第二章 材料与结构
合集下载
材料科学基础_第2章_固体材料的结构
(2)不透明，具有金属光泽； (3)具有较高的强度和良好的延展性； (4)正的电阻温度系数。
4
共价键
原子间不产生电子的转移，借共用电子对产生的力结合， 如金刚石，单质硅，SiC 特点： 1.饱和性：电子必须由（8－N）个邻近原子共有；
2.具有方向性：氧化硅四面体中硅氧键为109°
3. 脆性：外力作用，原子间发生相对位移，键将被 破坏
配位数与致密度 配位数 CN=12 致密度 k=0.74
25
体心立方结构(特征）
体心立方晶格密排面
26
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
体心立方晶格（间隙及堆垛方式）
间隙: 也是两种，为八面体和四面体间隙， 八面体间隙位于晶胞六面体每个面的中心和每个棱的 中心由一个面上四个角和相邻两个晶胞体心共6个原围成， 即数量为6。大小为rB=0.154R(在<100>) 或rB=0.633R (在<110>) 。
配位数： CN=8 致密度： k=0.68
31
密排六方晶格原子位置
32
密排六方晶格晶胞原子数
33
密排六方晶格密排面
34
密排六方晶格原子配位数
35
密排六方晶格(间隙及堆垛方式）
• 间隙: 较为复杂，如图2.34 八面体间隙rB=0.414R 有 6 个 四面体间隙rB=0.225R 有 12 个
图1 Cl和Na离子保持r0的距离
图2 NaCl 晶体
9
•
分子键（范德华力)
以若静电吸引的方式使分子或原子团连接在一起的。
特点：除高分子外，键的结合不如化学键牢固，无饱和性， 无方向性。
氢键： 分子间特殊作用力
表达为：X—H—Y 特点：具有饱和性和方 向性，可存在于分子内 或分子间。氢键主要存 在于高分子材料内。
4
共价键
原子间不产生电子的转移，借共用电子对产生的力结合， 如金刚石，单质硅，SiC 特点： 1.饱和性：电子必须由（8－N）个邻近原子共有；
2.具有方向性：氧化硅四面体中硅氧键为109°
3. 脆性：外力作用，原子间发生相对位移，键将被 破坏
配位数与致密度 配位数 CN=12 致密度 k=0.74
25
体心立方结构(特征）
体心立方晶格密排面
26
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
体心立方晶格（间隙及堆垛方式）
间隙: 也是两种，为八面体和四面体间隙， 八面体间隙位于晶胞六面体每个面的中心和每个棱的 中心由一个面上四个角和相邻两个晶胞体心共6个原围成， 即数量为6。大小为rB=0.154R(在<100>) 或rB=0.633R (在<110>) 。
配位数： CN=8 致密度： k=0.68
31
密排六方晶格原子位置
32
密排六方晶格晶胞原子数
33
密排六方晶格密排面
34
密排六方晶格原子配位数
35
密排六方晶格(间隙及堆垛方式）
• 间隙: 较为复杂，如图2.34 八面体间隙rB=0.414R 有 6 个 四面体间隙rB=0.225R 有 12 个
图1 Cl和Na离子保持r0的距离
图2 NaCl 晶体
9
•
分子键（范德华力)
以若静电吸引的方式使分子或原子团连接在一起的。
特点：除高分子外，键的结合不如化学键牢固，无饱和性， 无方向性。
氢键： 分子间特殊作用力
表达为：X—H—Y 特点：具有饱和性和方 向性，可存在于分子内 或分子间。氢键主要存 在于高分子材料内。
材料科学基础第二章+材料的结构
a
b
（200）、（333）等是否存在？ 具有公因子的晶面不存在
过坐标原点O
c
a
O
b
O’
截距 -1 1/4 （01-4）
c
a （100）
b
c
a
（200） b
（3）晶面族和晶向族
(hkl)与[uvw]分别表示的是一组平行的晶向和晶面。
[110]
(100)
简单立方(12) 体心立方(13) 面心立方(14)
Fe, Cr, Cu, Ag, V
14种Bravais点阵
1. 三斜Triclinic ：简单三斜(1)
a b c, 90o
2. 单斜Monoclinic ： 简单单斜(2) 底心单斜(3)
a b c, 90o
dhkl2[(h/a)2+(k/b)2+(l/c)2] =cos2+cos2+cos2 直角坐标系
cos2+cos2+cos2 =1
对于常见晶系，晶面间距dhkl为：
dhkl dhkl dhkl
1 (h)2 (k )2 ( l )2 abc
abc 90
abc 90
简单六方(8)
简单菱方(9) 简单四方(10) 体心四方(11)
Mg, Zn
Cd, Ni, As 90%以上的 金属具有立
As, Sb, Bi 方晶系和六 方晶系
-Sn, TiO2
abc 90
Draw the plane （100）
c
a （100）
b
材料科学基础 第二章 固体材料的结构
第二章固体材料的结构固体材料的各种性质主要取决于它的晶体结构。
原子之间的作用结合键与晶体结构密切相关。
通过研究固体材料的结构可以最直接、最有效地确定结合键的类型和特征。
固体材料主要包括：金属、合金、非金属、离子晶体、陶瓷研究方法：X光、电子、中子衍射——最重要、应用最多§2-1 结合键结合键——原子结合成分子或固体的结合键决定了物质的物理、化学、力学性质。
一切原子之间的结合力都起源于原子核与电子间的静电交互作用（库仑力）。
不同的结合键代表了实现结构）的不同方式。
一、离子键典型的金属与典型的非金属元素就是通过离子键而化合的。
从而形成离子化合物或离子晶体由共价键方向性特点决定了的SiO2四面体晶体结构极性共价键非极性共价键五、氢键含有氢的分子都是通过极性共价键结合，极性分子之间结合成晶体时，通过氢键结合。
例如：H 2O ，HF ，NH 3等固态冰液态水§2-2 金属原子间的结合能一、原子作用模型固态金属相邻二个原子之间存在两种相互作用：a) 相互吸引——自由电子吸引金属正离子，长程力；b) 相互排斥——金属正离子之间的相互排斥，短程力。
平衡时这二个力相互抵消，原子受力为0，原子处于能量最低状态。
此时原子间的距离为r0。
§2-3 合金相结构基本概念♦合金——由两种或两种以上的金属或金属非金属元素通过化学键结合而组成的具有金属特性的材料。
♦组元、元——组成合金的元素。
♦相——具有相同的成分或连续变化、结构和性能的区域。
♦组织——合金发生转变（反应）的结果，可以包含若干个不同的相，一般只有一到二个相。
♦合金成分表示法：(1) 重量（质量）百分数A-B二元合金为例m B——元素B的重量(质量m A——元素A的重量(质量合金中的相分为：固溶体，化合物两大类。
固溶体金属晶体(溶剂)中溶入了其它元素(溶质)后，就称为固溶体。
一、固溶体的分类：♦按溶质原子在溶剂中的位置分为：置换固溶体，间隙固溶体♦按溶解度分为：有限固溶体，无限固溶体♦按溶质原子在溶剂中的分布规律分为：有序固溶体，无序固溶体置换固溶体：溶质原子置换了溶剂点阵中部分溶剂原子。
第二章金属材料的结构[2]
![第二章金属材料的结构[2]](https://img.taocdn.com/s3/m/442e1d620b1c59eef8c7b400.png)
一、常见金属晶体的结构 1）体心立方晶胞BCC Body Centered Cube 晶格常数：a(a=b=c)
3 原子半径：r a 4
原子个数：2 配位数： 8 致密度：0.68 常见金属：-Fe、Cr、 W、Mo、V、Nb等
2）面心立方晶胞FCC Face-Centered Cube
晶格常数：a
一、纯金属的结晶过程
二、细化晶粒的方法 雾 凇
一、纯金属的结晶过程 （一）纯金属结晶的冷却曲线 1.结晶驱动力 ΔF≤0 （不是过冷度ΔT） 自然界的自发过程进行的热力学条件都是ΔF≤0 • 体系中各种能量的总和叫做内能→U，其中可以对外 做功或向外释放的能量叫自由能→F，F=U-TS（熵）
a.当温度T>T0时，Fs>FL, 液相稳定 b.当温度T<T0时，Fs<FL, 固相稳定 c.当温度T=T0时，Fs=FL, 平衡状态 T0：理论结晶温度（熔点或平衡结晶温度） 在该温度下, 液体和晶体处于动平衡状态 2.冷却曲线 金属结晶时温度与时间的关系曲线 称冷却曲线。曲线上水平阶段所对 应的温度称实际结晶温度T1。 曲线上水平阶段是由于结晶时放出 结晶潜热引起的。
三元相图
Fe-C二元相图
2、相图的建立 几乎所有的相图都是通过实验得到的，最常用的 是热分析法。
2、金属化合物 合金中其晶体结构与组成元素的晶体结构均不相同的 固相称金属化合物。金属化合物具有较高的熔点、硬
度和脆性，并可用分子式表示其组成。
当合金中出现金属化合物时，可
提高其强度、硬度和耐磨性，但
降低塑性。
铁碳合金中的Fe3C
金属化合物也是合金的重要组成相。
⑴ 正常价化合物—符合正常原子价规律。如Mg2Si。 ⑵ 电子化合物—符合电子浓度规律。如Cu3Sn。
3 原子半径：r a 4
原子个数：2 配位数： 8 致密度：0.68 常见金属：-Fe、Cr、 W、Mo、V、Nb等
2）面心立方晶胞FCC Face-Centered Cube
晶格常数：a
一、纯金属的结晶过程
二、细化晶粒的方法 雾 凇
一、纯金属的结晶过程 （一）纯金属结晶的冷却曲线 1.结晶驱动力 ΔF≤0 （不是过冷度ΔT） 自然界的自发过程进行的热力学条件都是ΔF≤0 • 体系中各种能量的总和叫做内能→U，其中可以对外 做功或向外释放的能量叫自由能→F，F=U-TS（熵）
a.当温度T>T0时，Fs>FL, 液相稳定 b.当温度T<T0时，Fs<FL, 固相稳定 c.当温度T=T0时，Fs=FL, 平衡状态 T0：理论结晶温度（熔点或平衡结晶温度） 在该温度下, 液体和晶体处于动平衡状态 2.冷却曲线 金属结晶时温度与时间的关系曲线 称冷却曲线。曲线上水平阶段所对 应的温度称实际结晶温度T1。 曲线上水平阶段是由于结晶时放出 结晶潜热引起的。
三元相图
Fe-C二元相图
2、相图的建立 几乎所有的相图都是通过实验得到的，最常用的 是热分析法。
2、金属化合物 合金中其晶体结构与组成元素的晶体结构均不相同的 固相称金属化合物。金属化合物具有较高的熔点、硬
度和脆性，并可用分子式表示其组成。
当合金中出现金属化合物时，可
提高其强度、硬度和耐磨性，但
降低塑性。
铁碳合金中的Fe3C
金属化合物也是合金的重要组成相。
⑴ 正常价化合物—符合正常原子价规律。如Mg2Si。 ⑵ 电子化合物—符合电子浓度规律。如Cu3Sn。
第二章、压力容器的基本结构及材料
29
第二章 压力容器的基本结构及材料 第三节 压力容器的材料
二、对压力容器选材的主要要求
1. 2.
3.
4.
压力容器的选材应当考虑材料的力学性能、化学性能、物理性能和 工艺性能。 选择压力容器用钢应考虑容器的使用条件（如设计温度、设计压力、 介质特性和操作特点等）、材料的焊接性能、容器的制造工艺以及 经济合理性。 压力容器受压元件用钢应符合GB150中4.材料章的要求。非受压元件 用钢,当与受压元件用钢焊接时,也应是焊接性良好的钢材。 钢材的化学性能、力学性能应符合《固定容规》有关规定。选用碳 素钢和合金钢制造的压力容器应符合GB150-2011《压力容器》的有 关规定，Q235B钢板不得用于直接受火焰加热的压力容器。用于焊接 结构压力容器主要受压元件的碳素钢和低合金钢，其碳含量不应大 于0.25%。钢制压力容器材料的力学性能、弯曲性能和冲击试验要求， 应符合GB150-2011《压力容器》中相关规定。 30
第一章 压力容器的基本结构及材料 第三节 压力容器的材料
一、压力容器材料性能 2. 工艺性能
良好的冷塑性变形能力：在加工时容易成形且不会产生裂 纹等缺陷。 具有较好的可焊性：以保证材料在规定的焊接工艺条件下 获得质量优良的焊接接头。第三，要求材料具有适宜的热 处理性能，容易消除加工过程中产生的残余应力，而且对 焊后热抗氧化性能处理裂纹不敏感。
19
第二章 压力容器的基本结构及材料 第二节 常见压力容器结构
二、列管式换热器
3. U形管式换热器 其结构特点是只有一个管板，管子成U形，管子 两端固定在同一管板上。管束可以自由伸缩，当壳体与管子有温差时， 不会产生温差应力。U形管式换热器的优点是结构简单，只有一个管板， 密封面少，运行可靠，造价低，管间清洗较方便。其缺点是管内清洗较 困难，可排管子数目较少，管束最内层管间距大，壳程易短路。U形管式 换热器适用于管、壳程温差较大或壳程介质是易结垢而管程介质不易结 垢的场合。
第二章 材料的结构(含答案)
第二章材料的结构(含答案)一、填空题（在空白处填上正确的内容）1、内部原子按一定规律排列的物质叫________。
答案：晶体2、金属晶体在不同方向上具有不同性能的现象叫________。
答案：各向异性3、常见的金属晶格类型有________、________、________三种。
答案：体心立方、面心立方、密排六方4、常见的金属晶格类型有三种，α-Fe、Cr、W、Mo、V的晶格属于________。
答案：体心立方5、表示晶体中原子排列的空间格子叫做________，组成空间格子的最基本的几何单元叫做________。
答案：晶格、晶胞6、实际金属结构中的点缺陷包括________、________和________；它们可使金属的强度________。
答案：间隙原子、置换原子、空位、提高7、工程材料的结合键有________、________、________和________四种。
答案：离子键、共价键、金属键、分子键8、三种常见金属晶格类型为________、________和________。
答案：体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格；9、按溶质原子在溶剂晶格中所处的位置不同，固溶体可分为________和________两种。
答案：置换固溶体、间隙固溶体10、面心立方晶格中，晶胞的原子数为________，致密度为________。
答案：4、0.7411、位错分为两种，它们是________和________；多余半排原子面的是________位错。
答案：刃型位错、螺型位错、刃型位错12、相是指金属或合金中成分________，结构________，并由________与其它部分分开的均匀组成部分。
答案：相同、相同、界面13、合金中成分、结构和性能相同的组成部分称为________。
答案：相14、按其几何形式的特点，晶格缺陷可分为________、________和________。
答案：点缺陷、线缺陷、面缺陷15、体心立方晶格中，晶胞的原子数为________，原子半径与晶格常数的关系为________，致密度为________。
材料的结构
一、晶向指数的确定
确定用三指数表示晶向指数[uvw]的步骤： (1)以某一结点为原点，建立以晶轴a，b，c 为坐标轴的坐标系，各轴上的坐标长度单位 分别是晶胞边长a，b，c，确定待标晶向上任 意两点的坐标。 (2)末点坐标减去始点坐标，得到沿该坐标系 各轴方向移动的点阵参数的数目x,y,z。 (3)将这三个值x，y，z化成一组互质整数， 加上方括号即为所求得的晶向指数[uvw]，如 某一数为负值，则将负号标 所有相互平行的晶面在三个晶轴上的截距 虽然不同，但它们是成比例的，其倒数也仍 然是成比例的，经简化可以得到相应的最小 整数。因此，所有相互平行的晶面，其晶面 指数相同，或者三个符号均相反。可见，晶 面指数所代表的不仅是某一晶面，而且代表 着一组相互平行的晶面。
三、晶面族和晶向族的表示 在晶体中，具有等同条件而只是空间位向 不同的各组晶面（即这些晶面的原子排列情 况和晶面间距等完全相同），可归并为一个 晶面族，用{hkl}表示。例如，立方晶体中某 些晶面族所包括的等价晶面为： {100}=(100)+(010)+(001) 3个等价面 {110}=（110）+（110）+（101）+（101） +（011）+（011） 共6个等价面 {111}=（111）+（111）+（111）+（111） 共4个等价面
bcc
2.面心立方结构（fcc）
面心立方结构的缩写为fcc（face-centered cubic）， 其晶胞结构如图2-13所示。属于此类结构的金属有： Al，-Fe，Ni，Pb，Pd，Pt，贵金属以及奥氏体不锈 钢等。
图2-13 fcc晶胞结构
fcc
3.密排六方结构（hcp）
第二章 材料的组成结构与性能
当
r
续固溶体。
当
r1 r2 0.15 r1
时，溶质与溶剂之间可以形成连
r
形成有限型固溶体， 而不是充分必要条件。
当
r1 r2 15% ~ 30% 时，溶质与溶剂之间只能 r 这是形成连续固溶体的必要条件， 1
固 溶体或不能形成 固溶体，而容易形成中间相或化合 物。因此Δr愈大，则溶解度愈小。
铁、铬、锰三种金属属于黑色金属，其余的所有金
属都属于有色金属。有色金属又分为重金属、轻金
属、贵金属和稀有金属等四类。
（2）金属合金 金属合金是指由两种或两种以上的
金属元素或金属元素与非金属元素构成的具有金属
性质的物质。如青铜是铜和锡的合金，黄铜是铜和
锌的合金，硬铝是铝、铜、镁等组成的合金。二元
合金、三元合金。 2、无机非金属材料的化学组成 从化学的角度来看，无机非金属材料都是由金属元 素和非金属元素的化合物配合料经一定工艺过程制
长石的过渡，其密度及折光率均递增。通过测定未知组
成固溶体的性质进行对照，反推该固溶体的组成。
固溶体化学式的写法
以CaO加入到ZrO2中为例，以1mol为基准，掺入 xmolCaO。
形成置换式固溶体：
CaO Ca Oo V
ZrO 2 '' Zr
O
空位模型
x
x
x
则化学式为：CaxZrl~xO2-x 形成间隙式固溶体：
2、无限固溶体（连续固溶体、完全互溶固溶体），
是由两个 ( 或多个 ) 晶体机构相同的组元形成的，
任一组元的成分范围均为0～100%。
Cu-Ni 系、Cr-Mo 系、Mo-W系、Ti-Zr系等 在室温下都能无限互溶，形成连续固溶体。 MgO-CoO 系统， MgO 、 CoO 同属 NaCl 型结 构，rCo2+= 8nm ，rMg2+= 8nm ，形成无限固溶体，
r
续固溶体。
当
r1 r2 0.15 r1
时，溶质与溶剂之间可以形成连
r
形成有限型固溶体， 而不是充分必要条件。
当
r1 r2 15% ~ 30% 时，溶质与溶剂之间只能 r 这是形成连续固溶体的必要条件， 1
固 溶体或不能形成 固溶体，而容易形成中间相或化合 物。因此Δr愈大，则溶解度愈小。
铁、铬、锰三种金属属于黑色金属，其余的所有金
属都属于有色金属。有色金属又分为重金属、轻金
属、贵金属和稀有金属等四类。
（2）金属合金 金属合金是指由两种或两种以上的
金属元素或金属元素与非金属元素构成的具有金属
性质的物质。如青铜是铜和锡的合金，黄铜是铜和
锌的合金，硬铝是铝、铜、镁等组成的合金。二元
合金、三元合金。 2、无机非金属材料的化学组成 从化学的角度来看，无机非金属材料都是由金属元 素和非金属元素的化合物配合料经一定工艺过程制
长石的过渡，其密度及折光率均递增。通过测定未知组
成固溶体的性质进行对照，反推该固溶体的组成。
固溶体化学式的写法
以CaO加入到ZrO2中为例，以1mol为基准，掺入 xmolCaO。
形成置换式固溶体：
CaO Ca Oo V
ZrO 2 '' Zr
O
空位模型
x
x
x
则化学式为：CaxZrl~xO2-x 形成间隙式固溶体：
2、无限固溶体（连续固溶体、完全互溶固溶体），
是由两个 ( 或多个 ) 晶体机构相同的组元形成的，
任一组元的成分范围均为0～100%。
Cu-Ni 系、Cr-Mo 系、Mo-W系、Ti-Zr系等 在室温下都能无限互溶，形成连续固溶体。 MgO-CoO 系统， MgO 、 CoO 同属 NaCl 型结 构，rCo2+= 8nm ，rMg2+= 8nm ，形成无限固溶体，
第2章 材料中的晶体结构
b. 已知两不平行晶向[u1v1w1]和[u2v2w2 ]，由其决定的 晶面指数(hkl)为：
h v1 w 2 v 2 w 1 , k w 1u 2 w 2 u 1, l u 1 v 2 u 2 v1
补充
cos
2
(对于立方晶系)
两个晶面（h1k1l1）与（h2k2l2）之间的夹角φ
h h
1 2
k k
1 2
2
2
ll
1
2 2 2
(h1
k
2 1
l1 )
(h 2
k
l
2 2
)
两个晶向[u1v1w1]与[u2v2w2]之间的夹角θ
cos
2
u u
1
2
vv
1 2
2
w w
1 2
2
(u 1
v
2 1
w1)
(u 2
v
2 2
w
2 2
)
晶面（hkl）与晶向[uvw]之间的夹角ψ
晶向指数用[uvtw] 来表示。其中 t =－（u＋v）
120° 120°
晶面指数的标定
1.求晶面与四个轴的截距
2.取倒数
3.再化成简单整数
4.用圆括号括起来（h k i l）
六方系六个侧面的指数分别为：
(1 1 00),(01 1 0),(10 1 0),(1 100),(0 1 10),(1 010)
(210)
(012)
(362)
注意
选坐标原点时，应使其位于待定晶面以外，防止 出现零截距。 已知截距求晶面指数，则指数是唯一的；而已知 晶面指数，画晶面时，这个晶面就不是唯一的。
第二章材料中的晶体结构
TiO2
体心四方
1个正离子 2个负离子
6
3
八面体 VO2, NbO2, MnO2, SnO2, PbO2, …
7. MgAl2O4(尖晶石)晶型
8.Al2O3(刚玉)晶型
第四节 共价晶体的结构
一、共价晶体的主要特点 1. 共价键结合，键合力通常强于离子键 2. 键的饱和性和方向性，配位数低于金属和离 子晶体 3. 高熔点、高硬度、高脆性、绝缘性
(2) 求投影．以晶格常数为单位，求待定 晶向上任一阵点的投影值。
(3) 化整数．将投影值化为一组最小整数。
(4) 加括号．［uvw］。
2.晶面指数及其确定方法
1) 晶面指数 — 晶体点阵中阵点面的 方向指数。 2) 确定已知晶面ห้องสมุดไป่ตู้指数。
(1) 建坐标．右手坐标，坐标轴为晶胞 的棱边，坐标原点不能位于待定晶面内。
cph
a=b≠c
a 2r
5. 致密度 — 晶胞中原子体积占总体积的分数
bcc
fcc
cph
3 0.68
8
2 0.74
6
2 0.74
6
6. 间隙 — 若将晶体中的原子视为球形，则相 互接触的最近邻原子间的空隙称为间隙。
间隙内能容纳的最大刚性球的半径称为
间隙半径 rB。 间隙大小常用间隙半径与原子半径 rA之
比 rB / rA 表示。
1) 面心立方结构晶体中的间隙 正八面体间隙：位于晶胞各棱边中点及体心位置.
一个晶胞中共有4个.
rB / rA 0.414
正四面体间隙：位于晶胞体对角线的四分之一处. 一个晶胞中共有8个.
rB / rA 0.225
2) 体心立方结构晶体中的间隙 扁八面体间隙：位于晶胞各棱边中点及面心处. 一个晶胞中共有6个. rB / rA 0.155
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• 纵墙承重方案
山墙
• 沿建筑物短轴方向布置的墙叫横墙，建筑物两端的横向 外墙一般称为山墙。古代建筑一般都有山墙，它的作用
主要是与邻居的住宅隔开和防火。
承重墙体的布置
• 纵、横墙承重方案 • 内框架承重方案
钢筋混凝土墙承重系统
体系高层住宅平面
短肢剪力墙的体系较之长肢的剪力墙体系更能够增加建筑空间在使用过程中变 动的可能性
研究；乙、丙类建筑应按本地区的设防烈度确定房屋最大高度；
5、超过表内高度的房屋结构，应按有关标准进行设计，采取有效的加强措施。
3）规则结构要求
避免抗侧力结构 承载力突变 a.抗侧力结构平面布置
规则、对称
b.立面和竖向剖面规则 c.竖向抗侧力构建截面尺寸和 材料强度自下而上逐渐减少
规则结构：平面和剖面
身开裂。
4.1.2 设置位置
装配式楼板、屋盖：横墙承重和纵墙承重 现浇或装配整体式混凝土楼板、屋盖
装配式楼板、屋盖（横墙承重）
装配式楼板、屋盖（纵墙承重）：每层均设，间距比表 1-7适当加密
现浇或装配整体式混凝土楼板、屋盖
• 与墙体有可靠连接可不设置，但应加强配
筋，且与构造柱钢筋可靠连接。
4.1.3构造要求
• 结构上的作用的分类： 时间变化：永久作用、可变作用和偶然作用。 空间位置的变化：固定作用和可动作用 施加方向：竖向作用和水平作用
2.承载系统的分类和工作机理
• 结构水平分系统
楼板结构层、屋顶结构层、地坪结构层、楼梯
结构构件。
受弯为主
• 结构竖向分系统
结构墙体、柱、基础
受压为主
3.建筑承载系统的基本要求
• 房屋总高度要求
• 设置圈梁和构造柱
1.空间布局要求
平面布置：结构墙体尽量连续和对称；结构平面尽量 均匀对称
剖面布置：结构墙体上下楼层之间对齐；不能对齐时
将大空间房屋放顶层。 洞口设置：上下对齐、尺寸不过大，有利于保证窗间 墙的结构功能。 表1-1和《建筑抗震设计规范》
1)平面布置：
承重墙体的布置 • 横墙承重方案
广州中信大厦 37层，322米高，97年建成
上海金贸大厦框 架－核心筒结构， 88层，420.5米。 钢筋混凝土核心筒 呈八角形，周边8 根钢骨混凝土柱。
（3）筒中筒结构
筒中筒结构
（4）束筒结构
两个或两个以上的框筒排列在一起成“束”状，称为成束筒。 使用条件：当建筑高度或其平面尺寸进一步加大，以至于框 筒或筒中筒结构无法满足抗侧力刚度要求时，必须采用多 筒体系
• 足够的承载能力 结构的构件材料的强度和构件的形状和尺寸
• 良好的抵抗变形的能力 水平分系统：足够的刚度。高跨比。 竖向分系统:可靠的稳定性。长细比。
• 足够的抗震能力 小震不坏、中震可修、大震不倒
高跨比
高跨比:梁高h与跨径l的比值h/l称为高跨比 h-梁截面高度 l-梁的计算跨度
长细比
• 长细比:指杆件的计算长度与 杆件截面的回转半径之比。
压比情况下的抗震性能。
• 尺寸:多层粘土砖房屋(构造柱），240*180；
混凝土砌块房屋（芯柱），120*120。
构造柱房屋四角截面可适当加大。
4.2构造柱和芯柱
配筋：
1）多层粘土砖房屋 纵筋：≥4¢12，7度and>6层、8度and>6层、9度时≥¢14；与圈梁连
接处穿过圈梁，上下贯通；
箍筋：间距≤200且直径≥6； 拉结筋：沿墙每500设2¢6，每边深入墙内≥1m； 2）小砌块房屋的芯柱 竖向插筋：≥1¢12，7度and>6层、8度and>6层、9度时≥1¢14；贯
第二章 材料与结构
• 材料与建筑性能 • 材料的连接与承载—结构 • 建筑结构的水平、竖向、基础分系统
材料与建筑性能
• • • • 结构材料 围护材料 装饰材料 设备材料
基本性能（宜居功能） 支撑性能（次生要求）
衍生性能（衍生要求）
建筑承载系统
第一讲
建筑结构承载系统
• 承载什么？ • 作用的分类和含义？ • 承载系统的分类和承载构件工作机理？
通墙
身且与每层圈梁连接
拉结网片：沿墙每600¢4电焊钢筋网片，每边深入墙内≥1m。
详细配筋图
构造柱 （a）外墙转角构造柱 （b）内外墙连接处构造柱
4.2构造柱和芯柱
构造柱增设原则
表1-9、表1-10
墙垛
墙垛是指在平面中凸出墙面的柱状构造。
4.2构造柱和芯柱
与基础的连接：
有基础圈梁：可不单独设基础，深入室外地面以下500，或锚入 浅于500，大于300的基础圈梁内； 无基础圈梁：在根部增设混凝土座，厚度≥120，竖向钢筋锚固 在该坐内。
q
q
↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓
ql 2 8
↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓
M
ql 2 8
M
M图
M图
l
(a)
l
(b)
刚架内力分布均匀
2.2 组成和构件的功能作用
• 结构组成和构件功能作用：
水平：钢筋混凝土制作的楼板结构层、屋顶结构层、
楼梯结构构件。承受竖向荷载，传递水平荷载。 竖向：粘土砖或空心砌块或钢筋混凝土制作的结构
@4.2 芯柱
• 做法： 在砌块内部空腔中插入竖向钢筋并浇灌混凝土后形成 的砌体内部的钢筋混凝土小柱。
• 作用：
在周期反复水平荷载作用下，这种柱具有良好的延性
和耗能能力，能够有效地改善钢筋混凝土柱在高轴压
比情况下的抗震性能。 • 尺寸：芯柱边长不宜小于柱边长或直径的1/3，且不宜 小于250。
4.2. 柱承载结构体系
l
i
4.常用建筑结构体系 • 墙承载结构体系
砖混结构、剪力墙结构 • 柱承载结构体系
框架结构、筒体结构
4.常用建筑结构体系
• 墙承式结构体系
• 柱承式结构体系
框架—剪力墙
4.1 墙承式结构体系
4.1.1 常见结构类型 砖混结构 空心承重砌块结构 剪力墙结构
4.1.2
结构组成和构件的功能作用
屋的砌体内适宜部位设置钢筋混凝土柱并与圈梁连接,共同 加强建筑物的稳定性。这种钢筋混凝土柱通常就被称为构 造柱。
4.2构造柱和芯柱
• 作用： 构造柱：与圈梁配合提高墙体的整体性，增强建筑物的 整体刚度；增强墙体的稳定性。
芯柱：在周期反复水平荷载作用下，这种柱具有良好的
延性和耗能能力，能够有效地改善钢筋混凝土柱在高轴
美国西尔斯大厦 110层，443米，束筒钢结构，1974年建成。 允许位移900mm，实测460mm。
3.房屋总高度要求
1）多层砌体房屋的总高度要求
2）现浇钢筋混凝土房屋的总高度要求
3）规则结构要求
1）多层砌体房屋的总高度要求
砌块
2）现浇钢筋混凝土房屋的最大高度
注: 1、房屋高度指室外地面到主要屋面板板顶的高度（不考虑局部突出屋顶部分）； 2、框架－核心筒指周边稀柱框架与核心筒组成的结构 3、部分框支剪力墙结构指首层或底部两层为框架和落地剪力墙组成的框支剪力墙结构； 4、甲类建筑应按本地区的设防烈度提高一度确定房屋最大高度，9度设防烈度时应专门
2.1.3.1
刚架的特点
由梁和柱组成的具有刚结点的结构 1 刚架的变形特征 受力时，刚结点处各杆杆端不能发生相对转动 即结点对各杆端的转动有约束作用 2 刚架的受力特征 刚结点可以承受和传递弯矩 刚架中各杆内力一般有弯矩、剪力和轴力
2.1.3.2
刚架的优点与应用
◆ 刚结点可以承受和传递弯矩，因此刚架中的弯矩分布较为 均匀，节省材料 ◆ 刚结点增大了结构刚度，刚架内部空间较大，便于利用
叠合楼板:预制和现浇混凝土相结合的一种较好结构形式。 预制预应力薄板（厚5～8厘米）与上部现浇混凝土层结合 成为一个整体，共同工作。
框支层
• 如果结构同一位置转
换层以上为剪力墙， 转换层以下为框架， 那么转换层以下的楼 层为框支层。
板柱-抗震墙（剪力墙）
• 楼层处不设梁，完全用钢筋混凝土板作为承重构件，在地震 时，传递水平地震力
水平构件：钢筋混凝土制作的楼板结构层、屋 顶结构层、楼梯结构构件。阳台和雨棚。 承受竖向荷载，传递水平荷载、约束结构墙体。 竖向构件：粘土砖或空心砌块或钢筋混凝土制 作的结构墙体。 承受和传递竖向荷载、承受和传递风荷载和地 震作用，加强结构的整体水平刚度。
4.1.3
• 空间布局要求
基本构造要求
• 结构整体刚度要求
结构尽可能简单、规则、均匀、对称； 结构的受力要明确；
非承重隔墙宜采用轻质材料；
构件类型、尺寸的规格要尽量减少。 满足人防、消防要求，使水、暖、电各专业的布置能
有效地进行；
2.1.1.2承重方案
横向框架承重 纵向框架承重 纵、横向框架承重
排架受力特点
排架
2.1.3
刚架结构
框 架 和 空 腹 筒 体
空腹筒体布置在房屋的外围， 框架布置在中间
框 架 和 实 腹 筒 体
利用电梯间、楼梯间、设备间 等的墙比做为筒体的实腹体壁
框筒结构：框架 ＋ 剪力墙核芯筒
在高层或超高层建筑中，往往在垂直交通枢纽部位（楼梯 间、电梯井等）布置为刚性的剪力墙核芯筒，以增大建筑 物抗水平侧力的刚度。
• 在我国，纯板柱体系是不被允许的，必须设置剪力墙，这就
是板柱剪力墙体系 • 无梁楼盖
3）房屋最大高宽比
表1-4有关概念解释 （1） 框架—剪力墙结构
兰州工贸大厦
地上21层，地下2层，高93米，标准层高3.5米
（2)框架－核心筒体系
由若干个框架和筒体共同承重的结构体系 类型：框架和实腹筒体、框架和空腹筒体
常见结构类型 组成和构件的功能作用 基本构造要求