2016建筑结构(土建施工员)讲义.ppt
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1、建筑结构课件,建筑企业专业管理人员岗位资格培训,第四章 建筑结构 第一节 建筑结构基本概念 一、建筑结构荷载和结构类型 结构上的作用、作用效应,结构上的作用 结构上的“作用” 是使结构或构件产生效应(内力、变形等)的各种原因的总称,可分为直接作用和间接作用。 直接作用 以力的形式直接施加于结构上,就是荷载如自重等。 间接作用 以变形形式施加于结构上,如地震振动、地基不均匀沉降、混凝土的收缩、徐变、温度变化等,用(Q)表示。 作用效应 作用使结构产生的内力和变形称之为作用效应,用“S”表示。可以认为作用和作用效应之间呈线性关系。即: S = C Q C作用效应系数,建筑结构的荷载,1、荷载分类,
2、荷载定义:,施加在结构上的集中力或分布力,称为荷载直接作用,引起结构外加变形或约束变形的原因间接作用,在结构使用期间,其值不随时间变化,或其变化与平均值相比可以忽略不计的荷载。也称恒荷载或恒载。比如结构自重或土压力等。,在结构使用期间,其值随时间变化,或其变化与平均值相比不可以忽略不计的荷载。也称活荷载或活载。比如楼面活荷载、屋面活荷载、雪荷载、风荷载、吊车荷载等。,在结构的设计使用期间偶尔出现,或不出现,而一旦出现,其数值很大而持续时间较短的荷载。比如地震力、爆炸力、撞击力等。,(1)永久荷载,(2)可变荷载,(3)偶然荷载,2、荷载代表值,结构设计时,对于不同的荷载和不同的设计情况,应赋予
3、荷载不同的量值,即荷载代表值。可分为荷载标准值、可变荷载组合值、可变荷载准永久值、可变荷载频遇值。,荷载基本代表值。指在结构使用期间,在正常情况下出现具有一定保证率的最大荷载。,当结构同时承受两种或两种以上可变荷载时,除主导荷载(产生荷载效应最大的荷载)取标准值,其他伴随荷载取小于其标准值的组合值为代表值。,在设计基准期内经常作用在结构上的可变荷载。,作用于结构上时而出现,持续时间较短的较大可变荷载。,(1)荷载标准值,(2)可变荷载组合值,(3)可变荷载准永久值,(4)可变荷载频遇值,正常使用极限状态,承载能力极限状态表达式,示例荷载代表值的应用:极限状态设计表达式,由永久荷载控制的效应组合
4、,由可变荷载控制的效应组合,标准组合,频遇组合,准永久组合,永久荷载和可变荷载分项系数。P13 表1-10,3、 结构类型,(1)定义:,由若干构件(如柱、梁、板等)连接而成的能承受荷载和其他间接作用(如温度变化、地基不均匀沉降等)的体系,叫做建筑结构。,(2)按照承重结构所用材料的不同分类:,建筑结构,素混凝土结构,钢筋混凝土结构 应用最广泛,预应力混凝土结构,逐渐被淘汰,表1 建筑结构的分类,二、建筑结构的可靠性要求 1、结构的功能要求 (1)结构的安全等级 根据建筑物的重要性的不同、一旦发生破坏对人民生命财产的危害程度以及对社会的影响的不同,现行国家标准建筑结构可靠度设计统一标准(GB5
5、0068-2001)将建筑结构分为三级。 一级建筑 破坏后果很严重的重要建筑物 二级建筑 破坏后果严重的一般建筑物 三级建筑 破坏后果不严重的次要建筑物 见建筑结构可靠度设计统一标准1.0.9条,(2)结构的设计使用年限,定义:设计规定的一个期限,在这期限内,结构或构件只需进行正常的维护即可达到预期目的的使用。 设计使用年限分类:,(3)结构的功能要求,结构设计的主要目的是要保证所建造的结构安全适用,能够在规定的期限内满足各种预期的功能要求,并且要经济、合理。 具体来说,结构应具有以下几项功能: 安全性 是指在正常施工和正常使用的条件下,结构应能承受可能出现的各种荷载作用和变形而不发生破坏;在
6、偶然事件发生后,结构仍能保持必要的整体稳定性。例如,厂房结构平时受自重、吊车、风和积雪等荷载作用时,均应坚固不坏;而在遇到强烈地震、爆炸等偶然事件时,允许有局部的损伤,但应保持结构的整体稳定而不发生倒塌。 适用性 是指在正常使用时,结构应具有良好的工作性能。如吊车梁变形过大会使吊车无法正常运行,水池出现裂缝便不能蓄水,都影响正常使用,需要对变形、裂缝等进行必要的控制。 耐久性 是指在正常维护的条件下,结构应能在预计的使用年限内(一般为50年)满足各项功能要求,也即应具有足够的耐久性。例如,不致因混凝土的老化、腐蚀或钢筋的锈蚀等影响结构的使用寿命。,安全性、适用性和耐久性概括称为结构的可靠性。显
7、然,采用加大构件截面、增加配筋数量、提高材料性能等措施,总可以满足上述功能要求,但这将导致材料浪费、造价提高、经济效益降低。一个好的设计应该做到既保证结构可靠,同时又经济、合理,即用较经济的方法来保证结构的可靠性,这是结构设计的基本准则。,2、结构功能的极限状态,极限状态 区分结构是否可靠与失效,其分界标志就是极限状态。 所谓结构的极限状态就是结构或构件满足结构安全性、适用性、耐久性三项功能中某一功能要求的临界状态。超过这一界限,结构或其构件就不能满足设计规定的该功能要求,而进入失效状态。极限状态是区分结构工作状态的可靠或失效的标志。极限状态可分为两类:承载能力极限状态和正常使用极限状态。,(
8、1)承载能力极限状态 承载能力极限状态是指对应于结构或结构构件达到最大的承载能力或不适于继续承载的变形。当结构或结构构件出现下列状态之一时,即认为超过了承载能力极限状态: 整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡(如倾覆等); 结构构件或连接因为超过材料强度而破坏(包括疲劳破坏),或因过度变形而不适于继续承载; 结构转变为机动体系; 结构或结构构件丧失稳定(如压屈等); 地基丧失承载能力而破坏(如失稳等)。 这一极限状态关系到结构全部或部分破坏或倒塌,会导致人员伤亡或严重经济损失。因此对所有结构和构件都必须按承载力极限状态进行计算,并保证具有足够的可靠度。,(2)正常使用极限状态 正常使用极限状
9、态是指对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定的限值。当结构或结构构件出现下列状态之一时,应认为超过了正常使用极限状态: 影响正常使用或外观的变形; 影响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; 影响正常使用的其它特定状态。 按正常使用极限状态设计时,应验算结构构件的变形、抗裂度或裂缝宽度、地基变形、房屋侧移等。超过正常使用极限状态,会使结构或构件不能正常工作,使结构的耐久性受影响。,三、震级、地震烈度和抗震设防,地震是由于某种原因引起的地面强烈运动。是一种自然现象,依其成因,可分为三种类型:火山地震、塌陷地震、构造地震。构造地震是人们通常所说的地震。 补充
10、内容: 地震共分为构造地震、火山地震、陷落(塌陷)地震和诱发地震四种。 构造地震是指在构造运动作用下,当地应力达到并超过岩层的强度极限时,岩层就会突然产生变形,乃至破裂,将能量一下子释放出来,就引起大地震动,这类地震被称为构造地震,占地震总数90%以上。 火山地震是指在火山爆发后,由于大量岩浆损失,地下压力减少或地下深处岩浆来不及补充,出现空洞,引起上覆岩层的断裂或塌陷而产生地震。这类地震数量不多,只占地震总数量7%左右。,陷落(塌陷)地震是由于地下溶洞或矿山采空区的陷落引起的局部地震。陷落地震都是重力作用的结果,规模小,次数更少,只占地震总数的3%左右。 人工地震和诱发地震是由于人工爆破,矿
11、山开采,军事施工及地下核试验等引起的地震。由于人类的生产活动触发某些断层活动,引起的地震称诱发地震,主要有水库地震,深井抽水和注水诱发地震,核试验引发地震,采矿活动、灌溉等也能诱发地震。我国广东新丰江水库自1959年10月建成蓄水以来,截止到1987年,已记录到337次地震,其中1962年发生了6.1级地震,使混凝土大坝产生82米长的裂缝。,地震波按传播方式分为三种类型:纵波、横波和面波。 纵波是推进波,地壳中传播速度为557千米/秒,最先到达震中,又称P波,它使地面发生上下振动,破坏性较弱。 横波是剪切波:在地壳中的传播速度为3.24.0千米/秒,第二个到达震中,又称S波,它使地面发生前后、
12、左右抖动,破坏性较强。 面波又称L波,是由纵波与横波在地表相遇后激发产生的混合波。其波长大、振幅强,只能沿地表面传播,是造成建筑物强烈破坏的主要因素。,1、震级及地震烈度,震级:是按照地震本身强度而定的等级标度,用于衡量某次地震的大小,用符号M表示。震级的大小是地震释放能量多少的尺度,也是表示地震规模的指标,其数值是根据地震仪记录到的地震波图来确定的。一次地震只有一个震级。目前国际上比较通用的是里氏地震。M8地震称为特大地震。 地震烈度:是指某地区的地面和各类建筑物遭受到一次地震影响的强弱程度。用符号 I 表示。对于一次地震,表示地震大小的震级只有一个,但它对不同地点的影响是不一样的。地震烈度
13、还与地震等级、震源深度、土壤和地质条件、建筑物动力特性、施工质量等许多因素有关。,2、抗震设防,基本烈度:某地区今后一定时期内,一般场地条件下可能遭遇的最大地震烈度。50年内超越概率大于10%的烈度 多遇烈度:50年内超越概率大于63%的烈度 罕遇烈度:50年内超越概率大于2%3%的烈度 抗震设防烈度:为了进行建筑结构的抗震设防,按国家规定的权限批准审定作为一个地区抗震设防依据的地震烈度。抗震设防的依据是抗震设防烈度。 一般情况下,抗震设防烈度可采用中国地震动参数区划图的地震基本烈度。,2、抗震设防,抗震设防的目标结合我国的具体的情况,建筑抗震设计规范(GB500112010)提出了“三水准”
14、的抗震设防目标 1. 当遭受低于本地区设防烈度的多遇地震影响时,建筑物一般不受损坏或不需修理仍可继续使用(第一水准小震不坏); 2. 当遭受到相当于本地区抗震设防烈度的地震影响时,建筑物可能损坏,但经一般修理或不需修理仍可继续使用(第二水准中震可修); 3. 当遭受到高于本地区抗震设防烈度预估的罕遇地震影响时,建筑物不致倒塌或发生危及生命的严重破坏(第三水准大震不倒)。,抗震设防是指对房屋进行抗震设计和采取抗震措施,来达到抗震的效果。 抗震设防的依据是抗震设防烈度。,设防范围:烈度小于6度,不设防;6、7、8、9 度设防; 大于10 度地区不进行工程建设。,(2) 抗震设计的基本要求,选择对抗
15、震有利的场地、地基和基础 选择有利于抗震的建筑平面和立面布置 选择技术上,经济上合理的抗震结构体系 抗震结构的构件应有利于抗震 保证结构整体性,并使结构和连接部位具有较好的延性 非结构构件应有可靠的连接和锚固 注意材料的选择和施工质量,一般规定,砌体房屋抗震性能与建筑平面布置、结构选型、抗震计算、构造措施和施工质量相关。 砌体房屋抗震设计原则:“小震不坏、中震可修、大震不倒” 抗震概念设计主要内容: 建筑总体布置:平面布置宜规则、对称 ;立面布置宜规则 ,应避免局部的突出和错层;楼梯间布置合理,不宜设在房屋端部的第一开间及转角处,不宜突出或开设过大的窗洞。 结构选型:砌体结构房屋高度、层高、高
16、宽比限制 ;承重方案的选择;防震缝的设置 ;抗震横墙最大间距限制 ;墙体局部尺寸限制 ;地下室与基础。 抗震构造措施:钢筋混凝土构造柱 ;钢筋混凝土圈梁 ;墙体间的拉结 ;楼(屋)盖梁板与墙柱间的连接,抗震构造措施,构造柱设置规定 构造柱最小截面尺寸240mm180mm; 混凝土强度等级不低于C20; 纵筋采用412(角柱用414),箍筋6250,柱上、下端各600mm箍筋加密至100mm 。 构造柱应先砌墙后浇筑混凝土,应砌成大马牙槎; 构造柱沿墙高每隔500mm设26拉结钢筋,每边伸入墙内不宜小于1000mm。,构造柱设置,圈梁设置规定 圈梁高度不应小于120mm; 圈梁在平面上应封闭,当
17、遇有洞口被切断时应上下搭接; 圈梁应先砌墙后与构造柱一起现浇成整体;,墙体间的拉结,墙体间的拉结 大房间的外墙转角及内外墙交接处,均应沿墙高每隔500mm配置26拉结钢筋,并伸入墙内不宜小于1m。,梁板与墙柱间的拉结,楼(屋)盖梁板与墙柱间的连接,第二节 建筑地基与基础,一、建筑地基基本知识 地基与基础的关系: 1.基 础:在建筑中将建筑上部结构承受的各种荷载传到地基上的结构构件。 2.地 基:指基础底面以下,受到荷载作用影响范围内的部分岩体、土体。 3.两者的关系:基础是建筑物的组成部分。地基不属于建筑物的组成部分。两者相互影响,相互制约。,2、地基的分类 地基可分为天然地基和人工地基两种类
18、型。 天然地基:凡在天然状态下就具有足够的承载力和稳定性,不需要进行地基处理便可直接建造房屋的地基。 人工地基:指天然土层的承载力较低或虽然土层较好,但上部荷载较大,不能在这样的土层上直接建造基础,必须对其进行人工加固以提高它的承载力,这种经过人工处理的地基称为人工地基。 人工处理地基的方法:换填垫层法、预压法、强夯法、振冲法、强夯置换法、深层挤密法、化学加固法等。,补充内容,换填法(换土垫层法 ) 1、灰土垫层: 适用于地下水位较低,基槽经常处于较干燥状态下的一般粘性土地基的加固。 2、砂垫层和砂石垫层: 砂垫层和砂石垫层是将基础下面一定厚度软弱土层挖除,然后用强度较高的砂或碎石等回填,并经
19、分层夯实至密实,作为地基的持力层,以起到提高地基承载力、减少沉降、加速软弱土层排水固结、防止冻胀和消除膨胀土的胀缩等作用。 夯实地基法 1、重锤夯实法:适用于处理高于地下水位0.8m以上稍湿的粘性土、砂土、湿陷性黄土、杂填土和分层填土地基的加固处理。 2、强夯法:适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粘性土、粉土、湿陷性黄土及填土地基等的深层加固。,深层密实法 振冲法:振动水冲法(简称振冲法)加固砂土和软土地基。 振冲器启动后,在很大的水平向振动力及端部射水的联合作用下,以每分钟0.53m的速度挤入地基中,下沉到加固设计标高。清孔后,向孔内填入碎石或砂、砾石等填料,并向上逐段用振冲器挤密,使每段填
20、料均达到要求的密实度,直至地面,使在地基中形成很多的地基土啮合的碎石桩体。 由于振冲器水平向振动力作用于四周土体,加之水的饱和,使四周的土体在径向一定范围内出现短暂时段的液化,使土的结构重新排列,从而大大减少地基土的孔隙而达到加固的目的。 深层搅拌法:深层搅拌法适于加固较深、较厚的淤泥、淤泥质土、粉土和承载力不大于0.12 MPa的饱和粘土和软粘土、沼泽地带的泥炭土等地基。预压法砂井堆载预压法 适用于处理深厚软土和冲填土地基,多用于处理机场跑道、水工结构、道路、路堤、码头、岸坡等工程地基,对于泥炭等有机质沉积地基则不适用。,挤密桩施工法 1、灰土挤密桩:适用于处理地下水位以上、天然含水量122
21、5、厚度515m的素填土、杂填土、湿陷性黄土以及含水率较大的软弱地基等。 2、砂石桩: 砂桩和砂石桩统称砂石桩,适用于挤密松散砂土、素填土和杂填土等地基,起到挤密周围土层、增加地基承载力的作用。 3、水泥粉煤灰碎石桩: 水泥粉煤灰碎石桩是近年发展起来的处理软弱地基的一种新方法。,二、地质勘察报告识读 1、土的成因: 土是连续,坚固的岩石在风化作用下形成的大小悬殊的颗粒,经过不同的搬运方式,在各种自然环境中生成的沉积物。 2、土的三相组成: 土的物质成分包括有作为土骨架的固态矿物颗粒、孔隙中的水及其溶解物质以及气体。因此,土是由颗粒(固相)、水(液相)和气(气相)所组成的三相体系。,土的组成,特
22、别是土颗粒的粒组和矿物成分,是从本质方面了解土的性质的根据。但是为了对土的基本物理性质有所了解,还需要对土的三相土粒(固相)、土中水(液相)和土中气(气相)的组成情况进行数量上的研究。,土的三相比例指标:土粒比重、含水量、密度、干密度、饱和密度、有效密度、孔隙率、孔隙比、饱和度。,土的三相示意图,土颗粒,水,气 体,孔 隙,直接测定指标(可在实验室内直接测定): 土的密度或重度、含水量、土粒比重Gs(土粒密度s)。 3,3、3,3、土的物理性质指标 (1)土的基本指标。基本指标是指可用土工试验的方法直接测出来的指标。 3,1)土的天然密度和重度,2) 土粒相对密度(比重),Gs固体颗粒质量与同
23、体积水(在4时)质量之比,土粒比重范围,3) 土的含水率,(2)土的其他物理指标。 换算指标:其它指标均为换算指标(土的 孔隙比e、土的饱和度Sr等),常用的物理性质指标共有9个,一般说,已知其中任意3个,通过换算,可以求其余6个。,1、干密度d干容重d,定义:单位体积内土粒的质量或重量 表达式:,土烘干,体积要减小,因而土的干密度不等于烘干土的密度。 土的干密度或干容重是评价土密实程度的指标,干密度或干容重越大,表明土越密实,反之越疏松。常用它来控制填土工程的施工质量。,2、饱和密度sat与饱和容重sat,定义:土中孔隙完全被水充满,土处于饱和状态时单位体积土的质量或重量 表达式:,3、土的
24、有效密度 和有效重度 ,即 浮密度 与浮容重,定义:单位体积内土粒质量与同体积水质量之差 表达式:,4、土的孔隙比e,定义:土中孔隙的体积与土粒的体积之比,以小数表示 表达式:,5、土中孔隙率n,定义:土中的孔隙的体积与土的总体积之比,以百分数表示 表达式:,6、土的饱和度Sr,定义:土中孔隙水的体积与孔隙体积之比,以百分数表示 表达式:,各种密度之间的比较,土的物理状态指标及土的压实性,土的物理状态 粗粒土的松密程度 粘性土的软硬状态,土的物理性质指标 (三相间的比例关系),表示,4、土的物理状态指标,所谓土的物理状态,对于粗粒土来说,是指土的密实程度。对于细粒土而言,则指土的软硬程度或称为
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