第4讲：第二章第一节建筑结构基本概念及第三节多层与高层建筑结构体系(一)(2013年新版)

第二章建筑结构与结构选型

第一节建筑结构基本概念

一、建筑结构的定义

建筑物用来形成一定空间及造型，并具有抵御人为和自然界施加于建筑物的各种作用力，使建筑物得以安全使用的骨架，即称为结构。

二、建筑结构的组成

建筑结构一般都是由以下结构构件组成的；

1．水平构件

用以承受竖向荷载的构件。一般有：

(1)板。包括平板、曲面板、斜板；

(2)梁。直梁、曲梁、斜梁；

(3)桁架、网架等。

2．竖向构件

用以支承水平构件或承担水平荷载的构件。一般有：

(1)柱；

(2)墙体；

(3)框架。

3．基础

是上部建筑物与地基相联系的部分，用以将建筑物所承受的所有荷载传至地基上。

三、建筑结构的分类

1．按组成建筑结构的主要建筑材料划分

(1)钢筋混凝土结构；

(2)砌体结构：砖砌体，石砌体，小型砌块，大型砌块，多孔砖砌体等；

(3)钢结构；

(4)木结构；

(5)塑料结构；

(6)薄膜充气结构。

2．按组成建筑结构的主体结构形式划分

(1)墙体结构：以墙体作为支承水平构件及承担水平力的结构；

(2)框架结构；

(3)框架-剪力墙(抗震墙)；(4)筒体结构；

(5)桁架结构；(6)拱形结构；

(7)网架结构；(8)空间薄壁结构(包括：薄壳、折板、幕式结构)；

(9)钢索结构(悬索结构)；(10)薄膜结构。

3．按组成建筑结构的体形划分

(1)单层结构(多用于单层厂房、食堂、影剧场、仓库等)；

(2)多层结构(2—6层)；

(3)高层结构(一般为7层以上)；

(4)大跨度结构(跨度在40—50m以上)。

4.按结构的受力特点划分

（1）平面结构体系

（2）空间结构体系。

第二节建筑结构基本构件设计

基本构件是组成结构体系的单元。按受力特征来划分主要有以下三类：轴心受力构件、偏心受力构件和受弯构件。

(一)轴心受力构件

当构件所受外力的作用点与构件截面的形心重合时，则构件横截面产生的应力为均匀分布，这种构件称为轴心受力构件。可分为：

1.轴心受拉构件

如图2-1所示构件，外力F使构件横断面仅产生均匀拉应力时即为轴心受拉构件。常用于桁架的下弦杆及受拉斜腹杆。

图2-1

如图构件内的应力

（2-1）

此构件的承载能力为 σ1≤[σ]

[σ]—材料的允许应力。这种构件最能充分发挥材料的强度。

2.轴心受压构件

图2-2

外力以压力的方式作用在构件的轴心处，使构件产生均匀压应力时，即为轴心受压构件。

其截面应力为：

（2-2）

轴心受压构件截面应力σ1尚未达到材料的强度设计值[σ]前就会因弯折而失去承载能力这种现象称为丧失稳定性。因此其际承载力是由稳定性控制，稳定系数φ<1，故其承载力的表达式为：

（2-3）

式（2-3）中的φ即为按稳定考虑构件临界应力时的承载力与强度承载力的比值，称为稳定系数。由此可见相同材料的拉杆与压杆受同样的荷载F 作用时，拉杆所需的截面尺寸要比压杆小。

拉杆所需截面为：

压杆所需截面为：

[σ]—材料的强度设计值(即允许应力)。

φ<1， 故A2>A1

φ值与杆件的长细比λ有关；λ=l0/i

l 0—杆件计算长度，

i ——截面的回转半径；A I i

λ越大，φ越小。则实际承载力越小。

一般提高压杆承载力的措施为：

(1)选用有较大i值的截面，即面积分布尽量远离中和轴；

(2)改变柱端固接条件或增设中间支承以改变杆件计算长度l0。

二、偏心受力构件

偏心受力构件分为两种：偏心受拉和偏心受压构件。

1．偏心受拉构件

偏心受拉构件又称拉弯构件，如图2-3示，拉力F作用点与构件的轴心偏离，使构件产生既受拉又受弯。偏心受拉构件截面应力是由两种应力叠加的，其边沿应力公式为： (2)构件的受力状态

图2-3 偏心受拉构件

（2-4）

构件的承载能力应满足σmax≤[σ]

σmax—边沿最大拉应力；

σmin—边沿最小拉应力；

W——截面抵抗矩。

由（2-4）可见在受同样的外拉力时，偏心受拉构件应力要比轴心受拉构件，增大许多，因此在结构设计应尽量避免出现这种构件。

2．偏心受压构件

如图2-4所示，构件承受的压力作用点与构件的轴心偏离，构件既受压又受弯，这样的构件称为偏心受压构件(亦称压弯构件)。常见于屋架的上弦杆、框架结构柱，砖墙及砖垛等。

图2-4 偏心受压构件

截面产生的边沿应力公式为：

（2-5）

σmax—边沿最大压应力；

σmin—边沿最小压应力。

由式（2-5）知，在受同样的压力F时，由于偏心，截面内受压一侧的压应力增加，而且当偏心引起的弯矩M距较大时，截面内除压应力外将产生一部分拉应力。若压力作用点在构件截面的两个方向上均有偏心，则称为双向偏心构件。

三、受弯构件

水平构件在跨间承受荷载，构件发生弯曲且产生弯矩和剪力，从而使构件截面内产生弯曲应力和剪应力。这种构件即称为受弯构件。这是结构设计中最常见的单跨梁和多跨梁就属于受弯构件。

(1)简支梁在不同荷载作用下的弯矩图及剪力图见图2-5

图2-5 简支梁在不同荷载作用下的弯矩及剪力

（2）多跨连续梁在均布荷载作用下的弯矩和剪力见图2-6。

图2-6 多跨连续梁在均布荷载作用下的弯矩和剪力

（3）梁截面内的应力分布

1）弯曲应力（图10-8）