2019二級注冊建筑師《建筑結構與設備》復習知識點：建筑結構與結構選型

第一節(jié) 建筑結構基本概念

一、建筑結構的定義

建筑物用來形成一定空間及造型，并具有抵御人為和自然界施加于建筑物的各種作用力，使建筑物得以安全使用的骨架，即稱為結構。

二、建筑結構的組成

建筑結構一般都是由以下結構構件組成的;

1.水平構件

用以承受豎向荷載的構件。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、網架等。

2.豎向構件

用以支承水平構件或承擔水平荷載的構件。一般有：

(1)柱;

(2)墻體;

(3)框架。

3.基礎

是上部建筑物與地基相聯(lián)系的部分，用以將建筑物所承受的所有荷載傳至地基上。

三、建筑結構的分類

1.按組成建筑結構的主要建筑材料劃分

(1)鋼筋混凝土結構;

(2)砌體結構：磚砌體，石砌體，小型砌塊，大型砌塊，多孔磚砌體等;

(3)鋼結構;

(4)木結構;

(5)塑料結構;

(6)薄膜充氣結構。

2.按組成建筑結構的主體結構形式劃分

(1)墻體結構：以墻體作為支承水平構件及承擔水平力的結構;

(2)框架結構;

(3)框架-剪力墻(抗震墻);(4)筒體結構;

(5)桁架結構;(6)拱形結構;

(7)網架結構;(8)空間薄壁結構(包括：薄殼、折板、幕式結構);

(9)鋼索結構(懸索結構);(10)薄膜結構。

3.按組成建筑結構的體形劃分

(1)單層結構(多用于單層廠房、食堂、影劇場、倉庫等);

(2)多層結構(2—6層);

(3)高層結構(一般為7層以上);

(4)大跨度結構(跨度在40—50m以上)。

4.按結構的受力特點劃分

(1)平面結構體系

(2)空間結構體系。

第二節(jié) 建筑結構基本構件設計

基本構件是組成結構體系的單元。按受力特征來劃分主要有以下三類：軸心受力構件、偏心受力構件和受彎構件。

(一)軸心受力構件

當構件所受外力的作用點與構件截面的形心重合時，則構件橫截面產生的應力為均勻 分布，這種構件稱為軸心受力構件?？煞譃椋?/p>

1.軸心受拉構件

如圖2-1所示構件，外力F使構件橫斷面僅產生均勻拉應力時即為軸心受拉構件。常用于桁架的下弦桿及受拉斜腹桿。

圖2-1

如圖構件內的應力

[σ]—材料的強度設計值(即允許應力)。

φ<1， 故A2>A1

φ值與桿件的長細比λ有關;λ=l0/i

l0—桿件計算長度，

構件的承載能力應滿足σmax≤[σ]

σmax—邊沿最大拉應力;

σmin—邊沿最小拉應力;

W——截面抵抗矩。

由(2-4)可見在受同樣的外拉力時，偏心受拉構件應力要比軸心受拉構件，增大許 多，因此在結構設計應盡量避免出現(xiàn)這種構件。

2.偏心受壓構件

如圖2-4所示，構件承受的壓力作用點與構件的軸心偏離，構件既受壓又受彎，這樣的構件稱為偏心受壓構件(亦稱壓彎構件)。常見于屋架的上弦桿、框架結構柱，磚墻及磚垛等。

σmax—邊沿最大壓應力;

σmin—邊沿最小壓應力。

由式(2-5)知，在受同樣的壓力F時，由于偏心，截面內受壓一側的壓應力增加，而且當偏心引起的彎矩M距較大時，截面內除壓應力外將產生一部分拉應力。若壓力作用點在構件截面的兩個方向上均有偏心，則稱為雙向偏心構件。

三、受彎構件

水平構件在跨間承受荷載，構件發(fā)生彎曲且產生彎矩和剪力，從而使構件截面內產 生彎曲應力和剪應力。這種構件即稱為受彎構件。這是結構設計中最常見的單跨梁和多跨梁就屬于受彎構件。

(1)簡支梁在不同荷載作用下的彎矩圖及剪力圖見圖2-5

圖2-5 簡支梁在不同荷載作用下的彎矩及剪力

(2)多跨連續(xù)梁在均布荷載作用下的彎矩和剪力見圖2-6。

圖2-6 多跨連續(xù)梁在均布荷載作用下的彎矩和剪力

(3)梁截面內的應力分布

1)彎曲應力(圖10-8)

式中 y—距中和軸的距離;

+σmax—邊沿最大拉應力;

—σmax—邊沿最大壓應力。

彎曲應力沿截面高度為三角形分布，中和軸處應力為零;順時針彎曲時中和軸以上為壓應力，中和軸以下為拉應力;逆時針彎曲時，中和軸以上為拉應力，以下為壓應力。見圖2-7.

圖2-7 彎曲壓力分布

3)剪應力

剪應力在截面上的分布也是不均勻的，其分布規(guī)律如圖2-8。

受彎構件在荷載作用下要產生彎曲，于是將產生彎曲變形，使梁產生撓度。

1)梁的撓度跨中最大。

2)撓度的大小與正彎矩成正比。

3)跨度相同、荷載相同時，簡支梁的撓度比連續(xù)梁、二端固定或一端固定一端簡支的梁要大。

4)撓度的大小與梁的EI成反比。

(5)受彎構件的設計要點

1)要滿足彎曲應力不超過材料的強度設計值。即最大彎矩處的最大彎曲應力必須小于強度設計值。

2)梁內最大剪力的斷面平均剪應力不超過材料抗剪的設計值。

3)梁的最大撓度值不得超過規(guī)范規(guī)定的數(shù)值。

四、幾種基本構件的比較

上述幾種基本構件的合理應用，就能取得合理的結構設計。

1.軸心受拉構件是受力最好的構件

(1)最能充分發(fā)揮材料性能。因在外力作用下，沿構件全長及截面的內力及應力都是均勻分布。

(2)在承受相同的荷載下，與受壓和受彎構件相比所需的斷面最小。

(3)只有具有最多數(shù)量的軸拉構件和較少軸壓和受彎構件組成的結構體系才是最省材料和經濟合理的體系。

2.軸壓構件

承載力受穩(wěn)定的影響，故應避免長桿受壓，設計時要特別注意側向穩(wěn)定。

3.偏心受壓構件

在相同截面下，因受偏心彎矩的影響，其承載力將隨偏心距的加大而大為減小。而且也要考慮側向穩(wěn)定的影響。

4.受彎構件

(1)構件內的內力不均勻分布，因此不能充分發(fā)揮材料的作用。

(2)還存在變形能否滿足要求的問題，有時雖已滿足強度要求，變形不能滿足時，則應按變形要求增大構件斷面尺寸。

第三節(jié) 多層與高層建筑結構體系

10層及10層以上或高度超過28m的住宅和高度超過24m的其他高層民用建筑為高層建筑。

一、多層砌體結構

(一)概述

在同一房屋結構體系中，采用兩種或兩種以上不同材料組成承重結構體系的房屋，稱為混合結構房屋。磚砌體結構是指由鋼筋混凝土樓(屋)蓋和磚墻承重的結構體系(亦稱磚混結構)。砌體結構一般是指采用鋼筋混凝土樓(屋)蓋和用磚或其他塊體(如：混凝土砌塊)砌筑的承重墻組成的結構體系。木樓(屋)蓋與磚墻承重的結構體系，稱為磚木結構，目前很少采用。

(二)砌體結構的優(yōu)缺點和應用范圍

1.主要優(yōu)點

(1)主要承重結構(承重墻)是用磚(或其他塊體)砌筑而成的，這種材料任何地區(qū)都有，便于就地取材。常用的墻體材料有：a.燒結普通磚：黏土磚、煤矸石磚、頁巖磚、煤矸石頁巖磚;b.燒結多孔磚：黏土多孔磚(P型、M型)、煤矸石多孔磚、頁巖多孔磚;c.蒸壓灰砂磚、蒸壓粉煤灰磚;d.混凝土小型空心砌塊。

(2)墻體既是圍護和分隔的需要，又可作為承重結構，一舉兩得。

(3)砌體結構的剛度一般比較較大。

(4)施工比較簡單，進度快，技術要求低，施工設備簡單。

2.主要缺點

(1)砌體強度比混凝土強度低得多，故建造房屋的層數(shù)有限，一般不超過7層。

(2)砌體是脆性材料，抗壓能力尚可，抗拉、抗剪強度都很低，因此抗震性能較差。

(3)多層砌體房屋一般宜采用剛性方案，故其橫墻間距受到限制，因此不可能獲得較大的空間，故一般只能用于住宅、普通辦公樓、學校、小型醫(yī)院等民用建筑以及中小型工業(yè)建筑。

(三)磚砌體房屋的墻體布置方案

1.橫墻承重方案

樓層的荷載通過板梁傳至橫墻，橫墻作為主要承重豎向構件，縱墻僅起圍護、分隔、自承重及形成整體作用。

優(yōu)點：橫墻較密，房屋橫向剛度較大，整體剛度好。外縱墻不是承重墻，因此立面處理比較方便，可以開設較大的門窗洞口?？拐鹦阅茌^好。

缺點：橫墻間距較密，房間布置的靈活性差，故多用于宿舍、住宅等居住建筑。

2.縱墻承重方案

其受力特點是：板荷載傳給梁，再由梁傳給縱墻。這時縱墻是主要承重墻。橫墻只承受小部分荷載，橫墻的設置主要為了滿足房屋剛度和整體性的需要，其間距比較大。

優(yōu)點：房間的空間可以較大，平面布置比較靈活。

缺點：房屋的剛度較差，縱墻受力集中，縱墻較厚或要加壁柱。

適用于：教學樓、實驗室、辦公樓、醫(yī)院等。

3.縱橫墻承重方案

根據(jù)房間的開間和進深要求，有時需采取縱橫墻同時承重的方案。

橫墻的間距比縱墻承重方案小。但一般可比橫墻承重方案大，房屋的剛度介于前兩者之間。

4.內框架承重方案

在外墻承重的同時，有一部分內墻采用鋼筋混凝土柱代替，以取得較大的空間。

內框架承重方案的特點：(1)橫墻較少，房屋的空間剛度較差;(2)墻的帶形基礎與柱的單獨柱基沉降不容易一致;(3)鋼筋混凝土柱與磚墻的壓縮性能不一樣，容易造成不均勻變形而產生次應力，當層數(shù)較多時，在設計上應給予考慮;(4)以柱代替內承重墻，在使用上可以取得較大的空間。

適用于：教學樓、醫(yī)院、商店、旅館等建筑物。

(四)砌體房屋的構造要求

1.要滿足墻體的高厚比

(1)砌體結構設計規(guī)范規(guī)定磚墻(或磚柱)的允許高厚比應按《砌體結構設計規(guī)范》(GB50003—2001)6.1.1式驗算。

(2)當高厚比不能滿足要求時，可采取以下措施：

1)增加墻體厚度;2)加設壁柱(即墻垛);

3)加設構造柱;4)減小橫墻間距。

2.橫墻間距s

根據(jù)橫墻間距s的不同，磚砌體房屋的靜力計算有三種計算方案見表2-1，如圖2-1：

圖2-1砌體房屋的計算方案

(1)剛性方案。在荷載作用下，樓層視為墻、柱的不動鉸支座。即認為房屋不產生水平位移。

(2)剛彈性方案。在荷載作用下，樓層視為墻柱可動鉸支座，樓蓋平面較大，可考慮空間工作的平面排架或框架計算。其空間影響系數(shù)可按《砌體結構設計規(guī)范》表4.2.4采用。

(3)彈性方案。房屋在水平力作用下將產生水平位移，房屋的靜力計算可按屋架、大梁與墻(柱)為鉸接的不考慮空間工作的平面排架或框架計算。

3.縱墻盡可能貫通。

4.5層及5層以上房屋的墻，以及受振動或層高大于6m的墻、柱所用材料的最低強度等級，應符合下列要求：

(1)磚采用MUl0;

(2)砌塊采用MU7.5;

(3)石材采用MU30;

(4)砂漿采用M5。

注：對安全等級為一級或設計使用年限大于50年的房屋，墻、柱所用材料的最低強度等級應至少提高一級。

5.地面以下或防潮層以下的砌體，潮濕房間的墻，所用材料的最低強度等級應符合表10-2的要求。

注：①在凍脹地區(qū)，地面以下或防潮層以下的砌體，不宜采用多孔磚，如采用時，其孔洞應用水泥砂漿灌實。當采用混凝土砌塊砌體時，其孔洞應采用強度等級不低于Cb20的混凝土灌實;

②對安全等級為一級或設計使用年限大于50年的房屋，表中材料強度等級應至少提高一級，

6.承重的獨立磚柱截面尺寸不應小于240mmX370mm。毛石墻的厚度不宜小于350mm，毛料石柱較小邊長不宜小于400mm。

注：當有振動荷載時，墻、柱不宜采用毛石砌體。

7.跨度大于6m的屋架和跨度大于下列數(shù)值的梁，應在支承處砌體上設置混凝土或鋼筋混凝土墊塊;當墻中設有圈梁時，墊塊與圈梁宜澆成整體。

(1)對磚砌體為4.8m;

(2)對砌塊和料石砌體為4.2m;

(3)對毛石砌體為3.9m。

8.當梁跨度大于或等于下列數(shù)值時，其支承處宜加設壁柱，或采取其他加強措施;

(1)對240mm厚的磚墻為6m，對180mm厚的磚墻為4.8m;

(2)對砌塊、料石墻為4.8m。

9.預制鋼筋混凝土板的支承長度，在墻上不宜小于l00mm;在鋼筋混凝土圈梁上不宜小于80mm;灌縫混凝土不宜低于Cb20(即C20)。

10.支承在墻、柱上的吊車梁、屋架及跨度大于或等于下列數(shù)值的預制梁的端部，應采用錨固件與墻、柱上的墊塊錨固：

(1)對磚砌體為9m;

(2)對砌塊和料石砌體為7.2m。

11.填充墻、隔墻應分別采取措施與周邊構件可靠連接。

12.山墻處的壁柱宜砌至山墻頂部，屋面構件應與山墻可靠拉結。

13.砌塊砌體應分皮錯縫搭砌，上下皮搭砌長度不得小于90mm。當搭砌長度不滿足上述要求時，應在水平灰縫內設置不少于2Φ4的焊接鋼筋網片(橫向鋼筋的間距不宜大于200mm)，網片每端均應超過該垂直縫，其長度不得小于300mm。

14.砌塊墻與后砌隔墻交接處，應沿墻高每400mm在水平灰縫內設置不少于2φ4、橫筋間距不大于200mm的焊接鋼筋網片。

15.混凝土砌塊房屋，宜將縱橫墻交接處、距墻中心線每邊不小于300mm范圍內的孔洞，采用不低于Cb20灌孔混凝土灌實，灌實高度應為墻身全高。

16.混凝土砌塊墻體的下列部位，如未設圈梁或混凝土墊塊，應采用不低于Cb20灌孔混凝土將孔洞灌實：

(1)擱柵、檁條和鋼筋混凝土樓板的支承面下，高度不應小于200mm的砌體;

(2)屋架、梁等構件的支承面下，高度不應小于600mm，長度不應小于600mm的砌體;

(3)挑梁支承面下，距墻中心線海邊不應小于300mm，高度不應小于600mm的砌體。

17.在砌體中留槽洞及埋設管道時，應遵守下列規(guī)定：

(1)不應在截面長邊小于500mm的承重墻體、獨立柱內埋設管線;

(2)不宜在墻體中穿行暗線或預留、開鑿溝槽，無法避免時應采取必要的措施或按削弱后的截面驗算墻體的承載力。

注：對受力較小或未灌孔的砌塊砌體，允許在墻體的豎向孔洞中設置管線。

18.夾心墻應符合下列規(guī)定：

(1)混凝土砌塊的強度等級不應低于MUl0;

(2)夾心墻的夾層厚度不宜大于100mm;

(3)夾心墻外葉墻的最大橫向支承間距不宜大于9m。

19.夾心墻葉墻間的連接應符合下列規(guī)定：

(1)葉墻應用經防腐處理的拉結件或鋼筋網片連接;

(2)當采用環(huán)形拉結件時，鋼筋直徑不應小于4mm;當為Z形拉結件時，鋼筋直徑不應小于6mm。拉結件應沿豎向梅花形布置，拉結件的水平和豎向最大間距分別不宜大于800mm和600mm;對有振動或有抗震設防要求時，其水平和豎向最大間距分別不宜大于800mm和400mm;

(3)當采用鋼筋網片作拉結件時，網片橫向鋼筋的直徑不應小于4mm，其間距不應大于400mm;網片的豎向間距不宜大于600mm，對有振動或有抗震設防要求時，不宜大于400mm;

(4)拉結件在葉墻上的擱置長度，不應小于葉墻厚度的2/3，并不應小于60mm;

(5)門窗洞口周邊300mm范圍內應附加間距不大于600mm的拉結件。

注：對安全等級為一級或設計使用年限大于50年的房屋，夾心墻葉墻間宜采用不銹鋼拉結件，

20.為了防止或減輕房屋在正常使用條件下，由溫差和砌體干縮引起的墻體豎向裂縫，應在墻體中設置伸縮縫。伸縮縫應設在因溫度和收縮變形可能引起應力集中、砌體產生裂縫可能性最大的地方。伸縮縫的間距可按表2—3采用。

砌體房屋伸縮縫的最大間距表2-3

21.為了防止或減輕房屋頂層墻體的裂縫，可根據(jù)情況采取下列措施：

(1)屋面應設置保溫、隔熱層;

(2)屋面保溫(隔熱)層或屋面剛性面層及砂漿找平層應設置分隔縫，分隔縫間距不宜大于6m，并與女兒墻隔開，其縫寬不小于30mm;

(3)采用裝配式有檁體系鋼筋混凝土屋蓋和瓦材屋蓋;

(4)在鋼筋混凝土屋面板與墻體圈梁的接觸面處設置水平滑動層，滑動層可采用兩層油氈夾滑石粉或橡膠片等;對于長縱墻，可只在其兩端的2—3個開間內設置，對于橫墻可只在其兩端各1/4范圍內設置(l為橫墻長度);

(5)頂層屋面板下設置現(xiàn)澆鋼筋混凝土圈梁，并沿內外墻拉通，房屋兩端圈梁下的墻體內宜適當設置水平鋼筋;

(6)頂層挑梁末端下墻體灰縫內設置3道焊接鋼筋網片(縱向鋼筋不宜少于2φ4，橫筋間距不宜大于200mm)或2φ6鋼筋，鋼筋網片或鋼筋應自挑梁末端伸人兩邊墻體不小于1m;

(7)頂層墻體有門窗等洞口時，在過梁上的水平灰縫內設置2—3道焊接鋼筋網片或2φ6鋼筋，并應伸入過梁兩端墻內不小于600mm;

(8)頂層及女兒墻砂漿強度等級不低于M5;

(9)女兒墻應設置構造柱，構造柱間距不宜大于4m，構造柱應伸至女兒墻頂并與現(xiàn)澆鋼筋混凝土壓頂整澆在一起;

(10)房屋頂層端部墻體內適當增設構造柱。

22.為防止或減輕房屋底層墻體裂縫，可根據(jù)情況采取下列措施：

(1)增大基礎圈梁的剛度;

(2)在底層的窗臺下墻體灰縫內設置3道焊接鋼筋網片或2φ6鋼筋，并伸入兩邊窗間墻內不小于600mm;

(3)采用鋼筋混凝土窗臺板，窗臺板嵌入窗間墻內不小于600mm。

23.墻體轉角處和縱橫墻交接處宜沿豎向每隔400mm-500mm設拉結鋼筋，其數(shù)量為每120mm墻厚不少于1φ6或焊接鋼筋網片，埋入長度從墻的轉角或交接處算起，每邊不小于600mm。

24.對灰砂磚、粉煤灰磚、混凝土砌塊或其他非燒結磚，宜在各層門、窗過梁上方的水平灰縫內及窗臺下第一和第二道水平灰縫內設置焊接鋼筋網片或2φ6鋼筋，焊接鋼筋網片或鋼筋應埋入兩邊間墻內不小于600mm。當灰砂磚、粉煤灰磚、混凝土砌塊或其他非燒結磚實體墻長大于5m時，宜在每層墻高度中部設置2-3道焊接鋼筋網片或3φ6的通長水平鋼筋，豎向間距宜為500mm。

25.為防止或減輕混凝土砌塊房屋頂層兩端和底層第一、第二開間門窗洞處的裂縫，可采取下列措施：

(1)在門窗洞口兩側不少于一個孔洞中設置不小于1φ12鋼筋，鋼筋應在樓層圈梁或基礎錨固，并采用不低于Cb20灌孔混凝土灌實;

(2)在門窗洞口兩邊的墻體的水平灰縫中，設置長度不小于900mm、豎向間距為400mm的2φ4焊接鋼筋網片;

(3)在頂層和底層設置通長鋼筋混凝土窗臺梁，窗臺梁的高度宜為塊高的模數(shù)，縱筋不少于4φ10、箍筋φ6@200，Cb20混凝土。

26.當房屋剛度較大時，可在窗臺下或窗臺角處墻體內設置豎向控制縫。在墻體高度或厚度突然變化處也宜設置豎向控制縫，或采取其他可靠的防裂措施。豎向控制縫的構造和嵌縫材料應能滿足墻體平面外傳力和防護的要求。

27.灰砂磚、粉煤灰磚砌體宜采用粘結性好的砂漿砌筑，混凝土砌塊砌體應采用磚塊專用砂漿砌筑。

28.對防裂要求較高的墻體，可根據(jù)情況采取專門措施。

(五)多層磚砌體房屋的樓蓋

1.裝配式樓蓋

包括預制板和預制梁，構件在工廠制造，現(xiàn)場拼裝。

2.預制板

實心樓板，槽形板。

預應力空心樓板：短向板，長向板。

預應力空心大樓板。

雙鋼筋疊合板。

預應力疊合板。

優(yōu)點：節(jié)約模板，施工速度快，有利于建筑工業(yè)化，節(jié)約鋼材。

缺點：樓層整體性較差，抗震性能不如現(xiàn)澆樓蓋，必須有起重設備，開間尺寸受限制。

3.預制梁。其優(yōu)缺點同預制板。

4.現(xiàn)澆樓蓋

(1)現(xiàn)澆樓蓋一般由現(xiàn)澆樓板和現(xiàn)澆梁組成。

(2)樓蓋一般分為單向板肋形樓蓋、雙向板肋形樓蓋和無梁樓蓋見圖2-2。

(3)梁、板的常用截面尺寸參考值見表2-4、表2-5表2-6。