【正文】 第一編 建筑結(jié)構(gòu)概論 第一章 緒論 第一節(jié) 建筑和結(jié)構(gòu)的關(guān)系 第二節(jié) 建筑結(jié)構(gòu)的基本要求 第三節(jié) 建筑結(jié)構(gòu)的分類和結(jié)構(gòu)選型 第一節(jié) 建筑和結(jié)構(gòu)的關(guān)系 ? 建筑： 建筑物和構(gòu)筑物的通稱。 ? 建筑物： 人們社會(huì)生活和生產(chǎn)的環(huán)境，如住宅、廠房。 ? 構(gòu)筑物： 一般不直接進(jìn)入其間進(jìn)行生活和生產(chǎn)的空間。如 煙囪、水塔等。 ? 建筑物構(gòu)成的基本要素： 建筑功能、物質(zhì)技術(shù)條件和 建筑形象。 ? 建筑結(jié)構(gòu)： 建筑物的空間承重骨架系統(tǒng)。 ? 建筑結(jié)構(gòu)的功能： (1) 滿足使用和審美要求 —— 選擇合適的結(jié)構(gòu)型式； (2) 抵御自然界的各種作用 —— 選擇結(jié)構(gòu)的材料和結(jié)構(gòu)體系。 第二節(jié) 建筑結(jié)構(gòu)的基本要求 ： 結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的任何一個(gè)部分都不發(fā)生運(yùn)動(dòng)。 ： 整體結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分作為整體不允許發(fā)生危險(xiǎn)的運(yùn)動(dòng)，如傾覆和滑移等。 ： 結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的任何一部分在預(yù)計(jì)的荷載作用下必須安全可靠。 ： 使用期間不發(fā)生過大的變形 、裂縫和損壞等。 ： 造價(jià)、施工及使用維護(hù)等。 ： 精神需要（民族風(fēng)格、時(shí)代風(fēng)貌等 ）。 第三節(jié) 建筑結(jié)構(gòu)的分類和結(jié)構(gòu)選型 一、建筑結(jié)構(gòu)的分類 二、建筑結(jié)構(gòu)選型 （一） 按材料分類 1. 混凝土結(jié)構(gòu)： 素混凝土結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。 ? 適用范圍：廣泛用于一般工業(yè)與民用建筑及多種特種結(jié)構(gòu)（水塔、水池、煙囪等）中。 ? 優(yōu)點(diǎn)：節(jié)約鋼材、耐火耐久、可模性好、整體性好。 ? 缺點(diǎn)：自重大，抗裂性差。 2. 砌體結(jié)構(gòu)： 由塊材及砂漿砌筑而成的結(jié)構(gòu)。 ? 適用范圍：主要用于居住建筑和多層民用房屋（如辦公樓、教學(xué)樓、旅館等）中。 ? 優(yōu)點(diǎn)：易于就地取材，成本低。結(jié)構(gòu)耐久性和耐腐蝕性好。 ? 缺點(diǎn)：自重大，施工砌筑進(jìn)度慢，整體性差。 一、建筑結(jié)構(gòu)的分類 3. 鋼結(jié)構(gòu)： 以鋼材為主的結(jié)構(gòu)。 ?適用范圍： 主要用于大跨度的建筑屋蓋（如體育館、劇院等）、吊車噸位很大或跨度很大的工業(yè)廠房骨架，以及超高層建筑的房屋骨架。 ?優(yōu)點(diǎn)： 鋼結(jié)構(gòu)材料質(zhì)量均勻、強(qiáng)度高，構(gòu)件截面小、重量輕，可焊性好，制造工藝簡(jiǎn)單。 ?缺點(diǎn)： 鋼材易腐蝕，耐火性差，成本高。 4. 木結(jié)構(gòu)： 以木材為主的結(jié)構(gòu)。 ?適用范圍： 受到自然條件的限制，僅在山區(qū)和林區(qū)使用。 ?優(yōu)點(diǎn)： 制作簡(jiǎn)單，自重輕，容易加工。 ?缺點(diǎn)： 易燃、易腐蝕。 5. 鋼－混凝土組合結(jié)構(gòu)： 結(jié)構(gòu)構(gòu)件用型鋼和混凝土組成，或型鋼、鋼筋和混凝土組成。 （ 1） 鋼－混凝土組合樓板（ 見下圖 ） （ 2） 鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)（又稱勁性混凝土結(jié)構(gòu)）：以型鋼為骨架外包鋼筋混凝土組成的結(jié)構(gòu)。其截面形式 見附圖 。 （以深圳帝王大廈為例） （ 3） 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)：在封閉的薄壁鋼管中澆注混凝土形成的組合結(jié)構(gòu)，一般用作受壓構(gòu)件。 （以日本東京中央?yún)^(qū)高層住宅為例） 鋼－混凝土組合梁板結(jié)構(gòu) 鋼－混凝土組合梁板結(jié)構(gòu)，梁下部用鋼梁，上部用混凝土（一般采用壓型鋼板－混凝土組合板）。鋼梁和混凝土板之間用剪力連接件連接。主要用于高層樓蓋、吊車梁和橋梁結(jié)構(gòu)。 優(yōu)點(diǎn)：鋼－混凝土組合梁截面中混凝土主要受壓，鋼梁受拉，充分利用材料?；炷涟鍏⑴c組合梁工作，提高鋼梁的豎向和側(cè)向剛度。 缺點(diǎn)：鋼材易腐蝕，耐火性差。 鋼骨混凝土構(gòu)件的截面形式 （ a）梁 （ b）柱 深圳帝王大廈 81層，高 325米。是我國(guó)目前最高的鋼－－ 混凝土組合結(jié)構(gòu)， 58層以下采用鋼骨混凝土柱。 日本東京中央?yún)^(qū)高層住宅 （ a）標(biāo)準(zhǔn)層平面 （ b）梁柱接頭 該住宅地上 33層，高 米，采用鋼管混凝土柱、鋼骨混凝土梁結(jié)構(gòu)，是鋼－混凝土組合結(jié)構(gòu)的一個(gè)成功范例。內(nèi)部 2排柱用圓管，外部4排柱用方管，混凝土強(qiáng)度 3642MPa ? 鋼管混凝土柱充分發(fā)揮鋼管和混凝土的作用。對(duì)于混凝土而言，混凝土在荷載作用下處于三向受壓狀態(tài)，抗壓強(qiáng)度和變形能力顯著提高。對(duì)于薄壁鋼管，中間填實(shí)混凝土以后，大大提高了側(cè)向穩(wěn)定性。鋼管混凝土柱承載能力很高，重量輕，耐疲勞，耐沖擊。而且核心混凝土沒有鋼筋，澆筑混凝土很方便，施工簡(jiǎn)便。 ? 鋼管混凝土柱一般用于單柱承載力大的高層、大跨度、重荷載的結(jié)構(gòu)。如工業(yè)廠房框架柱或排架柱、高層建筑的底層柱等。 （二）按受力和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類 1. 混合結(jié)構(gòu)： 樓、屋蓋一般采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，墻體和基礎(chǔ)采用砌體結(jié)構(gòu)。 （見附圖） 2. 排架結(jié)構(gòu)： 主要承重體系是屋面橫梁（屋架或屋面大梁）、柱及基礎(chǔ)，主要用于單層工業(yè)廠房。 （見附圖） 3. 框架結(jié)構(gòu)： 由橫梁和柱及基礎(chǔ)組成的主要承重體系。 （見附圖） 4. 剪力墻結(jié)構(gòu)： 縱、橫布置的成片鋼筋混凝土墻體稱為剪力墻。剪力墻和鋼筋混凝土樓、屋蓋整體連接形成剪力墻結(jié)構(gòu)。 （見附圖） 5. 其他形式的結(jié)構(gòu)： （ 1）高層和超高層結(jié)構(gòu)體系中有：框架－剪力墻結(jié)構(gòu)、框架－筒體結(jié)構(gòu)、筒中筒結(jié)構(gòu)等。 （ 2）單層廠房：剛架結(jié)構(gòu) （ 3）單層大跨度房屋的屋蓋：殼體結(jié)構(gòu)、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、懸索結(jié)構(gòu)等。 混合結(jié)構(gòu) 剪力墻結(jié)構(gòu) 框架結(jié)構(gòu) 排架結(jié)構(gòu) 二、建筑結(jié)構(gòu)選型 （一）多層和高層房屋結(jié)構(gòu) 1. 混合結(jié)構(gòu)體系： 豎向承重構(gòu)件采用砌體結(jié)構(gòu)，水平承重構(gòu)件采用鋼筋混凝土梁板結(jié)構(gòu) 。 （ 見教材 ） 2. 框架結(jié)構(gòu)體系： （ 見附圖 ） 1）分類：橫向框架承重、縱向框架承重和縱橫向混合承重。 （ 見附圖 ） 2）全框架結(jié)構(gòu)、內(nèi)框架結(jié)構(gòu)、底層框架結(jié)構(gòu) （ 見附圖 ） 3. 剪力墻結(jié)構(gòu)體系 1）剪力墻結(jié)構(gòu) ： 縱橫向交叉的墻體都由剪力墻組成。 （ 見教材 ） 2）框架－剪力墻 ： 豎向承重構(gòu)件為框架和剪力墻 （ 見附圖 ） 3）筒體結(jié)構(gòu) ： 由剪力墻圍成筒體，由一個(gè)或多個(gè)筒體組成的結(jié)構(gòu)。 ? 框筒：由加密柱并加強(qiáng)梁的剛度而形成的整體受力體系。（ 紐約世界貿(mào)易中心 －鋼結(jié)構(gòu)框筒結(jié)構(gòu)） ? 框架－筒體：周邊稀柱框架和核心筒組成。（ 見附圖 、 上海金貿(mào)大廈 －框架－核心筒結(jié)構(gòu)） ? 成束筒：多個(gè)筒體組成。（ 美國(guó)芝加哥西爾斯大廈 －成束筒結(jié)構(gòu)） 4. 高層房屋結(jié)構(gòu)的布置要點(diǎn) （略） 全框架結(jié)構(gòu) 底層框架結(jié)構(gòu) 框架承重方案：橫向、縱向、混合承重 框架結(jié)構(gòu)的幾種平面 框架－剪力墻結(jié)構(gòu)體系平面（北京飯店新樓， 18層） 框架－筒體結(jié)構(gòu)體系平面 （上海聯(lián)誼大廈） ? 紐約世界貿(mào)易中心：大樓于 1966年開工，歷時(shí) 7年， 1973年竣工以后，以 411米的高度作為 110層的摩天巨人而載入史冊(cè)。它是由 5幢建筑物組成的綜合體。其主樓呈雙塔形，塔柱邊寬 。大樓采用鋼結(jié)構(gòu)，用鋼 7萬 8千噸，樓的外圍有密置的鋼柱，墻面由鋁板和玻璃窗組成，有“世界之窗”之稱。 ? 大樓有 84萬平方米的辦公面積，可容納 5萬名工作人員，同時(shí)可容納 2萬人就餐。其樓層分租給世界各國(guó) 800多個(gè)廠商，還設(shè)有為這些單位服務(wù)的貿(mào)易中心、情報(bào)中心和研究中心，在底層大廳及 4 78兩層高空門廳中，有種類齊全的商業(yè)性服務(wù)行業(yè)。樓中共有電梯 104部，地下有可供停車 2022輛的車庫，并有地鐵在此經(jīng)過設(shè)站。 上海金貿(mào)大廈采用的是框架－核心筒結(jié)構(gòu)，建筑物 88層，高 。鋼筋混凝土核心筒呈八角形，周邊 8根鋼骨混凝土柱底部截面 ，柱中配置 2根焊接H型鋼。 芝加哥西爾斯大廈 (Sears Tower)是世界第二美國(guó)第一高樓 ， 僅次于吉隆坡石油大廈雙塔 ，110層 443米 ， 建成于 1974年 。 結(jié)構(gòu)體系為模數(shù)化的束筒結(jié)構(gòu) ， 由九個(gè)單筒組成 ， 每個(gè)筒體平面為邊長(zhǎng) 正邊形 ， 沿高度分段截?cái)?。 FBI確信 ， 紐約的地理坐標(biāo)世界貿(mào)易大廈倒塌后 ， 作為芝加哥地理坐標(biāo)的西爾斯大廈 ， 已經(jīng)成為恐怖分子的下一個(gè)目標(biāo) 。 （二）單層大跨度結(jié)構(gòu) 1. 鋼筋混凝土單層廠房結(jié)構(gòu) 1）排架結(jié)構(gòu)：橫梁和柱鉸接、柱和基礎(chǔ)剛接。 （見附圖） 2）剛架結(jié)構(gòu)：由梁柱和一的結(jié)構(gòu)構(gòu)件組成的結(jié)構(gòu)。用于中小型單層廠房。 （見附圖） 3）拱結(jié)構(gòu)：拱是承受壓力為主的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)會(huì)對(duì)支座產(chǎn)生較大的側(cè)推力。 （見附圖） 2. 其他型式的結(jié)構(gòu) 1） 薄殼結(jié)構(gòu) ：一種以受壓為主的空間受力體系。形式：旋轉(zhuǎn)曲面、平移曲面、直紋曲面 （見附圖） 2） 網(wǎng)架結(jié)構(gòu) ：由平面桁架發(fā)展起來的一種空間受力體系。分為平板網(wǎng)架和曲面網(wǎng)架。 3） 懸索結(jié)構(gòu) ：主要用于橋梁結(jié)構(gòu)，用于體育館則適用于大跨度建筑物，如體育館、影劇院等。 4）折板結(jié)構(gòu) （ a）單跨排架結(jié)構(gòu) （ b）等高排架 （ c）不等高排架 （ d）鋸齒形排架結(jié)構(gòu) (a)無鉸剛架 (b)雙鉸剛架 (c)三鉸剛架 (d)雙跨剛架 ?剛架的橫梁和立柱整體澆筑在一起，交接處形成剛結(jié)點(diǎn)，該處需要較大截面，因而剛架一般為變截面。橫梁一般為人字形，整個(gè)剛架呈“門”形，故稱為門式剛架。它不易用于吊車噸位大的廠房，跨度一般 18m左右。 水平力的傳遞 帶拉桿的拱 （ a）室內(nèi)拉桿拱 （ b）落地拱 ? 為了可靠傳遞拱的水平推力，采取以下措施 （ 1）設(shè)置水平拉桿； （ 2）推力由側(cè)邊框架或剛架傳至基礎(chǔ)； （ 3）當(dāng)拱的水平體力不大且地基的承載力大，壓縮性小時(shí)，水平推力直接由地基抵抗。 （ 1）旋轉(zhuǎn)曲面：平面曲線繞豎軸旋轉(zhuǎn)形成的曲面 （ 2）平移曲面：一豎向曲線（母線）沿另一曲線（導(dǎo)線）平行移動(dòng)時(shí)所形成的曲面 （ a） 橢圓拋物面 （ b） 雙曲拋物面 （ 3）直紋曲面：一段直線的兩端沿兩條固定的曲線移動(dòng)所形成的曲面 （ a）單柱曲面 （ b）劈錐曲面 國(guó)家奧林匹克體育中心體育館（左）、游泳館（右）（ 1989） Gymnasium (left) and Natatorium (right) of the National Olympic Sports Center(1989) 國(guó)家奧林匹克體育中心體育館采用斜拉索人字形網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。 （ a）平板網(wǎng)架 （ b）曲面網(wǎng)架 悉尼歌劇院建筑總面積 88258平方米 ,包括一個(gè)有 2690座的大音樂廳 ,一個(gè)有 1547座的歌劇廳 ,一個(gè)可容 500多人的劇場(chǎng)和一個(gè)小音樂廳。此外 ,還設(shè)有排演廳、接待廳、展覽廳、錄音廳以及戲劇圖書館和各種附屬用房（如餐廳、小賣部等）共 900多個(gè)房間 ,同時(shí)可容 6000多人在其中活動(dòng)。 悉尼歌劇院的外觀為三組巨大的殼片 ,聳立在一南北長(zhǎng) 186米、東西最寬處為 97米的現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基座上。第一組殼片在地段西側(cè) ,四對(duì)殼片成串排列 ,三對(duì)朝北 ,一對(duì)朝南 ,內(nèi)部是大音樂廳。第二組在地段東側(cè) ,與第一組大致平行 ,形式相同而規(guī)模略小 ,內(nèi)部是歌劇廳。第三組在它們的西南方 ,規(guī)模最小 ,由兩對(duì)殼片組成 ,里面是餐廳。其他房間都巧妙地布置在基座內(nèi)。整個(gè)建筑群的入口在南端 ,有寬 97米的大臺(tái)階。車輛入口和停車場(chǎng)設(shè)在大臺(tái)階下面。 烏特松參加設(shè)計(jì)競(jìng)賽方案過于簡(jiǎn)略 ,后來在工程進(jìn)行中遇到了一系列復(fù)雜而困難性技術(shù)課題。例如起初設(shè)想那些巨大的殼片是鋼筋混凝土殼體結(jié)構(gòu) ,經(jīng)過深入研究后發(fā)現(xiàn) ,只能將每一個(gè)殼片劃分為一條條鋼筋混凝土的肋券 ,再分段預(yù)制 ,然后才能組合成整體。為了減少施工的困難 ,又將全部殼片改為同樣的曲革 ,使每一個(gè)殼片都相當(dāng)于假想半徑為 76米的圓球表面的一部分。為研究和設(shè)計(jì)這些殼片的結(jié)構(gòu) ,用去 8年時(shí)間 ,施工也費(fèi)時(shí) 3年多。工程預(yù)算 700萬美元 ,實(shí)際費(fèi)用達(dá) 12022萬美元。 江陰長(zhǎng)江大橋 主跨1385米， 1999年 懸索橋 又名吊橋，是以承受拉力的纜索或鏈索作為主要承重構(gòu)件的橋梁。懸索橋由懸索、索塔、錨碇、吊桿、橋面系等部分組成。懸索橋的主要承重構(gòu)件是懸索，它主要承受拉力，一般用抗拉強(qiáng)度高的鋼材（鋼絲、鋼絞線、鋼纜等）制作。由于懸索橋可以充分利用材料的強(qiáng)度，并具有用料省、自重輕的特點(diǎn)，因此懸索橋在各種體系橋梁中的跨越能力最大，跨徑可以達(dá)到 1000米以上。 1981