建筑工程技术


建筑结构技术要求
※掌握房屋结构平衡的技术要求
一、荷载的分类
引起结构失去平衡或破坏的外部作用主要有:直接施加在结构上的各种力,习惯上亦称为荷载。例如结构自重(恒载)、活荷载、积灰荷载、雪荷载、风荷载等。荷载有不同的分类方法。
(一)按随时间的变异分类

  1.永久作用(永久荷载或恒载):在设计基准期内,其值不随时间变化;或其变化可以忽略不计。如结构自重、土压力、预加应力、混凝土收缩、基础沉降、焊接变形等。

  2.可变作用(可变荷载或活荷载):在设计基准期内,其值随时间变化。如安装荷载、屋面与楼面活荷载、雪荷载、风荷载、吊车荷载、积灰荷载等。

  3.偶然作用(偶然荷载、特殊荷载):在设计基准期内可能出现,也可能不出现,而一旦出现其值很大,且持续时间较短。例如爆炸力、撞击力、雪崩、严重腐蚀、地震、台风等。
(二)按结构的反应分类

  1.静态作用或静力作用:不使结构或结构构件产生加速度或所产生的加速度可以忽略不计,如结构自重、住宅与办公楼的楼面活荷载、雪荷载等。

  2.动态作用或动力作用:使结构或结构构件产生不可忽略的加速度,例如地震作用、吊车设备振动、高空坠物冲击作用等。
(三)按荷载作用面大小分类

  1.均布面荷载Q
建筑物楼面或墙面上分布的荷载,如铺设的木地板、地砖、花岗石、大理石面层等重量引起的荷载,都属于均布面荷载。均布面荷载Q的计算,可用材料的重度Y乘以面层材料的厚度d,即可得出增加的均布面荷载值,Q=Y?d

  2.线荷载
建筑物原有的楼面或屋面上的各种面荷载传到梁上或条形基础上时,可简化为单位长度上的分布荷载,称为线荷载q.

  3.集中荷载
在建筑物原有的楼面或屋面上放置或悬挂较重物品(如洗衣机、冰箱、空调机、吊灯等)时,其作用面积很小,可简化为作用于某一点的集中荷载。
(四)按荷载作用方向分类

  1.垂直荷载:如结构自重,雪荷载等;

  2.水平荷载:如风荷载,水平地震作用等。
二、平面力系的平衡条件及其应用
(一)平面力系的平衡条件
物体在许多力的共同作用下处于平衡状态时(建筑工程中的杆件或结构一般处于静止状态),这些力(称为力系)之间必须满足一定的条件,这个条件称为力系的平衡条件。

  1.二力的平衡条件:两个力大小相等,方向相反,作用线相重合,这就是二力的平衡条件。

  2.平面汇交力系的平衡条件:一个物体上的作用力系,作用线都在同一平面内,且汇交于一点,这种力系称为平面汇交力系。平面汇交力系的平衡条件是ΣX=o和ΣY=0

  3.一般平面力系的平衡条件还要加上力矩的平衡,即作用在物体上的力对某点取矩时,顺时针力矩之和等于反时针力矩之和,所以平面力系的平衡条件是ΣX=o,ΣY=0,和ΣM=0
(二)利用平衡条件求未知力
一个物体,重量为W,通过两条绳索AC和BC吊着,计算AC, BC拉力的步骤为:首先取隔离体,作出隔离体受力图。然后再列平衡方程ΣX=o,ΣY=
  0,求未知力T.
(三)静定桁架的内力计算
(四)用截面法计算单跨静定梁的内力
杆件结构可以分为静定结构和超静定结构两类。可以用静力平衡条件确定全部反力和内力的结构叫静定结构.

  1.梁在荷载作用下的内力:梁受弯后,上部受压,产生压缩变形下部受拉,产生拉伸变形梁的截面上有两种内力。即弯矩M和剪力V。弯矩M的正负号规定为截面上的弯矩使所取隔离体下侧受拉时为正,反之为负;剪力V的正负号规定为截面上的剪力使所取隔离体有顺时针
方向转动趋势时为正,反之为负。

※掌握房屋结构的安全性、适用性及耐久性要求
一、结构的功能要求与极限状态
结构应具有以下几项功能:
(
  1)安全性。在正常施工和正常使用的条件下,结构应能承受可能出现的各种荷载作用和变形而不发生破坏;在偶然事件发生后,结构仍能保持必要的整体稳定性。例如,厂房结构平时受自重、吊车、风和积雪等荷载作用时,均应坚固不坏,而在遇到强烈地震、爆炸等偶然事件时,容许有局部的损伤,但应保持结构的整体稳定而不发生倒塌。
(
  2)适用性。在正常使用时,结构应具有良好的工作性能。如吊车梁变形过大会使吊车无法正常运行,水池出现裂缝便不能蓄水等,都影响正常使用,需要对变形、裂缝等进行必要的控制。
(
  3)耐久性。在正常维护的条件下,结构应能在预计的使用年限内满足各项功能要求,也即应具有足够的耐久性。例如,不致因混凝土的老化、腐蚀或钢筋的锈蚀等而影响结构的使用寿命。
安全性、适用性和耐久性概括称为结构的可靠性。如结构或构件超过某一特定状态就不能满足上述某项规定的功能要求时,称这一状态为极限状态。极限状态通常可分为如下两类:承载力极限状态与正常使用极限状态。
承载力极限状态是对应于结构或构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形,它包括结构构件或连接因强度超过而破坏,结构或其一部分作为刚体而失去平衡(如倾覆、滑移),在反复荷载下构件或连接发生疲劳破坏等。这一极限状态关系到结构全部或部分的破坏或倒塌,会导致人员的伤亡或严重的经济损失,所以对所有结构和构件都必须按承载力极限状态进行计算,施工时应严格保证施工质量,以满足结构的安
全性。
正常使用极限状态相应于结构或构件达到正常使用或耐久性的某项规定的限值,它包括构件在正常使用条件下产生过度变形,导致影响正常使用或建筑外观;构件过早产生裂缝或裂缝发展过宽;在动力荷载作用下结构或构件产生过大的振幅等。超过这种极限状态
会使结构不能正常工作,也会使结构的耐久性受影响。
二、结构的安全性要求
(一)杆件的受力形式
结构杆件的基本受力形式按其变形特点可归纳为以下五种:拉伸、压缩、弯曲、剪切和扭转,实际结构中的构件往往是几种受力形式的组合,如梁承受弯矩与剪力;柱子受到压力与弯矩等。
(二)材料强度的基本概念
结构杆件所用材料在规定的荷载作用下,材料发生破坏时的应力称为强度,要求不破坏的要求,称为强度要求。根据外力作用方式不同,材料有抗拉强度、抗压强度、抗剪强度等。对有屈服点的钢材,还有屈服强度和极限强度的区别。
在相同条件下,材料的强度高,则结构的承载力也高。
(三)杆件稳定的基本概念
在工程结构中,受压杆件如果比较细长,受力达到一定的数值(这时.般未达到强度破坏)时,杆件突然发生弯曲,以致引起整个结构的
破坏,这种现象称为失稳。因此,受压杆件要有稳定的要求。
临界力越大,压杆的稳定性就越好.两端铰接的压杆,临界力的计算公式为:
Ptj=∏2EI/L2
临界力Ps的大小与下列因素有关:
(
  1)压杆的材料:钢柱的Ptj比木柱大。因为钢柱的弹性模量E大;
(
  2)压杆的截面形状与大小:截面大不易失稳,因为惯性矩I大;同样面积的截面,做成管形(环形截面)就比实心圆形的压杆不易失稳;
(
  3)压杆的长度L:长度大,Ptj小,易失稳
(
  4)压杆的支承情况:两端固定的与两端铰接的比,两端固定的Ptj大;两端铰接的
与一端固定一端自由的比,两端铰接的Ptj大.
(四)建筑装饰装修荷载变动对建筑结构安全性的影响
在装饰装修施工过程中,将对建筑结构增加一定数量的施工荷载,如电动设备的振动、对楼面或墙体的撞击等,带有明显的动力荷载的特性;又如在房间放置大量的砂石、水泥等建筑材料,可能使得建筑物局部面积上的荷载值远远超过设计允许的范围。装饰装修施工过程中常见的荷载变动主要有:
(
  1)在楼面上加铺任何材料属于对楼板增加了面荷载,
(
  2)在室内增加隔墙、封闭阳台属于增加的线荷载;
(
  3)在室内增加装饰性的柱子,特别是石柱,悬挂较大的吊灯,房间局部增加假山盆景,这些装修做法就是对结构增加了集中荷载.在装饰装修过程中,如有结构变动或增加荷载时,应注意:
(
  1)在设计和施工时,必须了解结构能承受的荷载值是多少,将各种增加的装饰装修荷载控制在允许范围以内.如果做不到这一点,应对结构进行重新验算,必要时应采取相应的加固补强措施
(
  2)建筑装饰装修工程设计必须保证建筑物的结构安全和主要使用功能。当涉及主体和承重结构改动或增加荷载时,必须由原结构设计单位或具备相应资质的设计单位核查有原始资料,对既有建筑结构的安全性进行核验、确认。
(
  3)建筑装饰装修工程施工中,严禁违反设计文件擅自改动建筑主体、承重结构或主要使用功能带严禁未经设计确认和有关部门批准,擅自拆改水、暖、电、燃气、通信等配套设施.
三、结构的适用性要求
(一)杆件刚度与梁的位移计算
结构杆件在规定的荷载作用下,虽有足够的强度,但其变形也不能过大.如果变形超过了允许的范围,也会影响正常的使用。限制过大变形的要求即为刚度要求,或称为正常使用下的极限状态要求。
梁的变形主要是弯矩所引起的,叫弯曲变形。剪力所引起的变形很小,一般可以忽略不计。
通常我们都是计算梁的最大变形,挠度公式:f= 从公式中可以看出,影响位移因素除荷载外,还有:
(
  1)材料性能:与材料的弹性模量E成反比;
(
  2)构件的截面:与截面的惯性矩I成反比,
(
  3)构件的跨度:与跨度L的n次方成正比,此因素影响最大。
(二)混凝土结构的裂缝控制
裂缝控制主要针对混凝土梁(受弯构件)及受拉构件。裂缝控制分为三个等级:
(
  1)构件不出现拉应力;
(
  2)构件虽有拉应力,但不超过混凝土的抗拉强度;
(
  3)允许出现裂缝,但裂缝宽度不超过允许值。
对(
  1), (
  2)等级的混凝土构件,一般只有预应力构件才能达到。
四、结构的耐久性要求
结构的耐久性是指结构在规定的工作环境中,在预期的使用年限内,在正常维护条件下不需进行大修就能完成预定功能的能力。房屋结构中,混凝土结构耐久性是一个复杂的多因素综合问题,我国规范增加了混凝土结构耐久性设计的基本原则和有关规定。
(一)结构设计使用年限
我国《建筑结构可靠度设计统一标准》(GB 50068-20
  01)首次提出了建筑结构的设计使用年限,见表2A311012-
  1。设计使用年限是设计规定的一个时期,在这一时期内,只需正常维修(不需大修)就能完成预定功能,即房屋建筑在正常设计、正常施工、正常使用和维护下所应达到的使用年限。
设计使用年限分类
1类 5年 临时性结构
2类 25年 易于替换的结构构件
3类 50年 普通房屋和构筑物
4类 100年 纪念性建筑和特别重要的建筑结构
(二)混凝土结构的环境类别
在不同环境中,混凝土的劣化与损伤速度是不一样的,因此针对不同的环境提出不同
一 室内正常环境
二 a 室内潮湿环境;非严寒和非寒冷地区的露天环境,与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境
b 严寒和寒冷地区的露天环境、与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境
三 使用除冰盐的环境;严寒和寒冷地区冬季水位变动的环境;滨海室外环境
四 海水环境
五 受人为或自然的侵蚀性物质影响的环境
(三)混凝土结构耐久性的要求

  1.保护层厚度
混凝土保护层厚度是一个重要参数,它不仅关系到构件的承载力和适用性,而且对结构构件的耐久性有决定性的影响。因此,要求设计使用年限为50年的钢筋混凝土及预应力混凝土结构,其纵向受力钢筋的混凝土保护层厚度不应小于钢筋的公称直径,且应符合表2A311012-3的规定。
纵向受力钢筋的混凝土保护层最小厚度(rnIn)
注:基础中纵向受力钢筋的混凝土保护层厚度不应小于40mm;当无垫层时,不应小于70mm

  2.水灰比、水泥用
 

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