方法
13、。,1A411032 钢筋混凝土梁的配筋原理及构造要求对梁的配筋量在规范中明确地作出规定,不允许设计成超筋梁和少筋梁,对最大最小配筋率均有限值,它们的破坏是没有预兆的脆性破坏。影响斜截面受力性能的因素剪跨比=a/h0,高跨比:h/l0混凝土的强度腹筋(箍筋及弯起钢筋)的配置情况,保证斜截面承载能力保证措施:结合构件的混凝土强度,限制截面的最小尺寸对适当配置箍筋:配箍率 若上述两项不能满足要求,可适当配置弯起钢筋,1A411033 连续混凝土梁、板的受力特点及配筋构造:连续主梁:弹性方案 在承受次梁传来的集中力处设置附加腹筋,通过计算得出腹筋数量并满足构造要求连续次梁和板:弹塑性方案(考虑塑性内
14、力重分布)连续梁、板的受力特点:跨中有正弯矩,支座有负弯矩。,1A411034 钢结构构件的受力分析及连接类型(1)钢结构的特点:材料强度高、塑性和韧性好;计算更可靠;施工方便,装配性好;易锈蚀,耐火性差(2)受弯构件钢梁(型钢、组合钢板)的验算 强度:抗弯强度:抗剪强度:,刚度:稳定性:整体稳定:下列两种情况不用验算整体稳定性。受压翼缘有铺板可靠连接 受压翼缘自由长度l1与宽度b1之比满足条件局部稳定组合钢板梁 腹板:验算h0/tw,确定是否设置加劲肋、如何设置 翼缘:外伸宽度和厚度之比应符合要求,(3)受拉、受压构件受拉构件:轴心受拉、偏心受拉 刚度通过限制长细比来保证。受压构件:轴心受压
15、 偏心受压 实腹式 格构式 通过限制板件的宽厚比来保证局部稳定。(4)梁柱节点钢结构的连接方式:焊接、螺栓连接、铆接,截面形式,5.钢结构的其他要求:制作:放样、号料、切割、校正 焊接:对焊工的要求、焊材的要求,超声波探伤和射线探伤 运输与安装:防火与防锈:临界温度550,1A411036 砌体结构的特点及适用范围采用砖、砌块和砂浆砌筑而成的结构称为砌体结构。砌体结构有以下优点:砌体材料抗压性能好,保温、耐火、耐久性能好;材料经济,就地取材;施工简便,管理、维护方便。砌体结构的应用范围广,它可用作住宅、办公楼、学校、旅馆、跨度小于15m的中小型厂房的墙体、柱和基础。砌体的缺点:砌体的抗压强度相
16、对于块材的强度来说还很低,抗弯、抗拉强度则更低;黏土砖所需土源要占用大片良田,更要耗费大量的能源;自重大,施工劳动强度高,运输损耗大。,(2)砌体的组成材料:砌筑材料 烧结砖:普通烧结砖、烧结多孔砖分5级,MU1030 非烧结砖:如灰砂砖、粉煤灰砖分4级,MU1025 砌块:按块材尺寸分为小型、中型、大型 常用的有混凝土小型空心砌块、加气混凝土砌块、石膏砌块胶凝材料 水泥砂浆:强度高、耐久性好,和易性和保水性差 混合砂浆:强度略低、和易性和保水性好 非水泥砂浆:强度低、耐久性差砖砌体抗压强度远低于单块砖的抗压强度。,1A411037 砌体结构静力计算原理和主要构造要求(1)静力计算的原理(2)
17、墙、柱高厚比验算高厚比是指墙、柱的计算高度H0与其相应厚度h的比值。砌体结构构造措施:伸缩缝、沉降缝和圈梁。,(2004年)有一墙体为弹性方案,墙高H=2.4m,墙的截面为800mmX400mm,则该墙体的高厚比为()。A.3 B.8 C,1A411038 木结构的受力特点及应用(1)木结构构件的受力形式主要有受拉、受压、受弯和受剪等。(2)木结构防火、防腐和防虫措施:(3)木结构构件制作、装配和运输过程的要求:(4)熟悉木结构材料的品种及选用原则:含水量、温度和荷载作用时间均对木材强度有影响。(5)了解木结构屋顶的组成、构造要求:木结构屋顶由屋面结构和木屋架及支撑组成。屋面结构分屋面板、檩条
18、等承重构件和屋面构造。木屋架由上下弦杆和腹杆组成。(6)木结构的节点形式和计算方法:木结构连接有齿连接、螺栓连接和钉连接。齿连接分单齿和双齿连接两种,需验算受压和受剪承载力。,1A411040 常见的房屋结构,1A411041 单层厂房的结构组成、布置与荷载传递途径1A411042 多高层房屋的结构体系(框架、剪力墙)的受力特点和结构布置1A411043 大跨度房屋结构的主要类型与受力特点,1A411041 单层厂房的结构组成、布置与荷载传递途径(1)结构组成和结构布置:单层工业厂房通常采用装配式钢筋混凝土排架结构,由横向排架、纵向联系构件和支撑组成的空间体系。屋盖结构:屋面板、屋架(屋面梁)
19、、托架和檩条 吊车梁:简支在牛腿上,承受吊车荷载 柱子:承载构件 基础:承受柱和基础梁传来的荷载,并传给地基 支撑:屋盖支撑和柱间支撑 围护结构:围护墙、连系梁、基础梁和抗风柱,主要构件,支撑的布置:屋盖支撑:上弦横向水平支撑:房屋或伸缩缝两端,间距不超过60m 下弦横向水平支撑:屋架跨度超过18m、屋架下弦有悬挂吊车、厂房内有吨位较大的桥式吊车、抗风柱支承于屋架下弦 下弦纵向水平支撑:设重级工作制吊车、厂房较高、柱距较 大(设在下弦平面靠近支座端部节间)竖向支撑:屋架跨度在1830m,屋架中部设一道,跨度大 于30m,跨度1/3处各设一道 柱间支撑:跨度18m或柱高8m;起重量 3t的悬挂吊
20、车 起重量 10t的中、轻级工作制吊车;重级工作制吊车 按规定,对某些厂房需要增设柱间支撑,(2)厂房的荷载及排架的内力计算:恒载:屋面板、屋架(屋面梁)、托架和檩条 水平:风荷载、吊车制动力 活荷载 竖向:屋面活荷载、雪荷载、积灰荷载和吊车竖 向活荷载 地震作用排架结构的基本假定:柱底与基础刚接,横梁与柱铰接 横梁刚度无限大,无轴向变形,荷载,排架结构的内力分析:荷载组合 内力组合 内力计算方案,按照空间整体作用程度和荷载特点,采用刚性方案、弹性方案、刚弹性方案 按所确定的计算方案,求出内力后,进行最不利的内力组合,通常采用四种:Mmax及其对应的N Mmin及其对应的N Nmax及其对应的
21、最大、最小M Nmin及其对应的最大、最小M,1A411042 多高层房屋的结构体系 10层及10层以上或房屋高度超过28m的房屋为高层房屋高层建筑的特点:风荷载和地震作用产生的内力占主导地位 竖向荷载中恒载占的比重较大 侧移与高度的四次方成正比,控制侧移是重点(1)多、高层房屋的常用结构体系框架结构 梁、拄组成纵、横框架,承受竖向和水平荷载,属柔性结构,最高15层(非地震区)特点:布置灵活、形成较大使用空间、较经济,侧移大、对支座不均匀沉降敏感,剪力墙结构 钢筋混凝土墙体承受竖向和水平荷载,刚性结构,剪 力墙间距38米,50层内适用 特点:抗侧刚度大、自重大、布置不灵活、造价较高 底层框架、
22、上部剪力墙,为框支剪力墙结构框架剪力墙结构 框架、剪力墙共同组成,框架承受竖向荷载,剪力墙 承受水平荷载。1020层较宜筒体结构 由单个或多个筒体组成的空间结构,抗侧刚度更大,适宜超高层:框架核心筒、框筒、筒中筒、多筒结构 筒体分为薄壁筒和框筒,(2)结构布置:根据高度选择结构体系,合理设计建筑物的平面形状 和总体型限制房屋的高宽比:平面布置的要求:简单、规则、均匀、连续竖向布置的要求:规则、均匀、避免过大的外挑和 内收,刚度宜下大上小,均匀渐变,(3)框架结构的受力特点竖向荷载作用下的近似计算分层计算法。水平荷载作用下的近似计算反弯点法。水平荷载作用下的改进反弯点法D值法。框架节点的构造,(
23、4)剪力墙结构剪力墙的分类:整体墙 整体小开口 双肢和多肢剪力墙 壁式框架,剪力墙的配筋与构造:墙肢:竖向钢筋:抵抗压弯作用 水平钢筋:抵抗剪力作用 满足最小配筋率和构造要求 边缘构件:约束边缘构件和构造边缘构件 连梁:,单排或双排筋,1A411043 大跨度房屋结构 跨度在24m以上的房屋(1)单层刚架:预应力混凝土刚架、桁架式钢结构刚架 特点:梁、柱为直线杆件,刚性连接 类型有:无铰刚架(超静定)、两铰刚架(超静定)三铰刚架(静定)(2)大跨度屋架:钢、预应力混凝土桁架 特点:杆件组成,节点铰接,荷载只作用在节点上时,桁架整体受弯,各杆件内力只有轴力,平面外刚度小 矢高和坡度:跨中高度一般
24、为跨度的1/6 1/8 起坡高度为跨度的1/12,(3)平板网架结构:钢结构网架 特点:三维空间体系,整体性和稳定性好,刚度大,适合工业化生产,安装精度要求高 曲面网架 交叉桁架体系 平板网架 角锥体系(4)拱式结构:钢筋混凝土结构 特点:拱主要内力为轴向压力,属小偏心受压,在适当的曲度和矢跨比下,拱的弯矩为零;拱脚受水平推力类型有:无铰拱(超静定)、两铰拱(超静定)三铰拱(静定),高度与短向跨度之比为1/15,腹杆倾角以45。为宜,杆件为钢管或角钢,(5)悬索结构:主要承重构件为钢索 特点:索为柔性构件,轴心受拉,垂度越小,拉力越大 组成:索网、边缘构件(索的不动铰支座)、支承结构 垂度:一
25、般为跨度的1/30(6)薄壁空间结构:现浇钢筋混凝土结构 特点:空间结构,主要承受曲面内压力,弯矩小,施工较复杂 筒壳:壳板、边梁、横隔 双曲壳:,1A411050 建筑抗震基本知识1A411051 地震震级和烈度 地震的成因主要有三种:构造地震、火山地震和陷落地震。地震是用震级M来表示其能量的大小。世界上多数国家使用的基本上是12等级划分的烈度表。,1A411052 抗震设计原则和抗震构造措施(1)基本原则“三个水准”“小震不坏、中震可修、大震不倒”(2)概念设计:选择对抗震有利的场地;建筑形状力求简单、规则;建筑物平面上的质量中心和刚度中心尽可能地靠近;选择技术先进、经济上合理的抗震结构体
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