建筑结构的复习
一．基本概念复习
（一）荷载
荷载
外界、建筑构造与建筑结构自身对于结构的所形成的力；
结构自重、建筑物其他构造自重、建筑物各种附加物的自重、建筑物各种附加物的运动形成的力、自然界的作用（风、雨、雪等）等；
永久荷载 permanent load
在结构使用期间，其值不随时间变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计，或其变化是单调的并能趋于限值的荷载。
可变荷载 variable load
在结构使用期间，其值随时间变化，且其变化与平均值相比不再可以忽略不计的荷载。
恒荷载与活荷载
在结构发挥效用的时间范围内,位置、方向、量值均不发生变化的荷载。
活荷载是指在结构发挥效用的时间范围内,位置、方向、量值任一参数指标发生变化的荷载。
静荷载与动荷载
静荷载是指短时间尤其是瞬时，量值不发生变化或变化幅度不大的荷载。
动荷载是指短时间，量值发生较大变化的荷载，对于结构会产生冲击作用效果，多数动荷载由重力于运动速度共同产生。
集中荷载与分布荷载
集中荷载是指荷载作用的范围相对于结构的尺度来讲很小，可以忽略为一个点作用的荷载，集中荷载对于结构产生不连续的作用。
分布荷载是指荷载作用的范围相对于结构的尺度是线或面作用的荷载，分布荷载对于结构产生相对连续的作用。
在风的作用下，建筑物会发生何种破坏？
1）主体结构变形导致内墙裂缝；
2）长时间的风振效应使结构受到往复应力作用而发生局部疲劳破坏；
3）外装饰，受风力作用而脱落；
4）轻屋面，受风的作用会像上浮起甚至破坏。
建筑形体与风的作用
迎风面风力为压力，侧风面随着与风的夹角的变化，风力逐渐有压力转变为吸力；
矩形、圆形、三角形等不同的平面形状的建筑物，各个侧面所受的风力
作用差异很大。
高度与风的作用
随着风力测试点的高度增加，所受风力作用也随之加大。
（二）结构材料
结构材料的基本要求
强度 结构材料要有足够的、有一定环境适应度的强度
刚度 结构材料要有足够的刚度
重度 结构材料要有相应的重度
低价 结构材料要有相对低廉的价格
环保 结构材料要有良好的环保性能
钢材的工程力学性能
屈服强度：是钢材出现屈服的力学指标，当达到该指标时，钢材将出现
较大的不可恢复的塑性变形，该指标是钢材的设计强度采用指标；
极限强度：是钢材承受的极限力学指标，达到该指标后，钢材将出现断
裂等完全失去承载力的现象，该指标为钢材的储备强度，不作为设计采用。
伸长率：钢材拉断后的塑性变形量较钢材原始尺度的变化率，是衡量钢
材变形能力的重要指标。
冷弯指标：是检验钢材冷加工性能的指标，对于钢筋与钢板，其冷弯指
标是指在常温下被检验材料对于某一相对的半径（相对板材厚度与钢筋直径）的弯曲角度。
冲击韧性：是对于钢结构使用钢材的特殊要求，是检验钢材对于冲击荷
载的承受能力。
常用建筑结构材料的力学性能特点
砖，石材、混凝土：抗压强度高，抗拉强度低；
钢 材：抗拉强度高，有屈服和强化的特点
混凝土的基本性能
混凝土的抗压强度比较大，但是其抗拉强度很低，一般不作为计算依据； 在实际结构设计中，混凝土的受拉区配有钢筋来承受拉力；
（三）结构
结构的概念 受力、传力的体系，实现建筑空间的重要技术。
结构的作用 抵抗自重作用、承担外部重力作用、承担侧向力作用、承担特殊力
作用。
结构的基本设计要求 结构的安全性要求、结构的实用性要求、结构的耐久性要求、结构的稳定性要求。
结构的组成 形成跨度的结构构件：梁、板、桁架等。 垂直传力的结构构件：柱子、墙等。 抵抗侧向力的结构构件：墙、支撑等。承担全部荷载结构构件：基础。
圈梁的作用
连接所有的外墙，形成封闭性的钢筋混凝土刚性框，有效的提高墙体的稳定性与房屋的整体性。
混凝土结构 concrete structure
以混凝土为主制成的结构，包括素混凝土结构，钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构等。
素混凝土结构 plain concrete structure
由无筋或不配置受力钢筋的混凝土制成的结构。
钢筋混凝土结构 reinforced concrete structure
由配置受力的普通钢筋，钢筋网或钢筋骨架的混凝土制成的
构。
现浇混凝土结构 cast-in-situ concrete structure
在现场支模并整体浇筑而成的混凝土结构。
装配式混凝土结构 prefabricated concrete structure
由预制混凝土构件或部件通过焊接，螺栓连接等方式装配而成的混凝土结构。 装配整体式混凝土结构 assembled monolithic concrete
structure
由预制混凝土构件或部件通过钢筋，连接件或施加预应力加以连接并现场浇筑混凝土而形成整体的结构。
框架结构 frame structure
由梁和柱以刚接或铰接相连接而构成承重体系和结构。
剪力墙结构 shear-wall structure
由剪力墙组成的承受竖向和水平作用的结构。
框架-剪力墙结构 frame-shear-walls tructure
由剪力墙和框架共同承受竖向和水平作用的结构。
扩展基础 spread foundation
将上部结构传来的荷载，通过向侧边扩展成一定底面积，使作用在基底的压应力等于或小于地基土的允许承载力，而基础内部的应力应同时满材料本身的强度要求，这种起到压力扩散作用的基础称为扩展基础。
无筋扩展基础 non-reinforced spread foundation
由砖，毛石，混凝土或毛石混凝土，灰土和三合土等材料组成的，且不需配置钢筋的墙下条形基础或柱下独立基础。
桩基础 pile foundation
由设置于岩土中的桩和联接于桩顶端的承台组成的基础。
建筑设计基本设防标准
通常来讲，地震烈度低于六度时，不会对于永久性建筑物形成较大破坏。因此，我国规范规定，以六度为建筑设计基本设防标准。
二．简答题
实现延性与防止脆性的方法
采用延性材料为建筑结构材料——钢结构；
采用延性材料改善脆性材料的性能——钢筋混凝土；
避免细长结构杆件、薄壁构件，防止失稳；
增大脆性材料的安全系数，偏于安全使用材料。
建筑物应保持足够的刚度
建筑物保持其刚度是十分重要的。只有保持其形体与构件之间的几何关系，结构的计算理论与分析理论才是有效的；
刚度是满足结构正常使用的基本要求，刚度不满足要求的结构在使用上是没有意义的；
按建筑材料结构划分为那些类型？
木结构； 砌体结构（包括砖、砌块、石等）；钢筋混凝土结构；钢结构
按结构受力结构型式划分成那些类型？
墙体承重结构；框架结构；剪力墙结构，框架剪力墙结构；筒体结构；框桶结构；拱结构；网架结构；网壳结构；薄壳(包括折板)结构；悬索结构；充气结构等。
按体型结构型式划分成那些类型？
单层结构(多用于单层工业厂房、食堂等)；多层结构(一般2～7层)；高层结构(一般10层以上或24米以上)； 大跨结构(跨度大约在40以上)。
钢筋混凝土结构的特点有哪些？
主要优点：1）就地取材；2）耐久性好；3）整体性好；4）可模性好；5）耐火性好。
主要缺点：1）结构自重大；2）抗裂性能差、一旦损坏修复比较困难；3）现浇
结构模板用量大；4）施工受季节环境影响较大工期长等。
梁的受力特点是什么？梁的截面构造怎样确定？
梁主要承受垂直于梁轴线方向的荷载的作用，其内力主要是弯矩和剪力，变形主要是挠曲变形。
梁的截面尺寸应根据梁的跨度、荷载大小、支承情况，以及建筑使用要求来综合确定。一般情况，梁高是梁跨度的1/14-1/8，梁的宽度时梁高度的1/2-1/3。
梁在竖向均布荷载作用下，梁上的弯矩和剪力的分布极不均匀，梁截面内的正应力和剪应力的分布也极不均匀。在弯矩作用下，截面正应力分布为受压区和受拉区两个三角形，在中和轴处应力为零，在上下边缘处正应力为最大，因此，若以上下边缘处材料的强度作为控制值，则中间部分的材料不能充分发挥作用。
在剪力作用下，剪应力在中和轴处最大，在上下边缘处为零，分布在上下边缘处的材料不能充分发挥其抗剪作用。
常用建筑结构材料的力学性能特点咋样？
砖，石材、混凝土：抗压强度高，抗拉强度低；
钢 材：抗拉强度高，有屈服和强化的特点
钢材的基本性能怎样？
钢材性能优良，强度高，尤其是比强度高，在工程计算中可以近似的认为钢材是理想的力学材料。
钢材质地均匀，各向同性，有良好的塑性和韧性。钢材较混凝土材料更易于加工，易于工业化生产。
钢材的最大缺陷：在于易腐蚀与耐火性差，需要在其表面涂刷防锈漆与防火涂料，现代技术已经比较圆满地解决了此类问题。
砌体结构的特点有那些？
优点：
1) 就地取材。 2) 很好的耐火性，较好的化学稳定性和大气稳定。
3) 比起钢筋混凝土结构来，节约水泥、钢材和木材，可连续施工。
4) 采用砌块或大型板材作墙体时，可以减轻结构自重， 加快施工进度，进行工业化生产和施工。
钢结构特点是什么？
优点: 1) 钢结构自重轻而承载力高。 2) 钢材最接近于匀质等向体。3) 钢材的塑性和韧性好。 4）钢材具有可焊性。 5) 钢结构具有不渗漏的特性。6) 钢结构制造工厂化、施工装配化。
缺点: 1)钢材耐腐蚀性差，应采取防护措施 。 2)钢结构耐热性能好，但防火性能差 。
砌体结构的组成包括那些？
砌体结构一般由基础、砌体承重墙（柱）、钢筋混凝土楼板（屋面板）或木材楼板（屋面板）等组成。
横墙承重体系的特点：
横墙承重，纵墙可以开大窗；横向刚度大，抗震效果好；楼板布置简单，易施工；横墙多，空间相对小；纵墙不能充分利用。
纵墙承重体系的特点：
纵墙承重，横墙可以开大洞；横向刚度差，抗震效果相对不好；横墙少，空间布置灵活，可以形成大空间；山墙格外重要
纵墙横墙承重体系的特点
兼有纵墙横墙承重的优点，但墙体用量多，施工相对困难。
框架结构组成包括那些？
框架的组成：梁、板、柱、基础。梁柱间的节点为刚节点。
结构布置方式：多为横向框架，纵向联系体系。
框架结构中垂直荷载的作用：对中柱产生轴心受压作用或近似轴心受压作用，
对于边柱产生偏心受压作用，顶层偏心作用大，底层偏心作用小；
框架结构中水平荷载的作用：对于所有构件均产生弯矩、剪力作用，底层弯矩大，顶层相对小。
框架结构房屋的结构组成
水平构件：楼板：单向板、双向板；预制板、现浇板。
梁：横向梁、纵向梁。
竖向构件：柱。
地下构件：基础：独立基础、条形基础、井格式基础等。
基础梁。
桁架结构的特点包括那些？
桁架结构受力合理、计算简单、施工方便、适应性强，不会对支座产生横向水平推力，因而在结构工程中应用广泛。
桁架常用来作为屋盖承重结构，也常称为屋架。
桁架的主要缺点是结构高度大，侧向刚度小。不仅增加了屋盖处的外墙的材料用料，而且增加了采暖通风负荷。
桁架的上弦受压、下弦受拉，由此形成力偶来平衡外荷载所产生的弯矩。外荷载所产生的剪力则是由斜腹杆轴力中的竖向分量来平衡。
因此，在桁架结构中，各杆件单元(上弦杆、下弦杆、斜腹杆、竖杆)均为轴向受拉或轴向受压构件，使材料的强度可以得到充分的发挥。
框架结构：
由梁、板、柱组成并共同来承重的结构体系，墙体仅为分隔构件或外围护结构。 其特点是建筑的平面布置和房间的划分较为灵活，隔墙的形状可以是直线、折线，也可以是曲线，门窗的大小和形状也可自由多变，这样不仅能适应复杂的建筑功能要求，同时还为丰富建筑空间，充分表达设计意图，提供了有利的条件。 框架结构大多做成现浇钢筋混凝土框架形式。
框架结构的受力特点
垂直荷载对于中柱产生轴心受压作用或近似轴心的受压作用，对于边柱产生偏心受压作用，顶层偏心作用大，底层偏心作用小；
水平荷载对于所有构件均产生弯矩、剪力作用，底层弯矩大，顶层相对小。水平作用是双向的，内力图仅表示一个方向，设计时应考虑相应的不利组合；
拱结构的特点有那些？
按结构支承方式分类：三铰拱、两铰拱和无铰拱三种；有钢筋混凝土结构、钢结构、胶合木结构、砖石砌体结构；拱身截面有格构式和实腹式，还有等截面式和变截面式。
受力特点：拱身截面弯矩小，剪力小，轴力大，合理拱轴为一抛物线，存在较大的水平推力。
水平推力四种平衡方式：拉杆承担，刚性水平结构“承担” ，竖向承重结构承担，基础承担上。
桁架结构通常要具备下列基本条件？
1．组成桁架的所有各杆都是直杆，所有各杆的中心线(轴线)都在同一平面内，这一平面称为桁架的中心平面。
2．桁架的杆件与杆件相连接的节点均为铰接节点。
3．所有外力都作用在桁架的中心平面内，并集中作用于节点上。
三角形屋架和梯形屋架在受力上的区别？
三角形屋架的内力分布不均匀，支座处大而跨中小。一般适用于跨度在18m以内的建筑中。三角形屋架的坡度大，因此，适用于屋面材料为粘土瓦，水泥瓦及小青瓦等要求排水坡度较大的情况。
梯形屋架受力性能比三角形屋架合理。当房屋跨度较大时，选用梯形屋架较为适宜。当采用波形石棉瓦、铁皮或卷材作屋面防水材料时，屋面坡度需取i=1／5。梯形屋架适用跨度为12～18m。
立体桁架的结构型式及特点
立体桁架的截面形式可为矩形、正三角形、倒三角形。它是由两榀平面桁架相隔一定的距离以连接杆件将两榀平面桁架成90度或45度夹角，构造与施工简单易行，但耗钢较多。
立体桁架由于具有较大的平面外刚度，有利于吊装和使用，节省用于支撑的钢材，因而具有较大的优越性。但三角形截面的立体桁架杆长计算繁琐，杆件的空间角度非整数，节点构造复杂，焊缝要求高，制作复杂。
立体桁架采用钢球节点，使各杆件的中心汇交于球节点的中心，如图2—5—4所示。其特点是受力明确、均匀，施工方便。立体桁架的弦杆及斜杆与球节点的连接均加设衬管。为了减少椽条的跨度，桁架加设了再分杆。
拱结构
（1）按结构支承方式分类：三铰拱、两铰拱和无铰拱三种；有钢筋混凝土结构、钢结构、胶合木结构、砖石砌体结构；拱身截面有格构式和实腹式，还有等截面式和变截面式。
（2）受力特点：拱身截面弯矩小，剪力小，轴力大，合理拱轴为一抛物线，存在较大的水平推力。
（3）水平推力四种平衡方式：拉杆承担，刚性水平结构“承担” ，竖向承重结构承担，基础承担上。
（4）拱结构的支撑系统：为了保证拱在轴线平面外的受压稳定性，须设置横向支撑，为了传递作用于山墙上的风荷载，还应设置纵向支撑。
（5）拱结构的实际应用：建筑中多用于大跨度建筑的屋面结构。
（6）拱结构的布置：并列拱或交叉拱结构
网架结构
网架结构是由许多杆件组成的一种网状的三维杆系结构。
网架结构的外形可为平板状，也可呈曲面状。前者称为平板网架结构，简称网架；后者称为曲面网架或壳形网架结构，简称网壳。本章介绍平板网架结构。
平板网架结构具有以下优点：
1．平板网架为三向受力的空间结构，杆件承受轴力，比平面结构(如平面桁架结构)自重轻、节省钢材。
2．网架结构整体刚度大、稳定性好、安全储备高，能有效地承受各种非对称荷载、集中荷载、动荷载的作用，对局部超载、施工时不同步提升和地基不均匀沉降等有较强的适应能力，并有良好的抗震整体性。通过适当的连接构造，还能承受悬挂吊车及由于柱上吊车引起的水平纵横向的刹车力作用。
3．平板网架是一种无水平推力或拉力的空间结构，一般简支在支座上，这能使边梁大为简化，也便于下部承重结构的布置，构造简单，节省材料。
平板网架的结构体系及其形式
1）交叉桁架体系分为：
① 两向正交正放: 适用于正方形平面
② 两向正交斜放：适用于矩形平面
③ 三向交叉网架：适用于圆形、三角形、多边形平面
2）角锥体系分为：
① 三角锥体
② 四角锥体
③ 六角锥体
④ 棋盘形四角锥网架
⑤ 星形四角锥网架
平板网架结构的特点
属于杆件空间结构，杆件仅承受轴力；
刚度大、稳定性好、安全储备高；
属于无水平推力或拉力的空间结构；
制作安装的工厂化、标准化程度高；
网架的支撑方式包括？
1.周边支承网架
这种网架的所有周边节点均为支座，搁置在下部的支承结构上。常见的方式为网架支承在周边柱子上，每个支座节点下对应地设一个边柱，传力直接，受力均匀，适用于大跨度及中等跨度的网架。
周边支承的网架结构应用最为广泛，其优点是受力均匀，空间刚度大，可以不设置边桁架，因此用钢量较少。我国目前已建成的网架多数采用这种支承方式。
2. 三边支承网架
3. 两边支承网架
4. 点支承网架
5. 周边支承与点支承相结合的网架
支座形式
根据网架结构的跨度和支承方式选择不同的支座形式，如平板支座、弧形支座、球铰支座和橡胶支座等。
根据支承反力的不同，支座又可分为压力支座和拉力支座两大类。
网架结构的知识
材料：一般为钢结构（16锰钢）
杆件：钢管、角钢
结点：空心球结点、钢板焊接结点
适用范围：中小跨度的工业和民用建筑、大跨度的体育馆、展览馆等屋盖结构。
柱帽处理
四点或多点支承的网架，其支承点处由于反力集中，杆件内力很大，给节点设计带来一定的困难。因此，柱顶处宜设置柱帽以使反力扩散。
薄壁空间结构
壳体厚度远小于壳体的最小曲率半径时，称为薄壳结构或薄壁空间结构。
（1）薄壁空间结构的类型：旋转曲面，平移曲面，直纹曲面；圆顶结构，筒壳结
构，双曲扁壳和扭壳。
（2）薄壁空间结构的受力特点：双向轴力和受剪，下部环向受拉(圆顶)；纵向受拉（筒壳）。
（3）圆顶薄壳结构的组成和特点：壳身、支座环、支承构件；壳身有平滑式、肋形式和多面式等；支座环是防止圆顶下部裂缝和空间平衡的重要构件。
（4）圆顶结构壳板厚度：可取圆顶半径的1／600。对于钢筋混凝土圆顶，壳板厚度不应小于40mm。
（5）筒壳、扁壳结构的组成和特点：壳身、边梁和横隔。双向轴力和受剪，下部环向受拉，故边梁同样有防裂和平衡作用，横隔起抗剪作用。
高层建筑中的框架结构应用有何限制？
框架结构构件断面尺寸较小，结构的抗侧刚度较小，水平位移大（框架在侧向力作用下的变形图是典型的剪切变形），在地震作用下容易由于大变形而引起结构构件的损坏，因此其建设高度受到限制，一般在非地震区不宜超过60m，在地震区不宜超过50m。
剪力墙结构体系
剪力墙结构是将建筑物的外墙和部分内隔墙设计为钢筋混凝土承重墙的结构，这样的承重墙就是剪力墙。
剪力墙既能承受竖向荷载，更主要是用来承受水平荷载。
一般来说，剪力墙的宽度和高度与整个房屋的宽度和高度相同，宽达十几米或更大，高达几十米以上。而其厚度则很小，一般为160～300mm，最厚可达500mm。
剪力墙主要是承受水平力，并提供较大的抗侧力刚度，它使剪力墙受剪且受弯，剪力墙也因此而得名，以便与一般仅承受竖向荷载的墙体相区别。在地震区，该水平力主要由地震作用产生，因此，剪力墙有时也称为抗震墙。
框架剪力墙结构体系
框架剪力墙结构体系是由框架和剪力墙共同作为承重结构的受力体系。它克服了框架结构抗侧力刚度小的缺点，弥补了剪力墙结构开间过小的缺点，既可使建筑
平面灵活布置，又能对常见的30层以下的高层建筑提供足够的抗侧刚度。因而在实际工程中被广泛应用。
框架剪力墙结构布置的关键是剪力墙的数量及位置。从建筑布置角度看，减少剪力墙数量则可使建筑布置更灵活。但从结构的角度看，剪力墙往往承担了大部分的侧向力，对结构抗侧刚度有明显的影响，因而剪力墙数量不能过少。
剪力墙应沿房屋的纵横两个方向均有布置，以承受各个方向的地震作用或风荷载，横向剪力墙宜布置在房屋的平面形状变化处、刚度变化处、楼梯间及电梯间，以及荷载较大的地方。同时，剪力墙应尽量布置在建筑物的端部附近。
高层建筑的力学特征
高层建筑以抵抗侧向力为主，控制其侧向刚度是设计的基本要求；
高层建筑的概念设计是重要的，尤其对于抗震问题；
高层建筑多采用空间结构而非平面结构，更有效的利用材料。