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[高等教育]土木工程概論教案(編輯修改稿)

2025-01-12 10:55 本頁面
 

【文章內容簡介】 我校的教學樓由哪些部分組成的? 你認為 建筑結構必須滿足哪些功能要求? 高層結構的主要結構形式及特點? 教學內容 建筑工程按層數(shù)可分為單層建筑、多層建筑和高層建筑。 基本構件 建筑的基本構件可分為板、梁、柱、拱等。 板,指平面尺寸較大而厚度較小的受彎構件,通常水平放置,但 有時也斜向設置 (如樓梯板 )或豎向設置 (如墻板 )。 板按受力形式可分為單向板和雙向板。單向板指板上的荷載沿一個方向傳遞到支承構件上的板,雙向板指板上的荷載沿兩個方向傳遞到支承構件上的板。 梁 , 是工程結構中的受彎構件,通常水平放置,有時也斜向設置以滿足使用要求。 梁的截面高度與跨度之比一般為 1/ 8~1/ 16,高跨比大于 1/ 4 的稱為深梁。梁的截面高度通常大于截面的寬度,但因工程需要,梁寬大于梁高時,稱為扁梁。梁的高度沿軸線變化時,稱為變截面梁。 梁按截面形式可分為矩形梁、 T 形梁、倒 T 形梁、 L 形梁、 z 形梁、槽形梁、箱形梁、空腹梁、疊合梁等。按所用材料可分為鋼梁、鋼筋混凝土梁、預應力混凝土梁、木梁以及鋼與混凝土組成的組合梁等。 按梁的常見支承方式可分為:簡支梁、懸臂梁、一端簡支另一端固定梁、兩端固定梁、連續(xù)梁。 梁按其在結構中的位置可分為主梁、次梁、連梁、圈梁、過梁等。 柱 , 是工程結構中主要承受壓力,有時也同時承受彎矩的豎向構件。 柱按截面形式可分為方柱、圓柱、管柱、矩形柱、工字形柱、 H 形柱、 L形柱、十字形柱、雙肢柱、格構柱;按所用材料可分為石柱、磚柱、砌塊柱、木柱、鋼柱、鋼筋混凝土柱、勁性鋼筋混凝土柱、鋼管混 凝土柱和各種組合柱;按柱的破壞特征或長細比可分為短柱、長柱及中長柱;按受力特點可分為軸心受壓柱和偏心受壓柱。 鋼筋混凝土柱是最常見的柱,廣泛應用于各種建筑。鋼筋混凝土柱按制造和施工方法可分為現(xiàn)澆柱和預制柱。 拱 , 曲線結構,主要承受軸向壓 力,廣泛應用于拱橋,在建筑中應用較少, 典型應用為磚混結構中的磚砌門窗拱形過梁,亦有拱形的大跨度結構。 單層建筑與多層建筑 單層建筑 : 可分為一般單層建筑和大跨度建筑。 ( 1)一般單層建筑 一般單層建筑按使用目的可分為民用單層建筑和單層工業(yè)廠房。 民用單層建筑一 般采用磚混結構,即墻體采用磚墻,屋面板采用鋼筋混凝土板,多用于單層住宅、公共建筑、別墅等。 單層工業(yè)廠房一般采用鋼筋混凝土柱或鋼結構柱,屋蓋采用鋼屋架結構。按結構形式可分排架結構和剛架結構。單層工業(yè)廠房通常由屋蓋結構、吊車梁、柱子、支撐、基礎和維護結構組成。 ( 2)大跨度結構 大跨度結構常用于展覽館、體育館、飛機機庫等,其結構體系有網(wǎng)架結構、索結構、薄殼結構、充氣結構、應力膜皮結構、混凝土拱形桁架等。 多層建筑 多層和高層結構主要應用于居民住宅、商場、辦公樓、旅館等建筑。我國以 8 層為界限,低于 8 層者稱為 多層建筑, 多層建筑常用的結構形式為混合結構、框架結構??蚣芙Y構指由梁和柱剛性連接而成骨架的結構??蚣芙Y構的優(yōu)點是強度高、自重輕、整體性和抗震性能好。因其采用梁柱承重,因此建筑平面布置靈活,可獲得較大的使用空間。 多層建筑可采用現(xiàn)澆,也可采用裝配式或裝配整體式結構。 高層建筑與超高層建筑 高層建筑,超過一定高度和層數(shù)的多層建筑。在美國, 7 層以上視為高層建筑;在日本, 31m或 8 層及以上視為高層建筑;在英國,把等于或大于 。中國自 2020 年起規(guī)定超過 10 層的住宅建 筑和超過 24 米高的其他民用建筑為高層建筑。 高層結構的主要結構形式有:框架結構,框架 — 剪力墻結構,剪力墻結構,框支剪力墻結構,筒體結構等。 ①框架結構 框架結構因其受力體系由梁和柱組成,用以承受豎向荷載是合理的,在承受水平荷載方面能力很差。因此僅適用于房屋高度不大、層數(shù)不多時采用。 ②框架 — 剪力墻結構 剪力墻即為一段鋼筋混凝土墻體,固其抗剪能力很強,故稱為剪力墻。在框架 — 剪力墻結構中,框架與剪力墻協(xié)同受力,剪力墻承擔絕大部分水平荷載,框架則以承擔豎向荷載為主,這樣,可以大大減小柱子的截面。 ③剪力墻結構 當房屋的層數(shù)更高時,橫向水平荷載已對結構設計起控制作用,如仍采用框架 — 剪力墻結構,剪力墻將需布置得非常密集,這時,宜采用剪力墻結構,即全部采用縱橫布置的剪力墻組成,剪力墻不僅承受水平荷載,亦用來承受豎向荷載。 ④框支剪力墻結構 兩種建筑的功能完全不同,為完成這兩種體系的轉換,需在其交界位置設置巨型的轉換大梁,將上部剪力墻的荷載傳到下部柱子上。這種結構體系,我們稱之為框支剪力墻體系。 ⑤筒體結構 筒體結構是由一個或多個筒體作承重結構的高層建筑體系,適用于層數(shù)較多的高層建筑。筒體結構可分為框筒體系、筒中筒體系、 桁架筒體系、成束筒體系等。 特種結構 特種結構是指具有特種用途的工程結構,包括高聳結構、海洋工程結構、管道結構和容器結構等。 煙囪 煙囪分為磚煙囪、鋼筋混凝土煙囪和鋼煙囪三類。 磚煙囪的高度一般不超過 50 m; 鋼筋混凝土煙囪多用于高度超過 50m 的煙囪,一般采用滑模施工。鋼筋混凝土煙囪按內襯布置方式的不同,可分為單筒式、雙筒式和多筒式。 鋼煙囪自重小,有韌性,抗震性能好,適用于地基差的場地,但耐腐蝕性差,需經(jīng)常維護。鋼煙囪按其結構可分為拉線式、自立式和塔架式。 水塔 水塔按建筑材料分為鋼筋混 凝土水塔、鋼水塔、磚石塔身與鋼筋混凝土水箱組合的水塔。 ( 3)水池 水池同水塔一樣用于儲水;水池多建造在地面或地下。 ①水池的分類 A、按水池的材料分為:鋼水池、鋼筋混凝土水池、鋼絲網(wǎng)水泥水池、磚 石水池等。 B、按水池的平面形狀分為:矩形水池和圓形水池。 C、按水池的施工方法分為:頂制裝配式水池和現(xiàn)澆整體式水池。 D、按水池的配筋形式分為:預應力鋼筋混凝土水池和非預應力鋼筋混凝土水池。 ②水池的構造組成 圓形水池由頂蓋、池壁和底板三部分組成。 ( 4)筒倉 根據(jù)所用的材料,筒倉可做成鋼筋混凝土筒倉、鋼筒 倉和磚砌筒倉。鋼筋混凝土筒倉又可分為整體式澆筑和預制裝配、預應力和非預應力的筒倉。我國目前應用最廣泛的是整體澆筑的普通鋼筋混凝土筒倉。 ( 5)核電站 未來展望 建筑的發(fā)展要綜合利用多種要素以滿足人類居住需要的完整形象,走可持續(xù)發(fā)展之路。因此,新建筑運動的發(fā)展包括建筑科學技術的進步和藝術的創(chuàng)新兩部分,具體包括以下五方面: ( 1)生態(tài)觀 —— 正視生態(tài)困難,加強生態(tài)意識 ( 2)經(jīng)濟觀 —— 力臻人居環(huán)境建設活動與經(jīng)濟發(fā)展良性互動 ( 3)科技觀 —— 充分利用科學技術,推動經(jīng)濟發(fā)展和社會繁榮 ( 4)社會觀 —— 關懷最廣 大的人民群眾,重視社會發(fā)展的整體利益 ( 5)文化觀 —— 積極推動建筑文化和藝術的創(chuàng)造、發(fā)展和繁榮 第 5 章 教學 章節(jié) 第 五 章 交通土建 工程 教學 目的 明確道路公路、鐵路工程和隧道工程的分類和基本組成;了解機場工程的內容和特點。 教學 要求 明確隧道工程、道路工程、及鐵路工程的主要內容和特點; 了解機場工程的內容和特點。 教學 重點 道路工程 和鐵路工程的基本體系 教學 難點 道路工程 和鐵路工程的基本體系 教學 方式 多媒體 為主 、板書 為輔 計劃 學時 4 學時 教學 內容 道路工 程 鐵路工程 機場工程 隧道工程 思考題 城市道路應具有哪些功能,你最關注哪一個? 公路在選線時必須考慮的主要因素? 教學內容 道路工程 道路是一種帶狀的三維空間人工構筑物,它包括路基、路面、橋梁、涵洞、隧道等工程實體。道路的設計一般從幾何和結構兩大方面進行。 道路的分類 道路運輸從廣義上講是指貨物和旅客借助一定的運輸工具,沿道路某個分向,作有目的的移動過程。狹義上講道路運輸則是汽 車在道路上有目的的移動過程。 根據(jù)其所處的位置、交通性質、使用特點等主要可分為公路、城市道路。 ( 1) 公路的分類 目前我國的公路等級按照其使用任務、功能和適應的交通量分為:高速公路、一級公路、二級公路、三級公路、四級公路五個等級。 按照公路的位置以及在國民經(jīng)濟中的地位和運輸特點的行政管理體制分類為:國道、省道、縣道、鄉(xiāng) (鎮(zhèn) )道及專用公路。 公路的技術標準一般有“幾何標準”、“載重標準”和“凈空標準”等,在公路設計時必須嚴格遵守。 ( 2) 城市道路的分類 道路一般按照其在道路網(wǎng)中的地位、交通功能以及對沿線建筑物 的服務功能來分類。一般分為:快速道 (雙向行車道、中央設有分車帶、進出口一般全控制或部分控制,為城市大量、長距離、快速交通服務 );主干道 (連接城市主要分區(qū)的干道,以交通功能為主,一般為三幅或四幅路 );次干道 (與主干道組成道路網(wǎng),起集散交通之用,兼有服務功能 );支道 (為次干道與街坊路的連接線,解決局部地區(qū)交通,以服務功能為主 )。 公路建設 ( 1) 公路的幾何組成 (或稱線形組成 ) 公路選線工作一般包括從路線方案選擇、路線布局,到具體定出線位的全過程。 1) 在選線時必須考慮以下主要因素: ① 路線在政治、經(jīng)濟、國防 上的意義,國家和地方建設對路線使用的任務、性質方面的要求,國防、支農(nóng)、綜合利用等重要方針的體現(xiàn)。 ② 路線在鐵路、公路、航道等交通網(wǎng)系中的作用,與沿線工礦、城鎮(zhèn)等規(guī)劃的關系,以及與沿線農(nóng)田水利等建設的配合及用地情況。 ③ 沿線地形,地質、水文、氣象、地震等自然條件的影響,路線長度、筑路材料來源、施工條件以及工程量、主要材料用量、造價、工期、勞動力等情 況及其對運營、施工、養(yǎng)護等方面的影響。 ④ 其他如沿線歷史古跡、歷史文物、與風景區(qū)的聯(lián)系等。 2) 路線方案選擇的方法及步驟: ① 搜集與路線方案有關的規(guī)劃、計劃、統(tǒng) 計資料及各種比例尺的地形圖、地質圖、水文、地質、氣象資料等。 ② 根據(jù)確定的路線總方向和公路等級,先在小比例尺的地形圖上,結合搜集的資料,初步研究各種可能的路線走向。 ③ 按室內初步研究提出的方案進行實地考察,連同野外考察中發(fā)現(xiàn)的新方案都必須堅持跑到、看到、調查到。 3) 路線的類型有: ① 沿河線; ② 越嶺線; ③ 山坡線; ④ 山脊線 ( 2) 公路的結構建設 1) 公路的路基建設 路基是行車部分的基礎,它由土、石按照一定尺寸、結構要求建筑成帶狀土工構筑物,路基必須具有一定的力學強度和穩(wěn)定性,又要經(jīng)濟合理,以保證行車部分的穩(wěn)定 性和防止自然破壞力的損害。公路路基的橫斷面形式有路堤、路塹和半填半挖三種。 路堤有:一般路堤、軟土路堤、沿河路堤、護腳路堤等; 基本路塹形式有:全挖式、臺口式和半山洞式。 2) 公路的路面建設 公路路面是用各種堅硬材料分層鋪筑而成的路基頂面的構筑物,以供汽車安全、迅速和舒適地行駛,因此路面必須具有足夠的力學強度和良好的穩(wěn)定性,以及表面平整和良好的抗滑性能。 路面一般按其力學性質分為柔性路面和剛性路面兩大類。 3) 公路排水構筑物建設 地面水的排除系統(tǒng)按其排水方向不同,分為縱向排水和橫向排水。 4) 公路特殊構筑物 公路的特殊構筑物有隧道、懸出路臺、防石廊、擋土墻和防護工程等。 5) 公路沿線附屬結構建設 除各種基本結構以外,還需設置交通管理設施、交通安全設施、服務設施和環(huán)境美化設施等。 公路交通標志有三類:指示標志、警告標志、禁令標志。 高速公路 我國已建成的高速公路總里程已居世界第 二 位,僅次于美國。 ( 1) 高速公路的特點 ① 行車速度快、通行能力大 ; ② 物資周轉快、經(jīng)濟效益高 ; ③ 交通事故少、安全舒適 。 ( 2) 高速公路的線形設計標準 我國公路工程技術標準的規(guī)定主要有: ① 最小平曲線半徑及超高橫坡限制; ② 最大縱坡和 豎曲線; ③ 線形要求; ④ 橫斷面 。 ( 3) 高速公路沿線設施 高速公路沿線有安全設施、交通管理設施、服務性設施、環(huán)境美化設施。 安全設施一般包括標志 (如警告、限制、指示標志等 )、標線、護欄、隔離設施、照明及防眩設施、視線誘導設施。 交通管理設施一般為高速公路入口控制、交通監(jiān)控設施。服務性設施一般有綜合性服務站、小型休息點、停車場等。 鐵路工程 鐵路運輸是現(xiàn)代化運輸體系之一,也是國家的運輸命脈之一。鐵路運輸?shù)淖畲髢?yōu)點是運輸能力大、安全可靠、速度較快、成本較低、對環(huán)境的污染較小,基本不受氣象及氣候的影響,能源 消耗遠低于航空和公路運輸,是現(xiàn)代化運輸體系中的主干力量。 第一條完全用于客貨運輸而且有特定時間行駛列車的鐵路,是 1830 年通車的英國利物浦與曼徹斯特之間的鐵路,這條鐵路全長為 563 km。 牽引機車從最初的蒸汽機車發(fā)展為內燃機車、電力機車。 城市輕軌與地下鐵道已是各國發(fā)展城市公共交通的重要手段之一。 鐵路工程涉及到選線設計和路基工程兩大部分。 鐵路選線設計與路基 ( 1) 選線設計 選線設計的主要工作內容有: 1) 根據(jù)國家政治、經(jīng)濟和國防的需
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