1、土木工程概论土木工程概论第第4章章 建筑工程建筑工程最初的建筑物是人类为了躲避风雨和野畜侵袭的需要也建造的。西安半坡村房屋复原示意西安半坡村房屋复原示意墙内竖有木柱茅草下密排树枝起龙骨作用。 d56m随着生产力的发展，人类对建筑物的要求也日益复杂多样化，出现了不同的建筑类型。黄石公园（黄石公园（Old faithful)随着生产力的发展，人类对建筑物的要求也日益复杂多样化，出现了不同的建筑类型。黄石公园（黄石公园（Old faithful)随着生产力的发展，人类对建筑物的要求也日益复杂多样化，出现了不同的建筑类型。黄石公园（黄石公园（Old faithful)传力途径传力途径4.1 4.1 基
2、本构件基本构件 梁梁、板板 墙墙、柱、柱 基基 础础 拱拱4.1 4.1 基本构件基本构件板板 定义定义 承受施加在楼板的板面上、并与板面垂直的荷载（含楼板、地面的恒载和楼面上人群活荷载等）。板的长、宽两方向的尺寸远大于其高度（或厚度）。板的作用效应主要为受弯。楼板、阳台板、楼梯板都属于这一类。 楼板楼板 楼梯板 分类分类 按力的传递路径，可分为单向板单向板及双向板双向板，按板的力学分析模式，可分为厚板及薄板。单向板单向板 四边简单支承的板，四边简单支承的板，当长边（当长边（L1）与短边（）与短边（L2）之比大于或等于之比大于或等于 2 2的板。的板。双向板双向板 四边简单支承的板，当长四边简
3、单支承的板，当长边（边（L1）与短边（）与短边（L2）之比）之比小于小于2 2的板。的板。 厚板厚板: :板的跨度与板的厚度之比小于或等于板的跨度与板的厚度之比小于或等于7 7的板。的板。 薄板薄板: :板的跨度与板的厚度之比大于板的跨度与板的厚度之比大于7 7的板。的板。 4.1 4.1 基本构件基本构件梁梁 定义定义 : :承受板传来的压力以及梁的自重。梁的截面宽度和高度尺寸远小于其长度尺寸；梁受荷载作用的方向与梁轴线相垂直，其作用效应主要为受弯和受剪。大梁、伸臂梁都属于这一类。 梁4.1 4.1 基本构件基本构件分类分类 按支撑条件可分为：简支梁、连续梁、悬臂梁，按支撑条件可分为：简支梁
4、、连续梁、悬臂梁， 按受力性质按受力性质可分为：普通梁、深梁、薄腹梁，可分为：普通梁、深梁、薄腹梁， 按力的传递路径可分为：主梁按力的传递路径可分为：主梁、次梁。、次梁。 简支梁简支梁 左右两支座只承受垂直压力的单跨梁。左右两支座只承受垂直压力的单跨梁。 连续梁连续梁 支座只承受垂直压力的多跨梁。支座只承受垂直压力的多跨梁。 悬臂梁悬臂梁 一端悬臂，一端固定的单跨梁，固定端承受垂直压力一端悬臂，一端固定的单跨梁，固定端承受垂直压力、弯矩的单跨梁。、弯矩的单跨梁。 普通梁普通梁 跨度与高度的比大于跨度与高度的比大于7 7的梁。的梁。 深梁深梁 跨度与高度的比小于跨度与高度的比小于0.50.5的梁
5、。的梁。 薄腹梁薄腹梁 梁腹板的高度与厚度之比大于梁腹板的高度与厚度之比大于6 6的梁。的梁。 主梁主梁 承受次梁传来的荷载的梁。承受次梁传来的荷载的梁。 次梁次梁 承受板传来的荷载，并将此荷载传给主梁。承受板传来的荷载，并将此荷载传给主梁。 4.1 4.1 基本构件基本构件传力方式传力方式简支梁的传力方式简支梁的传力方式连续梁的传力方式连续梁的传力方式 悬臂梁的传力方式悬臂梁的传力方式 4.1 4.1 基本构件基本构件墙墙 定义定义 : :承受梁、板传来的压力及墙的自重。墙的长、宽两方向尺寸远大于其厚承受梁、板传来的压力及墙的自重。墙的长、宽两方向尺寸远大于其厚度，但荷载作用方向却与墙面平行
6、（与板不同），其作用效应为受压（当荷载度，但荷载作用方向却与墙面平行（与板不同），其作用效应为受压（当荷载作用于墙的截面形心轴线上时），有时还可能受弯（当荷载偏离形心轴线时）作用于墙的截面形心轴线上时），有时还可能受弯（当荷载偏离形心轴线时）墙分类分类 按力的传递路径，可分为承重墙和按力的传递路径，可分为承重墙和非承重墙。非承重墙。 承重墙承重墙 除承受自身重量外，还承受除承受自身重量外，还承受梁、板传来的荷载梁、板传来的荷载 非承重墙非承重墙 只承受自身重量外的墙。只承受自身重量外的墙。4.1 4.1 基本构件基本构件柱柱定义定义 : :承受梁传来的压力以及柱自重。柱的截面尺寸远小于其高度，
7、荷载作用方承受梁传来的压力以及柱自重。柱的截面尺寸远小于其高度，荷载作用方向与柱轴线平行。当荷载作用于柱截面形心时为中心受压；当偏离截面形心时向与柱轴线平行。当荷载作用于柱截面形心时为中心受压；当偏离截面形心时为偏心受压（即既受压又受弯）为偏心受压（即既受压又受弯）柱分类分类 按受力的方式，可分为按受力的方式，可分为轴心受压轴心受压 、偏心受压偏心受压（单向偏单向偏心受压心受压，双向偏心受压双向偏心受压）。按柱的长短可分为）。按柱的长短可分为长柱、长柱、短柱短柱。 轴心受压轴心受压 外力（压力）的作用点与构件的形心重合的外力（压力）的作用点与构件的形心重合的构件。构件。偏心受压偏心受压 单偏单
8、偏：外力（压力）的作用点在构件的一条：外力（压力）的作用点在构件的一条对称轴上的构件。对称轴上的构件。双偏双偏：外力（压力）的作用点不在：外力（压力）的作用点不在构件的对称轴上的构件。构件的对称轴上的构件。长柱长柱 计算长度与短边长度之比大于计算长度与短边长度之比大于8的构件。的构件。 短柱短柱 计算长度与短边长度之比不大于计算长度与短边长度之比不大于8的构件。的构件。4.1 4.1 基本构件基本构件拱拱定义定义：一种有推力结构。构件的外形一般是抛物线、圆弧线或折线，其目的是一种有推力结构。构件的外形一般是抛物线、圆弧线或折线，其目的是使拱体各截面在外荷载，支承反力和推力作用下基本处于受压或较
9、小偏心受压使拱体各截面在外荷载，支承反力和推力作用下基本处于受压或较小偏心受压状态，从而大大提高拱结构的强度。按其受力结构可分为三铰拱，两铰拱和无状态，从而大大提高拱结构的强度。按其受力结构可分为三铰拱，两铰拱和无铰拱三种。铰拱三种。4.2 4.2 单层与多层建筑单层与多层建筑4.2.1 4.2.1 单层建筑单层建筑 按使用目的可分为按使用目的可分为民用单层建筑民用单层建筑和和工业单层建筑（工业厂房）工业单层建筑（工业厂房） 工业建筑中的厂房（简称为工业厂房）是指用于工业生产的建筑。工业建筑中的厂房（简称为工业厂房）是指用于工业生产的建筑。分类分类 按材料可分为钢筋混凝土厂房和钢结构厂房。按材
10、料可分为钢筋混凝土厂房和钢结构厂房。 工业厂房中的基本构件工业厂房中的基本构件 屋面板屋面板 承受屋面构造层（防水、保温层等）重力荷载、雪荷载、承受屋面构造层（防水、保温层等）重力荷载、雪荷载、积灰荷载、屋面施工荷载或检修荷载，且是维护结构积灰荷载、屋面施工荷载或检修荷载，且是维护结构 天沟板天沟板 承受屋面积水及天沟板上构造层重力荷载，用作屋面排水承受屋面积水及天沟板上构造层重力荷载，用作屋面排水 屋架屋架 承受屋盖上的全部荷载及自重，连接柱形成横向排架。承受屋盖上的全部荷载及自重，连接柱形成横向排架。 屋架支撑屋架支撑 加强屋盖空间刚度、保证屋架稳定，传递风荷载至排架加强屋盖空间刚度、保证
11、屋架稳定，传递风荷载至排架结构。结构。4.2 4.2 单层与多层建筑单层与多层建筑4.2.1 4.2.1 单层建筑单层建筑 天窗架天窗架 承受天窗架上的屋面板荷载及天窗上的风载，构成天窗用承受天窗架上的屋面板荷载及天窗上的风载，构成天窗用于采光、通风。于采光、通风。 天窗架支撑天窗架支撑 保证天窗上弦的侧向稳定，传递天窗端壁所受风力至保证天窗上弦的侧向稳定，传递天窗端壁所受风力至排架结构。排架结构。 连系梁连系梁 承受墙体重量，并将它传给柱，亦作为纵向拄列的连系构承受墙体重量，并将它传给柱，亦作为纵向拄列的连系构件。件。 吊车梁吊车梁 承受吊车的竖向轮压和水平刹车力，并构成纵向排架。承受吊车的
12、竖向轮压和水平刹车力，并构成纵向排架。围护结构围护结构 外纵墙、山墙外纵墙、山墙 承受作用在墙面上的风荷承受作用在墙面上的风荷载及自重，厂房的围护构件。载及自重，厂房的围护构件。 基础梁基础梁 承受墙体重量。承受墙体重量。 柱间支撑柱间支撑 构成纵向排架，承受纵向的风构成纵向排架，承受纵向的风荷载、水平刹车力、地震作用。荷载、水平刹车力、地震作用。 抗风柱抗风柱 承受山墙传来的风荷载。承受山墙传来的风荷载。4.2 4.2 单层与多层建筑单层与多层建筑4.2.2 4.2.2 大跨度建筑大跨度建筑 大跨度结构大跨度结构跨度大于跨度大于60m的建筑。的建筑。常用于常用于展览馆展览馆、体育馆体育馆、音
13、乐厅音乐厅、飞机库飞机库等。等。其结构体系有：其结构体系有：网架结构、网壳结构、悬索结构、悬吊结构、网架结构、网壳结构、悬索结构、悬吊结构、索膜结构、充气结构、薄壳结构和应力蒙皮结构索膜结构、充气结构、薄壳结构和应力蒙皮结构等。等。4.2 4.2 单层与多层建筑单层与多层建筑网架结构网架结构采用钢管或型钢现场安装，因其为空间结构，所以采用钢管或型钢现场安装，因其为空间结构，所以也叫空间网架。也叫空间网架。4.2 4.2 单层与多层建筑单层与多层建筑悬索结构悬索结构将两个以上的索网或其他索体系组合起来，通常需沿将两个以上的索网或其他索体系组合起来，通常需沿两个曲率相反的主曲率方向布置悬索，一个方
14、向为承重索，另一两个曲率相反的主曲率方向布置悬索，一个方向为承重索，另一个方向为稳定索，并设置强大的拱或钢架等结构作为中间支撑，个方向为稳定索，并设置强大的拱或钢架等结构作为中间支撑，形成各种形式的组合屋盖结构。形成各种形式的组合屋盖结构。4.2 4.2 单层与多层建筑单层与多层建筑悬吊结构悬吊结构采用巨型格构式大柱，穿屋面而上，利用悬索将巨采用巨型格构式大柱，穿屋面而上，利用悬索将巨大的轻型无盖吊于空中。大的轻型无盖吊于空中。4.2 4.2 单层与多层建筑单层与多层建筑索膜结构索膜结构用高强度柔性薄膜材料与支撑体系相结合形成具有用高强度柔性薄膜材料与支撑体系相结合形成具有一定刚度的稳定曲面，
15、能承受一定外荷载的空间结构形式。其一定刚度的稳定曲面，能承受一定外荷载的空间结构形式。其造型自由轻巧、阻燃、制作简易、安装快捷、节能、使用安全造型自由轻巧、阻燃、制作简易、安装快捷、节能、使用安全等优点，因而使它在世界各地受到广泛应用。等优点，因而使它在世界各地受到广泛应用。 4.2 4.2 单层与多层建筑单层与多层建筑充气结构充气结构又叫充气薄膜结构，在玻璃丝增强塑料薄膜或尼龙又叫充气薄膜结构，在玻璃丝增强塑料薄膜或尼龙罩内部充气形成一定形状，作为建筑物的覆盖物。罩内部充气形成一定形状，作为建筑物的覆盖物。 4.2 4.2 单层与多层建筑单层与多层建筑薄壳结构薄壳结构曲面薄壁结构，按曲面形式
16、分筒壳、圆顶薄壳、双曲面薄壁结构，按曲面形式分筒壳、圆顶薄壳、双曲扁壳、双曲抛物线面壳等，曲扁壳、双曲抛物线面壳等， 材料大多采用钢筋混凝土。材料大多采用钢筋混凝土。4.2 4.2 单层与多层建筑单层与多层建筑4.2.3 4.2.3 多层建筑多层建筑 高度低于高度低于24m的建筑。主的建筑。主要用于住宅、商场、办公要用于住宅、商场、办公楼、旅馆等建筑，常用结楼、旅馆等建筑，常用结构形式为混合结构、框架构形式为混合结构、框架结构。结构。混合结构：混合结构：用不同材料建用不同材料建造的房屋，通常墙体用砖造的房屋，通常墙体用砖气体，屋面和楼面板采用气体，屋面和楼面板采用钢筋混凝土板，故也称砖钢筋混凝
17、土板，故也称砖混结构。混结构。4.2 4.2 单层与多层建筑单层与多层建筑4.2.3 4.2.3 多层建筑多层建筑 框架结构：框架结构：用梁、柱刚性连接而成骨架的结构，具有如下用梁、柱刚性连接而成骨架的结构，具有如下优点：优点：1、强度高、自重轻、整体性好和抗震性能好；、强度高、自重轻、整体性好和抗震性能好；2、因采用梁、柱承重，建筑布置灵活，可获得较大使用空、因采用梁、柱承重，建筑布置灵活，可获得较大使用空间，使用广泛，主要应用于多层工业厂房、仓库、商场和间，使用广泛，主要应用于多层工业厂房、仓库、商场和办公楼。办公楼。可采用可采用现浇现浇、装配式装配式或或装配整体式装配整体式。4.3 4.
18、3 高层与超高层建筑高层与超高层建筑我国规定：高度高于我国规定：高度高于24m，不超过不超过100m的建筑为高层建筑；的建筑为高层建筑；超过超过100m的建筑为超高层建筑。的建筑为超高层建筑。 高层与超高层建筑的主要结构形式：高层与超高层建筑的主要结构形式：框架结构框架结构、框架剪框架剪力墙结构力墙结构、剪力墙结构剪力墙结构，框支剪力墙结构框支剪力墙结构和和筒体结构筒体结构。1 1、框架结构、框架结构受力体系由梁、柱组成，能很受力体系由梁、柱组成，能很好地承受竖向荷载，但抗侧移好地承受竖向荷载，但抗侧移能力较差，仅适用于房屋高度能力较差，仅适用于房屋高度不大的建筑。当房屋高度较大不大的建筑。当
19、房屋高度较大时，水平荷载将起很大影响，时，水平荷载将起很大影响，会造成梁、柱尺寸很大，在技会造成梁、柱尺寸很大，在技术经济上不如其他结构合理。术经济上不如其他结构合理。4.3 4.3 高层与超高层建筑高层与超高层建筑2 2、框架剪力墙结构、框架剪力墙结构剪力墙剪力墙：一段钢筋混凝土墙体，因抗剪能力强而得名。：一段钢筋混凝土墙体，因抗剪能力强而得名。在框架剪力墙结构中，框架与剪力墙协同受力，剪力墙承担绝在框架剪力墙结构中，框架与剪力墙协同受力，剪力墙承担绝大部分水平荷载，框架则以承担竖向荷载为主，这样可大大减小大部分水平荷载，框架则以承担竖向荷载为主，这样可大大减小柱子的截面。柱子的截面。但剪力
20、墙在一定程度上限制了但剪力墙在一定程度上限制了建筑平面布置的灵活性。建筑平面布置的灵活性。4.3 4.3 高层与超高层建筑高层与超高层建筑3 3、剪力墙结构、剪力墙结构 当层数更高时，横向水平荷载起控制作用，如仍采用框架剪当层数更高时，横向水平荷载起控制作用，如仍采用框架剪力墙结构，剪力墙将布置得非常密集，这时宜采用剪力墙结构，力墙结构，剪力墙将布置得非常密集，这时宜采用剪力墙结构，即全部采用纵、横布置剪力墙。剪力墙不仅承受水平荷载，同时即全部采用纵、横布置剪力墙。剪力墙不仅承受水平荷载，同时还承受竖向荷载。还承受竖向荷载。剪力墙结构抗侧移刚度大，剪力墙结构抗侧移刚度大，但建筑平面布置的灵活性
21、差。但建筑平面布置的灵活性差。4.3 4.3 高层与超高层建筑高层与超高层建筑4 4、框支剪力墙结构、框支剪力墙结构 为合理利用基地，当上部为住宅或办公楼，下部开设商店时，为合理利用基地，当上部为住宅或办公楼，下部开设商店时，上部住宅和办公楼需要小开间，比较适合剪力墙结构，下部商店上部住宅和办公楼需要小开间，比较适合剪力墙结构，下部商店需大开间，比较适合框架结构。需大开间，比较适合框架结构。为满足这种建筑功能要求，须为满足这种建筑功能要求，须将两种结构组合在一起。为完将两种结构组合在一起。为完成这两种体系转换，需在其交成这两种体系转换，需在其交界位置设置界位置设置巨型转换大梁巨型转换大梁，将，
22、将上部剪力墙的力传至下部柱子上部剪力墙的力传至下部柱子上。上。框支剪力墙结构框支剪力墙结构转换梁转换梁接近一接近一层楼高。层楼高。4.3 4.3 高层与超高层建筑高层与超高层建筑5 5、筒体结构、筒体结构 由一个或多个筒体做承重结构的高层建筑体系，适用于层数由一个或多个筒体做承重结构的高层建筑体系，适用于层数较多的高层建筑。可分为较多的高层建筑。可分为框筒体系框筒体系、筒中筒体系筒中筒体系、桁架筒体系桁架筒体系、成束筒体系成束筒体系。框筒体系：框筒体系：内芯为剪力墙构成的筒，周边为框架结构。内芯为剪力墙构成的筒，周边为框架结构。筒中筒体系：筒中筒体系：当周边框架柱布置较密时，可将周边框架视为外
23、筒，当周边框架柱布置较密时，可将周边框架视为外筒，则构成筒中筒。则构成筒中筒。桁架筒体系：桁架筒体系：在筒体结构中，增加斜撑来抵抗水平力，以进一步在筒体结构中，增加斜撑来抵抗水平力，以进一步提高结构承受水平荷载的能力，增加体系的刚度。提高结构承受水平荷载的能力，增加体系的刚度。成束筒体系：成束筒体系：由多个筒体组成的筒体系。由多个筒体组成的筒体系。4.4 4.4 特种结构特种结构4.4.1 4.4.1 烟囱烟囱 4.4.2 4.4.2 水塔水塔 4.4.3 4.4.3 水池水池 烟囱：烟囱：工业常用构筑物，把烟气排入高空的高耸结构，能改善燃工业常用构筑物，把烟气排入高空的高耸结构，能改善燃烧条
24、件，减轻烟气对环境污染。按建筑材料分有烧条件，减轻烟气对环境污染。按建筑材料分有砖烟囱砖烟囱、钢筋混钢筋混凝土烟囱凝土烟囱和和钢烟囱钢烟囱三类。外形多为园锥形。三类。外形多为园锥形。水塔：水塔：是储水和配水的高耸结构，是给水工程中常用的构筑物，是储水和配水的高耸结构，是给水工程中常用的构筑物，用来保持和调节给水管网中的水量和水压。用来保持和调节给水管网中的水量和水压。水池：水池：和水塔一样用于储水，但水塔用支架和支筒支撑，而水池和水塔一样用于储水，但水塔用支架和支筒支撑，而水池建造在地面和地下。建造在地面和地下。4.4 4.4 特种结构特种结构4.4.4 4.4.4 筒仓筒仓 4.4.5 4.
25、4.5 核电站核电站 筒仓：筒仓：是储存粒料和粉状松散物（如谷物、面粉、水泥、碎煤、是储存粒料和粉状松散物（如谷物、面粉、水泥、碎煤、精矿粉等）的立式容器，可作为生产企业调节和短期贮存生产用精矿粉等）的立式容器，可作为生产企业调节和短期贮存生产用的附属设施，也可用于长期贮存粮食的仓库的附属设施，也可用于长期贮存粮食的仓库 。核电站：核电站：是利用核能发电的设备。是利用核能发电的设备。4.5 4.5 未来展望未来展望21世纪建筑发展的新观念：世纪建筑发展的新观念：是储存粒料和粉状松散物（如谷物、面粉、水泥、碎煤、精矿粉是储存粒料和粉状松散物（如谷物、面粉、水泥、碎煤、精矿粉（1）生态观）生态观正
26、视生态困境、加强生态意识；正视生态困境、加强生态意识；（2）经济观）经济观力臻人居环境建设活动与经济发展良性互动；力臻人居环境建设活动与经济发展良性互动；（3）科技观）科技观充分利用科学技术，推动经济发展和社会繁荣；充分利用科学技术，推动经济发展和社会繁荣；（4）社会观）社会观关怀最广大人民群众，重视社会发展的整体利益；关怀最广大人民群众，重视社会发展的整体利益；（5）文化观）文化观积极推动建筑文化和艺术的创造、发展和繁荣。积极推动建筑文化和艺术的创造、发展和繁荣。4.5 4.5 未来展望未来展望21世纪的建筑世纪的建筑（1）20012013建筑业的新黄金时期；建筑业的新黄金时期；（2） 20142040修道院式和生态艺术；修道院式和生态艺术；（3）20412055怀旧风格与高科技建材；怀旧风格与高科技建材；（4）20562070出现带穹顶的城市；出现带穹顶的城市；（5）2071年以后年以后动态建筑时期。动态建筑时期。
