第5章建筑结构的基本构件结构单元和结构体系.ppt
建筑结构概论,丁敏 中国农业大学 土木工程系,第5章 建筑结构的基本构件、结构单元和结构体系,建筑结构的基本构件,主要内容,5.1,建筑结构的结构单元,5.2,建筑结构的结构体系,5.3,主体结构间的变形缝,5.4,常见构件（约9种）,5.1 建筑结构的基本构件,5.1.1,板 指覆盖一个具有较大平面尺寸但却有较小厚度的平面形构件，通常在水平方向设置，承受垂直于板面方向的荷载，以受弯曲为主 梁 指承受垂直于其纵轴方向荷载的直线形构件，其截面尺寸小于其长向跨度，以受弯曲、受剪切为主 柱 指承受平行于其纵轴方向荷载的直线形构件，其截面尺寸小于其高度，以受压缩、受弯曲为主 墙 指承受平行于及垂直于墙面方向荷载的竖向平面构件，其厚度小于墙面尺寸，以受压缩为主，有时也受弯曲、受剪切,常见构件（约9种）,5.1 建筑结构的基本构件,5.1.1,杆 指截面尺寸小于其长度的直线形杆件，承受与其长度方向一致的轴力（拉伸或压缩），多用于组成桁架或网架或用于单独承受拉力的杆件 拱 指承受沿其纵轴平面内荷载的曲线形构件，其截面尺寸小于其弧长，以受压缩为主，也受弯曲和剪切 壳 一种曲面形且具有很好空间传力性能的构件，能以极小厚度覆盖大跨度空间，以受压缩为主 索 一种以柔性受力的钢索组成的构件，具有直线形或曲线形 膜 一种用薄膜材料（如玻璃纤维布、塑料薄膜）制成的构件，能受拉,基本构件分类,5.1 建筑结构的基本构件,5.1.2,按构件受力状态分类 (1) 受弯、受剪构件（M、V）：梁、板、框架梁 (2) 受压构件（含压弯）：柱、墙、拱、壳壁、框架柱、桁架和网架中的压杆 (3) 受拉构件（含拉弯）：桁架和网架中的拉杆、索、膜 (4) 受扭构件：雨篷梁 其本受力状态：拉抻(+N)、压缩(-N) 、弯曲(+M) 、剪切(V) 、扭转(MT),基本构件分类,5.1 建筑结构的基本构件,5.1.2,按构件几何形状分类 (1) 直线形构件：指截面尺寸比构件长度小得多的直线构件，如梁、柱、杆、索,基本构件分类,5.1 建筑结构的基本构件,5.1.2,按构件几何形状分类（续） (2) 曲线形构件：指截面尺寸比构件弧长小得多的曲线构件，如曲梁、拱、悬索,基本构件分类,5.1 建筑结构的基本构件,5.1.2,按构件几何形状分类（续） (3) 平面构件：指厚度比平面边长小得多的构件，如板、墙,基本构件分类,5.1 建筑结构的基本构件,5.1.2,按构件几何形状分类（续） (4) 单曲面构件：指只有一个方向有曲率，另一方向曲率为零的曲面构件，如拱板、单面筒壳、单曲索面,基本构件分类,5.1 建筑结构的基本构件,5.1.2,按构件几何形状分类（续） (5) 双曲面构件：指两个方向都有曲率的曲面构件，如球壳、扭壳、充气构件、双曲拉索,基本构件分类,5.1 建筑结构的基本构件,5.1.2,按构件刚性特征分类 (1) 刚性构件：指在荷载作用下除有一定挠度和位移外无其他显著形状改变的构件 如板、梁、柱、墙 可设计成拉、压、弯、剪、扭有的的构件 (2) 柔性构件：指在一种荷载作用下只有一个形状，一旦荷载性质有变（如均布荷 载变为集中荷载），它的形状也会突然变化的构件 如缆索、薄膜 只能设计成受拉构件,板-梁结构单元,5.2 建筑结构的结构单元,5.2.1,楼（屋）盖结构的基本结构单元 组成：楼（屋）面板、梁 支承情况：梁是板的支承，梁支承在墙或柱上 承受荷载：楼（屋）盖竖向重力荷载,板-墙结构单元,5.2 建筑结构的结构单元,5.2.2,布置方式：板直接搁置在墙上，板可以按单向或双向铺设 特点：跨度不能过大，所用墙体较多，整体刚性很大，但使用空间不灵活 应用：宿舍、住宅,板-柱结构单元,5.2 建筑结构的结构单元,5.2.3,布置方式：板直接支承在立柱上 特点：若采用柱帽，板跨可以加大，形成宽敞的无梁使用空间 应用：贮藏性或开敞式娱乐性建筑物,梁-柱结构单元,5.2 建筑结构的结构单元,5.2.4,布置方式：横梁搁置在立柱上的基本竖向结构单元，梁柱间为铰接 承受荷载：只能承受竖向重力荷载，不能承受侧向水平荷载 要求：必须另有能支承侧向力的支撑构件来保证其侧向稳定，或者将柱固端连接 在它的支承结构（如基础）上,古代梁柱,梁-柱结构单元（续）,5.2 建筑结构的结构单元,5.2.4,铰连接,梁-墙结构单元,5.2 建筑结构的结构单元,5.2.5,布置方式：梁直接搁置在墙上的基本竖向结构单元 结点：梁墙间一般有梁垫，为铰连接； 若将梁端整体放大，与墙粘结成一体，则宜将梁墙间视作刚结点 应用：砌体结构建筑物,铰接,刚接,框架结构单元,5.2 建筑结构的结构单元,5.2.6,布置方式：与梁-柱结构单元相似，但梁柱间为刚性连接 承受荷载：既能承受竖向重力荷载又能承受侧向水平荷载，不需另设支撑构件 特点：组成的空间宽敞，可以灵活进行建筑布置 应用：适用于多种建筑物，对办公楼、商业或科教建筑更为适宜,框架结构单元（续）,5.2 建筑结构的结构单元,5.2.6,刚性连接,桁架结构单元,5.2 建筑结构的结构单元,5.2.7,桁架：将短直线杆件组成为几何形状不变的三角形图形的集合 桁架组成：上、下弦和斜、直腹杆，杆件间为铰连接 桁架结构单元组成：具有一定跨度的桁架、两侧横梁或支撑（保证侧向稳定） 支承：柱或墙 应用：一般用于屋盖，跨度范围为1230m,网架结构单元,5.2 建筑结构的结构单元,5.2.8,演变：是桁架结构的演变 纵横两个方向的桁架等高 上、下弦为交错的网格 腹杆均做成斜向，对两个方向的上下弦都起腹杆作用 支承：少量立柱 优点：大跨度的开敞空间 应用：多用于有从多群众场合的公共建筑， 如体育场馆、展览馆,拱结构单元,5.2 建筑结构的结构单元,5.2.9,特点：曲线形构件，拱底有水平推力 要求：与能够承受水平推力的拉杆或墩座连在一起 扁平拱结构：可作为屋盖 陡峭拱结构：具有水平跨越、竖向支承功能，可作为单层建筑物的主要覆盖结构 可用于大型公共建筑或工业建筑,壳体结构单元,5.2 建筑结构的结构单元,5.2.10,特点：曲面形构件 组成：壳壁、边缘构件（直梁、曲梁、拱） 应用：可作为屋盖 单层建筑物的主要覆盖结构 （形式新颖，多用于各类中小型可供观赏的建筑物以及大跨度的公共建筑物）,建筑结构组成,5.2 建筑结构的结构单元,5.2.11,建筑结构组成（续）,5.2 建筑结构的结构单元,5.2.11,如住宅建筑或文教建筑、工业建筑,如公共建筑,如高层建筑,如高层建筑,如文教、商业或公共建筑,如大型建筑,水平跨越结构体系,5.3 建筑结构的结构体系,5.3.1,楼盖结构 位置：建筑物楼层的结构组成部分 组成：各种板或板-梁结构单元 承载：楼面活载、楼盖构件及其构造层自重 屋盖结构 位置：屋顶的结构组成部分 类型：(1) 板-梁结构体系（类似楼盖）屋面板、屋面梁 (2) 桁架结构体系屋面板、檩条梁、桁架 (3) 网架结构体系屋面板、网架 (4) 拱结构体系或壳结构体系拱板、壳体 (5) 索结构体系或膜结构体系索、薄膜,竖向支撑结构体系,5.3 建筑结构的结构体系,5.3.2,组成 墙、柱 作用 竖向抗重力支承体系、竖向抗侧力支承体系 类型 (1) 墙结构体系：承重墙结构（全由砖墙或砌块墙构成） 剪力墙结构（全由混凝土墙构成） (2) 筒体结构体系：由钢筋混凝土墙或密柱深梁构成封闭竖筒 (3) 框架结构体系：梁、柱刚接，15层以下可抗重力和侧力，15层以上用来抗重力 (4) 框架-剪力墙结构体系 (5) 框架-筒体结构体系 (6) 支撑结构体系：由直线杆件做成交叉斜撑、立柱构成 或由立柱和竖向桁架构成,基础结构体系,5.3 建筑结构的结构体系,5.3.3,定义 承受由柱或墙传来竖向力和抗侧力支承体系传来水平力的基础构件 浅基础（埋深16m） 柱下独立基础、墙下条形基础、高层建筑物的筏型基础和箱形基础,独立基础,筏形基础,基础结构体系（续）,5.3 建筑结构的结构体系,5.3.3,深基础（埋深6m以上，甚至几十米） (1) 桩基础：四周受土约束的立柱 (2) 沉井基础：四周受土约束的筒体 (3) 沉箱基础：有顶盖的沉井,各结构体系的作用,5.3 建筑结构的结构体系,5.3.4,水平跨越结构体系 (1) 在竖向，通过构件弯曲承受楼面或屋面竖向荷载，并传至竖向支承结构体系 (2) 在水平方向，为水平隔板并支承竖向构件，保证竖向构件的整体性和侧向稳定 竖向支承结构体系 (1) 在竖向，承受由水平跨越结构体系传来的合部荷载，并传至基础 (2) 在水平方向，抵抗水平荷载，如风载、地震作用 基础结构体系 (1) 足够的强度，将竖向支承结构体系传来的水平和竖向作用传递地基， 需足够的基底面积 (2) 足够的刚度，地基的不均匀沉降会影响建筑物的水平和竖向结构体系,混合结构体系举例,5.3 建筑结构的结构体系,5.3.5,上海希尔顿酒店的主楼平面，该建筑地面以上43层，高143m，设防烈度为7度,框架-筒体结构体系,5.3 建筑结构的结构体系,5.3.5,多筒钢梁结构,美国New Haven Knights of Columbus保险公司大楼，地面以上23层，楼层平面为正方形,主体结构采用多筒-钢梁结构体系： 楼层平面中心处设置一个方形钢筋混凝土 核心筒； 楼层平面的4个转角处各设置一个直径为 8.7m的钢筋混凝土圆筒； 在各层楼面各个钢筋混凝土筒体之间设置 单跨空腹桁架式钢梁，作为主要承重构件， 其上再布置次梁,混合结构体系举例,5.3 建筑结构的结构体系,5.3.5,多筒悬挂体系,沈阳国税局大厦主体结构图，该建筑地下2层，地上23层，高97m,主楼采用多筒悬挂体系： 在建筑矩形平面的四个角部各 设置一个钢筋混凝土筒体，平面尺寸 为6m×7.2m 各筒之间每隔4个楼层设置纵、横 向钢梁，由两片一层楼高的钢桁架 通过上、下弦水平支撑连接而成 钢梁与筒体采用刚性连接，形成 混合结构立体巨型框架，每层钢梁之 下的几层楼盖，通过钢吊杆悬挂到钢 桁架的节点上,混合结构体系举例,5.3 建筑结构的结构体系,5.3.5,核心筒悬挂体系,南非共和国约翰内斯堡市的标准银行大楼(Standard Bank)，地面以上共37层,主体结构采用核心筒悬挂体系：整座大楼设置3道悬挑结构 每一悬挑结构层，是由核心筒向四面悬挑出桁架 然后通过钢吊杆，悬挂其下的12层楼盖,混合结构体系举例,5.3 建筑结构的结构体系,5.3.5,支撑筒体系： 组成：大型立体支撑、 支撑节间内小框架、 内部钢框架或内部立体支撑 受力： 大型立体支撑是主构件，承 担绝大部分竖向荷载和水平荷载 支撑平面内小框架及楼面内部 钢框架是次构件，担负着若干 楼层的竖向荷载和局部水平 荷载，并将它传递给主构件,香港中国银行大楼 315m,混合结构体系举例,5.4 主体结构间的变形缝,伸缩缝（建筑物过长时，基础可不断开） 缝宽3050mm,砌体结构超过60100m 钢筋混凝土结构超过5060m,5.4 主体结构间的变形缝,沉降缝 （建筑结构类型、地基土质显著不同时，基础应断开） 缝宽50mm以上,(1) 建筑物在高度或荷载方面有显著差异的部位 (2) 建筑物有显著不同主体结构交界的部位 (3) 建筑物地基上的压缩性有显著差异的部位 (4) 建筑结构的基础类型有显著不同的部位 (5) 建筑物分期建造的交界部位,5.4 主体结构间的变形缝,防震缝 （建筑物有突变处，基础可不断开） 不宜小于70mm,平面或立面布置不规则的建筑物，刚度变化处,思考与习题,(1) 列出在你学习和生活的教室楼、餐厅或宿舍里你所能看到的基础结构构件， 画示意图表明它们的形态 (2) 试述下列基本构件的区别： 梁和拱、板和墙、桁架和网架、墙体和筒体、拱板和壳体 (3) 梁架设在砖墙上，为什么说它是铰支承？混凝土基础上的柱，为什么说它是固定 支承在基础上的？从墙体伸出的悬臂梁，你认为它应具有怎样的支承条件？ (4) 试示意表示一栋高层建筑物所承受的风力和重力是由哪些结构构件承受的？它们 最后又是怎么样将这些力传到哪里？（结构体系任你假设） (5) 设想桁架可使用在哪些场合？列出你所看到的桁架形式（画出它的简图），这些 桁架的支承方式怎样？ (6) 板在一般情况下为什么只考虑受弯，不考虑受压和受剪？索为什么只能受拉，不 能受压、受弯？梁为什么只考虑受弯受剪，不考虑受压、受拉？ (7) 建筑结构中常见的构件有哪几种？受内力情况如何？ (8) 建筑主体结构间的变形缝有哪几种？,
