一级注册建筑师复习资料要点整理建筑结构.docx

2021年一级注册建筑师建筑结构要点总结第1讲讲义教材与大纲本次课程所使用的教材是?2021年全国一级注册建筑师考试培训辅导用书?，由“住房和城乡建设部执业资格注册中心网〞所编著，由“中国建筑工业出版社〞出版。建筑结构根本功能第一章建筑结构设计方法与荷载第一节建筑结构设计方法应用我国现行设计标准进行结构设计时，采用的是以概率理论为根底的极限状态设计方法。一、建筑结构根本功能结构在规定的时间〔设计使用年限〕，在规定的条件下〔正常设计、施工、使用、维修〕必须保证完成预定的功能，这些功能包括：〔1〕平安性，即建筑结构在正常施工和正常使用时，能承受可能出现的各种作用〔如荷载、温度变化、正常维修〕。并且在设计规定的偶然事件〔如地震、爆炸〕发生时及发生后，仍能保持必需的整体稳定性。〔2〕适用性，即建筑结构在正常使用过程中，应保持良好的工作性能。例如结构构件应有足够的刚度，以免产生过大的振动和变形，使人产生不适的感觉。〔3〕耐久性，即建筑结构在正常维修条件应能在规定的设计使用年限满足平安、实用性的要求。上述对结构平安性、适用性、耐久性的要求总称为结构的可靠性。结构的可靠性的概率度量称为结构的可靠度。也就是说，可靠度是指在规定的时间内和规定的条件下，结构完成预定功能的概率。结构的设计使用年限是指设计规定的结构或结构构件不需进行大修，即可按预定目的使用的时期，我国现行标准规定的设计使用年限应按表1-1采用。由此可见，我国通常的建筑结构设计的使用年限是50年。对于按照我国现行设计标准选用的可变作用及与时间有关的材料性能等取值而选用的时间参数那么称为设计基准期。它不等同于建筑结构的设计使用年限。?统一标准?规定的设计基准期为50年。相应的?建筑结构荷载标准?所考虑的荷载统计参数都是按设计基准期为50年确定的，如设计时需采用其他设计基准期，那么必须另行确定在设计基准期内最大荷载的概率分布及相应的统计参数。结构功能的极限状态与设计状况二、结构功能的极限状态与设计状况区分结构是否卡靠与失效，其分界标志就是极限状态。当整个结构或结构的一局部超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求，这种特定状态称为该功能的极限状态。极限状态可分为两类：1．承载能力极限状态当结构或结构构件到达最大承载能力，或产生了不适于继续承载的变形时，即认为超过了承载能力极限状态。例如：〔1〕整个结构或结构的一局部作为刚体失去平衡例如烟囱在风荷载作用下整体倾翻。〔2〕结构构件或连接因超过材料强度而破坏〔包括疲劳破坏〕，例如轴心受压短柱中的混凝土和钢筋分别到达抗压强度而破坏，或因过度变形而不适于继续承载；〔3〕结构转变为机动体系，例如简支梁跨中截面到达抗弯承载力形成三铰共线的机动体系，从而丧失承载能力。〔4〕结构或结构构件丧失稳定〔如压屈等〕，例如细长柱到达临界荷载后因压曲失稳而破坏。〔5〕地基丧失承载能力而破坏〔如失稳等〕。事实上，承载能力极限状态就是结构或结构构件发挥最大承载能力的状态。2．正常使用极限状态这种极限状态对应于结构或结构构件到达正常使用或耐久性能的某项规定限值的状态。当出现以下状态之一时，即认为超过了正常使用极限状态：〔1〕影响正常使用或外观的变形，如梁的挠度过大影响正常使用。〔2〕影响正常使用或耐久性能的局部损坏〔包括裂缝〕；〔3〕影响正常使用的振动，如楼板的振幅过大影响正常使用；〔4〕影响正常使用的其他特定状态，如根底产生不均匀沉降过大。在建筑结构设计时，除了考虑结构功能的极限状态之外，还须根据结构在施工和使用中的环境条件和影响，区分以下三种设计状况：〔1〕持久状况，即在结构使用过程中一定出现，其持续期很长的状况，例如房屋结构承受家具和正常人员荷载的状况。持续期一般与设计使用年限为同一数量级。〔2〕短暂状况，即在结构施工和使用过程中出现概率较大，而与设计使用年限相比持续期很短的状况，如结构施工和维修时承受堆料荷载的状况。〔3〕偶然状况，即在结构使用过程中出现概率很小，且持续期很短的状况，如结构遭受火灾、爆炸、撞击、罕遇地震等作用。这三种设计状况分别对应不同的极限状态设计。对于持久状况、短暂状况和偶然状况，都必须进行承载能力极限状态设计；对于持久状况，尚应进行正常使用极限状态设计；而对于短暂状况，可根据需要进行正常使用极限状态设计。2021年一级注册建筑师建筑结构要点总结第2讲讲义承载力极限状态设计表达式三、结构极限状态的设计表达式建筑结构设计应根据使用过程中在结构上可能同时出现的荷载，按承载能力极限状态和正常使用极限状态分别进行荷载〔效应〕组合，并应取各自的最不利的效应组合进行设计。1．承载力极限状态设计表达式根据?荷载标准?的要求，结构构件承载力设计应根据荷载效应的根本组合或偶然组合进行，其一般表达式为〔1-1〕式中γ0——结构重要性系数；S——结构效应组合的设计值；R——结构构件抗力的设计值，应按各有关建筑结构设计标准的规定确定。(1)结构构件重要性系数γ0根据?建筑结构可靠度设计统一标准?，在建筑结构设计时，根据破坏可能产生的后果(危及人的生命平安、造成经济损失、产生社会影响等)的严重性，采用不同的平安等级。建筑的平安等级见表1-2表1-2在抗震设计中不考虑结构构件的重要性系数。建筑物中各类结构的平安等级，宜与整个结构的平安等级相同。对于其中局部结构构件的平安等级可进行调整，根据需要对某些构件的平安等级采取提高一级或降低一级。(2)荷载效应组合设计值S 1)荷载效应根本组合a．对于根本组合，荷载效应组合的设计值S应从以下组合值中取最不利值确定：(a)由可变荷载效应控制的组合：〔1-2〕式中γG—永久荷载的分项系数，应按?荷载标准?第3．2．5条采用；γQi——第i个可变荷载的分项系数，其中γQ1为可变荷载Q1的分项系数，应按?荷载标准?第3．2．5条采用；SGk——按永久荷载标准值Gk计算的荷载效应值；SQik——按可变荷载标准值Qik计算的荷载效应值，其中SQ1k为诸可变荷载效应中起控制作用者；ψci——可变荷载a的组合值系数，应分别按?荷载标准?各章的规定采用；n——参与组合的可变荷载数。(b)由永久荷载效应控制的组合：〔1-3〕注：①根本组合中的设计值仅适用于荷载与荷载效应为线性的情况。②当对SQlk无法明显判断时，轮次以各可变荷载效应为SQlk，选其中最不利的荷载效应组合。③当考虑以竖向的永久荷载效应控制的组合时，参与组合的可变荷载仅限于竖向荷载。b．对于一般排架、框架结构，根本组合可采用简化规那么，并应按以下组合值中取最不利值确定：(a)由可变荷载效应控制的组合：〔1-4〕(b)由永久荷载效应控制的组合仍按公式(1-3)式采用。c．根本组合的荷载分项系数，应按以下规定采用：(a)永久荷载的分项系数：I当其效应对结构不利时对由可变荷载效应控制的组合，应取1．2；对由永久荷载效应控制的组合，应取1．35。Ⅱ当其效应对结构有利时一般情况下应取1．0；对结构的倾覆、滑移或漂浮验算，应取0．9。(b)可变荷载的分项系数：一般情况下应取1．4；对标准值大于4kN／㎡的工业房屋楼面结构的活荷载应取1．3。注：对于某些特殊情况，可按建筑结构有关设计标准的规定确定。2)荷载效应偶然组合对于偶然组合，荷载效应组合的设计值宜按以下规定确定；偶然荷载的代表值不乘分项系数：与偶然荷载同时出现的其他荷载可根据观测资料和工程经验采用适当的代表值。各种情况下荷载效应的设计值公式，可由有关标准另行规定。正常使用极限状态表达式2．正常使用极限状态表达式对于正常使用极限状态，应根据不同的设计要求，采用荷载的标准组合、频遇组合或准永久组合，并应按以下设计表达式进行设计：S≤C(1—6)式中C——结构或结构构件到达正常使用要求的规定限值，例如变形、裂缝、振幅、加速度、应力等的限值，应按各有关建筑结构设计标准的规定采用。所谓标准组合，主要用于当一个极限状态被超越时将产生严重的永久性损害的情况，其荷载效应组合的设计值S应按下式采用：〔1-6〕注：组合中的设计值仅适用于荷载与荷载效应为线性的情况。所谓频遇组合，主要用于当一个极限状态被超越时将产生局部损害、较大变形或短暂振动等情况。其荷载效应组合的设计值S应按下式采用：〔1-7〕式中ψf1—可变荷载Q1的频遇值系数，应按有关的规定采用；ψqi——可变荷载Qi的准永久值系数，应按有关的规定采用。注：组合中的设计值仅适用于荷载与荷载效应为线性的情况。所谓准永久组合，当长期效应是决定先因素的一下情况，其荷载效应组合的设计值S可按下式采用：〔1-8〕注：组合中的设计值仅适用于荷载与荷载效应为线性的情况。结构的可靠度与可靠指标四、结构的可靠度与可靠指标2021年一级注册建筑师建筑结构要点总结第3讲讲义结构上的作用、作用效应和结构抗力第二节作用和作用效应一、结构上的作用、作用效应和结构抗力结构产生各种效应的原因，统称为结构上的作用。结构上的作用包括直接作用和间接作用。直接作用指的是施加在结构上的集中力或分布力，例如结构自重、楼面活荷载和设备自重等。直接作用的计算一般比拟简单，引起的效应比拟直观。间接作用指的是引起结构外加变形或约束变形的作用，例如温度的变化、混凝土的收缩或徐变、地基的变形、焊接变形和地震等，这类作用不是以直接施加在结构上的形式出现的，但同样引起结构产生效应。间接作用的计算和引起的效应一般比拟复杂，例如地震会引起建筑物产生裂缝、倾斜下沉以至倒塌，但这些破坏效应不仅仅与地震震级、烈度有关，还与建筑物所在场地的地基条件、建筑物的根底类型和上部结构体系有关。过去习惯上将上述两类不同性质的作用统称为荷载。例如将温度变化称为温度荷载，将地震作用称为地震荷载等，这样就混淆了两类不同性质的作用，特别是对间接作用的复杂性认识缺乏。根据目前结构理论开展水平以及现有标准公布的现状，对直接作用在结构上的荷载可按?建筑结构荷载标准?〔GB 50009—2001〕〔以下简称?荷载标准?〕的规定采用，对间接作用，除了对地震作用按?建筑抗震设计标准?〔GB 50011—2001〕〔以下简称?抗震标准?〕的规定采用外，其余的间接作用暂时还未制定相应的标准。考虑到广阔设计人员的现状及习惯上的衔接，目前还未将两类作用严格划分，而将其简称为荷载。作用在结构上的直接作用或间接作用，将引起结构或结构构件产生内力〔如轴力、弯矩、剪力、扭矩等〕和变形〔如挠度、转角、侧移、裂缝等〕，这些内力和变形总称为作用效应，其中由直接作用产生的作用效应称为荷载效应。结构或结构构件承受内力和变形的能力，称为结构的抗力，如构件的承载能力、刚度的大小、抗裂缝的能力等。结构抗力与结构构件的截面形式、截面尺寸及材料强度等级等因素有关。荷载的分类二、荷载的分类荷载是一个不确定的随机变量。在?建筑结构可靠度设计统一标准?〔ＧB 50068一2001?〔以下简称?统一标准?〕中，规定设计基准期为50年，在这段期间内，荷载不仅在量值上是变化的，并且，作用在结构上的时间持续性也是变化的。因此在?荷载标准?中，将荷载按以下原则进行了分类。1．按随时间变异分类〔1〕永久荷载〔亦称恒载〕。在设计基准期内，其量值不随时间变化，或即使有变化，其变化值与平均值相比可以忽略不计的荷载。如结构的自重、土压力、预应力等。〔2〕可变荷载〔亦称活载〕。在设计基准期内，其量值随时间变化，且其变化值与平均值相比不能忽略的荷载。如楼〔屋〕面活荷载、屋面积灰荷载、雪荷载、风荷载、吊车荷载等。〔3〕偶然荷载。在设计基准期内，可能出现，也可能不出现，但一旦出现，其量值很大且持续时间很短的荷载。如地震、爆炸力、撞击力等。2．按随空间位置的变异分类〔1〕固定荷载。在结构空间位置上具有固定分布的荷载。如结构自重、楼面上的固定设备荷载等。〔2〕自由荷载。在结构上的一定范围内可以任意分布的荷载。如民用建筑楼面上的活荷载、工业建筑中的吊车荷载等。3．按结构的动力反响分类〔1〕静态荷载。对结构或结构构件不产生加速度或产生的加速度很小可以忽略不计。如结构的自重、楼面的活荷载等。〔2〕动态荷载。对结构或构件产生不可忽略的加速度。如吊车荷载、地震作用、作用在高层建筑上的风荷载等。荷载的代表值、分项系数、设计值与材料强度指标的取值三、荷载的代表值设计中用来验算极限状态所采用的荷载量值，例如标准值、组合值、频遇值和准永久值。1．荷载标准值荷载标准值是指在结构的设计基准期内，在正常情况下可能出现的最大荷载值，例如在?荷载标准?中，住宅楼面的均布活荷载规定为2．0kN／㎡。对于永久荷载的标准值，是按结构构件的尺寸〔如梁、柱的断面〕与构件采用材料的重度的标准值〔如梁、柱材料为钢筋混凝土，那么其重度的标准值一般取25kN／m3〕来确定的数值。对常用材料重度，可按?荷载标准?附录A采用。对于可变荷载的标准值，那么由设计基准期内最大荷载概率分布的某一分位数来确定，一般取具有95％保证率的上分位值，但对许多还缺少研究的可变荷载，通常还是沿用传统的经验数值。对可变荷载的标准值，可按?荷载标准?的规定采用。2．荷载组合值当结构上作用两种或两种以上的可变荷载时，考虑到其同时到达最大值的可能性较少，因此，在按承载能力极限状态设计或按正常使用极限状态的短期效应组合设计时，应采用荷载的组合值作为可变荷载的代表值。可变荷载的组合值，为可变荷载乘以荷载组合值系数。组合值系数见?荷载标准?表4．1．1。3．荷载频遇值对变荷载，在设计基准期内，其超越的总时间为规定的较小比率或超越频率为规定频率的荷载值。可变荷载频遇值应取可变荷载标准值乘以荷载频遇值系数。荷载频遇值系数见?荷载标准?表4．1．1。4．荷载准永久值对可变荷载，在设计基准期内，其超越的总时间约为设计基准期一半的荷载值。作用在建筑物上的可变荷载〔如住宅楼面上的均布活荷载为2．0kN／㎡〕，其中有局部是长期作用在—上面的〔可以理解为在设计基准期50年内，不少于25年〕，而另一局部那么是不出现的。因此，我们也可以把长期作用在结构物上面的那局部可变荷载看作是永久活载来对待。可变荷载的准永久值，为可变荷载标准值乘以荷载准永久值系数φq也就是说，准永久值系数φq，为荷载准永久值与荷载标准值的比值，其值恒小于1．0。在荷载标准中，规定了各种不同建筑楼面上均布活荷载的准永久值系数φq，如对住宅楼面的均布活荷载，其准永久值系数φq=0．4，而对书库、档案库那么φq=0．8，这表示了对不同用途的建筑物，其准永久值系数φq是不同的。φq的大小表示了均布活荷载数值变动的大小，φq大表示变动较小，φq小那么表示变动大。如住宅楼面的均布活荷载标准值为2．0kN／㎡，准永久值系数φq=0．4，因此，荷载准永久值为2．0×0．4=0．8kN／㎡；而对一般书库、档案库楼面均布活荷载为5．0kN／㎡，准永久值系数φq=0．8，因此荷载准永久值为5．0×0．8=4.0kN／㎡。四、荷载分项系数与荷载设计值1．荷载分项系数荷载分项系数是在设计计算中，反映了荷载的不确定性并与结构可靠度概念相关联的一个数值。对永久荷载和可变荷载，规定了不同的分项系数。〔1〕永久荷载分项系数γG：当永久荷载对结构产生的效应对结构不利时，对由可变荷载效应控制的组合取γG=1．2；对由永久荷载效应控制的组合，取γG=1．35。当产生的效应对结构有利时，—般情况下取γG=1．0；当验算倾覆、滑移或漂浮时，取γG=0．9；对其余某些特殊情况，应按有关标准采用。〔2〕可变荷载分项系数γQ：—般情况下取γQ=1．4；但对工业房屋的楼面结构，当其活荷载标准值>4kN／㎡时，考虑到活荷载数值已较大，那么取γQ=1．3。2．荷载设计值荷载设计值等于荷载代表值乘以荷载分项系数。按承载能力极限状态计算荷载效应时，需考虑荷载分项系数；按正常使用极限状态计算荷载效应时〔不管是考虑荷载的短期效应组合还是长期效应组合〕，由于对正常使用极限状态的可靠度比对承载能力极限状态的可靠度要求可以适当放松，因此可以不考虑分项系数，即分项系数：1．0。五、材料强度指标的取值1．强度标准值材料强度标准值为结构设计时采用的材料性能的根本代表值，具有95％的保证率。2．材料分项系数材料强度分项系数是在按承载能力极限状态设计时，按可靠度指标［β］在计算中所采用的系数值。在我国标准中，通过［β］值及材料、几何参数、荷载根本参量，求出各种结构用的材料分项系数。对混凝土，材料分项系数取γC=1.4；对HRB335、HR400、RRB400级钢筋，取γC=1.10。3．材料强度设计值指材料强度标准值除以材料分项系数值后的值。在承载能力极限状态设计中，采用材料强度设计值。民用建筑楼面均布活荷载第三节荷载的标准值一、民用建筑楼面均布活荷载1．楼面活荷载是房屋结构设计中的主要荷载。?荷载标准?规定的民用建筑楼面均布活荷载标准值及其组合值、频遇值、准永久值系数如表1-5所列。注：①本表所给各项活荷载适用于一般使用条件，当使用荷载较大或情况特殊时，应按实际情况采用。②第6项书库活荷载当书架高度大于2m时，书库活荷载尚应按每米书架高度不小于2．5ＫＮ/m2确定。③第8项中的客车活荷载只适用于停放载人少于9人的客车；消防车活荷载是适用于满载总重为300KN的大型车辆；当不符合本表的要求时，应将车轮的局部荷载按结构效应的等效原则，换算为等效均布荷载。④第11项楼梯活荷载，对预制楼梯踏步平板，尚应按1．5kN集中荷载验算。⑤本表各项荷载不包括隔墙自重和二次装修荷载。对固定隔墙的自重应按恒荷载考虑，当隔墙位置可灵活自由布置时，非固定隔墙的自重应取每延米长墙重〔kN/m〕的1／3作为楼面活荷载的附加值〔kN／㎡〕计入，附加值不小于1．0kN／㎡。2．设计楼面梁、墙、柱及根底时，表1-5中的楼面活荷载标准值在以下情况下应乘以规定的折减系数。〔1〕设计楼面梁时的折减系数：1〕第1〔1〕项当楼面梁附属面积超过25m2时，应取0．9；2〕第1〔2〕-7项当楼面梁附属面积超过刃m2时，应取0．9；3〕第8项对单向板楼盖的次梁和槽形板的纵肋应取0．8；对单向板楼盖的主梁应取0．6；对双向板楼盖的梁应取0．8；4〕第9—12项应采用与所属房屋类别相同的折减系数。〔2〕设计墙、柱和根底时的折减系数1〕第1〔1〕项应按表11-5规定采用；2〕第1〔2〕-7项应采用与其楼面梁相同的折减系数；3〕第8项对单向板楼盖应取0．5；对双向板楼盖和无梁楼盖应取0．8；4〕第9-12项应采用与所属房屋类别相同的折减系数。注：楼面梁的附属面积应按梁两侧各延伸二分之一梁间距的范围内的实际面积确定。民用建筑屋面均布活荷载二、民用建筑屋面均布活荷载房屋建筑的屋面，其水平投影面上的屋面均布活荷载，应按表1-7采用。屋面均布活荷载，不应与雪荷载同时组合。屋面均布活荷载表1-7注：①不上人的屋面，当施工或维修荷载较大时，应按实际情况采用；对不同结构应按有关设计标准的规定，将标准值作0．2kN／㎡的增减。②上人的屋面，当兼作其他用途时，应按相应楼面活荷载采用。③对于因屋面排水不畅、堵塞等引起的积水荷载，应采取构造措施加以防止；必要时，应按积水的可能深度确定屋面活荷载。④屋面花园活荷载不包括花圃土石等材料自重。直升机停机坪荷载应根据直升机总重按局部荷载考虑，同时其等效均布荷载不低于5.0KN／m2。局部荷载应按直升机实际最大起飞重量确定，当没有机型技术资料时，一般可依据轻、中、重三种类型的不同要求，按下述规定选用局部荷载标准值及作用面积：轻型，最大起飞重量2t，局部荷载标准值取20kN，作用面积0．20m×0．20m；中型，最大起飞重量4t，局部荷载标准值取40kN，作用面积0．25m×0．25m；重型，最大起飞重量6t，局部荷载标准值取60kN，作用面积0．30m×0．30m；荷载的组合值系数应取0．7，频遇值系数应取0．6，准永久值系数应取0。三、施工和检修荷载及栏杆水平荷载1．设计屋面板、檩条、钢筋混凝土挑檐、雨篷和预制小梁时，施工或检修集中荷载〔人和小工具的自重〕应取1．0kN，并应在最不利位置处进行验算。注：①对于轻型构件或较宽构件，当施工荷载超过上述荷载时，应按实际情况验算，或采用加垫板、支撑等临时设施承受。②当计算挑檐、雨篷承载力时，应沿板宽每隔1．0m取一个集中荷载；在验算挑檐、雨篷倾覆时，应沿板宽每隔2．5～3．0m取一个集中荷载。2．楼梯、看台、阳台和上人屋面等的栏杆顶部水平荷载，应按以下规定采用：〔1〕住宅、宿舍、办公楼、旅馆、医院、托儿所，幼儿园，应取0．5kN／m；〔2〕学校、食堂、剧场、电影院、车站、礼堂、展览馆或体育场，应取1．0kN／m。3．当采用荷载准永久组合时，可不考虑施工和检修荷载及栏杆水平荷载。2021年一级注册建筑师建筑结构要点总结第4讲讲义雪荷载四、雪荷载雪荷载是房屋屋面结构的主要荷载之一。在寒冷地区的大跨度结构和轻型结构，对雪荷载更为敏感。雪在屋面上的积存对结构产生的作用，与当地的地面积雪大小及气候条件等密切相关。1.雪荷载标准值及根本雪压?荷载标准?规定，屋面水平投影面上的雪荷载标准值，应按下式计算：〔1-13〕式中sk——雪荷载标准值，kN／㎡；μr——屋面积雪分布系数；s0——根本雪压，kiN／㎡。根本雪压系以当地一般空旷平坦地面上统计所得50年一遇最大积雪的自重确定。根本雪压应按?荷载标准?全国根本雪压分布图的规定采用。山区的根本雪压，当无实测资料时，可按当地空旷平坦地面的根本雪压值乘以1．2采用。全国根本雪压标准值范围为0～1．0kN／㎡。雪荷载的组合值系数可取0．7；频遇值系数可取0．6；准永久值系数应按雪荷载分区I、Ⅱ和Ⅲ的不同，分别取0．5、0．2和0；雪荷载分区按?荷载标准?的规定采用。2．屋面积雪分布系数屋面积雪分布系数实际上就是将地面根本雪压换算为屋面雪荷载的换算系数，它与屋面形式、朝向及风力等因素有关。?荷载标准?规定的屋面积雪分布系数，应根据不同类别的屋面形式，按表1-8采用。表1-8设计建筑结构及屋面的承重构件时，可按以下规定考虑积雪的分布情况：屋面板和檩条按积雪不均匀分布的最不利情况考虑；屋架可分别按积雪全跨均匀分布情况，不均匀分布情况和半跨均匀分布的情况考虑；框架和柱可按全跨均匀分布情况考虑。风荷载五、风荷载风荷载是建筑结构上的一种主要的直接作用，对高层建筑尤为重要。风压随高度而增大，且与地面的粗糙度有关；建筑物体型与尺寸不同，作用在建筑物表画上的实际风压力〔或吸力〕不同；风压不是静态压力，实际上是脉动风压，对于高宽比拟大的房屋结构，应考虑风的动力效应。1．风荷载标准值及根本风压垂直于建筑物外表上的风荷载标准值，应按下述公式计算：〔1〕当计算主要承重结构时〔1-14〕式中Wk——风荷载标准值(kN／㎡)；βz——高度z处的风振系数；μS——风荷载体型系数；μZ——风压高度变化系数；ω0——根本风压(kN／n／)。(2)当计算围护结构时〔1-15〕式中βgz——高度z处的阵风系数。根本风压应按?荷载标准?附录D．4中附表D．4给出的50年一遇的风压采用，但不得小于0．3kN／㎡：，对于高层建筑、高耸结构以及对风荷载比拟敏感的其他结构，根本风压应适当提高，并应由有关的结构设计标准具体规定。2．地面粗糙度与风压高度变化系数μZ对于平坦或稍有起伏的地形，风压高度变化系数应根据地面粗糙度类别按表11-8确定。地面粗糙度可分为A、B、C、D四类：〔1〕A类指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区；〔2〕B类指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比拟稀疏的乡镇和城市郊区；〔3〕C类指有密集建筑群的城市市区；〔4〕D类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区。表1-9从表1-9中，可以看出：1〕当地面粗糙度类别相同时，离地面越高，μZ值越大，但当到达一定高度后，μZ越接近以至相同；2〕对同一高度，μZ那么A区>B区>C区>D区，但当≥450m后，其值相同；3〕表中μZ变化为从0．62至3．12，当离地面5～lOm高，B类时，μZ=1．0。3．风荷载体型系数μS风速只是代表在自由气流中各点的风速。气流以不同形式在房屋外表绕过，房屋对气流形成某种干扰，因此房屋设计时不能直接以自由气流的风速作为结构荷载。风压在建筑物各外表上的分布是不均匀的，设计上取其平均值采用。一般地，在房屋的迎风墙面上，墙面受正风压〔压力〕；在背风墙面上受负风压〔吸力〕；在侧墙面上受负风压；在屋面上，因屋面形状的不同，风压可表现为正风压或负风压。?荷载标准?规定的房屋风荷载体型系数可按表1-10采用。注：①表图中符号→表示风向；+表示压力；—表示吸力。2表中的系数未考虑邻近建筑群体的影响。表11-9中未列入的房屋类别，详见?荷载标准?。4．风振系数βZ?荷载标准?规定，对于根本自振周期T1大于0．25s的工程结构，如房屋、屋盖及各种高耸结构，以及高度大于30m且高宽比大于1．5的高柔建筑，均应考虑风压脉动对结构产生顺风向风振的影响。顺风向风振系数值大于1。其值与脉动增大系数、脉动影响系数、振型系数有关。其值计算详见?荷载标准?的规定。常用材料和构件自重六、常用材料和构件自重常用材料和构件自重见表1—11。表1-11注：①以上材料自重单位，自第1～44项为kN／m3，第45~69项为kN／㎡。②以上常用材料自重中，应熟记以下材料自重值：钢筋混凝土25kN／m3；钢78．5kN／m3；砖砌体18~20kN／m3；木材〔由于树种和含水率不同差异较大，可以榆、松、水曲柳为例〕7kN／m3；建筑结构根本概念第二章建筑结构与结构选型第一节建筑结构根本概念一、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，使建筑物得以平安使用的骨架，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当水平荷载的构件。一般有：〔1〕柱；〔2〕墙体；〔3〕框架。3．根底是上部建筑物与地基相联系的局部，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o 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当水平力的结构；〔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。轴心受拉构件第二节建筑结构根本构件设计根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，那么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。轴心受压构件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尚未到达材料的强度设计值[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>A1φ值与杆件的长细比λ有关；λ=l0/i l0—杆件计算长度，i——截面的回转半径；λ越大，φ越小。那么实际承载力越小。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。2021年一级注册建筑师建筑结构要点总结第5讲讲义静力学根本知识一静力学根本知识力的概念：使物体的运动状态发生改变或者变形的作用。静力学三大公理公理1力的平行四边形定那么作用于物体上同一点的两个力可以合成一个合力，此合力仍作用于这一点，其力矢由此二力为邻边所作平行四边形的对角线来决定。静力学根本知识二公理2二力平衡公理作用于刚体上的两个力平衡的充分必要条件是：两个力的大小相等、方向相反、作用线相同，简称等值、反向、共线。公理3加减平衡力系公理在任意力系中加上、或减去任何平衡力系，并不影响原力系对刚体的作用效果。力偶大小相等、方向相反、作用线平行但不重合的两个力称为力偶。力对点之距矩：定点到力的作用线的距离乘以力的大小。应力：内力的集度称为应力。两作用线的垂直距离称为力偶臂。它对刚体只有转动效应，没有平动效应。偏心受力构件二、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：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防止出现这种构件。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局部拉应力。假设压力作用点在构件截面的两个方向上均有偏心，那么称为双向偏心构件。2021年一级注册建筑师建筑结构要点总结第6讲讲义简支梁三、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梁截面内的应力分布〔3〕梁截面内的应力分布1〕弯曲应力〔图10-8〕〔2-6〕2〕边沿最大应力：〔2-7〕式中y—距中和轴的距离；+σmax—边沿最大拉应力；—σmax—边沿最大压应力。弯曲应力沿截面高度为三角形分布，中和轴处应力为零；顺时针弯曲时中和轴以上为压应力，中和轴以下为拉应力；逆时针弯曲时，中和轴以上为拉应力，以下为压应力。见图2-7.图2-7弯曲压力分布2)剪应力剪应力在截面上的分布也是不均匀的，其分布规律如图2-8。图2-8剪应力分布平均剪应力：〔2-8〕截面上的剪应力〔2-9〕I——截面惯性矩；S——计算点以上截面对中和轴的面积矩；b——界面宽度。剪应力沿截面分布具有如下特征：剪应力在梁高方向的分布是中和轴处最大，以近抛物线的形状分布，在截面边沿处剪应力为零。沿梁长度方向，支座处剪力最大，剪应力也最大；截面的抗剪主要靠腹板〔即梁的截面中部〕。受弯构件的变形、设计要点〔4〕受弯构件的变形受弯构件在荷载作用下要产生弯曲，于是将产生弯曲变形，使梁产生挠度。1〕梁的挠度跨中最大。2〕挠度的大小与正弯矩成正比。3〕跨度相同、荷载相同时，简支梁的挠度比连续梁、二端固定或一端固定一端简支的梁要大。4〕挠度的大小与梁的EI成反比。〔5〕受弯构件的设计要点1〕要满足弯曲应力不超过材料的强度设计值。即最大弯矩处的最大弯曲应力必须小于强度设计值。〔2-10〕2〕梁内最大剪力的断面平均剪应力不超过材料抗剪的设计值。3〕梁的最大挠度值不得超过标准规定的数值。几种根本构件的比拟四、几种根本构件的比拟上述几种根本构件的合理应用，就能取得合理的结构设计。1．轴心受拉构件是受力最好的构件〔1〕最能充分发挥材料性能。因在外力作用下，沿构件全长及截面的内力及应力都是均匀分布。〔2〕在承受相同的荷载下，与受压和受弯构件相比所需的断面最小。〔3〕只有具有最多数量的轴拉构件和较少轴压和受弯构件组成的结构体系才是最省材料和经济合理的体系。2．轴压构件承载力受稳定的影响，故应防止长杆受压，设计时要特别注意侧向稳定。3．偏心受压构件在相同截面下，因受偏心弯矩的影响，其承载力将随偏心距的加大而大为减小。而且也要考虑侧向稳定的影响。4．受弯构件〔1〕构件内的内力不均匀分布，因此不能充分发挥材料的作用。〔2〕还存在变形能否满足要求的问题，有时虽已满足强度要求，变形不能满足时，那么应按变形要求增大构件断面尺寸。2021年一级注册建筑师建筑结构要点总结第7讲讲义砌体结构的优缺点、布置方案第三节多层与高层建筑结构体系10层及10层以上或高度超过28m为高层建筑。一、多层砌体结构〔一〕概述在同一房屋结构体系中，采用两种或两种以上不同材料组成承重结构体系的房屋，称为混合结构房屋。砖砌体结构是指由钢筋混凝土楼〔屋〕盖和砖墙承重的结构体系〔亦称砖混结构〕。砌体结构一般是指采用钢筋混凝土楼〔屋〕盖和用砖或其他块体〔如：混凝土砌块〕砌筑的承重墙组成的结构体系。木楼〔屋〕盖与砖墙承重的结构体系，称为砖木结构。〔二〕砌体结构的优缺点和应用范围1．主要优点〔1〕主要承重结构〔承重墙〕是用砖〔或其他块体〕砌筑而成的，这种材料任何地区都有，便于就地取材。常用的墙体材料有：a．烧结普通砖：黏土砖、煤矸石砖、页岩砖、煤矸石页岩砖；b．烧结多孔砖：黏土多孔砖〔P型、M型〕、煤矸石多孔砖、页岩多孔砖；c．蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖；d．混凝土小型空心砌块。〔2〕墙体既是围护和分隔的需要，又可作为承重结构，一举两得。〔3〕砌体结构的刚度一般比拟较大。〔4〕施工比拟简单，进度快，技术要求低，施工设备简单。2．主要缺点〔1〕砌体强度比混凝土强度低得多，故建造房屋的层数有限，一般不超过7层。〔2〕砌体是脆性材料，抗压能力尚可，抗拉、抗剪强度都很低，因此抗震性能较差。〔3〕多层砌体房屋一般宜采用刚性方案，故其横墙间距受到限制，因此不可能获得较大的空间，故一般只能用于住宅、普通办公楼、学校、小型医院等民用建筑以及中小型工业建筑。〔三〕砖砌体房屋的墙体布置方案1．横墙承重方案楼层的荷载通过板梁传至横墙，横墙作为主要承重竖向构件，纵墙仅起围护、分隔、自承重及形成整体作用。优点：横墙较密，房屋横向刚度较大，整体刚度好。外纵墙不是承重墙，因此立面处理比拟方便，可以开设较大的门窗洞口。抗震性能较好。缺点：横墙间距较密，房间布置的灵活性差，故多用于宿舍、住宅等居住建筑。2．纵墙承重方案其受力特点是：板荷载传给梁，再由梁传给纵墙。这时纵墙是主要承重墙。横墙只承受小局部荷载，横墙的设置主要为了满足房屋刚度和整体性的需要，其间距比拟大。优点：房间的空间可以较大，平面布置比拟灵活。缺点：房屋的刚度较差，纵墙受力集中，纵墙较厚或要加壁柱。适用于：教学楼、实验室、办公楼、医院等。3．纵横墙承重方案根据房间的开间和进深要求，有时需采取纵横墙同时承重的方案。横墙的间距比纵墙承重方案小。但一般可比横墙承重方案大，房屋的刚度介于前两者之间。4．内框架承重方案在外墙承重的同时，有一局部内墙采用钢筋混凝土柱代替，以取得较大的空间。内框架承重方案的特点：〔1〕横墙较少，房屋的空间刚度较差；〔2〕墙的带形根底与柱的单独柱基沉降不容易一致；〔3〕钢筋混凝土柱与砖墙的压缩性能不一样，容易造成不均匀变形而产生次应力，当层数较多时，在设计上应给予考虑；〔4〕以柱代替内承重墙，在使用上可以取得较大的空间。适用于：教学楼、医院、商店、旅馆等建筑物。砌体房屋的构造要求1-10〔四〕砌体房屋的构造要求1．要满足墙体的高厚比〔1〕砌体结构设计标准规定砖墙〔或砖柱〕的允许高厚比应按?砌体结构设计标准?〔GB 50003—2001〕6．1.1式验算。〔2〕当高厚比不能满足要求时，可采取以下措施：1〕增加墙体厚度；2〕加设壁柱〔即墙垛〕；3〕加设构造柱；4〕减小横墙间距。2．横墙间距s根据横墙间距s的不同，砖砌体房屋的静力计算有三种计算方案见表2-1，如图2-9：图2-9砌体房屋的计算方案〔1〕刚性方案。在荷载作用下，楼层视为墙、柱的不动铰支座。即认为房屋不产生水平位移。〔2〕刚弹性方案。在荷载作用下，楼层视为墙柱可动铰支座，楼盖平面较大，可考虑空间工作的平面排架或框架计算。其空间影响系数可按?砌体结构设计标准?表4．2．4采用。〔3〕弹性方案。房屋在水平力作用下将产生水平位移，房屋的静力计算可按屋架、大梁与墙〔柱〕为铰接的不考虑空间工作的平面排架或框架计算。3．纵墙尽可能贯穿。4．5层及5层以上房屋的墙，以及受振动或层高大于6m的墙、柱所用材料的最低强度等级，应符合以下要求：〔1〕砖采用MUl0；〔2〕砌块采用MU7．5；〔3〕石材采用MU30；〔4〕砂浆采用M5。注：对平安等级为一级或设计使用年限大于50年的房屋，墙、柱所用材料的最低强度等级应至少提高一级。5．地面以下或防潮层以下的砌体，潮湿房间的墙，所用材料的最低强度等级应符合表2—2的要求。表2-2注：①在冻胀地区，地面以下或防潮层以下的砌体，不宜采用多孔砖，如采用时，其孔洞应用水泥砂浆灌实。当采用混凝土砌块砌体时，其孔洞应采用强度等级不低于Cb20的混凝土灌实；②对平安等级为一级或设计使用年限大于50年的房屋，表中材料强度等级应至少提高一级，6．承重的独立砖柱截面尺寸不应小于240mmX 370mm。毛石墙的厚度不宜小于350mm，毛料石柱较小边长不宜小于400mill。注：当有振动荷载时，墙、柱不宜采用毛石砌体。7．跨度大于6m的屋架和跨度大于以下数值的梁，应在支承处砌体上设置混凝土或钢筋混凝土垫块；当墙中设有圈梁时，垫块与圈梁宜浇成整体。〔1〕对砖砌体为4．8m；〔2〕对砌块和料石砌体为4．2m；〔3〕对毛石砌体为3．9m。8．当梁跨度大于或等于以下数值时，其支承处宜加设壁柱，或采取其他加强措施；〔1〕对240mm厚的砖墙为6m，对180mm厚的砖墙为4．8m；〔2〕对砌块、料石墙为4．8m。9．预制钢筋混凝土板的支承长度，在墙上不宜小于l00mm；在钢筋混凝土圈梁上不宜小于80mm；当利用板端伸出钢筋拉结和混凝土灌缝时，其支承长度可为40mm，但板端缝宽不小于80mm，灌缝混凝土不宜低于Cb20〔即C20〕。10．支承在墙、柱上的吊车梁、屋架及跨度大于或等于以下数值的预制梁的端部，应采用锚固件与墙、柱上的垫块锚固：〔1〕对砖砌体为9m；〔2〕对砌块和料石砌体为7．2m。砌体房屋的构造要求11-20 11．填充墙、隔墙应分别采取措施与周边构件可靠连接。12．山墙处的壁柱宜砌至山墙顶部，屋面构件应与山墙可靠拉结。13．砌块砌体应分皮错缝搭砌，上下皮搭砌长度不得小于90mm。当搭砌长度不满足上述要求时，应在水平灰缝内设置不少于2声4的焊接钢筋网片〔横向钢筋的间距不宜大于200mm〕，网片每端均应超过该垂直缝，其长度不得小于300mm。14．砌块墙与后砌隔墙交接处，应沿墙高每400mm在水平灰缝内设置不少于2φ4、横筋间距不大于200mm的焊接钢筋网片。15．混凝土砌块房屋，宜将纵横墙交接处、距墙中心线每边不小于300mm范围内的孔洞，采用不低于Cb20灌孔混凝土灌实，灌实高度应为墙身全高。16．混凝土砌块墙体的以下部位，如未设圈梁或混凝土垫块，应采用不低于Cb20灌孔混凝土将孔洞灌实：〔1〕搁栅、檩条和钢筋混凝土楼板的支承面下，高度不应小于200mm的砌体；〔2〕屋架、梁等构件的支承面下，高度不应小于600mm，长度不应小于600mm的砌体；〔3〕挑梁支承面下，距墙中心线海边不应小于300rpJRl，高度不应小于600mm的砌体。17．在砌体中留槽洞及埋设管道时，应遵守以下规定：〔1〕不应在截面长边小于500mm的承重墙体、独立柱内埋设管线；〔2〕不宜在墙体中穿行暗线或预留、开凿沟槽，无法防止时应采取必要的措施或按削弱后的截面验算墙体的承载力。注：对受力较小或未灌孔的砌块砌体，允许在墙体的竖向孔洞中设置管线。18．夹心墙应符合以下规定：〔1〕混凝土砌块的强度等级不应低于MUl0；〔2〕夹心墙的夹层厚度不宜大于100mm；〔3〕夹心墙外叶墙的最大横向支承间距不宜大于9m。19．夹心墙叶墙间的连接应符合以下规定：〔1〕叶墙应用经防腐处理的拉结件或钢筋网片连接；〔2〕当采用环形拉结件时，钢筋直径不应小于4mm；当为Z形拉结件时，钢筋直径不应小于6mm。拉结件应沿竖向梅花形布置，拉结件的水平和竖向最大间距分别不宜大于800mm和600mm；对有振动或有抗震设防要求时，其水平和竖向最大间距分别不宜大于800mm和400mm；〔3〕当采用钢筋网片作拉结件时，网片横向钢筋的直径不应小于4mm，其间距不应大于400mm；网片的竖向间距不宜大于600mm，对有振动或有抗震设防要求时，不宜大于400mm；〔4〕拉结件在叶墙上的搁置长度，不应小于叶墙厚度的2／3，并不应小于60mm；〔5〕门窗洞口周边300mm范围内应附加间距不大于600mm的拉结件。注：对平安等级为一级或设计使用年限大于50年的房屋，夹心墙叶墙间宜采用不锈钢拉结件，20．为了防止或减轻房屋在正常使用条件下，由温差和砌体干缩引起的墙体竖向裂缝，应在墙体中设置伸缩缝。伸缩缝应设在因温度和收缩变形可能引起应力集中、砌体产生裂缝可能性最大的地方。伸缩缝的间距可按表2—3采用。砌体房屋伸缩缝的最大间距表2-3砌体房屋的构造要求21-28 21．为了防止或减轻房屋顶层墙体的裂缝，可根据情况采取以下措施：〔1〕屋面应设置保温、隔热层；〔2〕屋面保温〔隔热〕层或屋面刚性面层及砂浆找平层应设置分隔缝，分隔缝间距不宜大于6m，并与女儿墙隔开，其缝宽不小于30mm；〔3〕采用装配式有檩体系钢筋混凝土屋盖和瓦材屋盖；〔4〕在钢筋混凝土屋面板与墙体圈梁的接触面处设置水平滑动层，滑动层可采用两层油毡夹滑石粉或橡胶片等；对于长纵墙，可只在其两端的2—3个开间内设置，对于横墙可只在其两端各1／4范围内设置〔l为横墙长度〕；〔5〕顶层屋面板下设置现浇钢筋混凝土圈梁，并沿内外墙拉通，房屋两端圈梁下的墙体内宜适当设置水平钢筋；〔6〕顶层挑梁末端下墙体灰缝内设置3道焊接钢筋网片〔纵向钢筋不宜少于2φ4，横筋间距不宜大于200mm〕或2φ6钢筋，钢筋网片或钢筋应自挑梁末端伸入两边墙体不小于1m〔图10-14〕；〔7〕顶层墙体有门窗等洞口时，在过梁上的水平灰缝内设置2—3道焊接钢筋网片或2φ6钢筋，并应伸入过梁两端墙内不小于600mm；〔8〕顶层及女儿墙砂浆强度等级不低于M5；〔9〕女儿墙应设置构造柱，构造柱间距不宜大于4m，构造柱应伸至女儿墙顶并与现浇钢筋混凝土压顶整浇在一起；〔10〕房屋顶层端部墙体内适当增设构造柱。22．为防止或减轻房屋底层墙体裂缝，可根据情况采取以下措施：〔1〕增大根底圈梁的刚度；〔2〕在底层的窗台下墙体灰缝内设置3道焊接钢筋网片或2φ6钢筋，并伸入两边窗间墙内不小于600FNIII；〔3〕采用钢筋混凝土窗台板，窗台板嵌入窗间墙内不小于600mm。23．墙体转角处和纵横墙交接处宜沿竖向每隔400mm-500mm设拉结钢筋，其数量为每120mm墙厚不少于1φ6或焊接钢筋网片，埋入长度从墙的转角或交接处算起，每边不小于600mm。24．对灰砂砖、粉煤灰砖、混凝土砌块或其他非烧结砖，宜在各层门、窗过梁上方的水平灰缝内及窗台下第一和第二道水平灰缝内设置焊接钢筋网片或2φ6钢筋，焊接钢筋网片或钢筋应伸入两边窗间墙内不小于600mm。当灰砂砖、粉煤灰砖、混凝土砌块或其他非烧结砖实体墙长大于5m时，宜在每层墙高度中部设置2-3道焊接钢筋网片或3φ6的通长水平钢筋，竖向间距宜为500mm。25．为防止或减轻混凝土砌块房屋顶层两端和底层第一、第二开间门窗洞处的裂缝，可采取以下措施：〔1〕在门窗洞口两侧不少于一个孔洞中设置不小于1φ12钢筋，钢筋应在楼层圈梁或根底锚固，并采用不低于Cb20灌孔混凝土灌实；〔2〕在门窗洞口两边的墙体的水平灰缝中，设置长度不小于900mm、竖向间距为400mm的2φ4焊接钢筋网片；〔3〕在顶层和底层设置通长钢筋混凝土窗台梁，窗台梁的高度宜为块高的模数，纵筋不少于4φ10、箍筋φ@200，Cb20混凝土。26．当房屋刚度较大时，可在窗台下或窗台角处墙体内设置竖向控制缝。在墙体高度或厚度突然变化处也宜设置竖向控制缝，或采取其他可靠的防裂措施。竖向控制缝的构造和嵌缝材料应能满足墙体平面外传力和防护的要求。27．灰砂砖、粉煤灰砖砌体宜采用粘结性好的砂浆砌筑，混凝土砌块砌体应采用砖块专用砂浆砌筑。28．对防裂要求较高的墙体，可根据情况采取专门措施。多层砖砌体房屋的楼盖〔五〕多层砖砌体房屋的楼盖。1．装配式楼盖包括预制板和预制梁，构件在工厂制造，现场拼装。2.预制板实心楼板，槽形板。预应力空心楼板：短向板，长向板。预应力空心大楼板。双钢筋叠合板。预应力叠合板。优点：节约模板，施工速度快，有利于建筑工业化，节约钢材。缺点：楼层整体性较差，抗震性能不如现浇楼盖，必须有起重设备，开间尺寸受限制。3.预制梁。其优缺点同预制板。4．现浇楼盖〔1〕现浇楼盖一般由现浇楼板和现浇梁组成。〔2〕楼盖一般分为单向板肋形楼盖、双向板肋形楼盖和无梁楼盖见图2-10。〔3〕梁、板的常用截面尺寸参考值见表2-4、表2-5表2-6。2021年一级注册建筑师建筑结构要点总结第8讲讲义框架结构体系二、框架结构体系〔一〕框架结构的特点与优点1．根本概念〔1〕框架是由梁和柱刚性连接的骨架结构。〔2〕框架结构采用的材料：1〕型钢；2〕钢筋混凝土。2．框架结构的特点〔1〕框架的连接点是刚节点，是一个几何不变体。〔2〕在竖向荷载作用下，框架的变形及弯矩图见图2-11。由于梁、柱互相约束，横梁的跨中弯矩比简支梁小。(3)在水平力作用下，框架的变形及弯矩见图2-12，与排架结构相比，由于梁柱的刚接可提高柱子的抗推刚度，从而框架的水平变形比排架小。3．框架结构的优点〔1〕框架结构所用的钢筋混凝土或型钢有很好的抗压和抗弯能力，因此，可以加大建筑物的空间和高度。〔2〕可以减轻建筑物的重量。〔3〕有较好的抗震能力。〔4〕有较好的延性。〔5〕有较好的整体性。4．框架结构的缺点因构件截面尺寸不可能太大故承载力和刚度受到一定限制，因此房屋的高度受到限制。〔二〕框架结构的类型1．按构件组成划分为两种类型〔1〕梁板式结构。由梁、板、柱三种根本构件组成骨架形成的框架结构。〔2〕无梁式结构。由板和柱子组成的结构。2．按框架的施工方法划分为四种类型〔1〕现浇整体式框架框架全部构件均在现场现浇成整体。1〕整体性和抗震性能好；2〕构件尺寸不受标准构件限制。〔2〕装配式框架框架全部构件采用预制装配：1〕可加速施工进度，提高建筑工业化程度。2〕节点构造刚性差，抗震性能差。〔3〕半现浇框架梁、柱现浇，楼板预制或现浇柱，预制梁板。1〕梁、柱整体性较好，适用于抗震建筑。2〕楼板预制可节约模板，约20％。〔4〕装配整体式框架预制梁、柱，装配时通过局部现浇混凝土使构件连接成整体。1〕保证了节点的刚接，结构整体性好；2〕可省去连接件；3〕增加了后浇混凝土工序；4〕比全现浇可节省模板及加快进度。〔三〕框架结构的平面布置方式1．横向为主要承重框架，纵向为连系梁，只适用于非地震区。2．纵向为主要承重框架，横向为连系梁。〔1〕有利于提高楼层净高的有效利用〔2〕房间的使用和划分比拟灵活。〔3〕不适用于地震区。3．主要承重框架纵横两个方向布置：〔1〕当两个方向的水平力相差不大时，那么必须采用这种布置。〔2〕适用于地震区及平面为正方形的房屋。各种框架布置方式见图2-13〔四〕框架结构的受力特性1．框架结构在竖向力作用下的变形和弯矩见图2-14 2．框架结构在水平力作用下的变形和弯矩见图2-15。剪力墙的概念、类型、结构布置三、剪力墙结构〔一〕剪力墙的概念和结构效能〔1〕剪力墙是一种抵抗竖向荷载引起的轴向作用以及风、地震等水平荷载引起的剪力、弯曲作用的结构单元。〔2〕剪力墙既可以做建筑物的承载结构，又可以作为建筑物的分隔墙和围护墙，因此墙体的布置必须同时满足建筑平面布置和结构布置的要求。〔3〕剪力墙结构体系承载能力强，整体性和空间作用好，比框架结构有更好的抗侧力能力，因此，可建造较高的建筑物。〔4〕受剪力墙的间距的限制，建筑物的开间布置不够灵活，对需要大空间时就不太适用。一般适用住宅、公寓和旅馆。〔5〕由于开间不大，剪力墙结构的楼盖结构一般采用平板，可以不设梁，所以空间利用比拟好，可节约层高。〔二〕剪力墙结构体系的类型及适用范围1．普通剪力墙结构。全部由剪力墙组成的结构体系。2．框架-剪力墙结构。是由框架与剪力墙组合而成的结构体系，适用于需要有局部大空间的建筑，这时在局部大空间局部采用框架结构，同时又可用剪力墙来提高建筑物的抗侧能力，从而满足高层建筑的要求。3．框支剪力墙结构。当剪力墙结构的底部需要有大空间，剪力墙无法全部落地时，就需要采用底部框支剪力墙的框支剪力墙结构。〔三〕普通剪力墙结构的结构布置1．平面布置〔1〕钢筋混凝土墙承受全部竖向荷载和水平力，所以剪力墙应双向或多向布置，且宜拉通对直。对于矩形、L形、T形平面时，剪力墙沿两个正交的主轴方向布置；对于三角形及Y形平面可沿三个方向布置；对于正多边形、圆形和弧形平面，那么可沿径向及环向布置。〔2〕单片剪力墙的长度不宜过大：1〕剪力墙发生弯曲破坏时，具有比拟强的变形能力，抗震延性好，而且发生剪切破坏时，变形能力弱，延性差。过长的剪力墙容易发生剪切破坏，因此出于抗震性的要求，不宜采用过长的剪力墙。每个墙段的高宽比应不小于2，当同一轴线上的剪力墙过长时，应用楼板或小连梁分成假设干个墙段，每个墙段可以是单片墙，小开口墙或联肢墙。每个墙肢的宽度不宜大于8．0m。2〕剪力墙长度过大，将导致结构刚度过大、周期过短，会加大地震力作用，不经济；〔3〕剪力墙的平面布置尽量对称，均匀，且数量适当。1〕剪力墙的开间以6．0～7．0m的大开间，比3．0～3．9m的小开间，较经济合理，降低了材料用量，而且增大建筑使用面积。2〕剪力墙结构的根本周期控制在Ns——为层数。底部剪力控制在：G——建筑物的总重力荷载。假设周期过短，地震力过大时，宜减少墙的数量。〔4〕调整剪力墙结构刚度的方法有：1〕适当减小剪力墙的厚度；2〕降低连梁的高度；3〕增大门窗洞口宽度；4〕对较长的墙肢设置施工洞，分为两个墙肢。超过8．0m长时都应用施工洞划分为小墙肢。2．竖向布置〔1〕沿结构高度的刚度突变对抗震非常不利，为防止这一问题，剪力墙应在整个建筑的竖向贯穿，上到顶，下到底。〔2〕顶层取消局部剪力墙时，其余剪力墙应在构造上予以加强。底层取消局部剪力墙时，应设置转换层。〔3〕为防止刚度突变，剪力墙的厚度应按阶段变化，每次厚度减小宜为50-l00mm，不宜过大，厚度变化时宜两侧同时内收。外墙及电梯间墙可只单面内收。厚度改变和混凝土强度等级的改变宜错开楼层。〔4〕剪力墙上的洞口宜上下对齐，并列布置。相邻洞口之间及洞口与墙边缘之间要防止小墙肢。当墙肢的宽度与厚度之比小于3的小墙肢，在反复荷载作用下，早开裂，早破坏，故墙肢宽度不宜小于3bw〔bw为墙厚〕，且不应小于500mm。框支剪力墙结构的设计要点〔四〕剪力墙的构造要求1．剪力墙的数量对目前设计的16—28层住宅来看，底层局部剪力墙截面总面积与楼面面积之比大约为：Aw—剪力墙截面总面积；Af—楼面面积。2．剪力墙厚度见表2-7表2-7〔五〕框支剪力墙结构的设计要点1．有的为满足高层建筑多功能、综合用途的需要，顶部楼层作为住宅、旅馆；中部楼层作为办公用房；下部楼层作为商店、餐馆、文化娱乐设施。不同用途的楼层，需要大小不同的开间，从而采用不同的结构形式。上部楼层采用剪力墙结构以满足住宅和旅馆的要求；中部办公楼用房侧需要中、小室内空间同时存在，那么宜采用框架-剪力墙结构来满足其要求；底部作为商店等用房那么需要有尽量大的空间，那么宜加大柱网，尽量减少墙体。上述要求与结构的合理布置正好相反，以高层建筑的受力规律，下部楼层受力很大，上部楼层的受力相对要小得多，正常的结构布置应当是下部刚度要大，墙体应多，柱网应密，到上部逐渐减少墙、柱、扩大轴线间距，二者正好矛盾。为了解决上述矛盾，就出现了底层大空间的框支剪力墙结构。2．由于结构底部与上部结构的刚度产生突变，故在所发生的地震中，其破坏都较严重，抗震性能较差，故在设计中要特别加以注意，设计中要考虑两个关键问题：〔1〕保证大空间有充分的刚度，防止竖向的刚度过于悬殊；〔2〕加强转换层的刚度与承载力，保证转换层可以将上层剪力可靠地传递到落地墙上去。3．落地剪力墙的布置和数量〔1〕底部大空间层应有落地剪力墙〔或〕落地简体，落地纵横剪力墙最好成组布置，结合为落地筒。〔2〕平面为长矩形，横向剪力墙的片数较多时，落地的横向剪力墙的数目与横向剪力墙数目之比，非抗震设计时不宜少于30％；抗震设计时不宜少于50％，对于一般平面，在非震区γ应尽量接近于1，不应大于3；在抗震设计时，γ应尽量接近于1，不应大于2。为满足上述要求，可采取以下措施：1〕与建筑协调，争取尽可能多的剪力墙落地必要时也可在别的部位设置补偿剪力墙；2〕加大落地剪力墙的厚度、尽量增大落地墙的截面面积；3〕提高大空间层的混凝土强度等级。3．落地剪力墙，尽量不要开洞，或开小洞，以免刚度削弱太大。洞口宜布置在剪力墙的中部。4．转换层的设置，由剪力墙结构转换成框支剪力墙结构的大空间层时，其交接层即为转换层。〔1〕转换层的结构形式1〕框架结构。不落地剪力墙用柱和梁形成框支梁来支承上面的剪力墙。2〕板柱结构。用厚板及柱来支承上部剪力墙。3〕空腹桁架结构。用空腹桁架及柱来支承上部剪力墙。4〕箱形刚性结构。〔2〕框支梁、框支柱的根本要求1〕框支梁的宽度不小于上部剪力墙厚度的2倍。2〕框支梁上部相邻层的墙体非常重要，应力分布复杂，所以这层墙不宜设边门洞，不得在中柱上方开设门洞。3〕框支柱要严格要求，轴压比要比普通柱小些，见表2-8：框支柱与框支梁要加强连接。柱宽宜与梁同宽或比梁宽每边大50mm，且不小于450；断面高度hc，不小于柱宽，不小于梁跨的1／12，柱净高与柱截面高度之比大于或等于4。〔3〕转换层楼板的要求1〕板厚不得小于180。2〕楼板应双层双向配筋，并加强与剪力墙的锚固。框架剪力墙结构四、框架剪力墙结构〔一〕框架-剪力墙结构的受力特点及适用范围1．框架-剪力〔或框剪结构〕是由框架和剪力墙组成的结构体系，这种结构由框架构成自由灵活的使用空间，来满足不同建筑功能的要求；同时又有足够的剪力墙，具有相当大的刚度，从而使结构具有较强的抗震能力，大大减少了建筑物的侧移，在大地震时还可以防止填充墙、门窗、吊顶等非结构构件的严重破坏和倒塌。所以在有抗震设计要求时，宜优先采用框剪结构代替框架结构。这种结构形式广泛应用于高层办公和公共建筑，也大量应用于高层旅馆建筑。2．框剪结构的受力特点〔1〕水平力通过楼板传递分配到剪力墙及框架。〔2〕在水平力作用下，剪力强是竖向悬臂结构，其变形曲线呈弯曲型，楼层越高水平位移增长越快〔或层间变形越大〕；而框架结构在水平力的作用下，楼层越高水平位移增长越慢〔或层间变形越小〕，其变形曲线呈剪切型；两种结构协同工作的结果是：在底部，水平力产生的剪力主要由剪力墙承当；但到顶部时，剪力主要由框架承当。框架结构在水平力作用下的变形曲线呈反S形的剪切型位移曲线。〔二〕框剪结构中剪力墙的数量1．剪力墙的多少直接影响抗震能力，震害调查发现墙数量增加震害减少。但是剪力墙过多，也会造成不经济，因剪力墙增多，结构的刚度增大，周期缩短，地震作用加大，内力增大材料用量增加，根底造价也相应提高。2．合理的数量〔1〕按许可位移值决定按?高层规程?许可位移的限值来核算结构必要刚度。一般装修标准的框剪结构顶点位移与全高之比；μ／H不宜大于1／700；较高装修时，μ／H不宜超过1／850，或由层间相对位移与层高之比Δμmax／H的限制值来控制。〔2〕用结构自震周期和地震作用来校核一般较合理的根本自震周期为：n为结构层数3．剪力墙的布置〔1〕剪力墙应按均匀、分散、对称、周边的原则布置。〔2〕剪力墙应沿各主要轴线方向布置，以保证梁、柱、剪力墙的中线重合，使内力传递和分布合理且保证节点核心区的完整性。〔3〕应纵横方向同时布置，并使两个方向的自振周期比拟接近。〔4〕宜布置在：竖向荷载较大处、平面形状变化处、楼电梯间处。〔5〕剪力墙的长度不宜太长，总高度与长度之比宜大于2。单肢墙长度不宜大于8m，以免剪切破坏。〔6〕不宜在伸缩缝和防震缝两侧同时布置，纵向剪力墙不宜布置在端部，宜布置在中部〔7〕剪力墙的最大间距见表2-9。表2-9注：B——建筑物的宽度。剪力墙之间的楼面有较大开洞时剪力墙的间距还应小一些。实际工程中，剪力墙的间距一般在2．5B及30m以内。这样的尺寸一般也已可满足建筑功能的要求了。〔8〕框剪结构体系中，在设剪力墙后，框架柱应保存，柱作为剪力墙的端部翼缘，可加强剪力墙的承载能力和稳定性，且剪力墙的端部配筋可配置在柱截面内，使剪力墙可一直坚持工作到最后。〔9〕位于楼层上的框架梁也应保存，虽然在内力分析时不考虑剪力墙上的框架梁的受力，但梁作为剪力墙的横向加劲肋，也可提高剪力墙的极限承载力。当实在无法加梁时，也应设置暗梁，暗梁的高度与明梁相同，纵筋与箍筋均与明梁相同。〔10〕剪力墙宜设在框架柱的轴线内，保持对中，不宜设在柱边。简体结构五、简体结构当高层建筑结构层数多，高度大时，由平面抗侧力结构所构成的框架，剪力墙和框剪结构已不能满足建筑和结构的要求，而开始采用具有空间受力性能的筒体结构。筒体结构的根本特征是：水平力主要是由一个或多个空间受力的竖向筒体承受。简体可以由剪力墙组成，也可以由密柱框筒构成。〔一〕简体结构的类型有1．筒中筒结构——由中央剪力墙内筒和周边外框筒组成；框筒由密柱〔柱距3m〕、高梁组成；2．简体—框架结构，亦称框架—核心筒结构，由中央剪力墙核心筒和周边外框架组成；3．框筒结构；4．多重筒结构；5．成束筒结构；6．多筒体结构。〔二〕筒体结构的受力性能和工作特点1．简体是空间整截面工作的，如同一竖在地面上的悬臂箱形梁。框筒在水平力作用下不仅平行于水平力作用方向上的框架〔称为腹板框架〕起作用，而且垂直于水平方向上的框架〔称为翼缘框架〕也共同受力。薄壁筒在水平力作用下更接近于薄壁杆件，产生整体弯曲和扭转。2．框筒虽然整体受力，却与理想筒体的受力有明显的差异。理想简体在水平力作用下，截面保持平面，腹板应力直线分布，翼缘应力相等，而框筒那么不保持平截面变形，腹框架柱的轴力是曲线分布的，翼缘框架柱的轴力也是而均匀分布；靠近角柱的柱子轴力大，远离角柱的柱子的轴力小。这种应力分布不再保持直线规律的现象称为剪力滞后。由于存在这种剪力滞后现象，所以简体结构不能简单按平面假定进行内力计算。3．在简体结构中，剪力墙筒的截面面积较大，它承受大局部水平剪力，所以柱子承受的剪力很小；而由水平力产生的倾覆力矩，那么绝大局部由框筒柱的轴向力所形成的总体弯矩来平衡，剪力墙和柱承受的局部弯矩很小。由于这种整体受力的特点，使框筒和薄壁筒有较高的承载力和侧向刚度，而且比拟经济。4．当外围柱子间距较大时，那么外围柱子形不成框筒，中央剪力墙内筒往往将承受大局部外力产生的剪力和弯矩，外柱只能作为等效框架，共同承受水平力的作用，水平力在内筒与外柱之间的分配，类似框剪结构。5．成束筒由假设干个筒体并联在一起，共同承受水平力，也可以看成是框筒中间加了一框架隔板。其截面应力分布大体上与整截面简体相似，但出现多波形的剪力滞后现象，这样，它比同样平面的单个框筒受力要均匀一些。〔三〕筒体结构布置1．以方形圆形平面为好。2．可用对称形的三角形或人字形。3．外框筒柱的柱距以不大于3．0m为好。4．矩形平面时，长宽比不宜大于1．5。5．四角的柱子宜适当加大，一般截面加大2-3倍。可做成L形，八字形。6．筒体结构只有在细高的情况下才能近似于竖向悬臂箱形断面梁，发挥其空间整体作用，一般情况下H／B宜大于4。7．由于框筒是空间整体受力，主要内力沿框架平面内分布，所以，框筒宜采用扁宽矩形柱，柱的边长位于框架平面内。也可采用一字形柱。一般不宜采用圆形柱和方形柱，因为加大框筒柱壁厚对受力和刚度的增大效果远不如加大柱宽有效。8．裙梁的截面，宜采用窄而高的梁。梁高一般为0．6—1．5m，宽度取同墙厚，一般不于250mm。梁高hb可取hb≥〔1／3—1／4〕lx。式中l——柱距；h——层高。9．内筒的尺寸一般应争取内筒边长为外筒边长的1／3为好。10．可以在框筒顶部设置1-2层高的刚性环梁来提高整个框筒的空间整体性。2021年一级注册建筑师建筑结构要点总结第9讲讲义合成与平衡的几何法第三章建筑力学第一节静力学根底一、平面汇交力系的合成与平衡平面汇交力系是指各力的作用线均在同一平面且交于同一点的力系。平面汇交力系可简化为一个合力，合力的大小与方向等于各分力的矢量和，合力的作用线通过汇交点。包含n个力的汇交力系的合力矢为：1．合成与平衡的几何法二力汇交力系的合成可采用力的平行四边形法那么力的多边形法那么〔图3-2〕。〔图3-1〕；多个汇交力的合成可采用力的多边形法那么〔图3-2〕平面汇交力系平衡的充分和必要条件是：该力系的合力矢等于零。假设采用几何法，那么平衡的充分和必要条件〔即几何条件〕是：该力系的力多边形自行封闭。合成与平衡的解析法2．合成与平衡的解析法力在坐标轴上的投影：力在某坐标轴上的投影等于力的大小乘以力与坐标轴正向间夹角的余弦。合力投影定理：合力矢在某一轴上的投影等于各分力矢在同一轴上投影的代数和。如图3-3所示，：以汇交力系的汇交点O作为坐标原点，建立直角坐标系工作。设各分力矢在x、y坐标轴上的投影分别为X1、X2：…Xn和Y1、Y2…Yn〔图3-3a〕，那么合力矢在x、y轴上的投影〔图3-3b〕为：图3-3平面汇交力系合成的解析法(3-2)平面汇交力系平衡的充分和必要条件〔解析条件〕是：该力系在两个坐标轴上的投影代数和分别等于零，即：(3-3)该式就是平面汇交力系的平衡方程，它由两个方程式组成，故只能求解两个未知量例3-1【例3-1】求图3-4〔a〕所示汇交力系的合力。根据合力投影定理，该力系的合力在x、y坐标轴上的投影分别为〔图3 4b〕。故合力FR的大小为：合力FR与x、y轴的夹角余弦分别为可见，FR与x、y轴的夹角分别为120°、150°〔图3-4b〕。例3-2【例3-2】图3-5〔a〕所示三角支架上悬挂一重物Pjisuan杆件AB和BC的内力。杆件AB和BC均为二力杆。假设AB受拉力，杆BC受压力，它们与里P组成一平面汇交力系，如图3-5〔b〕所示。选取图示坐标系，建立力系的平衡方程如下：解方程得：2021年一级注册建筑师建筑结构要点总结第10讲讲义平面任意力系的简化与平衡二、平面任意力系的简化与平衡平面任意力系是指各力的作用线均在同一平面但呈任意分布的力系。力的平移定理：可以将作用在刚体上点A的力F平移到任一点B，但必须同时附加一个力偶，该力偶的力矩等于原来的力F对新作用点B的矩。合力矩定理：平面任意力系的合力对作用面内任一点的矩，等于力系中各力对同一点的矩的代数和。平面任意力系向作用面内任一点O简化，可得到一个力和一个力偶〔图3-6〕。这个力等于该力系的主矢〔即各力的矢量和〕，作用线通过简化中心O；这个力偶的矩等于该力系对于点O的主矩〔即各力对点O的矩的代数和〕。平面任意力系平衡的充分和必要条件是：该力系的主矢及力系对于任一点的主矩均等于零。假设用解析式表示，即为：(3-4)该式说明，平面任意力系平衡的解析条件为：所有各力在两个任选的坐标轴上的投影代数和分别等于零，且各力对于任一点的矩的代数和等于零。上式有三个独立的方程，故只能求解三个未知量。例3-3【例3-3】三角支架的受力计算简图如图3-7〔a〕所示，试求杆BC的内力。取横梁AB为研究对象，作出受力图如图3-7〔b〕所示。梁AB除受均布荷载q外，在铰支端A处还受约束反力RAx、RAy的作用，B处还受二力杆BC的约束反力NBC〔设为压力〕的作用。梁AB上的这些力组成一平面任意力系。假设只需计算BC杆的内力，那么只需利用对A点的力矩平衡方程，即解得：假设还需进一步计算A点的约束反力，那么可利用对x、y轴的投影平衡方程，即解方程得：轴力与轴向变形第二节杆件的根本变形与组合变形一、轴向拉伸与压缩1．轴力与轴向变形轴向拉〔压〕杆件横截面上的内力只有轴力，轴力可采用截面法求得。轴力的正负号一般规定为：拉力为正，压力为负。轴力沿杆轴方向的变化采用轴力图表示。依据平面假设，轴向拉〔压〕杆件的变形沿整个横截面是均匀的，因而应力在横截面上也是均匀分布的〔图3-8〕。横截面上应力的计算式为：(3-5)式中N一轴力；A―横截面面积。在弹性变形范围内，轴向拉〔压〕杆的伸长〔缩短〕量与杆所受轴力、杆的长度成正比，与杆的抗拉〔压〕刚度EA成反比，即(3-6)例3-4【例3-4】计算图3-9〔a〕时所示轴向受力杆件的内力，作出内力图，并判断整个杆件的变形是伸长还是缩短。E A=常数。在BC段内任一截面处截开，取右侧局部为隔离体〔图3-9b〕，由平衡条件可得：同理，在AB段内任一截面处截开，取右侧局部为隔离体〔图3-9c〕，由平衡条件可得因整个杆件的EA=常数，AB段的杆长虽为BC段的一半，但其所受的拉力为BC段的3.5/1.5≈2.3倍，因此AB段的伸长量大于BC段的缩短量，整个杆件的变形是伸长的。2．温度改变的影响自然界中的物体普遍存在热胀冷缩的现象，杆件结构也是一样。例如图3-10〔a〕所示的杆件，假设其温度升高Δt，因没有多余约束〔即为静定〕，故杆件可以自由地伸缩，并不会产生内力或反力。在温度改变作用下，杆件的伸长量△l与杆长l及温度改变量△t成正比，即：(3-7)式中α一材料的线膨胀系数。对于图3-10〔b〕的杆件，假设温度升高△t，由于杆件两端固定〔即为超静定〕，阻止了杆件的自由伸缩，这样杆内将产生温度应力。显然，如果该杆温度升高〔△t＞0〕，那么杆内将产生压力；假设温度降低〔△t<0〕，那么杆内将产生拉力。剪切二、剪切当杆件的某一截面受一对相距很近，方向相反的横向力作用时，杆件在该截面处将发生剪切变形。例如图3-11所示的螺栓连接件，当钢板受拉力P作用时，螺栓将在截面m-m处承受剪力，并产生剪切变形。在实用计算中，通常假设螺栓受剪面上各处的剪应力都相等，即名义剪应力等于受剪面所承受的剪力除以受剪面的面积。当然，上述连接件除螺栓横截面上承受较大的剪应力外，螺栓和钢板的接触面上还承受较大的挤压应力，钢板的n一n截面上还承受较大的拉应力。2021年一级注册建筑师建筑结构要点总结第11讲讲义扭转三、扭转1.扭矩与扭矩图当杆件受一对转向相反，作用在垂直于杆轴线的两个平面内的外力偶作用时，杆件将发生扭转变形〔图3一12〕。受扭杆件的内力〔扭矩〕可采用截面法求得。扭矩的正负号一般规定为：当扭矩按右手螺旋法那么指向横截面外法线时为正，反之为负。例如图3-13(a〕所示的扭杆，为求AC段的扭矩，在该段内用截面I-I将杆切开，取截面左侧局部为隔离体〔图3-13b)，由静力平衡方程：ΣMx=0：3m-TAC=0可得：TAC=3m在CD、DB段内用截面将杆切开，利用同样方法可求得这两段的扭矩为TCD=3m+m=4m TDB=3m+m-6m=4m据此可作出扭矩图如图3-13〔c〕所示。2．圆杆扭转时的应力和变形圆杆〔实心或空心〕受扭时，各横截面只发生与其他横截面的相对转动，截面自身的形状、大小都不改变，仍保持为平面。扭杆横截面上只有剪应力。圆形扭杆横截面上任一点的剪应力与该点到圆心的距离成正比，方向垂直于该点与圆心的连线。因此，整个横截面上的剪应力沿截面半径成三角形分布，如图3-14所示。弯曲四、弯曲1．纯弯梁的应力和变形当杆件受一对方向相反、作用面位于杆的纵向对称平面内的力偶作用时，杆件将发生弯曲变形〔图3-15a〕。受弯杆件常简称为梁。梁发生纯弯时，其横截面上只有弯矩一种内力。根据平截面假定，梁的横截面在弯曲变形后仍保持为平面，且仍垂直于挠曲后的梁轴线。这样，梁横截面上的正应变和正应力都沿截面高度方向成线性分布〔图3-15b〕，应力和应变的计算式为式中y——计算点到截面中性轴的距离；I——截面对中性轴的惯性矩。El——梁的抗弯刚度。中性轴是梁横截面上正应力和正应变均为零的点所组成的一条直线。根据梁横截面上正应力合力为零的条件可以得到，中性轴不仅垂直于截面的纵向对称轴，而且通过截面形心。上述纯弯梁的受力、变形特性以及应力、应变计算式，不仅适用于矩形截面梁，而且也同样适用于所有横截面对称于y轴的梁，如圆形、工字形和T形梁等〔图3-16〕。2．受横向荷载作用的梁受横向荷载作用的梁，其横截面上一般同时作用有弯矩和剪力。这种梁除主要发生弯曲变形外，其横截面还将产生横向剪切变形。由弯矩引起的横截面上的正应力的分布及计算式均与纯弯梁时相同，即正应力沿截面高度方向成线性分布；由剪力引起的横截面上的剪应力的分布相对较为复杂。对于矩形截面梁，横截面上剪应力的大小沿梁高按二次抛物线分布，剪应力在截面的上、下边缘处为零，在中性轴上到达最大值，如图3-17所示。面积矩五、截面图形的几何性质在进行杆件的弯曲正应力、横向剪应力、扭转剪应力等计算中，要用到截面的惯性矩、极惯性矩、面积矩等物理量，这些量只与截面图形的几何形状、尺寸有关，因此称为截面图形的几何性质。1．面积矩平面图形对某一轴的面积矩S，等于此图形中各微面积与其到该轴距离的乘积的代数和，也等于此图形的面积与此图形的形心到该轴距离的乘积。平面图形对于任一通过其形心的轴的面积矩为零。设任意形状截面图形的面积为A〔图5—5—1〕，那么图形对z、y轴的静矩形心C的坐标补充：1．静矩是对一定的轴而言的，同一图形对不同坐标轴的静矩不同。静矩可能为正、为负或为零。2．静矩的量纲为[长度]3，单位为m3。3．图形对任一形心轴的静矩为零；反之，假设图形对某一轴的静矩为零，那么该轴必通过图形的形心。4．假设截面图形有对称轴，那么图形对于对称轴的静矩必为零，图形的形心一定在此对称轴上。5．组合图形对某一轴的静矩，等于各组分图形对同一轴静矩的代数和〔图5—5—2〕，即2021年一级注册建筑师建筑结构要点总结第12讲讲义惯性矩2．惯性矩平面图形对某一轴的惯性矩I，等于此图形中各微面积与其到该轴距离平方的乘积之和。高度为h，宽度为b的矩形截面对其形心轴z〔即中性轴〕的惯性矩为Iz=bh3/12；直径为d的圆形截面对其形心轴的惯性矩为IZ=πd4/64。对于矩形截面，因其惯性矩与截面高度的立方成正比，因此要提高矩形梁的抗弯刚度，应尽可能增大梁的高度〔在保证梁的侧向稳定性的前提下〕。平面图形对于非形心轴的惯性矩可以利用惯性矩的平移公式求得。平移公式说明：平面图形对任一轴的惯性矩，等于平面图形对与该轴平行的形心轴的惯性矩，加上平面图形的面积与两轴间距离平方的乘积。由平移公式可知，在所有互相平行的轴中，平面图形对其形心轴的惯性矩最小。补充：设任意形状截面图形的面积为A〔图5—5—4〕，形心为c，图形对形心轴yc、zc的轴惯性矩分别为,惯性积为，那么图形对平行于形心轴的坐标轴y、z的惯性矩和惯性积分别为运用上述公式时应注意：1．利用平行移轴公式计算必须从形心轴出发；a、b是形心C在新坐标系y、z中的坐标，所以是有正负的。2．在所有相互平行的坐标轴中，图形对形心轴的惯性矩为最小；但图形对形心轴的惯性积不一定是最小。例3-5【例3-5】求图3-18所示T形截面对形心轴z0的惯性矩。T形截面的翼缘和腹板均为矩形。设这两个矩形的面积分别为A1，、A2，其形心到z轴的距离分别为y1、y2：。于是整个截面的形心O到z轴的距离为截面对形心轴z0的惯性矩为形心主轴和形心主惯性矩3．惯性积平面图形对某一对相互垂直〔即正交〕的坐标轴〔如y、z轴〕的惯性积Iyz，等于此图形中各微面积与该微面积的y、z坐标值的乘积的代数和。容易验证，只要y、z两轴中有一轴是平面图形的对称轴，那么该图形对y、z轴的惯性积Iyz=0。4．形心主轴和形心主惯性矩当一对正交坐标轴绕坐标原点发生转动时，平面图形对这两坐标轴的惯性积将随转角的改变而发生连续变化。这样，必定存在某一方向的一对坐标轴，使得平面图形对它的惯性积等于零，这一对坐标轴称为平面图形的主惯性轴，简称主轴。平面图形对主轴的惯性矩称为主惯性矩。当主轴通过平面图形的形心时称为形心主轴，平面图形对形心主轴的惯性矩称为形心主惯性矩。如果平面图形有一个对称轴，那么该对称轴与另一通过形心的相互垂直的轴就构成了该图形的形心主轴。形心主惯性矩是平面图形对通过形心的各坐标轴的惯性矩中的极大值或极小值。例如图3-19所示的Z形截面，它对形心主轴z0〔强轴〕的惯性矩Iz0与是对所有过形心的轴的惯性矩中最大的，它对形心主轴y0〔弱轴〕的惯性矩Iy0是对所有过形心的轴的惯性矩中最小的。2021年一级注册建筑师建筑结构要点总结第13讲讲义习题一练习：如图5-2-14所示截面，其轴惯性矩的关系为〔〕。习题二组合变形的概念六、组合变形的概念工程实际中，许多构件常处于两种或两种以上根本变形〔轴向拉压、剪切、扭转和弯曲〕的组合情况下，这种变形情况称为组合变形。在小变形条件下，组合变形的总应力等于各根本变形的应力的叠加。1．斜弯曲〔双向弯曲〕图3-20所示的矩形截面檩条，过形心的对称轴为该截面的两个形心主轴。作用在檩条上的荷载虽通过截面形心，但与两形心主轴都不重合。此时梁的弯曲一般不会发生在荷载作用面内，这种由与截面形主轴成一角度的外力引起的梁的弯曲，称为斜弯曲〔或双向弯曲〕为分析斜弯梁的受力情况，一般先将梁上的荷载沿两个形心主轴方向分解，求出这两组荷载单独作用时的截面内力、应力和变形，再对两组应力和变形进行叠加，就得到了梁荷在任一截面的总的应力和变形。例如图3-21所示的矩形截面悬臂梁，其自由端作用一与截面纵向形心主轴成夹角φ的集中荷载P。将荷载P沿y、z两个形心主轴方向分解，那么有Py、Pz将使梁在xOy和xOz两个主平面内同时发生弯曲。Py使截面在z轴以上局部产生拉应力，z轴以下局部产生压应力；Pz使截面在y轴以左局部产生拉应力，y轴以右局部产生压应力。这样截面上的最大拉应力发生在左上角点1处，最大压应力发生在右下角点2处。Py、Pz还将在横截面上引起剪应力τy、τz，合剪应力是这两个剪应力的几何叠加〔矢量和〕。2拉弯〔或压弯〕组合〔1〕轴向力和横向力联合作用图3-22〔a〕所示的矩形截面石柱，同时承受竖向自重和水平侧向荷载的作用。显然自重将使石柱产生竖向压缩变形，而侧向荷载使石柱产生弯曲变形。石柱任一截面上的内力有轴力〔压力〕、弯矩和剪力。轴力使截面产生均匀的压应力，弯矩使截面左半局部产生压应力，右半局部产生压拉力。这样整个截面在左侧边缘处压应力最大，而在右侧边缘处压应力最小〔图3-22b、c〕；当然，如果侧向荷载比拟大的话，右侧边缘附近的正应力可能转化为拉应力〔图3-22d〕。〔2〕偏心压缩〔或拉伸〕当杆件受到与杆轴线平行但不通过其截面形心的集中压力〔或拉力〕P作用时，杆就处于偏心压缩〔或偏，合拉伸〕的受力状态。图3-23〔a〕所示为单向偏心受压的情况。此时偏心荷载P作用在截面图3-23〔a〕所示为单向偏心受压的情况。此时偏心荷载P作用在截面的形心主轴Oy上，即只对形心主轴Oz有偏心距e。如果根据力的平移规那么将偏心荷载P简化到形心O上，那么可得到一个轴心压力P和对Oz轴的力矩m=Pe。由截面法可知，该柱的任一横截面上将同时作用有轴向压力N=P和弯矩M=Pe。在轴力和弯曲联合作用下横截面上只有正应力，且沿截面高度成线性分布。对于图3-23的情形，最大压应力将出现在截面的右侧边缘处，而左侧边缘处的压应力最小。当偏心距较大时，左侧边缘处也可能出现拉应力。图3-23〔b〕所示为双向偏心受压的情况，此时偏心荷载P相对于两个形心主轴均有偏心距。将偏心荷载向形心简化后，利用截面法可以得到，杆件的任一横截面上将同时作用有轴向压力N=P，绕Oy轴的弯矩Mz=Pe和绕Oz轴的弯矩My=Pey。3．弯扭组合图3-24〔a〕所示为一端固定另一端自由的折杆，自由端C处作用一竖向集中荷载P。取AB杆进行分析〔图3-24b〕，此时B端的作用力为一竖向集中力P和一力偶m=Pb。力偶m的作用面垂直于AB杆轴线，故为一扭矩，因此AB杆属于弯曲和扭转的组合变形情况。利用截面法可以得到，AB杆的任一截面上将同时作用有弯矩、扭矩和竖向剪力。弯矩沿杆轴线性变化，在固定端A处最大，而B处为零；扭矩和剪力均沿杆轴保持不变。因此，该杆横截面上同时作用有正应力和剪应力。2021年一级注册建筑师建筑结构要点总结第14讲讲义结构计算简图第三节结构计算简图结构计算简图的选取，既要反映实际结构的主要性能，又要尽量简化，以便于计算。计算简图中对结构的简化，一般包括杆件的简化、支座的简化和节点的简化等。计算简图中，杆件通常用其轴线来表示；支座一般可简化为可动铰支座、固定铰支座、固定支座或定向支座；节点可简化为铰节点、刚节点或者局部刚接、局部铰接的组合节点〔图3-25〕。【例3-6】图3-26〔a〕-〔d〕所示的支承情况，可分别简化为哪种支座形式。图〔a〕所示的支承只能阻止杆端A沿竖向〔垂直于支承面方向〕的移动，沿水平方向的移动和绕A点的转动均没有约束，因此该支承可简化为一可动铰支座，它只有一个竖向反力R y，如图〔e〕所示。图〔b〕所示的支承不允许杆端A发生任何移动，而只能绕A点发生转动，故该支承可简化为一固定铰支座。这种支座可用水平和竖向两个反力分量Rx、Ry，来表示，如图〔f〕所示。图〔c〕所示的支承只允许杆端了。故该支承可简化为一定向支座A发生水平移动，，可用竖向反力R,而竖向移动与转动那么被完全约束住和力矩M来表示，如图〔g〕所示。图〔d〕所示的支承不允许杆端A发生任何移动和转动，因此可简化为一固定支座；它可用水平和竖向反力Rx、Ry，以及反力矩M来表示，如图〔h〕所示。几何不变体系的根本组成规那么第四节平面体系的几何组成分析一、几何不变与几何可变体系杆件体系受到任意荷载作用后，在不考虑材料应变的情况下，其位置和几何形状假设能保持不变，这样的体系称为几何不变体系；如果在不考虑材料应变的情况下，其位置或形状是可以改变的，这样的体系那么称为几何可变体系。瞬变体系是一种特殊的几何可变体系，它可以沿某一方向产生瞬时的微小运动，但瞬时运动后即转化为几何不变体系。一般工程结构必须是几何不变体系，而不能采用几何可变〔常变或瞬变〕体系。二、几何不变体系的根本组成规那么组成几何不变的平面体系的三个根本规那么如下：1．二元体规那么在一个刚片上增加或撤去一个二元体，仍为几何不变体系，且没有多余约束〔图3-27a〕。所谓二元体是指由两根不在同一直线上的链杆连接一个新结点的装置〔图3-27a〕。2．两刚片规那么两个刚片用一个单铰〔实铰或虚铰〕和一根所在直线不通过该铰铰心的链杆相连，组成几何不变体系，且没有多余约束〔图3-27b〕。所谓虚铰〔或称瞬铰〕是指连接两个刚片的两根链杆在其交点处组成的一个假想铰〔图3-27b〕，它的作用相当于一个单铰。3．三刚片规那么三个刚片用不在同一直线上的三个铰〔实铰或虚铰〕两两相连，组成几何不变体系，且没有多余约束〔图3-27c〕。上述三个根本组成规那么的核心实际上只有一个，即铰接三角形规那么。在平面体系中，铰接三角形〔图3-28〕是一个稳定的平面组成形式。将铰接三角形中的一根链杆、两根链杆及三根链杆分别替换为一个刚片〔即任一几何不变局部〕、两个刚片和三个刚片，同时将虚铰的作用与一个单铰同等看待，即可分别得到二元体规那么、两刚片规那么和三刚片规那么。应当指出，三个根本组成规那么中所指的刚片是没有多余约束的刚片。几何组成分析方法三、几何组成分析方法平面体系几何组成分析的依据是三个根本组成规那么。具体分析时，通常采用以下几种方法。〔1〕先找出易于观察的几何不变局部作为刚片，并根据找到的刚片数目套用三个根本组成规那么〔例如找到了两个刚片，那么考察它们之间的约束是否满足两刚片规那么的要求〕，由此得到一个扩大的几何不变局部；再将该局部作为一个大的刚片进一步分析，’直至分析完整个体系。该方法通常称为扩大刚片法。〔2〕如果体系中存在二元体，可逐个撤除二元体，再对余下的局部进行分析。这不会改变原体系的几何组成性质。〔3〕如果体系本身与根底之间只用三根既不完全平行也不完全交于一点的支座链杆〔或一根链杆和一个不过该链杆的铰〕相连，那么可以将根底及支座链杆撤除，仅对体系本身进行分析。换句话说，这种体系的几何组成性质仅取决于体系本身。例3-7【例3-7】分析图3-29和图3-30所示体系的几何组成。对于图3-29所示的体系，将ABC作为刚片I，根底作为刚片II，两刚片通过铰A及支座链杆B相连，根据两刚片规那么组成几何不变局部，且无多余约束。将该局部作为扩大的刚片，它与刚片DEF通过链杆CD及E、F处的支座链杆相连，三链杆既不完全交于一点，也不完全平行，根据两刚片规那么组成几何不变体系。故原体系为几何不变体系，且没有多余约束。对于图3-30所示的体系，将BE作为刚片I，EFC作为刚片II，根底作为刚片III,三刚片通过B、E、C三铰两两相连；因三铰不共线，故根据三刚片规那么组成几何不变局部，且没有多余约束。将该几何不变局部作为扩大的刚片，并将A处两支座链杆归于该刚片〔视为增加一个二元体〕，在此根底上再增加二元体ADE。由此可见，体系为几何不变体系，且没有多余约束。2021年一级注册建筑师建筑结构要点总结第15讲讲义习题一对图示结构的“几何组成分析〞哪项正确？A．几何可变体系B．瞬变体系C．无多余联系的几何不变体系D．有多余联系的几何不变体系对图示结构的“几何组成分析〞哪项正确？A．几何可变体系B．瞬变体系C．无多余联系的几何不变体系D．有多余联系的几何不变体系习题二【例3-8】分析图3-31〔a〕所示体系的几何组成。该体系本身与根底之间仅用三根既不完全平行也不完全交于一点的支座链杆〔即一根链杆和一个不过该链杆的虚铰〕相连，故可将根底及支座链杆撤除，仅对体系本身进行分析。在体系本身中依次撤去二元体ABG、FCH和GDE，得到的剩余局部如图3－31〔b〕所示。要使该局部成为几何不变，至少需添加三根链杆，如添加链杆AG、EG和AE〔图中虚线所示〕，因此该体系缺少3个约束，为几何可变〔常变〕体系。静定结构与超静定结构四、静定结构与超静定结构用作结构的杆件体系，必须是几何不变的。几何不变体系又可分为无多余约束的和有多余约束的。对于无多余约束的结构体系，其全部反力和内力均可由静力平衡条件求得，这种结构称为静定结构。对于有多余约束的结构体系，其全部反力和内力不能仅依靠静力平衡条件求得，这类结构称为超静定结构。截面法第五节静定结构的内力分析静定结构按其受力特性，可以分为静定梁、静定刚架、三铰拱、静定桁架和静定组合结构。一、静定梁1．截面内力分量及正负号规定平面杆件的任一截面上一般有三个内力分量：轴力N，剪力Q和弯矩M。内力的正负号一般规定为：〔1〕轴力以受拉为正；〔2〕剪力以绕隔离体顺时针方向为正；〔3〕弯矩一般不规定正负号〔对水平梁通常以使梁的下侧受拉为正〕。内力图一般以杆轴为基线绘制。弯矩图规定画在杆件的受拉侧，无需标明正负号；剪力图和轴力图那么可画在杆件的任一侧〔对水平杆件通常将正的剪力和轴力绘于杆件上侧〕，但需标明正负号。2．截面法截面法是结构内力分析的根本方法。截面法计算结构内力的根本步骤为：〔1〕将结构沿拟求内力的截面切开。〔2〕取截面任一侧的局部为隔离体，作出隔离体的受力图；受力图中的力包括两局部：外荷载和截断约束处的约束力〔截面内力或支座反力〕，未知截面内力一般假设为正号方向。〔3〕利用静力平衡条件计算所求内力。对于平面结构，一般情况下隔离体上的各力组成一平面任意力系，故有三个独立的平衡方程〔投影方程或力矩方程〕：或特殊情况下，例如截取的是一个铰节点，那么各丸组成一平面汇交力系，故有两个独立的投影平衡方程：例3-9【例3-9】计算简支斜梁〔图3-32〕在均布荷载作用下1/3跨处的内力〔1〕求支座反力将梁〔图3-32a〕沿三根支座链杆处截开，取梁整体为隔离体，作出隔离体的受力图如图3-32〔b〕所示。由整体平衡条件，可得：〔2〕求截面内力在1/3跨截面C处截开，取AC局部为隔离体，作出受力图如图3-32〔c〕所示。由隔离体AC的平衡条件〔x、y方向分别沿截面的轴向和切向〕，可得：注：计算截面C内力时，也可先求出截面上的水平和竖向分力Xc、Yc〔Xc=0〕，再将其沿切向和轴向分解得到截面的剪力和轴力。2021年一级注册建筑师建筑结构要点总结第16讲讲义梁式直杆的内力图特征3．梁式直杆的内力图特征任取一梁的微段dx为隔离体〔图3-33〕，由平衡条件可导得内力与荷载间的微分关系为：根据上述增量关系，可获得不同荷载情况下梁式直杆的内力图的形状特征如下：〔1〕无荷载区段：V图为平直线，M图为斜直线；当V为正时，M图线相对于基线为顺时针转〔锐角方向〕，当V为负时为逆时针转，当V=0时M图为平直线。〔2〕均布荷载区段：V图为斜直线，M图为二次抛物线，抛物线的凸出方向与荷载指向一致，V=0O处M有极值。〔3〕集中荷载作用处：V图有突变，突变值等于该集中荷载值，M图为一尖角，尖角方向与荷载指向一致；假设V发生变号，那么M有极值。〔4〕集中力偶作用处：M图有突变，突变值等于该集中力偶值，V图无变化。〔5〕铰节点一侧截面上：假设无集中力偶作用，那么弯矩等于零；假设有集中力偶作用，那么弯矩等于该集中力偶值。〔6〕自由端截面上：假设无集中力〔力偶〕作用，那么剪力〔弯矩〕等于零；假设有集中力〔力偶〕作用，那么剪力〔弯矩〕值等于该集中力〔力偶〕值。内力图的上述特征适用于梁、刚架、组合结构等各类结构的梁式直杆，并且与结构是静定还是超静定无关。练习例3-10【例3-10】判断图3一34〔a〕所示梁〔P＜ql／2〕的内力图形状是否正确，如有错误，请予以改正。AC段：为均布荷载区段，V图应为斜直线，M图应为抛物线，图中原内力图与此符合。CD、DB段：为无荷载区段，V图应为平直线，M图为斜直线，显然原V图与此不符合。D截面处：有竖直向下的集中荷载，V图应发生突变，且截面右侧的剪力应比左侧减小，M图尖角应指向下方，原内力图与此也不符合。可见，图3一34〔a〕的内力图不正确，需予以改正。正确的内力图形状如图3-34〔b〕所示。由于均布荷载合力〔ql/2〕大于集中荷载P，故剪力在前半跨的某一截面E处就发生了变号〔正值变为负值〕，该截面处弯矩到达最大值。注：在剪力不发生突变的截面上，弯矩图总是光滑的。例如本例的弯矩图在截面C处〔抛物线与斜直线的连接处〕是光滑的。分段叠加法作弯矩图4．分段叠加法作弯矩图结构中的任一直杆段假设受横向荷载作用〔图3-35a、b〕，那么该杆段的弯矩图等于将该杆段视作简支梁，在简支端单独作用该杆段的端部弯矩与简支梁单独作用横向荷载的弯矩图的叠加〔图3-35 c〕。这种作弯矩图的方法称为分段叠加法作弯矩图。由于简支梁在一些常见荷载〔如满跨均布荷载、跨中集中荷载等〕下的弯矩图较为简单，因此利用分段叠加法往往可以简化弯矩图的绘制.具体作图时，可先求出该杆段的端部弯矩，并连以虚线，然后以此虚线为基线绘出相应简支梁在相同荷载作用下的弯矩图，该图与梁轴包围的图形即为杆段的最后弯矩图〔图3-35d〕。需要注意的是，所谓弯矩图的叠加是指竖标的叠加，即在虚线根底上叠加的值仍应垂直于杆轴方向〔而不是垂直于虚线方向〕。分段叠加法作弯矩图不仅适用于静定结构，同样也适用于超静定结构。2021年一级注册建筑师建筑结构要点总结第17讲讲义例3-11【例3-11】作图3-36〔a〕所示梁的内力图。〔1〕计算支座反力取整体为研究对象，由∑mB=0，可得：利用AD、BC段的竖向投影平衡，可求得各截面的剪力分别为〔3〕根据各区段的内力图形状特征绘出内力图AD段：为无荷载区段，剪力图为一平直线，弯矩图为一斜直线；DB段：为均布荷载区段，剪力图为一斜直线，弯矩图为二次抛物线，可采用分段叠加法绘出。具体做法是，先将D、B截面的弯矩竖标连成虚线，再在虚线根底上叠加将DB段作为简支梁时作用均布荷载的弯矩值〔跨中为ql2/8=10kNm〕。由于荷载向下，故叠加的抛物线应凸向下方。BC段：为均布荷载区段，剪力图为一斜直线，弯矩图为二次抛物线，可采用分段叠加法作出，具体做法与DB段类似。最后得到的剪力图和弯矩图如图3-36〔b〕、〔c〕所示。〔4〕内力图校核剪力图和弯矩图可以根据两者之间的微分关系〔或杆段的平衡条件〕进行校核。对无荷载区段，剪力等于弯矩图的斜率〔弯矩图相对基线顺时针时剪力为正〕；对均布荷载区段，可取该区段为隔离体，根据对杆端的力矩平衡进行校核。例如取出DB段〔图3-36d〕，经验证：故知该区段内力图正确。多跨静定梁的计算5．多跨静定梁的计算多跨静定梁是由假设干根梁用铰相连，并与根底用假设干个支座连接而成的静定结构。例如图3-37中的多跨静定梁，AB和CDE局部〔在竖向荷载作用下〕不依赖于其他局部的存在就能独立维持其自身的平衡，故称为根本局部；BC局部那么必须依赖于根本局部才能维持其自身的平衡，故称为附属局部。多跨静定梁内力分析的一般步骤为：〔1〕分清各局部的层次关系，按照附属局部支承于根本局部的原则，绘出表示传力层次的图，即所谓的层次图；〔2〕从层次图中最上层的附属局部开始，按照先附属局部后根本局部的顺序，依次计算各局部的支座反力和铰接端的约束力；〔3〕按计算单跨梁内力的方法求出各局部的内力，并作出相应的内力图。【例3-12】作图3-38〔a〕所示多跨静定梁的内力图。〔1〕作出结构的层次图如图3-38〔b〕所示。〔2〕先计算最上层的附属局部DE，求得D点的约束力并反作用于BD局部〔如图3一-38c〕。再取BD计算，得到B点的竖向约束力并反作用于根本局部AB。最后计算AB局部，求出A端的反力。〔3〕求出各局部的支座反力和端部约束力后，进一步计算出其他截面〔如F、C截面〕的内力，便可绘出结构的弯矩和剪力图，其中对BC段的弯矩图利用了分段叠加法作出。内力图如图3-38〔d〕、〔。〕所示。注：从结构层次图的传力路径可以看到，作用在附属局部上的荷载将对根本局部产生反力和内力，而作用在根本局部上的荷载对附属局部是没有影响的。2021年一级注册建筑师建筑结构要点总结第18讲讲义简支和悬臂刚架的计算二、静定刚架静定平面刚架的常见型式有简支刚架、悬臂刚架〔图3-39a、b〕、三铰刚架〔图3-39 c〕和多跨〔或多层〕刚架〔图3-39d〕等。简支或悬臂刚架由单片刚接杆件与根底直接相连，它有三个支座反力。三铰刚架由两片刚接杆件与根底之间通过三个铰两两铰接而成，有四个支座反力；三铰刚架的一个重要受力特性是在竖向荷载作用下会产生水平反力〔即推力〕。多跨〔或多层〕静定刚架那么与多跨静定梁类似，其各局部可以分为根本局部〔如图3-39d中的ACB局部〕和附属局部〔如图3-39d中的DEF局部〕。1．简支和悬臂刚架的计算简支和悬臂刚架〔图3-39a、b〕只有三个支座反力，内力分析时可先由整体刚架的三个平衡方程求出三个反力，再用截面法求出各杆件控制截面上的内力，最后根据内力图的形状特征作出内力图。对于刚架的悬臂局部，也可先不求支座反力，而直接用截面法求出悬臂杆各控制截面上的内力。【3-13】计算图3-40〔a〕所示刚架，并作内力图。〔1〕求支座反力取刚架整体为隔离体，由平衡条件可得：〔2〕求杆端内力取AB杆为隔离体〔图3-40b〕，由∑mA=0、∑X=0和∑Y=0可得：再取BC杆为隔离体〔图3-40。〕，由平衡条件同理可得：〔3〕作内力图AB杆：为均布荷载区段，其弯矩图可利用分段叠加法作出。先绘出A端和B端的弯矩竖标，并连成虚线，再在虚线根底上叠加将AB段作为简支梁时作用均布荷载的弯矩值〔跨中为20×42/8=40kNm〕，由于荷载向右，故叠加的抛物线应凸向右方。BC杆：跨中作用一集中荷载，其弯矩图也可采用分段叠加法作出。先绘出两端的弯矩竖标并连以虚线，再在虚线根底上叠加将BC杆看作简支梁时跨中作用集中荷载的弯矩图〔跨中为40×4/4=40kNm〕。刚架最后的弯矩图如图3-40〔d〕所示。剪力图的绘制同样需逐杆进行。根据已求得的杆端剪力，按照单跨静定梁作剪力图的方法可作出各杆的剪力图如图3-40〔e〕所示。对于轴力图，由于各杆段所受的荷载均垂直于杆轴，故轴力沿整个杆段均保持不变，因此将各杆端轴力连成平直线即可得刚架的轴力图〔图3一40f〕。〔4〕校核取节点B为隔离体〔图3－409〕，由：可知该节点的杆端力矩满足平衡条件；再由可知该结点同时又满足水平和竖向的投影平衡，故知计算无误。三铰刚架的计算2．三铰刚架的计算三铰刚架〔图3一39 c〕有四个支座反力。计算反力时，除了利用整体结构建立三个平衡方程外，还需在中间铰处截开，取截面任一侧局部为隔离体，根据对中间铰的力矩平衡再建立一个方程，这样就能顺利求出所有的反力。【例3-14】计算图3-41〔a〕所示三铰刚架，并作弯矩图。〔1〕求支座反力取整体为隔离体，由平衡条件，有：结合整体平衡XA=XB有，XA=8kN〔→〕。〔2〕求杆端弯矩，作弯矩图由AD杆的∑mD=0可得：MDA=8×5=40kNm〔左侧受拉〕MDC=8×5=40kNm〔上侧受拉〕由BE杆的∑mE=0同理可得，MEB=8×5=40kNm〔右侧受拉〕MEC=8×5=40kNm〔上侧受拉〕杆端弯矩求得后，根据各杆段的弯矩图的形状特征可直接绘出弯矩图。其中AD、BE和CE杆均为斜直线，DC杆的图形那么采用分段叠加法作出〔图3-41b〕。多跨〔或多层〕静定钢架的计算3.多跨〔或多层〕静定钢架的计算多跨〔或多层〕静定钢架〔图3-39d〕的计算顺序是先附属局部，再根本局部。求出各局部的力图作法与普通刚架没有两样。【例3-15］试用简捷方法绘出图3-42〔a〕所示刚架的弯矩图。用简捷方法作静定结构的内力图就是尽可能不计算支座反力，而直接根据内力图的形状特征作出内力图。该结构的ABC局部为一悬臂的根本局部，而CDE局部为附属局部，因此宜先分析CDE局部，再分析ABC局部。对于DE杆，E处支座反力对弯矩没有影响，故该杆弯矩图与悬臂梁的弯矩图相同，可直接作出，MDE=qh 2/2〔外侧受拉〕。由节点D的平衡知MDC=qh 2/2〔外侧受拉〕。对于BCD区段，因无荷载作用，故知弯矩图为一直线。将C点和D点的弯矩连成直线，并延伸至B点，即得该区段的弯矩图。由几何关系知，B节点弯矩MBC=MBA=qh 2/2〔内侧受拉〕。AB杆的弯矩图应为一直线，直线的斜率等于该杆的剪力V朋。由整体结构的水平投影平衡易知V AB=-qh。因剪力为负值，故弯矩图的倾斜方向为相对于杆轴逆时针转〔锐角方向〕。据此可得结构的最后弯矩图如图3一42〔b〕所示。【例3-16】试用简捷方法作出图3-43〔a〕所示三铰刚架的弯矩图。该结构为一对称三铰刚架，因荷载对称，故其弯矩图也必然对称。先看DCE区段。该区段为无荷载区段，且跨中C为一铰，故弯矩图为一过C点的直线。考虑到该直线还必须关于中点C对称，故只能为一与杆轴重合的直线。由此可知，DCE区段的弯矩处处为零。再看AD和BE杆。由节点D和E的力矩平衡可得MDA=MEB=m〔内侧受拉〕。将杆端弯矩连成直线，即得AD和BE杆的弯矩图。结构的最后弯矩图如图3－43〔b〕所示。练习2021年一级注册建筑师建筑结构要点总结第19讲讲义三铰拱的反力和内力三、三铰拱三铰拱〔图3-44a〕是一种静定的拱式结构，它由两片曲杆与根底间通过三个铰两两铰接而成，与三铰刚架的组成方式类似。三铰拱在竖向荷载作用下会产生水平推力，与三铰刚架一样都属于推力结构。为防止产生水平推力，有时在三铰拱的两个拱脚间设置拉杆来消除支座所承受的推力，这就是所谓的带拉杆的三铰拱〔图3-44b〕。对于图3-45所示的结构，由于在竖向荷载作用下不产生水平反力，因此不属于拱结构，而只是一般的曲梁结构。1．三铰拱的反力和内力三铰拱的支座反力的计算方法与三铰刚架完全一样。在竖向荷载作用下，三铰拱的竖向反力和水平推力分别为：式中V0A、V0B和M0C分别为相应简支梁的竖向反力及与铰C对应截面的弯矩〔参见图3-46b〕。支座反力求得后，拱轴截面的内力可利用截面法进一步求出。在竖向荷载作用下，拱上任一截面的内力为：【例3-17】求图3-46〔a〕所示三铰拱截面K的内力。拱轴线方程为：〔1〕求支座反力〔2〕求拱截面的内力先计算截面K的高度和倾角。将拱轴线方程对x求导得到轴线的斜率方程为于是截面K的高度和斜率分别为：在截面K左侧切开，取AK为隔离体〔图3-c〕，根据∑MK=0可求得截面K的弯矩为根据切向和轴向的投影平衡，可得截面K左侧的剪力和轴力分别为：采用同样方法可得截面K右侧的剪力和轴力分别为：当然，截面K的内力也可直接套用与相应简支梁比照的公式〔3-11〕计算。该三铰拱的弯矩、剪力和轴力图如图3-46〔d〕、〔e〕、〔f〕所示。从上述三铰拱的反力和内力图的计算结果可以看到，三铰拱有其自身的受力特点：〔1〕在竖向荷载作用下，拱有水平推力；〔2〕由于推力的存在，拱截面上的弯矩比相应简支梁的弯矩要小，从而使拱结构主要承受压力，能更好地发挥材料性能。合理拱轴线2．合理拱轴线拱结构是以受压为主的结构。在给定荷载作用下，如果能合理地设计拱轴线方程，可以使拱上各截面弯矩为零，只承受轴力。这样的拱轴线称为拱的合理拱轴线。在竖向荷载作用下，三铰拱的弯矩方程为M=M0-Hy，令M=0即可得合理拱轴线方程为：例如，在满跨均布荷载作用下，简支梁的弯矩方程为一抛物线方程，故此时三铰拱的合理轴线为一抛物线。结点法和截面法四、静定平面桁架静定桁架是由假设干根直杆在其两端用铰连接而成的静定结构。在结点荷载作用下，桁架各杆均为只受轴力的二力杆。静定桁架内力分析的一般步骤是先求支座反力，再计算杆件内力。计算杆件内力〔轴力〕的根本方法是结点法和截面法。1．结点法和截面法截取桁架的结点为隔离体，利用各结点的静力平衡条件来计算各杆件内力的方法，称为结点法。对每一结点，可列出两个独立的投影平衡方程进行解算。桁架计算中的截面法与其他结构计算的截面法原理相同。截面法截取的隔离体上的各力〔包括荷载、反力和杆件轴力〕通常组成一个平面任意力系，因此只要未知力不多于三个，就可直接由三个平衡方程求出各未知力。截面法中的平衡方程可以是力矩方程，也可以是投影方程。【例3-18】求图3-47〔a〕所示桁架1、2杆的内力。该桁架是从一个根本铰接三角形ACF开始，依次增加二元体FGC、FDC、GHD、GED、HIE、HBE和IJB所组成，这种桁架称为简单桁架。对于简单桁架，在求出支座反力后，如果采用结点法，那么按照撤除二元体的顺序依次选取结点〔本例可按J，I，B，H，E，G，D，C顺序取〕，即可顺利求出所有杆件的内力。本例只需求两根指定杆件的内力，为简化计算，可以联合应用结点法和截面法。利用结点法，由结点I可直接求出腹杆IE的内力，再由结点E可求得1杆的内力。有了1杆的内力，在该杆所在节间截开，利用截面法可求得2杆的内力。〔1〕求支座反力由整体结构的∑MA=0和∑MB=0，可得由∑Y=0校核计算无误。〔2〕求1杆内力取出结点I〔图3-47b〕，根据艺∑Y=0，有再取结点E〔图3-47c〕，由∑Y=0得〔3〕求2杆内力作截面m-m，并取左半局部为隔离体〔图3-47 d〕，根据∑Y=0。有结点法和截面法是桁架内力计算的通用方法。它们不仅适用于简单桁架，也适用于几何构造更复杂的桁架。例如图3-48所示的桁架，它由两个简单桁架通过一个铰和一根链杆组成。这种由几个简单桁架按照几何不变体系的根本组成规那么形成的桁架，称为联合桁架。计算联合桁架时，一般．宜先用截面法将连接简单桁架之间的杆件的内力求出，再用结点法或截面法计算各简单桁架的内力。对于图3-48的桁架，求得支座反力后，可先用截面法〔截面m-m〕求出杆件DE的内力，再进一步对左右两个简单桁架进行分析。2021年一级注册建筑师建筑结构要点总结第20讲讲义零杆的判断2．结点平衡的特殊情况——零杆的判断〔1〕L形结点〔图3-49a〕：成L形汇交的两杆结点上假设无荷载作用，那么这两杆皆为零杆。〔2〕T形结点〔图3-49b〕：成T形汇交的三杆结点上假设无荷载作用，那么非共线的一杆必为零杆，而共线的两杆内力相等且正负号相同〔同为拉力或压力〕。〔3〕X形结点〔图3-49c〕：成X形汇交的四杆结点上假设无荷载作用，那么彼此共线的两杆内力相等且正负号相同〔同为拉力或压力〕。〔4〕K形结点〔图3-49d〕：成K形汇交的四杆结点上假设无荷载作用，那么非共线的两杆内力相等且正负号相反〔一杆为拉力而另一杆为压力〕。例3-19【例3-19】判断图3-50〔a〕、〔b〕所示桁架中的零杆。【解】〔l〕图〔a〕结构先考察结点C，D，E，I，K，L。这些结点均为T形结点，且没有荷载作用，故杆件CG，DJ，EH，IG，KH，LF均为零杆。再考察结点G和H。由于交于这两个结点上的两竖向链杆均已判断为零杆，故这两个结点的受力也已成为T形结点的情形，由于没有荷载作用，故杆件AG，BH也为零杆。整个结构共有8根零杆，如图3-50〔c〕虚线所示。〔2〕图〔b〕结构先考察结点刀。该结点为K形结点且无荷载作用，故杆件DE和DF的轴力应大小相等，正负号相反，即：NDE=－NDF另一方面，注意到该结构为对称结构〔因支座A处水平链杆不受力〕，且作用有对称荷载，因此结构的内力必然是对称的。具体到杆件DE和DF，应有NDE=NDF于是必有NDE=NDF=0，即杆件DE、DF为零杆。再考察结点、E和F，由于DE、DF已判断为零杆，故杆件AE、BF也是零杆。最后考察结点A和B，因A处水平支座链杆不受力，因此结点A、B均成为L形结点，杆件AG、BH均为零杆。这样，整个结构共有6根零杆〔不包括支座链杆〕，如图3-50〔d〕虚线所示〔实际上，结点A、B处的三根支座链杆也为零杆〕。截面法的特殊情况3．截面法的特殊情况在某些特殊情况下，虽然截面法所截取的杆件多于三根，但只要这些杆件中，除一根以外，其余各杆均交于一点或全平行，那么那根与其他杆件不交于一点或不平行的杆件的内力，仍可由力矩法〔取其余各杆的交点为矩心〕或投影法〔取垂直于其余各平行杆的轴为投影轴〕直接求得。例如图3-51〔a〕和〔b〕中的杆a就属于这种特殊情况。静定组合结构五、静定组合结构组合结构是由链杆〔即桁架杆〕和梁式杆混合组成的结构〔图3-52〕。静定组合结构内力分析的一般步骤是先求支座反力，再计算各链杆轴力，最后分析各梁式杆的内力。例如图3-52所示组合结构，其支座反力的计算方法与单跨静定梁完全相同。反力求得后，可先在中间链杆DE和中间铰C处切开，根据左〔或右〕半局部对中间铰的力矩平衡求出DE杆的轴力，然后计算其他链杆的轴力，最后对梁式杆AC和CB进行分析。与同跨度的简支梁相比，由于链杆对梁式杆的加劲作用，使得组合结构中梁式杆的弯矩分布趋于均匀，弯矩数值趋于减小，从而改善了结构的受力状况。习题静定结构的特性六、静定结构的特性从几何构造方面看，静定结构是没有多余约束的几何不变体系。从静力学方面看，静定结构的全部内力和反力均可由静力平衡条件完全确定，且解答惟一，这是静定结构的根本静力特性，由此可派生出其他几个特性：〔1〕零荷载零内力特性。由于零解肯定是零荷载情况的解，而根据解答的惟一性，该解又是惟一解。因此，除荷载以外，其他任何外因，如温度改变、支座位移、材料收缩、制造误差等均不对静定结构引起反力和内力。〔2〕局部平衡特性。静定结构受平衡力系作用时，其影响范围只限于该力系所作用的最小几何不变局部，在此范围之外不受影响。〔3〕荷载等效特性。当静定结构的一个内部几何不变局部上的荷载在该局部范围内作静力等效变换时，其影响范围只限于该局部之上，对其余局部没有影响。2021年一级注册建筑师建筑结构要点总结第21讲讲义支座位移引起的位移第六节静定结构的位移计算结构在荷载或其他一些因素〔如温度改变、支座移动、材料收缩、制造误差等〕的作用下会产生变形和位移。结构位移计算的常用方法是单位荷载法，它是基于变形体系的虚功原理建立的。利用虚功原理计算结构的位移，首先要虚设一个单位力状态，即在原结构所求位移处沿位移方向虚设一个与所求位移对应的单位力。这样，力状态的外力〔包括单位力及所引起的支座反力〕在实际状态的位移上所做的虚功，就等于力状态的内力在实际位移状态的变形上所做的虚功〔或称虚变形能〕，即：一、支座位移引起的位移静定结构发生支座位移〔平动或转动〕不会引起内力和变形，结构只产生刚体位移。此时位移计算的一般公式简化为：例3-20【例3-20】图3-53〔a〕所示三铰刚架，支座B发生了水平位移d，计算由此引起的铰C的竖向位移。在铰C处施加一竖向单位力，得到图3-53〔b〕所示的虚拟力状态。求出虚拟状态在单位力作用下的支座反力。利用式〔3-14〕，有：式中因虚拟状态中的水平反力与实际位移d方向相反，故其乘积取负号。梁和刚架二、荷载作用引起的位移1．梁和刚架利用式〔3-15〕计算梁和刚架的位移时，如果结构满足以下三个条件，那么可采用图乘法代替公式中的积分运算：〔1〕杆轴为直线；〔2〕杆段El=常数；〔3〕各杆段的两个弯矩图至少有一个为直线图形。利用图乘法，各杆段的上述积分式就等于一个图形的面积乘以其形心对应位置的另一图形的竖标，但取竖标的图形必须为直线。应用图乘法时，如果遇到两个直线图形相乘，那么可采用以下的两个梯形图乘的通用公式〔图3-54a〕当竖标值a、b、c、d不全在基线的同一侧时〔图3-54b〕，只需规定某一侧竖标为正，而另一侧为负代入式〔3-16〕即可。如果位移状态中存在均布荷载，那么均布荷载区段的Mp图可采用分段叠加法作出〔图3-35〕，它与图的相乘那么可看成是一个梯形与图的相乘和一个标准抛物线图形与图相乘的叠加。2021年一级注册建筑师建筑结构要点总结第22讲讲义例3-21【例3-21】试求图3-55〔a〕所示悬臂梁截面C的竖向位移。〔1〕作MP和图首先作出结构在实际荷载作用下的弯矩MP图〔图3-55b〕，其中AB段的弯矩图采用了分段叠加法绘制。虚拟力状态的弯矩图那么如图3-55〔c〕所示。〔2〕图乘法计算位移因梁为分段等截面，故图乘时应对AB和BC段分别计算。AB段的图乘可分解为两个梯形的图乘及一个标准抛物线与一个梯形图乘的叠加，BC段直接为两个三角形的图乘。据此，有：上述计算中，两个梯形的图乘采用了式〔3-16〕，而分段叠加的标准抛物线的面积等于2/3的区段长度乘以中点竖标，形心在中点〔左右对称〕，因此很容易实现图乘。桁架结构2．桁架结构桁架杆件只有轴力和轴向变形，故荷载作用下桁架的位移仅由轴向变形引起，此时位移计算公式简化为：【例3-22】图3-56〔a〕所示桁架，结点D受水平荷载作用，试判断结点C的竖向位移的指向。各杆EA=常数。〔l〕计算各杆NP和值结构在实际荷载作用下各杆的轴力NP如图3-56〔a〕所示。在结点C虚设竖向单位力，求出虚拟力状态各杆的轴力值如图3-56〔b〕所示。〔2〕计算结点C位移根据桁架位移计算公式，有：〔3〕判断位移指向因虚设单位力方向向下，计算得到的位移为正，故知C点竖向位移向下超静定次数第七节超静定结构一、超静定次数超静定结构是具有多余约束的几何不变体系。超静定结构中多余约束〔或多余未知力〕的数目称为超静定次数。由于存在多余约束，超静定结构的反力和内力单靠静力平衡条件不能完全确定，须同时考虑变形协调条件〔即位移条件〕。超静定次数也是超静定结构计算中除静力平衡方程以外，尚需补充的反映位移条件的方程的数目。确定结构超静定次数的方法是，去掉结构中的多余约束，使之成为一个静定结构，那么所去掉的约束的数目就是超静定次数。在超静定结构上去掉多余约束的方法，通常有以下几种：〔1〕切断一根链杆，或撤去一根支座链杆，相对于去掉一个约束〔图3-57〕;〔2〕撤去一个单铰，或撤去一个固定铰支座，相对于去掉两个约束〔图3-58〕;〔3〕切断一根梁式杆或一个刚结点，或撤去一个固定支座，相对于去掉三个约束〔图3-59〕;〔4〕将刚接改为单铰连接，或将固定支座改为固定铰支座，相对于去掉一个约束〔图3-60〕。同一个超静定结构可以按照不同的方式去掉多余约束，从而得到不同的静定结构，但是多余约束的数目，即超静定次数是惟一的。练习题：力法计算超静定结构二、力法计算超静定结构力法计算超静定结构的一般步骤为：〔1〕确定超静定次数〔多余约束数〕n，即为根本未知量的数目。〔2〕去掉多余约束，得到一个静定的根本结构，并以多余未知力代替相应的多余约束。〔3〕根据根本结构在多余力和原有荷载共同作用下，多余力作用点沿其作用方向的位移与原结构相应位移相等的条件，建立n个关于多余未知力的方程，即力法典型方程如下：式中，系数δij表示根本结构在第j个单位多余未知力单独作用下所引起的Xi方向的位移；自由项ΔiP，表示根本结构在外荷载单独作用下所引起的Xi方向的位移．〔4〕作出根本结构在各单位多余未知力〔和原有荷载单独作用下的内力图：及Mp图。〔5〕按照静定结构求位移的方法计算典型方程的各系数和自由项。〔6〕解典型方程，求出多余未知力。〔7〕叠加法计算结构的最后内力，作出内力图。例如对弯矩使用叠加法，那么有：2021年一级注册建筑师建筑结构要点总结第23讲讲义例3-23【例3-23】计算图3-61〔a〕所示单跨超静定梁，并作内力图。杆件EI=常数。〔1〕结构为一次超静定。去掉B处支座链杆，代之以荃本未知盘X 1，得到根本结构如图3-61〔b〕所示。〔2〕力法典型方程为〔3〕作出根本结构在=1及荷载单独作用下的弯矩图和Mp图，如图3-61〔c〕、〔d〕所示。〔4〕利用图乘法求出系数和自由项如下：〔5〕由典型方程解得：〔6〕利用叠加法求出A、C截面的弯矩为：作出最后弯矩图如图3-61〔e〕，剪力图如图3-61〔f〕所示。A端弯矩求得后，梁的弯矩图也可根据分段叠加法作出，即先将A端和B端的弯矩连成虚线，再在虚线根底上叠加简支梁跨中作用荷载尸时的弯矩图。该计算结果可以与上面的结果相互校核。对称结构的计算三、对称结构的计算1．对称结构与对称荷载如果结构的几何形状、支承情况、构件刚度及截面尺寸均关于某一坐标轴对称，这种结构称为对称结构，平分结构的坐标轴称为对称轴〔图3-62a、图3-63a、图3-65a〕。作用在对称结构上的荷载，如果在对称轴的两边大小相等，绕对称轴对折后其作用点和作用线均重合且指向相同，这种荷载称为正对称荷载〔简称对称荷载〕〔图3-62a、3-63a、3-65a〕；如果在对称轴的两边大小相等，绕对称轴对折后其作用点和作用线均重合但指向相反，这种荷载称为反对称荷载〔图3-64、图3-66a〕。对称结构在正对称荷载作用下，其反力、内力、变形和位移都是正对称的，而在反对称荷载作用下，其反力、内力、变形和位移都是反对称的。利用对称结构这一特性可以简化结构计算。【例3-24】利用对称性计算图3-62〔a〕所示结构，作出内力图。该结构是一个对称的静定结构。因受对称荷载作用，故其内力必然是对称的。注意到截面D处于对称轴上，故该截面上只有水平轴力，而剪力为零〔否那么该截面上的竖向力不对称〕。于是取出半边结构ABCD如图3-62〔b〕所示，该半边结构的弯矩图无需计算支座反力即可快速绘出。因D处水平反力对CD杆的弯矩没有影响，据此可直接求得MCD=MCB=Pa/2〔外侧受拉〕。又因ABC区段的弯矩图为一直线，故连接C、B两点的弯矩竖标并延伸至A点，即可得到该区段的弯矩图〔3-62c〕。整体结构的弯矩、剪力和轴力图如图3-62〔d〕、〔e〕、〔f〕所示。由上例计算结果可以看到，对称结构作用对称荷载，其内力是对称的，表现在内力图上那么是：轴力图和弯矩图是正对称的，而剪力图是反对称的。实际上，在任意两个对称截面上，剪力本身的大小和指向仍是正对称的，只是由于剪力的符号规定〔绕隔离体顺时针转为正〕使得剪力图为反对称。类似地，对称结构在反对称荷载作用下，轴力图和弯矩图是反对称的，而剪力图是正对称的〔剪力的大小和指向仍是反对称的〕。2．取半边结构简化计算对称结构在对称或反对称荷载作用下，一种较有效的简化分析方法是根据对称性取出半边结构进行计算，再由对称性作出整体结构的内力图。例如图3-63〔a〕所示对称结构〔奇数跨〕作用正对称荷载，与对称轴重合的截面C上将只有对称的轴力和弯矩，而剪力为零；假设从变形上看，那么截面C只有竖向位移，而水平和转角位移必为零。这样，如果取半边结构分析，那么截面C处可用一竖向滑动支承代替〔图3-63b〕。对于图3-64〔a〕所示作用反对称荷载的情形，与对称轴重合的截面C上的轴力和弯矩必为零，截面C的竖向位移也必为零；如果取半边结构分析，那么截面C处可用一竖向链杆支承代替〔图3-64b〕。图3-65〔a〕所示对称结构〔偶数跨〕，杆件CD位于对称轴上。在正对称荷载作用下，杆件CD只有轴力和轴向变形〔否那么不对称〕。由于刚架计算中通常忽略杆件的轴向变形，这样截面C将没有任何位移，即与固定支座相当，如图3-66〔a〕所示为作用反对称荷载的情形，取出半边结构如图3-65〔b〕所示。与对称轴重合的杆件CD上的轴力和轴向变形为零〔其他内力和变形一般不为零〕。如果取半边结构分析，那么需将杆件CD的刚度折半，其计算简图如图3 66〔b〕所示。在半边结构计算中，杆件CD的轴力虽不为零，但由于该半边的内力与另半边反对称，因此叠加后杆件CD上的轴力仍为零。例3-25【例3-25】判断图3 67〔a〕所示刚架的变形形状，作出位移轮廓图。对称结构假设作用一般荷载，那么可以将荷载分解为一组正对称和一组反对称的叠加。该刚架经分解后如图3-67〔b〕、〔c〕所示。图〔b〕为作用对称荷载的情况，假设不计轴向变形的影响，那么该情况不产生弯矩〔由水平杆件独立承当轴力P/2〕。图〔c〕为作用反对称荷载的情况，取半边结构计算如图〔d〕所示。在水平向右荷载作用下，容易判断支座A附近为左侧受拉，支座C将产生竖直向上的反力，即结点D附近为内侧受拉，这样可作出弯矩图轮廓如图〔d〕所示。整体结构的弯矩图见图〔e〕。根据弯矩图的受拉侧可绘出结构的位移轮廓图如图3-67〔a〕所示。超静定结构的特性四、超静定结构的特性〔1〕超静定结构是具有多余约束的几何不变体系，在多余约束被破坏后，一般仍能进一步承受荷载，因此与相应的静定结构相比，超静定结构具有更强的防护能力。〔2〕超静定结构的内力分布一般比相应的静定结构更为均匀，内力峰值更小些，结构的刚度也有一定提高。例如图3-68〔a〕所示的单跨超静定梁，因固定端具有负弯矩，因而使得梁的弯矩分布比相应简支梁〔图3-68b〕更为均匀，其跨中挠度比相应简支梁也更小。〔3〕超静定结构的内力状态与结构的材料性质及截面尺寸有关。在荷载作用下，超静定结构的内力只与各杆刚度的相比照值有关，而与其绝对值无关。〔4〕在超静定结构中，温度改变、支座位移、材料收缩、制造误差等均会引起反力和内力；内力的大小与各杆刚度的绝对值有关，并且一般与各杆刚度的绝对值成正比。结构设计的根本规定第四章钢筋混凝土结构第一节结构设计的根本规定一、结构的功能要求结构在规定的设计基准期内和规定的条件下必须具有平安性、适用性和耐久性等三方面的功能。二、结构极限状态的定义和分类1．定义整个结构或结构的一局部，超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求，那么此特定状态称为该功能的极限状态。2．分类结构的极限状态分为两类，即：〔l〕承载能力极限状态：结构或结构构件到达最大承载力、或出现疲劳破坏、或不能继续承载变形的状态。〔2〕正常使用极限状态：结构或结构构件到达正常使用或耐久性功能的某项规定的限值。三、结构可靠度的根本概念1．结构的功能函数：Z=R-S式中S——外部作用在结构上产生的效应〔内力和变形〕；R——结构能承受内力和变形的能力。2．极限状态方程：Z=R-S=0，〔表示结构处于极限状态〕当Z=R一S＞0时，那么表示结构处于可靠状态；当Z=R一S＜。时，那么表示结构处于失效状态。3．结构可靠度概念S和R均不是定值，而是随机变量，所以对上述状态要科学的衡量，只能用概率的方法。只要Z=R一S≥0的概率〔即可靠概率或称可靠度〕大到人们足以放心，就可认为设计的结构是平安可靠的。4．几个重要的概念：〔1〕作用效应S的不确定性主要是由以下因素引起的：1〕荷载〔或作用〕本身的变异性；2〕内力计算假定与结构实际受力情况间的差异。〔2〕结构抗力R的不确定性主要是由以下因素引起的：l〕材料性能的不确定性；2〕结构构件几何参数的不确定性；3〕结构构件抗力R的计算模式的不确定性。〔3〕结构的可靠性：结构在规定时间内、规定条件下能完成预定功能的能力。〔4〕结构的可靠度：结构在规定时间内、规定条件下能完成预定功能的概率〔或称可靠概率Pa：〕。〔5〕失效概率Pf：结构功能在规定时间内、规定条件下不能完成预定功能的概率〔Pf〕。〔6〕可靠指标β：结构功能函数Z的平均值产Z与其标准差内的比值〔它与Pf，有一一对应的函数关系〕。〔7〕目标可靠指标［β］：作为结构设计依据的可靠指标称为目标可靠指标［β］，亦称设计可靠指标。现行?混凝土结构设计标准?〔GB 50010-2002〕是采用以概率理论为根底的极限状态设计法，以可靠指标度量结构构件的可靠度，采用分项系数的设计表达式进行设计的。钢筋混凝土结构特点第二节钢筋混凝土结构特点和材料的力学性能一、钢筋混凝土结构特点钢筋混凝土结构是由钢筋和混凝土两种性能不相同的材料组成的。混凝土具有较高的抗压强度，但抗拉强度却很低〔仅为其抗压强度的1/8~1/16〕；而钢筋那么具有较高的抗拉强度和抗压强度，我们把这两种材料组合在一起，将钢筋主要用于受拉，而混凝土主要用于受压，发挥材料各自的特长，成为目前应用最为广泛的钢筋混凝土结构。1．钢筋与混凝土能很好地结合在一起共同工作的主要原因是：〔1〕钢筋与混凝土之间存在着良好的粘结。〔2〕钢筋与混凝土两者的温度线膨胀系数很接近。〔钢筋约为1.2×10-5，混凝土约在1.0×10-5~1.5×10-5之间〕〔3〕钢筋受到混凝土的保护而不易生锈，具有很好的耐久性。2．钢筋混凝土结构的主要优点是：〔l〕合理发挥了钢筋和混凝土两种材料的力学特性，成为承载能力较高的结构。〔2〕钢筋混凝土结构具有很好的耐火性、整体性、可模性。〔3〕钢筋混凝土结构中，混凝土对钢筋有很好的防护性，与钢结构相比可省去很大的经常性维修费用。〔4〕便于就地取材，造价降低。3．钢筋混凝土的主要缺点为：〔1〕自重较大；〔2〕抗裂性能较差；〔3〕隔热和隔声的性能不够理想。上述主要缺点，正随着材料和结构的不断开展，在不断地得到改良〔如轻骨料混凝土，高强混凝土和预应力混凝土的开展〕。2021年一级注册建筑师建筑结构要点总结第24讲讲义混凝土强度二、混凝土强度强度分为标准值和设计值。将强度标准值除以材料分项系数即为强度的设计值。1．立方体抗压强度标准值〔记为fcu，k〕按标准方法制作养护的边长为150mm的立方体试件，在28天龄期用标准试验方法测得的具有95％保证率的抗压强度。混凝土强度等级按其fcu，k值确定，即fcu，k为××N/mm2的混凝土记为C××。钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C15；当采用HRB335级钢筋时，混凝土强度等级不宜低于C20；当采用HRB400和RRB400级钢筋以及承受重复荷载的构件时，混凝土强度等级不得低于C20。预应力混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C30；当采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋作预应力钢筋时，混凝土强度等级不宜低于C40。2．轴心抗压强度标准值〔记为fcx〕按标准方法制作养护的截面为150mm×150mm，高度为h〔h一般为150 mm的3~4倍〕的棱柱体，在28天龄期用标准试验方法测得的具有95％保证率的抗压强度。其设计值记为fc。3．轴心抗拉强度标准值〔记为ftk〕它是采用棱柱体试件直接轴向拉伸试验或立方体试件的劈裂试验来测定的。混凝土的抗拉强度很低，远小于其抗压强度〔一般只有其抗压强度的1/8~1/1 6〕。其设计值记为ft。混凝土变形三、混凝土变形混凝土变形有两类，一类是受力变形；另一类为体积变形，它与受力无关，如混凝土在结硬过程中的收缩〔或膨胀〕等。〔一〕混凝土的应力应变关系混凝土在一次短期单轴加压时的应力应变关系如图4-1所示。是一曲线。所以其应力应变的比值〔即σ／ε〕是一个变量而不是常数，因此称E=σ／ε混凝土的变形模量。在计算设计时常用三种方式表示，即弹性模量Ec，变形模量和切线模量。如图4-2所示：〔l〕混凝土的弹性模量Ec定义为过，。曲线原点O所作切线的斜率。〔Ec=tanα0〕〔2〕变形模量E c‘定义为二曲线上任一点尸与原点连线的斜率，即E c‘=tanα1〔3〕切线模量E“c为过曲线上任一点P的切线的斜率，即E“c=tanα。混凝土受拉时的应力应变关系曲线与混凝土受压时的应力应变关系曲线相似，只不过各特征值均要小得多。〔二〕混凝土的徐变〔1〕定义：混凝土在恒定荷载的长期作用下，变形随时间而增长的现象称为徐变。〔2〕影响徐变应变量〔简称徐变〕的因素有以下几方面：1〕水灰比大，水泥用量多，徐变量就大；2〕养护条件好，徐变量就小；3〕骨料质量及级配好，徐变量小；4〕构件体表比越大，徐变量越小；5〕构件的应力与其受荷时强度的比值〔即σ/fc〕越大，那么徐变量越大。〔3〕徐变对结构受力的影响：1〕徐变使结构的变形〔包括挠度和裂缝〕增大；2〕徐变使结构内部应力重分布；3〕徐变将引起预应力混凝土结构中的预应力损失；4〕受拉徐变，会延缓混凝土收缩裂缝的出现，及将减少由于支座不均匀沉降产生的应力等。〔三〕混凝土的收缩〔或膨胀〕〔1〕定义：混凝土在空气中结硬时体积缩小称为收缩，在水中结硬时体积膨胀称为膨胀；但收缩值要比膨胀值大得多。〔2〕影响收缩值的因素有以下几方面：1〕水灰比大，水泥用量多，收缩值就大；2〕养护条件好，使用环境的湿度较高，收缩值小；3〕骨料质量及级配好，收缩值就小；4〕构件体表比越大，收缩值越小；5〕混凝土振捣密实，收缩值就小。〔3〕收缩对结构受力的影响：1〕会在钢筋混凝土结构中，使混凝土产生拉应力，加速裂缝的出现和开展，甚至在未受荷前，即出现初始的收缩裂缝；2〕收缩将引起预应力混凝土结构中的预应力损失；3〕对跨度变化比拟敏感的静不定结构〔如拱结构等〕将产生不利的内力。钢筋、钢筋与混凝土的粘结四、钢筋1．混凝土结构中所用的钢筋主要可分为具有明显屈服点及屈服台阶的钢筋〔或称软钢〕和无明显屈服点及屈服台阶的钢筋〔或称硬钢〕两类。2．现行的?混凝土结构设计标准?〔GB 50010一2002〕建议，在钢筋混凝土结构中的钢筋及预应力混凝土结构中的非预应力钢筋宜用普通钢筋〔即HPB235级、HRB335级、HR卫胜00级和RR卫滩00级钢筋〕，它们均属软钢。预应力钢筋宜采用钢绞线，钢丝和热处理钢筋，它们均属硬钢。标准对钢绞线，钢丝和热处理钢筋采用0.85σb〔σb为钢筋国家标准的极限抗拉强度〕作为条件屈服点。标准中对普通钢筋的受拉与受压强度设计值取相同；但在轴心受拉和小偏心受拉构件中，其抗拉强度设计值大于30oN/m时时，仍应按300N/m时取用。对预应力钢筋其受拉强度设计值远大于其受压强度设计值。3．有时对软钢进行冷加工，提高钢筋的强度，以节约用钢。钢筋的冷加工有两种方式：即冷拉和冷拔。冷拉后钢筋的抗拉强度提高，但其抗压强度未变〔故其不宜用作受压钢筋〕，同时其屈服台阶缩短，伸长率减少，塑性降低，仍属软钢。冷拔后钢筋的抗拉和抗压强度同时提高，但其已变为硬钢。4．钢筋混凝土结构对钢筋性能的要求：〔1〕钢筋应有较高的强度。对钢筋强度的要求主要有两个指标，即屈服强度和极限强度。屈服强度是设计计算时的主要依据。极限强度与屈服强度之比称为强屈比，强屈比越大，结构的可靠性越大。〔2〕钢筋应有较好的塑性〔或称延性〕性能。它主要是用钢筋的伸长率和其冷弯性能来反映的。〔3〕钢筋应与混凝土具有良好的粘结。〔4〕钢筋还应具有可焊性。五、钢筋与混凝土的粘结1．钢筋与混凝土之间的粘结力主要是由三局部组成：〔1〕化学胶着力；〔2〕摩擦力；〔3〕机械咬合力。光面钢筋与混凝土之间的粘结力主要来自摩擦力，变形钢筋与混凝土之间的粘结力那么主要来自机械咬合力，标准规定：对光面钢筋，其作受拉筋时，末端应做180°弯钩，弯后平直段不应小于3d；但其作受压时可不做弯钩。2．影响粘结力大小的因素有以下几方面：〔1〕钢筋的外表形状；〔2〕混凝土强度等级；〔3〕浇筑混凝土时钢筋所处的位置；〔4〕保护层厚度和钢筋间的净距；〔5〕横向钢筋〔即箍筋〕情况；〔6〕侧向压力的作用。破坏形态第三节承载能力极限状态计算承受荷载产生的弯矩和剪力的构件，称为受弯构件〔如梁、板〕。它在弯矩作用下可能会发生正截面受弯破坏；同时在弯矩和剪力的共同作用下又可能会发生斜截面受剪破坏。承受荷载产生的轴力、弯矩和剪力的构件，称为受压构件〔即柱〕。当然它也存在着正截面受弯破坏和斜截面受剪破坏的可能。一、正截面承截能力计算〔一〕破坏形态〔1〕受弯构件〔梁〕，因其配筋率ρ的不同，可能出现适筋梁破坏，超筋梁破坏和少筋梁破坏等三种。它们的破坏特征为；1〕适筋梁破坏〔配筋量适中〕——受拉区钢筋先达屈服强度，然后受压区边缘纤维混凝土的压应变到达其极限压应变。εcu值而破坏。该破坏属延性破坏。2〕超筋梁破坏〔配筋量过多〕——当受拉压钢筋还未达屈服强度，而受压区边缘纤维混凝土就因已达εcu值而破坏。该破坏属脆性破坏。3〕少筋梁破坏〔配筋量过少〕——当梁一开裂，受拉钢筋立即达屈服强度，梁被拉为两局部而断裂破坏。它的极限弯矩与开裂弯矩几乎相等，该破坏也属脆性破坏。〔2〕偏压构件〔柱〕的破坏形态有：大偏心受压破坏和小偏心受压破坏等两种。它们的破坏特征为：1〕大偏心受压破坏——远离轴向力N一侧的受拉钢筋先达屈服强度，然后另一侧截面外边缘纤维混凝土的压应变达εcu而破坏。〔时，该侧的受压钢筋也达受压屈服强度〕。该破坏属延性破坏。2〕小偏心受压破坏——靠近轴向力N一侧的外边缘纤维混凝土压应变先到达εcu，同时这一侧的受压钢筋也达受压屈服强度；而远离轴向力N一侧的钢筋，无论是受拉还是受压，均未屈服而破坏。该破坏属脆性破坏。计算根本假定〔二〕计算根本假定〔1〕截面应变保持平面；〔2〕不考虑混凝土的抗拉强度；〔3〕混凝土受压的应力与应变关系曲线，如图4一3所示：式中:σc——混凝土压应变为。。时的混凝土压应力；fc——混凝土轴心抗压强度设计值；ε0——混凝土压应力刚达fc时的混凝土压应变；εcu——正截面的混凝土极限压应变，当处于非均匀受压时，按式〔4一1〕计算，当处于轴心受压时取为ε0。；fcu，k——混凝土立方体抗压强度标准值；n——系数。〔4〕纵向钢筋的应力，取钢筋应变与其弹性模量的乘积，且此值应不大于其相应的强度设计值。纵向受拉钢筋的极限拉应变取为0.01。〔三〕受压区混凝土的等效矩形应力图形正截面破坏时受压区混凝土的应力图形可简化为等效的矩形，如图4-4所示。所谓等效，即为原应力图形的合力大小及其作用位置与矩形图形的合力大小及其位置相同。图4-4中系数αl的取值如下：当混凝土强度等级≤C50时，αl=1.0当混凝土强度等级＞C80时，αl=0.94;当混凝土强度等级在C50与C80之间时，那么按线性内插法确定。2021年一级注册建筑师建筑结构要点总结第25讲讲义相对界限受压区高度〔四〕相对界限受压区高度ξb所谓界限破坏是指受拉钢筋受拉屈服与受压区混凝土外边缘纤维达εcu同时发生的破坏。所以其相对受压区高度ξb是判别适筋梁和超筋梁的界限条件。按前述计算的根本假定可得ξb的计算公式为：当混凝土强度等级不大于C50时，那么可取β1=0.8，εcu=0.0033那么式〔4-2〕可为：对常用钢筋可算得ξb值如下：对HPB235级钢筋：ξb＝0.614对HRB335级钢筋：ξb=0.550对HRB400级钢筋：ξb＝0.518单筋矩形截面梁、双筋矩形截面梁计算〔五〕单筋矩形截面梁计算〔1〕计算公式：如图4-4所示可得：实际结构计算中，绝大局部都采用单筋矩形截面计算。〔2〕适用条件1〕为防止发生超筋破坏，应满足：；〔也可表达为，或〕2〕为防止发生少筋破坏，应满足〔六〕双筋矩形截面梁计算〔1〕在受压区配置纵向受压钢筋的梁，称为双筋截面梁。一般在以下场合下采用：1〕当按单筋截面计算时，，且截面各条件受到限制而无法改变，那么可考虑配受压钢筋，来降低ξ值。2〕当截面在不同荷载作用下产生变号弯矩，那么应采用双筋截面。3〕当截面受压区已配有钢筋时，为节省受拉钢筋，那么可按双筋截面计算。〔2〕截面受压钢筋的存在，增加了截面的延性〔即塑性变形能力〕，有利于改善结构的抗震性能；同时还减少了混凝土的徐变，进而构件的挠度也减小。〔3〕计算公式：如图4-5所示可得：〔4〕适用条件：1〕为防止发生超筋破坏，应满足；2〕为保证受压钢筋到达规定的抗压强度设计值，应满足；。当不满足此条件时，可近似地取，即认为混凝土受压区压应力合力与受压钢筋合力点重合，那么式〔4-7-1〕可改写为：T形截面梁计算〔七〕T形截面梁计算〔1〕T形、I形及倒L形截面受弯构件位于受压区的翼缘计算宽度bf’应按表4-1所列情况中的最小值取用。〔2〕第一类T形截面计算〔中和轴在翼缘内，即〕1〕计算公式：图4-6所示可得：2〕适用条件：①〔一般的比值均较小，所以通常此条件均能满足〕。②〔3〕第二类T形截面计算〔中和轴在梁肋内，即〕1〕计算公式：如图4-7所示，可得：2〕适用条件①②〔一般第二类截面的配筋率较高，所以通常本条件均能满足〕。〔4〕两类T形截面的判别方法1〕在截面设计时；假设时，属第一T形截面：否那么属于第二类T形截面。2〕在载面复核时：假设时，属第一类T形截面；否那么属第二类T形截面。轴心受压柱、矩形截面偏心受压柱计算〔八〕轴心受压柱计算〔配置纵向钢筋及普通箍筋的柱〕计算公式如图4-8所示，可得：注：①ρ为稳定系数。它反映了长柱由于各种原因产生初始偏心距，继而加荷后将产生附加弯矩和侧向挠度，使长柱的承载能力降低；同时这种附加弯矩和侧向挠度还可能使长细比很大的柱发生失稳破坏，ρ的取值见表4-2。②③当纵向钢筋率〔〕大于3％时，式〔4-12〕中的A应该为〔〕。〔九〕矩形截面偏心受压柱计算〔1〕大、小偏心受压的界限〔即判别条件〕：假设，那么属大偏心受压；否那么属小偏心受压。〔2〕大偏心受压柱计算〔即〕1〕计算公式：如图4-9所示，可得：2021年一级注册建筑师建筑结构要点总结第26讲讲义梁斜截面、扭曲截面承载能力计算二、梁斜截面承载能力计算〔一〕破坏形态梁沿斜截面剪切破坏的形态与配箍率〔〕，荷载形式〔集中或均布荷载〕，剪跨比〔集中荷载作用时〕，混凝土强度，加荷方式等因素有关。其主要的破坏形态有剪压破坏，斜压破坏和斜拉破坏等三种。它们的破坏特征为：〔1〕剪压破坏〔箍筋量适中〕——近破坏时，会产生一条临界斜裂缝，与临界斜裂缝相交的箍筋先达屈服强度，然后剪压区混凝土到达复合受力极限强度而破坏，属延性破坏〔2〕斜压破坏〔箍筋量过多〕——箍筋应力未达屈服强度而剪弯段的混凝土被斜向压坏，属脆性破坏。〔3〕斜拉破坏〔箍筋量过少〕——斜裂缝一旦出现，箍筋应力立即到达屈服强度，使构件斜向拉裂为两局部而破坏，属脆性破坏。所以在实际工程中梁的箍筋应配置适中。〔二〕梁斜截面计算〔1〕计算公式：其中，对一般梁：对集中荷载作用下的独立梁：式中V——最大剪力设计值；Vcs，——混凝土和箍筋的受剪承载力设计值；Asv——配置在同一截面内箍筋各肢的全部截面面积；S——沿构件长度方向的箍筋间距；fyv——箍筋的抗拉强度设计值；λ―计算截面的剪跨比；可取λ=a/h0，a为集中荷载作用点至支座或结点边缘的距离；并且1.5≤λ≤3.0。当配有弯起钢筋时：〔2〕适用条件1〕为防止发生斜压破坏应满足：三、扭曲截面承载能力计算〔一〕纯扭构件抗扭纵筋与抗扭箍筋的配筋强度比ξ在钢筋混凝土受扭构件中配置适中的抗扭纵筋和抗扭箍筋能明显提高构件的受扭承载力。抗扭纵筋应沿截面周边对称均匀布置；箍筋沿构件长度均匀布置，且应采用封闭箍。在抗扭承载力中，除这两种筋各自的用量外，两者间还应有恰当的配合比，这样才能充分发挥抗扭的作用。它的配筋强度比ξ为：式中Astl―受扭计算中取对称布置的全部纵向非预应力钢筋截面面积；A st1―受扭计算中沿截面周边配置的箍筋单肢截面面积；fyv―受扭箍筋的抗拉强度设计值；fy―受扭纵向钢筋的抗拉强度设计值；ucor―截面核心局部的周长：ucor=2〔bcor+hcor〕，此处，bcor，hcor为箍筋内外表范围内截面核心局部的短边、长边尺寸。试验说明，当ξ=1.2左右时为钢筋到达屈服的最正确值，故工程设计中常用的范围是1.0~1.3。〔二〕破坏形态纯扭构件，因其抗扭钢筋的配筋量及其配筋强度比ξ的不同而会发生以下4种破坏。它们的破坏特征为：〔1〕适筋破坏〔纵筋和箍筋量适当且其参也合理〕——抗扭纵筋和箍筋先后屈服，然后受压边的混凝土被压坏；属延性破坏。〔2〕少筋破坏〔纵、箍筋较少，或其中一种过少〕——扭转裂缝一经出现，构件即告破坏，极限扭矩和开裂扭矩接近；属脆性破坏。〔3〕局部超配筋破坏〔纵、箍筋中之一过多，或芬值不恰当〕——配置过多的纵筋〔或箍筋〕未能屈服而发生受压区混凝土的破坏；属延性破坏。〔4〕完全超配筋破坏〔纵、箍筋均配置过多〕——纵箍筋均未屈服，而发生受压区混凝土破坏；属脆性破坏。〔三〕矩形截面纯扭构件计算〔1〕计算公式：〔2〕适用条件：1〕为防止发生完全超配筋破坏，应满足：2〕为防止发生少筋破坏，应满足：正常使用极限状态验算第四节正常使用极限状态验算正常使用极限状态验算主要是对构件进行裂缝控制和梁的挠度控制，以确保构件的适用性和耐久性功能要求。在验算中，荷载效应采用标准组合、准永久组合或标准组合并考虑长期作用的影响；材料强度采用标准值。一、裂缝控制验算〔一〕裂缝的成因、影响裂缝宽度的因素及减少裂缝宽度的措施〔1〕裂缝成因钢筋混凝土结构产生裂缝的原因可分两大类：一类为荷载直接引起的裂缝；另一类为非荷载原因引起的裂缝。非荷载引起的裂缝，其产生原因主要有以下：1〕温度变化；2〕地基不均匀沉降；3〕混凝土收缩，及其塑性变形；4〕钢筋锈蚀；5〕水泥水化热6〕水泥的碱液与活性骨料的化学反响。〔2〕对于荷载引起的裂缝，影响其宽度的主要因素为：l〕钢筋应力；2〕钢筋与混凝土之间的粘结强度；3〕钢筋的有效约束区；4〕混凝土保护层厚度。〔3〕控制和减少裂缝宽度的措施：1〕合理布置钢筋；2〕采用适宜的混凝土保护层厚度；3〕采用带肋钢筋；4〕采用预应力技术。〔二〕裂缝控制的目的〔1〕防护钢筋腐蚀，提高构件的耐久性；〔2〕使结构具有正常的外观，不引起使用者在心理上造成不平安和不舒适的感觉。〔三〕裂缝控制等级裂缝控制等级分为三级。它们是按构件的使用条件要求、其所处环境类别、钢筋对腐蚀的敏感程度及荷载长期作用的影响来确定的。〔1〕结构的环境类别分五类，见表4-3所列〔2〕裂缝控制等级一级——严格要求不出现裂缝的构件。按荷载效应标准组合计算时，构件受拉边缘混凝土不应产生拉应力。二级——一般要求不出现裂缝的构件。按荷载效应标准组合计算时，构件受拉边缘混凝土拉应力不应大于混凝土轴心抗拉强度标准值；按荷载效应准永久组合计算时，构件受拉边缘混凝土不宜产生拉应力，当有可靠经验时可适当放松三级——允许出现裂缝的构件。按荷载效应标准组合并考虑长期作用影响计算时，构件的最大裂缝宽度不应超过表4-4的限值。注：①表中的规定适用于采用热轧钢筋的钢筋混凝土构件和采用预应力钢丝、钢绞线及热处理钢筋的预应力混凝土构件；当采用其他类别的钢丝或钢筋时，其裂缝控制要求可按专门标准确定；②对处于年平均相对湿度小于60写地区一类环境下的受弯构件，其最大裂缝宽度限值可采用括号内的数值；③在一类环境下，对钢筋混凝土屋架、托架及需作疲劳验算的吊车梁，其最大裂缝宽度限值应取为0.2mm；对钢筋混凝土屋面梁和托梁，其最大裂缝宽度限值应取为0.3mm；④在一类环境下，对预应力混凝土屋面梁、托梁、屋架、托架、屋面板和楼板，应按二级裂缝控制等级进行验算；在一类和二类环境下，对需作疲劳验算的预应力混凝土吊车梁，应按一级裂缝控制等级进行验算；⑤表中规定的预应力混凝土构件的裂缝控制等级和最大裂缝宽度限值仅适用于正截面的验算；预应力混凝土构件的斜截面裂缝控制验算应符合相关要求；⑥对于烟囱、筒仓和处于液体压力下的结构构件，其裂缝控制要求应符合专门标准的有关规定；⑦对于处于四、五类环境下的结构构件，其裂缝控制要求应符合专门标准的有关规定；⑧表中的最大裂缝宽度限值用于验算荷载作用引起的最大裂缝宽度。〔四〕最大裂缝宽度ωmax的计算在矩形、T形、倒T形和I形截面的钢筋混凝土受拉、受弯和偏心受压构件及预应力混凝土轴心受拉和受弯构件中，按荷载效应的标准组合并考虑长期作用影响的最大裂缝宽度〔mm〕可按以下公式计算：式中αcr―构件受力特征系数，按表4-5采用；ψ―裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数：当ψ＜0.2时，取ψ=0.2；当ψ＞1时，取ψ=1；对直接承受重复荷载的构件，取必ψ=1σSK―按荷载效应的标准组合计算的钢筋混凝土构件纵向受拉钢筋的应力或预应力混凝土构件纵向受拉钢筋的等效应力。对轴心受拉构件；对受弯构件：ES―钢筋弹性模量；c―最外层纵向受拉钢筋外边缘至受拉区底边的距离〔mm〕：当c＜20时，取c=20；当c＞65时，取c=65；ρte―按有效受拉混凝土截面面积计算的纵向受拉钢筋配筋率；在最大裂缝宽度计算中，当ρte＜0.01时，取户ρte=0.01；Ate―有效受拉混凝土截面面积：对轴心受拉构件，取构件截面面积；对受弯、偏心受压和偏心受拉构件，取Ate=0.5bh+〔bf-b〕hf，此处，bf，hf为受拉翼缘的宽度、高度；A S―受拉区纵向非预应力钢筋截面面积；AP―受拉区纵向预应力钢筋截面面积；deq―受拉区纵向钢筋的等效直径，mm；di―受拉区第艺种纵向钢筋的公称直径，mm；ni―受拉区第i种纵向钢筋的根数；γi―受拉区第i种纵向钢筋的相对粘结特性系数，按表4-6采用。注：①对承受吊车荷载但不需作疲劳验算的受弯构件，可将计算求得的最大裂缝宽度乘以系数0.85；②对e0/h0≤0.55的偏心受压构件，可不验算裂缝宽度。二、受弯构件挠度验算〔一〕挠度控制的目的〔l〕满足使用条件的要求；〔2〕防止非结构构件的损坏；〔3〕使结构具有正常的外观，不引起使用者在心理上造成不平安和不舒适的感觉。〔二〕挠度控制要求受弯构件的最大挠度应按荷载效应的标准组合并考虑长期作用影响进行计算，其计算值不应超过表4-7的限值。〔三〕受弯构件挠度计算〔1〕挠度与刚度在材料力学对匀质材料梁的变形计算中，给出了简支梁在均布荷载q作用下的跨中挠度为：在简支梁跨度中点承受单个集中荷载P时，其挠度为：上两式可统一写成：式中f――梁的跨中最大挠度；M――跨中最大弯矩；β――挠度系数，与荷载形式及支承条件有关；B――梁的截面抗弯刚度；l――梁的计算跨度。对于匀质弹性材料梁，当梁的截面尺寸、材料一定时，B为常数，其弯矩挠度〔M-f〕呈线性关系，如图4-11中。0-A虚线所示。而钢筋混凝土构件那么不同，其实测的协f曲线说明，只有在荷载很小，梁尚未开裂时〔阶段1〕，M-f线才是一段直线，从开始出现裂缝到钢筋屈服时〔阶段II〕，协产线开始偏离直线而逐渐向下弯曲，这说明构件刚度开始下降。但这时梁仍处于正常使用阶段。当继续加载时，受拉钢筋屈服〔阶段III〕，M-f线更偏向横轴〔f轴〕，挠度值增长更快。上述现象说明，钢筋混凝土梁的刚度不是一个常数，而是随着荷载的增加而降低。从而，计算其变形问题就归结为计算它的抗弯刚度问题了。梁的抗弯刚度分成短期刚度和长期刚度两种：短期刚度BS，表示在荷载效应标准组合作用下受弯构件截面的抗弯刚度；长期刚度B表示考虑了一局部荷载长期作用影响后截面的抗弯刚度。〔2〕短期刚度当截面开裂后在荷载效应标准组合作用下，钢筋混凝土受弯构件的短期刚度可按式〔4-24〕计算：式中ES―纵向受拉钢筋的弹性模量；A S―纵向受拉钢筋的截面面积；h0―构件截面的有效高度；ψ－裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数，按式〔4-23-2〕计算：当计算出的ψ＜0.2时，取价ψ=0.2；假设ψ＞1.0时，取ψ=1.0；对直接承受重复荷载的构件，取ψ=1.0αE―钢筋与混凝土的弹性模量比值，；ρ―纵向受拉钢筋配筋率；―系数，按式〔4-25〕计算；―受压区翼缘的宽度和高度ftk―混凝土轴心抗拉强度标准值；ρtc。―按截面的有效受拉混凝土面积Atc计算的纵向钢筋配筋率，即：Atc――有效受拉混凝土截面面积。如图4-12所示，当计算出的ρtc<0.01时，取ρtc=0.01σSK――上按荷载效应的标准组合计算的钢筋混凝土构件纵向受拉钢筋的应力，对受弯构件，MK为按荷载效应的标准组合计算的弯矩值。从上述可看出，影响短期刚度Bs的主要因素有构件的配筋率ρ和承受的弯矩值MS。〔3〕长期刚度Bl考虑一局部荷载长期作用影响后的长期刚度Bl的计算公式为：式中MK―按荷载效应的标准组合计算的弯矩，取计算区段的最大弯矩值；Mq―按荷载效应的准永久组合计算的弯矩，取计算区段内的最大弯矩值；θ－考虑荷载长期作用对挠度增大的影响系数，按以下规定取用：对翼缘位于受拉区的倒T形截面，θ应增加20％。〔4〕受弯构件挠度验算从以上分析中可看出，钢筋混凝土梁某一截面的刚度不仅随荷载的增加而变化，并且在某一荷载作用下，由于梁内各截面的弯矩不同而变化，因此截面的抗弯刚度沿梁长也是变化的。弯矩大的截面抗弯刚度小，反之，弯矩小的截面抗弯刚度大。为了简化计算，标准建议，取同号弯矩区段内弯矩最大的截面的刚度作为该区段的抗弯刚度，这种处理方法所算出的抗弯刚度值最小，故通常称为“最小刚度原则〞。受弯刚度确定后，即可按照材料力学公式来计算钢筋混凝土受弯构件的挠度。当计算结果大于表4-7挠度限值时，说明受弯构件的刚度缺乏。可以采用增加截面高度、提高混凝土强度等级、增加配筋等方法解决。其中以增加梁的截面高度效果最为显著，宜优先采用。构造第五节构造在钢筋混凝土结构设计中，计算和构造都是很重要的设计环节，两者缺一不可。结构的构造措施既是试验研究和理论分析的成果，又是长期工程实践经验的积累。它不仅是对结构计算设计的必要补充，而且还通过一些简便的构造措施以代替计算。因此设计人员在结构设计中必须做到满足标准所制定的构造要求。有关各构造规定，可见现行?混凝土结构设计标准?〔GB 5 00 10-2002〕中的9，10，11等3节的内容。对以下情况，如有充分依据和可靠措施，本标准表9.1.1中的伸缩缝最大间距可适当增大：1混凝土浇筑采用后浇带分段施工；2采用专门的预加应力措施；3采取能减小混凝土温度变化或收缩的措施。当增大伸缩缝间距时，尚应考虑温度变化和混凝土收缩对结构的影响。钢筋混凝土剪力墙的厚度不应小于140mm；对剪力墙结构，墙的厚度尚不宜小于楼层高度的1/25；对框架一剪力墙结构，墙的厚度尚不宜小于楼层高度的1/20。当采用预制楼板时，墙的厚度尚应考虑预制板在墙上的搁置长度以及墙内竖向钢筋贯穿的要求。框架梁截面尺寸宜符合以下要求：1截面宽度不宜小于200mm；2截面高度与宽度的比值不宜大于4；3净跨与截面高度的比值不宜小于4。框架柱的截面尺寸宜符合以下要求：1柱的截面宽度和高度均不宜小于300mm；圆柱的截面直径不宜小于350mm；2柱的剪跨比宜大于2；3柱截面高度与宽度的比值不宜大于3。剪力墙的厚度应符合以下规定：1剪力墙结构一、二级抗震等级的剪力墙厚度，不应小于160mm，且不应小于层高的1/20；底部加强部位的墙厚，不宜小于200mm，且不宜小于层高的1/16；当墙端无端柱或翼墙时，墙厚不宜小于层高的1/12。对三、四级抗震等级，不应小于140mm，且不应小于层高的1/25。2框架-剪力墙结构及筒体结构剪力墙的厚度不应小于160mm，且不应小于层高的1/20，其底部加强部位的墙厚，不应小于200mm，且不应小于层高的1/16。筒体底部加强部位及其以上一层不应改变墙体厚度。预应力混凝土结构的根本知识第六节预应力混凝土结构的根本知识一、根本概念预应力混凝土结构，是在结构承受外荷载前，预先对构件受拉区混凝土施加一个预压应力，以抵消或减少结构在荷载作用时产生的拉应力。〔一〕预应力混凝土的优点〔1〕提高了结构的抗裂性能；〔2〕可以合理有效地利用高强钢筋和高强混凝土，从而减少截面尺寸，减轻结构自重，得到较好的技术经济指标；〔3〕可以提高构件的刚度，减少变形；〔4〕可以提高构件的抗疲劳性能；〔5〕预应力技术可作为大跨度结构分段预制后的拼装手段；〔6〕预应力技术可以调整结构的内力和变形，所以它成为各类结构修复和加固的主要技术措施；〔7〕扩大了混凝土结构工程的应用领域。〔二〕预应力混凝土的分类〔1〕按施加预应力的大小来划分，可分为：全预应力混凝土、有限预应力混凝土、局部预应力混凝土和普通钢筋混凝土结构。〔2〕按预应力筋与混凝土之间有无粘结来划分，可分为：有粘结预应力混凝土和无粘结预应力混凝土结构。二、施加预应力的方法对混凝土施加预应力，一般是通过张拉钢筋〔此筋称为预应力钢筋〕，利用钢筋的回缩来挤压混凝土，使混凝土受到预压应力〔同时预应力筋中也存在着预拉应力〕。根据钢筋受拉与浇筑混凝土的先后次序，可分为先张法和后张法两大类。〔1〕先张法：首先在台座上张拉钢筋，然后浇筑混凝土；待混凝土养护达设计规定的强度等级时，再切断钢筋，钢筋回缩使混凝土获得预压应力。〔2〕后张法：首先浇筑构件的混凝土；待混凝土养护达设计规定的强度等级时，将钢筋穿人预留孔道进行张拉并用锚具将钢筋锚固在构件上，使混凝土获得预压应力。三、张拉控制应力和预应力损失〔一〕张拉控制应力张拉预应力钢筋时允许的最大张拉应力称为张拉控制应力，记为σcon。张拉控制应力值：不宜超过表4-8中的限值，σcon≥0.4fptk。当符合以下情况之一时，表4-15中的限值可提高0.05 fptk。〔1〕要求提高构件在施工阶段的抗裂性能而在使用阶段受压区内设置的预应力钢筋；〔2〕要求局部抵消由于应力松弛、摩擦、钢筋分批张拉以及预应力钢筋与张拉台座之间的温差等因素产生的预应力损失。〔二〕预应力损失值〔1〕钢筋张拉完毕或经历一段时间后，钢筋中的张拉应力将逐渐降低，这种降低称为预应力损失。预应力损失会降低预应力效果〔如构件的抗裂度和刚度降低〕，假设损失过大，甚至会起不到预应力的作用。所以在设计和施工中应尽可能地减少预应力损失。〔2〕引起预应力损失的因素很多，目前标准规定计算的有如下6种预应力损失：1〕张拉端锚具变形和钢筋内缩引起的损失〔σl1〕；2〕预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦引起的损失〔σl2〕；3〕混凝土加热养护时，受张拉钢筋与承受拉力的设备之间的温差所引起的损失〔σl3〕；4〕预应力钢筋的应力松弛引起的损失〔σl4〕；5〕混凝土的收缩和徐变引起的损失〔σl5〕；6〕用螺旋式预应力筋作配筋的环形结构，当直径d镇3m时，由于混凝土的局部挤压引起的损失〔σl6〕。对计算求得的预应力总损失值，不得小于以下数值：先张法构件：100N/mm2后张法构件：80N/mm2〔3〕预应力损失值的组合预应力构件在各阶段的预应力损失值宜按表4-9的规定进行组合。四、预应力混凝土结构构件计算内容和其他预应力混凝土结构构件，除应根据使用条件进行承载力计算及变形、抗裂、裂缝宽度和应力验算外，尚应按具体情况对制作、运输及安装等施工阶段进行验算。当预应力作为荷载效应考虑时，其设计值在?混凝土结构设计标准?〔GB 50010-2002〕中的有关章节计算公式中给出。当预应力效应对结构有利时，对承载能力极限状态，预应力分项系数应取1.0，不利时应取1.2；正常使用极限状态，预应力分项系数应取1.0。2021年一级注册建筑师建筑结构要点总结第27讲讲义概述第五章砌体结构第一节概述砌体结构是由块体和砂浆砌筑而成的墙、柱作为建筑物主要受力构件的结构。是砖砌体、砌块砌体和石砌体结构的统称。配筋砌体结构由配置钢筋的砌体作为建筑物主要受力构件的结构。是网状配筋砌体柱、水平配筋砌体墙、砖砌体和钢筋混凝土面层或钢筋砂浆面层组合砌体柱〔墙〕、砖砌体和钢筋混凝土构造柱组合墙和配筋砌块砌体剪力墙结构的统称。一、砌体结构的优点〔1〕可以同时满足结构、建筑、保温等多功能的要求；由于砌体材料具有抗压性能好、保温、耐火、耐久性好，收缩、徐变比混凝土要小的性能；因此砌体大多数可以用作墙体、柱、筒体〔烟囱、水塔〕、根底、坝身等承重结构的受压构件；〔2〕材料经济：砌体的块体和砂浆来源广泛，可就地取材、价格比其他材料廉价；〔3〕施工技术、管理、维护简便；〔4〕采取一定措施后的配筋砌体结构具有一定程度的抗震性能。二、砌体结构的缺点〔l〕砌体的抗压强度相对于块材的强度来说还很低，抗弯、抗拉强度那么更低；构件重量大；〔2〕砌体中的块材和砂浆之间的粘结强度较低，故无配筋的砌体结构抗震性能较差，其破坏属于脆性破坏；〔3〕普通砖所需要土源要占用大量良田〔每年大约40一50万亩地〕，更要消耗大量的能源。因此，国家已公布有关法令限制普通砖的使用；〔4〕砌体施工劳动强度大，运输、搬用材料时的损耗也大。三、砌体结构的应用范围根据砌体结构所具有的优点，砌体结构的应用还是比拟广泛的：〔1〕用作住宅、办公楼、学校、旅馆、小型礼堂、俱乐部、跨度小于15m的中小型厂房等房屋建筑的墙体、柱、根底；〔2〕用作绝大局部围护墙、隔墙的建筑材料；〔3〕用作高度45m以下的烟囱、小型水池、筒仓等特殊结构建筑的承重构件；〔4〕用作跨度不大的道桥建筑和市政几水利建筑的排水沟隧道、涵洞、挡土墙。四、工业与民用建筑物中的砌体结构体系房屋建筑结构中通常由水平向的楼〔屋〕盖和竖向的墙、柱组成；楼〔屋〕盖主要承受垂直其平面的竖向荷载，称为水平结构承重体系；墙、柱主要承受楼〔屋〕盖传来的竖向荷载和由风和地震产生的水平荷载，称为竖向结构承重体系；砌体结构主要为墙、柱等构件，属于竖向结构承重体系，在实际工程中，根据竖向荷载通过墙、柱的主要途径不同，把砌体结构分为三种承重体系：1．横墙承重体系横墙承重体系：是指楼〔屋〕盖上的竖向荷载通过板或梁传至横墙，并经横墙根底传至地基的承重体系；横墙承重体系的优点：是整体刚度大，抗震性能好；横墙承重体系的缺点：是房间开间小，建筑使用上受到一定的限制，横墙砌体用料较多；横墙承重体系：适用于住宅、宿舍、招待所、旅馆等。2．纵横墙承重体系纵墙承重体系：是指楼〔屋〕盖上的竖向荷载通过板或梁传至纵墙，并经纵墙根底传至地基的承重体系；纵墙承重体系的优点：是房间开间分割比拟灵活；纵墙承重体系的缺点：是整体刚度不如横墙承重体系，且纵墙上开洞不宜过大；纵墙承重体系适用于教学楼、办公楼、实验室、阅览室、中小型厂房等。3．内框架承重体系内框架承重体系是指楼〔屋〕盖上的竖向荷载通过板或梁传给房屋四周的纵、横墙和室内的钢筋混凝土柱〔或砖柱〕，并经纵、横墙和柱各自的根底传至地基的承重体系。内框架承重体系的优点：是房间面积一般较大，也可很方便地分隔成小房间；由于大局部竖向荷载由钢筋混凝土柱〔或砖柱〕来承受，四周纵、横承受的竖向荷载较小且同时也能够发挥砌体在保温、隔热和建筑立面比拟美观等方面的优点。内框架承重体系的缺点：〔1〕由于内框架承重体系的内柱和外墙是由不同性质的材料组成，他们承受荷载的大小不同，根底形式也不同〔柱为钢筋混凝土扩展根底，墙为刚性条形根底〕，因而根底的沉降差比拟大；〔2〕由于房屋内墙少整体刚度差；〔3〕墙与柱各自的振动特性不同，在软弱地基地区和地震区采用内框架承重体内应慎重。内框架承重体系适用于商店、小礼堂、轻工业部门的中小型厂房等。砌体材料第二节砌体材料及其强度一、砌体材料砌体是把块体〔包括普通砖、空心砖、砌块、石材等〕和砂浆按一定的砌筑方法砌筑而成的结构材料。它分为无筋砌体和配筋砌体两大类。无筋砌体根据所使用的块材不同分为砖砌体、砌块砌体和石砌体。配筋砌体包括网状配筋砌体柱、水平配筋砌体墙、砖砌体和钢筋混凝土面层或钢筋砂浆面层组合砌体柱〔墙〕、砖砌体和钢筋混凝土构造柱组合墙和配筋砌块砌体剪力墙。〔一〕砖砌体砖砌体包括烧结普通砖、烧结多孔砖、蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖无筋和配筋砌体；砌筑方法宜采用一顺一丁、梅花丁和三顺一丁。1．烧结普通砖烧结普通砖由载土、页岩、煤研石或粉煤灰为主要原料，经过焙烧而成的实心或孔洞率不大于规定值且外形尺寸符合规定的砖。分烧结勃土砖、烧结页岩砖、烧结煤研石砖、烧结粉煤灰砖等。标准烧结普通砖尺寸为240mm×115 mm×53mm；墙体尺寸有120、240、370、490、620mm等，主要应用于房屋上部及地下根底等部位。2．烧结多孔砖以黏土、页岩、煤研石或粉煤灰为主要原料，经焙烧而成，孔洞率不小于25%，孔的尺寸小而数量多，主要用于承重部位的砖，简称多孔砖。目前多孔砖分为P形砖和M形砖。承重多孔砖目前主要采用P形砖〔240mm×115mm×90mm〕和M形砖〔190mm×190mm×90mm〕；主要应用于房屋上部结构〔不宜用于冻胀地区地下部位〕。3．蒸压灰砂砖以石灰和砂为主要原料，经坯料制备、压制成型、蒸压养护而成的实心砖。简称灰砂砖。标准烧结普通砖尺寸为240mm×115mm×53mm；墙体尺寸120、240、370、490、620mm等。主要应用于不得用于长期受热200℃以上、受急冷急热和有酸性介质侵蚀的建筑部位，MU15和MU15以上的蒸压灰砂砖可用于根底及其他建筑部位，蒸压粉煤灰砖用于根底或用于受冻融和干湿交替作用的建筑部位必须使用一等砖。4．蒸压粉煤灰砖以粉煤灰、石灰为主要原料，掺加适量石膏和骨料，经坯料制备、压制成型、高压蒸汽养护而成的实心砖。简称粉煤灰砖。主要应用于不得用于长期受热200℃以上、受急冷急热和有酸性介质侵蚀的建筑部位，MU15和MU15以上的蒸压灰砂砖可用于根底及其他建筑部位，蒸压粉煤灰砖用于根底或用于受冻融和干湿交替作用的建筑部位必须使用一等砖。5．配筋砌体配筋砌体包括网状配筋砌体柱、水平配筋砌体墙、砖砌体和钢筋混凝土面层或钢筋砂浆面层组合砌体柱〔墙〕、砖砌体和钢筋混凝土构造柱组合墙和配筋砌块砌体剪力墙。配筋砌体不允许采用C级。不得用掺盐砂浆施工。〔1〕水平网状配筋砌体在水平灰缝中配置钢筋网片提高轴心抗压承载力〔图5-1〕。〔2〕混凝土或钢筋砂浆面层组合砖砌体偏心距超限的砖砌体外侧配置纵向钢筋，提高偏心抗压承载力〔图5-2〕。〔3〕砖砌体和钢筋混凝土构造柱组合墙在房屋墙体中设置间距不大于4m的构造柱提高砖墙的承载力〔图5-3〕。〔二〕砌块砌体砌块砌体包括混凝土、轻骨料混凝土砌块无筋和配筋砌体；砌筑应选用配套砌块先排块后施工，施工时砌块底面向上反向砌筑。混凝土小型空心砌块由普通混凝土或轻骨料混凝土制成，主规格尺寸为390mm×190mm×190mm、空心率在25%~50％的空心砌块。简称混凝土砌块或砌块。墙体尺寸有190、200、240、290mm。〔三〕石砌体石砌体包括各种料石和毛石砌体。石砌体中的石材应选用无明显风化的天然石材。石材〔按其加工后的外形规那么程度〕可分为料石和毛石。见表5-1。〔四〕砌筑砂浆砂浆是由无机胶结料〔水泥、石灰、石膏、勃土〕、细骨料〔砂〕、水和一定数量的塑性掺和料〔石灰膏、豁土〕组成。砂浆分为：〔1〕水泥砂浆；〔2〕混合砂浆；〔3〕砌筑专用砂浆；〔4〕非水泥砂浆〔石灰、黏土砂浆〕，其作用一方面将单个的块体粘结成整体，促使构件应力分布均匀；另一方面填实块体之间的缝隙，提高砌体的保温和防水性能，增强墙体抗冻性能；其性能包括：〔1〕强度；〔2〕流动性〔可塑性〕；〔3〕保水性，见表5一2。〔1〕水泥砂浆：其优点是强度高、硬化快、耐久性好；其缺点是和易性差；适用于水中或潮湿环境中的砖砌体；〔2〕水泥混合砂浆：在水泥砂浆中掺入一定数量的石灰膏配制而成；其优点是和易性好，便于施工；适用于防潮层以上的砖砌体；〔3〕石灰、石膏、豁土砂浆：其优点是和易性好；其缺点是强度低、抗水性能差；适用于低层建筑物的砖砌体。砌体材料强度二、砌体材料强度〔一〕影响砖砌体抗压强度的主要因素影响砖砌体抗压强度的主要因素主要有以下几方面原因；〔1〕砖的强度等级及其形状尺寸：试验说明，在砂浆强度一定时，砖的强度等级提高一倍，砖砌体的抗压强度可以提高50%左右；砖砌体的抗压强度还与砖块的形状尺寸，特别是砖块的厚度有关；当标准砖的长度不变时，厚度由53mm改为60mm、70om时，砌体的抗压强度相比照值为1：1.06：1.12，因此提高砌体抗压强度的有效措施是尽可能采用强度等级较高的标准砖。〔2〕砂浆的强度等级及其厚度：试验说明，在砖块强度一定时，砂浆强度等级提高一倍，砖砌体的抗压强度可以提高20％左右；砂浆的灰缝层厚度不宜太薄，也不能太厚；太薄会因砖块间砂浆过少使砖块间凹凸不平而传力不均匀，降低强度；太厚那么会使砂浆层变形过大，降低强度；减小砂浆层变形的主要方法是提高砂浆的强度；当砖砌体的灰缝层厚度分别为10mm、20 mm、30mm时，砌体的抗压强度相比照值为l：0.78：0.64。〔3〕施工砌筑质量：包括饱满度、砌筑时砖的含水率、操作人员的技术水平。饱满度是指砂浆铺砌在一块砖〔大面〕上的面积〔以百分率表示〕。?施工规程?规定：饱满度应该大于80％才能确保砌体质量。试验说明，砖砌体砌筑时砖的含水率在8％－10％时，砂浆硬化所需要的水分才能有保证；而用饱和状态的砖砌筑的砌体其抗压强度反而会降低。〔4〕砌筑方式：砖砌体中实心砖块体的砌筑方式应遵守内外要搭接，上下要错缝，不得有连续的垂直通缝的原则。目前，最为常用的实心砖块体的砌筑方式为一顺一丁和三顺一丁。〔5〕试验方法：包括加荷速度、施工砌筑的快慢程度，受荷前砌体龄期的长短，实际砌体与试件砌体的差异和试件尺寸不同等都会对砌体抗压强度产生一定的影响。〔二〕砌体的抗压强度设计值1．烧结普通砖、烧结多孔砖砌体的抗压强度设计值烧结普通砖、烧结多孔砖等的强度等级分为五级，强度等级符号以“MU〞表示，单位为N/mm2或MPa。即MU30、MU25、MU2O、MU15和MU10；烧结普通砖和烧结多孔砖砌体的抗压强度设计值，应按表5-3采用。2．蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖砌体的抗压强度设计值蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖的强度等级分为四级，强度等级符号以“MU〞表示，单位为N/mm2或MPa。即MU25、MU2o、MU15和MU10；确定蒸压粉煤灰砖和掺有粉煤灰15％以上的混凝土砌块的强度等级时，其抗压强度应乘以自然碳化系数，当无自然碳化系数时，可取人工碳化系数的1.15倍；蒸压灰砂砖和蒸压粉煤灰砖砌体的抗压强度设计值，应按表5-4采用。3．砌块砌体的抗压强度设计值砌块的强度等级分为六级，强度等级符号以“MU〞表示，单位为N/mm2“或MPa、即MU25、MU2O、MU15、MU10、MU7.5和MU5；单排孔混凝土和轻骨料混凝土砌块砌体的抗压强度设计值，应按表5-5采用。孔洞率不大于35%的双排孔或多排孔轻骨料混凝土砌块砌体的抗压强度设计值，应按表5-6采用。4．石材砌体的抗压强度设计值石材的强度等级分为七级，强度等级符号以“MU’，表示，单位为N/mm2或MPa即MU 1 00、MU80、MU60、MU5O、MU4O、MU30和MU20；石材的强度等级，可用边长为70mm的立方体试块的抗压强度表示。抗压强度取三个试件破坏强度的平均值。试件也可采用表5-7所列边长尺寸的立方体，但应对其试验结果乘以相应的换算系数前方可作为石材的强度等级。块体高度为180~350mm的毛料石砌体的抗压强度设计值，应按表5-8采用。毛石砌体的抗压强度设计值，应按表5-9采用。5．砂浆砂浆的强度等级分为五级，强度等级符号以“M〞表示，单位为N/mm2或MPa。即M15、M10、M7.5、M5和M2.5。确定砂浆强度等级时应采用同类块体为砂浆强度试块底模。施工阶段砂浆尚未硬化的新砌砌体的强度和稳定性，可按砂浆强度为零进行验算。对于冬期施工采有掺盐砂浆法施工的砌体，．砂浆强度等级按常温施工的强度等级提高一级时，砌体强度和稳定性可不验算。〔三〕各类砌体的轴心抗拉、弯曲抗拉和抗剪强度设计值龄期为28d的以毛截面计算的各类砌体的轴心抗拉强度设计值、弯曲抗拉强度设计值和抗剪强度设计值，当施工质量控制等级为B级时，应按表5-10采用。〔四〕砌体强度设计值的调整对各类砌体在以下情况下，其砌体强度设计值应乘以调整系数γa〔1〕有吊车房屋砌体、跨度不小于9m的梁下烧结普通砖砌体、跨度不小于7.5m的梁下烧结多孔砖、蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖砌体，混凝土和轻骨料混凝土砌块砌体，γa为0.9；〔2〕对无筋砌体构件，其截面面积小于0.3m2时，γa为其截面面积加0.7。对配筋砌体构件，当其中砌体截面面积小于0.2 m2时时，γa为其截面面移功口0.8。构件截面面积以平方米计；〔3〕当砌体用水泥砂浆砌筑时，对表5-4和表5-5中的数值，γa为0.9；对表5-10中数值，γa为0.8；对配筋砌体构件，当其中的砌体采用水泥砂浆砌筑时，仅对砌体的强度设计值乘以调整系数γa；〔4〕当施工质量控制等级为C级时，γa为0.89；〔5〕当验算施工中房屋的构件时，γa为1.1。粘结三、砖砌体中砖和砂浆的共同作用——粘结砖砌体能够整体工作是因为砖和砂浆之间〔主要在水平灰缝处〕有足够的粘结强度；砂浆和砖块界面上的剪应力一般称为粘结应力。砖和砂浆的粘结作用主要表现在以下两个方面：〔l〕在垂直荷载作用下出现竖向裂缝前，可使砖块和砂浆共同变形；出现裂缝后，可调整因裂缝引起的内力重分布；〔2〕在水平力〔拉力、剪力和弯曲拉应力〕作用下；可由界面上的粘结应力〔剪应力〕承当上述应力。粘结应力的大小，也即剪应力的大小，取决于粘结强度大小。粘结强度主要与砂浆强度等级和砌体类别有关。粘结强度是砌体抗拉、抗剪和抗弯强度的决定性因素。提高粘结强度的途径有：提高砂浆强度等级、增加砖块大面上的粗糙度；砌筑时砖的湿润程度保持最正确状态；采用能使砖块交搭的水平齿缝段尽可能长的砌筑方式。砌体结构设计方法第三节砌体结构设计方法砌体结构设计方法采用以概率理论为根底的极限状态设计方法，以可靠指标度量结构构件的可靠度，采用分项系数的设计表达式进行计算。砌体结构应按承载能力极限状态设计，并满足正常使用极限状态的要求。但根据砌体结构的特点，砌体结构正常使用极限状态的要求，一般情况下可由相应的构造措施保证。砌体结构和结构构件在设计使用年限内，在正常维护下，必须保持适合使用，而不需大修加固。设计使用年限可按国家标准?建筑结构可靠度设计统一标准?确定。根据建筑结构破坏可能产生的后果〔危及人的生命、造成经济损失、产生社会影响等〕的严重性，建筑结构应按表5－11划分为三个平安等级，设计时应根据具体情况适中选用。砌体结构的墙、柱是构成混合结构房屋承重体系的主要构件，它们的计算简图、静力计算方案决定于竖墙纵横两个方向的墙体和水平楼〔屋〕盖组成的空间刚度。混合结构房屋通常是指楼〔屋〕盖材料采用钢筋混凝土、木、轻钢屋盖结构；墙、柱材料采用砌体结构和少量柱采用钢筋混凝土结构组成的房屋。房屋的空间刚度是指产生单位侧移所需要的水平力，即房屋在水平荷载作用下抵抗侧移的能力。砌体结构房屋的空间刚度的大小主要取决于横墙的间距s和楼〔屋〕盖的刚度。房屋的静力计算，根据房屋的空间工作性能分为刚性方案、刚弹性方案和弹性方案。设计时，可按表5-12确定静力计算方案。为保证横墙具有足够抗侧刚度，作为刚性和刚弹性方案房屋的横墙应符合以下要求：〔1〕横墙中开有洞口时，洞口的水平截面面积不应超过横墙截面面积的50%；〔2〕横墙的厚度不宜小于180mm；〔3〕单层房屋的横墙长度不宜小于其高度，多层房屋的横墙长度不宜小于H/2〔H为横墙总高度〕。当横墙不能同时符合上述要求时，应对横墙〔包括一段横墙或其他结构构件，如框架等〕3的刚度进行验算。如其最大水平位移值μmax≤H/4000时，仍可视作刚性或刚弹性方案房屋的横墙。无筋砌体受压构件承载力计算第四节无筋砌体受压构件承载力计算受压构件的承载力应按式〔5-1〕计算：式中N―轴向力设计值；f一砌体的抗压强度设计值；A―截面面积，对各类砌体均应按毛截面计算；对带壁柱墙，其翼缘宽度bf可按以下规定采用：〔1〕多层房屋，当有门窗洞口时，可取窗间墙宽度；当无门窗洞口时，每侧翼墙宽度可取壁柱高度的1/3；〔2〕单层房屋，可取壁柱宽加2/3墙高，但不大于空间墙宽度和相邻壁柱间距离；〔3〕计算带壁柱墙的条形根底时，可取相邻壁柱间的距离。对矩形截面构件，当轴向力偏心方向的截面边长大于另一方向的边长时，除按偏心受压计算外，还应对较小边长方向，按轴心受压进行验算。φ——高厚比β和轴向力的偏心距e对受压构件承载力的影响系数，可按?砌体结构设计标准?附录D的规定采用；轴向力的偏心距e按内力设计值计算，并不应超过0.6y〔y为截面重心到轴向力所在偏心方向截面边缘的距离〕。计算影响系数φ或查φ表时，构件高厚比应按以下公式确定：式中γβ——不同砌体材料构件的高厚比修正系数，按表5－13采用；H0——受压构件的计算高度，按表5－14确定；h——矩形截面轴向力偏心方向的边长，当轴心受压时为截面较小边长；hT——形截面的折算厚度，可近似按3.5i计算；i——截面回转半径。受压构件的计算高度H0，应根据房屋类别和构件支承条件等按表5－16采用。表中的构件高度H应按以下规定采用：〔1〕在房屋底层，为楼板顶面到构件下端支点的距离。顶面。当埋置较深且有刚性地坪时，下端支点的位置，可取在根底可取室外地面下500mm处；〔2〕在房屋其他层次，为楼板或其他水平支点间的距离；〔3〕对于无壁柱的山墙，处的山墙高度。可取层高加山墙尖高度的1/2；对于带壁柱的山墙可取壁柱处的山墙高度。对于有吊车的房屋，当荷载组合不考虑吊车作用时，变截面柱上段的计算高度可按表5-16规定采用；变截面柱下段的计算高度可按以下规定采用：〔1〕当Hu/H≤1/3时，取无吊车房屋的H0；〔2〕当1/3<Hu/H<1/2时，取无吊车房屋的H0乘以修正系数μ。式中Iu―变截面柱上段的惯性矩；I l―变截面柱下段的惯性矩；〔3〕当Hu/H≥1/2时，取无吊车房屋的H0。注：本条规定也适用于无吊车房屋的变截面柱。但在确定月值时，应采用上柱截面。2021年一级注册建筑师建筑结构要点总结第28讲讲义高厚比验算第五节构造要求一、高厚比验算高厚比β是指墙、柱的计算高度与其相应边长h的比值；验算高厚比的目的是防止墙柱在施工过程中以及在使用阶段中因砌筑质量，轴线偏差或突然的振动等原因引起大挠曲变形而产生的失稳破坏。高厚比也是计算构件承载力中的一个根本参数。?砌体结构设计标准?采用允许高厚比[β]用来控制墙、柱的最大高厚比β。这是从构造上确保墙、柱具有必要刚度和稳定性的重要措施，是承载力极限状态设计的前提。〔一〕一般墙、柱的高厚比验算墙、柱的高厚比应按式〔5-4〕验算：式中H0―墙、柱的计算高度，按?砌体结构设计标准?第5.1.3条采用；h―墙厚或矩形柱与H0相对应的边长；μ1―自承重墙允许高厚比的修正系数；μ2―有门窗洞口墙允许高厚比的修正系数；[β]―墙、柱的允许高厚比，应按表5-17采用。〔1〕当与墙连接的相邻两横墙间的距离s≤μ1μ2[β]h时，墙的高度可不受本条限制；〔2〕变截面柱的高厚比可按上、下截面分别验算，其算上柱的高厚比时，墙、柱的允许高厚比可按表5-15其计算高度可按表5-16采用。验的数值乘以1.3后采用。〔二〕带壁柱墙和带构造柱墙的高厚比验算带壁柱墙和带构造柱墙的高厚比验算，应按以下规定进行〔1〕按公式〔5-4〕验算带壁柱墙的高厚比，此时公式中h应改用带壁柱墙截面的折算厚度hT，在确定截面回转半径时，墙截面的翼缘宽度，可按?砌体标准?第4．2．8条的规定采用；当确定带壁柱墙的计算高度H0时，s应取相邻横墙间的距离。〔2〕当构造柱截面宽度不小于墙厚时，可按公式〔5-4〕验算带构造柱墙的高厚比，此时公式中h取墙厚；当确定墙的计算高度时，s应取相邻横墙间的距离；墙的允许高厚比[β]可乘以提高系数μC；式中γ——系数。对细料石、半细料石砌体，γ=0；对混凝土砌块、细料石、毛料石及毛石砌体，γ=1．0；其他砌体，γ=1．5；bc——构造柱沿墙长方向的宽度；l——构造柱的间距。当bc／J>0.25时取bc／J＝0．25，当bc／J<0．05，时取bc／J＝0。考虑构造柱有利作用的高厚比验算不适用于施工阶段。〔3〕按公式〔5-4〕验算壁柱间墙或构造柱间墙的高厚比，此时s应取相邻壁柱间或相邻构造柱间的距离。设有钢筋混凝土圈梁的带壁柱墙或带构造柱墙，当b/s≥1/30时，圈梁可视作壁柱间墙或构造柱间墙的不动铰支点〔b为圈梁宽度〕。如不允许增加圈梁宽度，可按墙体平面外等刚度原则增加圈梁高度，以满足壁柱间墙或构造柱间墙不动铰支点的要求。〔三〕允许高厚比修正系数〔1〕厚度h≤240mm的自承重墙，允许高厚比修正系数μ1，应按以下规定采用：〔2〕对有门窗洞口的墙，允许高厚比修正系数产μ2应按式〔5-6〕计算：式中bs——在宽度s范围内的门窗洞口总宽度；s——相邻窗间墙或壁柱之间的距离。当按公式〔5-6〕箅得μ2的值小于0．7时，应采用0．7。当洞口高度等于或小于墙高的1／5时，可取μ2等于1．0。定性〔四〕影响允许高厚比的主要因素〔1〕砂浆强度：砂浆强度的上下直接影响砌体的弹性模量、构件的变形、刚度和稳定性，〔2〕构件类型；从上表可以看出，在相同的砂浆强度条件下，柱的允许高厚比要比墙的高厚比平均低30%；〔3〕砌体种类：不同的块材以及不同砌筑方式都会因块材搭接、砂浆粘结面大小的不同使构件的刚度、变形乃至稳定性有所不同；其中：空斗墙砌体、中型砌块墙砌体以及毛石砌体的墙、柱分别比表5-15中所列砖砌体墙、柱的允许高厚比小10％和20%，组合砖砌体可提高20%，但[β]≤28；〔4〕支承约束条件、截面形式：在其他条件相同时，支承约束强的构件的允许高厚比要大于支承约束弱的构件的允许高厚比；对此，?砌体结构设计标准?用调整计算高度H0来反映。当截面形式为非矩形时，应采用折算厚度hT；〔5〕墙体开洞、承重墙和非承重墙：工程实践以及计算说明，被洞口削弱得多的墙体的允许高厚比要比削弱少的低；非承重墙比承重墙的允许高厚比可以适当提高一些；?砌体结构设计标准?通过相应的修正系数对允许高厚比[β]予以降低或提高。-般构造要求二、—般构造要求〔1〕五层及五层以上房屋的墙，以及受振动或层高大于6m的墙、柱所用材料的最低强度等级，应符合以下要求：1〕砖采用MU1O；2〕砌块采用MU7．5；3〕石材采用MU30；4〕砂浆采用M5。对平安等级为一级或设计使用年限大于50年的房屋，墙、柱所用材料的最低强度等级应至少提高一级。〔2〕地面以下或防潮层以下的砌体、潮湿房间的墙，所用材料的最低强度等级应符合表5-17的要求。〔3〕承重的独立砖柱截面尺寸不应小于240mm×370mm。毛石墙的厚度不宜小于350mm，毛料石柱较小边长不宜小于400mm。当有振动荷载时，墙、柱不宜采用毛石砌体〔4〕跨度大于6m的屋架和跨度大于以下数值的梁，应在支承处砌体上设置混凝土或钢筋混凝土垫块；当墙中设有圈梁时，垫块与圈梁宜浇成整体，对砖砌体为4．8m；对砌块和料石砌体为4．2m；对毛石砌体为3．9m。〔5〕当梁跨度大于或等于以下数值时，其支承处宜加设壁柱，或采取其他加强措施：1〕对240mm厚的砖墙为6m，对180mm厚的砖墙为4．8m；2〕对砌块、料石墙为4．8m。〔6〕预制钢筋混凝土板的支承长度，在墙上不宜小于l00mm；在钢筋混凝土圈梁上不宜小于80mm；当利用板端伸出钢筋拉结和混凝土灌缝时，其支承长度可为40mm，但板端缝宽不小于80mm，灌缝混凝土不宜低于C20。〔7〕支承在墙、柱上的吊车梁、屋架及跨度大于或等于以下数值的预制梁的端部，应采用锚固件和墙、柱上的垫块锚固：1〕对砖砌体为9m；2〕对砌块和料石砌体为7．2m。〔8〕填充墙、隔墙应分别采取措施与周边构件可靠连接。〔9〕山墙处的壁柱宜砌至山墙顶部，屋面构件应与山墙可靠拉结。〔10〕砌块砌体应分皮错缝搭砌，上下皮搭砌长度不得小于90mm。当搭砌长度不满足上述要求时，应在水平灰缝内设置不少于2φ4的焊接钢筋网片〔横向钢筋的间距不宜大于200mm〕，网片每端均应超过该垂直缝，其长度得小于300mm。〔11〕砌块墙与后砌隔墙交接处，应沿墙高每400mm在水平灰缝内设置不少于2φ4、横筋间距不大于200mm的焊接钢筋网片，〔图5-4〕。〔12〕混凝土砌块房屋，宜将纵横墙交接处、距墙中心线每边不小于300mm范围内的孔洞，采用不低于Cb20灌孔混凝土灌实，灌实高度应为墙身全高。〔13〕混凝土砌块墙体的以下部位，如未设圈梁或混凝土垫块，应采用不低于Cb20灌孔混凝土将孔洞灌实：1〕搁栅、檩条和钢筋混凝土楼板的支承面下，高度不应小于200mm的砌体；2〕屋架、梁等构件的支承面下，高度不应小于600mm，长度不应小于600mm的砌体；3〕挑梁支承面下，距墙中心线每边不应小于300mm，高度不应小于600mm的砌体。〔14〕在砌体中留槽洞及埋设管道时，应遵守以下规定：1〕不应在截面长边小于500mm的承重墙体、独立柱内埋设管线；2〕不宜在墙体中穿行暗线或预留、开凿沟槽，无法防止时应采取必要的措施或按削弱后的截面验算墙体的承载力。对受力较小或未灌孔的砌块砌体，允许在墙体的竖向孔洞中设置管线。〔15〕夹心墙应符合以下规定：1〕混凝土砌块的强度等级不应低于MU10；2〕夹心墙的夹层厚度不宜大于100mm；3〕夹心墙外叶墙的最大横向支承间距不宜大于9m。〔16〕夹心墙叶墙间的连接应符合以下规定：1〕叶墙应用经防腐处理的拉结件或钢筋网片连接；2〕当采用环形拉结件时，钢筋直径不应小于4mm，当为z形拉结件时，钢筋直径不应小于6㎜。拉结件应沿竖向梅花形布置，拉结件的水平和竖向最大间距分别不宜大于800㎜和600㎜；对有振动或有抗震设防要求时，其水平和竖向最大间距分别不宜大于800㎜和400㎜；3〕当采用钢筋网片作拉结件时，网片横向钢筋的直径不应小于4㎜，其间距不应大于400mm；网片的竖向间距不宜大于600㎜，对有振动或有抗震设防要求时，不宜大于400mm；4〕拉结件在口十墙上的搁置长度，不应小于叶墙厚度的2／3，并不应小于60mm；5〕门窗洞口周边300㎜范围内应附加间距不大于600㎜的拉结件。6〕对平安等级为一级或设计使用年限大于50年的房屋，夹心墙叶墙间宜采用不锈钢拉结件。防止或减轻墙体开裂的主要措施三、防止或减轻墙体开裂的主要措施〔1〕为了防止或减轻房屋在正常使用条件下，由温差和砌体干缩引起的墙体竖向裂缝，应在墙体中设置伸缩缝。伸缩缝应设在因温度和收缩变形可能引起应力集中、砌体产生裂缝可能性最大的地方。伸缩缝的间距可按表5-18采用。〔2〕为了防止或减轻房屋顶层墙体的裂缝，可根据情况采取以下措施：1〕屋面应设置保温、隔热层；2〕屋面保温〔隔热〕层或屋面刚性面层及砂浆找平层应设置分隔缝，分隔缝间距不宜大于6m，并与女儿墙隔开，其缝宽不小于30㎜；3〕采用装配式有檩体系钢筋混凝土屋盖和瓦材屋盖；4〕在钢筋混凝土屋面板与墙体圈梁的接触面处设置水平滑动层，滑动层可采用两层油毡夹滑石粉或橡胶片等；对于长纵墙，可只在其两端的2－3个开间内设置，对于横墙可只在其两端各l／4范围内设置〔l为横墙长度〕；5〕顶层屋面板下设置现浇钢筋混凝土圈梁，并沿内外墙拉通，房屋两端圈梁下的墙体内宜适当设置水平钢筋；6〕顶层挑梁末端下墙体灰缝内设置3道焊接钢筋网片〔纵向钢筋不宜少于2φ4，横筋间距不宜大于200mm〕或2φ6钢筋，钢筋网片或钢筋应白挑梁末端伸入两边墙体不小于1m；7〕顶层墙体有门窗等洞口时，在过梁上的水平灰缝内设置2～3道焊接钢筋网片或2φ6钢筋，并应伸入过梁两端墙内不小于600㎜；8〕顶层及女儿墙砂浆强度等级不低于M5；9〕女儿墙应设置构造柱，构造柱间距不宜大于4m，构造柱应伸至女儿墙顶并与现浇钢筋混凝土压顶整浇在一起；10〕房屋顶层端部墙体内适当增设构造柱。〔3〕为防止或减轻房屋底层墙体裂缝，可根据情况采取以下措施：1〕增大根底圈梁的刚度；2〕在底层的窗台下墙体灰缝内设置3道焊接钢筋网片或2φ6钢筋，并伸入两边窗间墙内不小于600㎜；3〕采用钢筋混凝土窗台板，窗台板嵌入窗间墙内不小于600mm。〔4〕墙体转角处和纵横墙交接处宜沿竖向每隔400—500mm设拉结钢筋，其数量为每120mm墙厚不少于1φ6或焊接钢筋网片，埋入长度从墙的转角或交接处算起，每边不小于600mm。〔5〕对灰砂砖、粉煤灰砖、混凝土砌块或其他非烧结砖，宜在各层门、窗过梁上方的水平灰缝内及窗台下第一和第二道水平灰缝内设置焊接钢筋网片或2φ6钢筋，焊接钢筋网片或钢筋应伸入两边窗间墙内不小于600mm。当灰砂砖、粉煤灰砖、混凝土砌块或其他非烧结砖实体墙长大于5m时，宜在每层墙高度中部设置2～3道焊接钢筋网片或3φ6的通长水平钢筋，竖向间距宜为500mm。〔6〕为防止或减轻混凝土砌块房屋顶层两端和底层第一、第二开间门窗洞处的裂缝可采取以下措施：1〕在门窗洞口两侧不少于一个孔洞中设置不小于1φ12钢筋，钢筋应在楼层圈梁或根底锚固，并采用不低于Cb20灌孔混凝土灌实；2〕在门窗洞口两边的墙体的水平灰缝中，设置长度不小于900mm、竖向间距为400mm的2φ4焊接钢筋网片；3〕在顶层和底层设置通长钢筋混凝土窗台梁，窗台梁的高度宜为砌块高的模数，纵筋不少于4φ10、箍筋φ6@200，Cb20混凝土。〔7〕当房屋刚度较大时，可在窗台下或窗台角处墙体内设置竖向控制缝。在墙体高度或厚度突然变化处也宜设置竖向控制缝，或采取其他可靠的防裂措施。竖向控制缝的构造或嵌缝材料应能满足墙体平面外传力和防护的要求。〔8〕灰砂砖、粉煤灰砖砌体宜采用粘结性好的砂浆砌筑，混凝土砌块砌体应采用砌块专用砂浆砌筑。〔9〕对防裂要求较高的墙体，可根据情况采取专门措施。圈梁、过梁、墙梁和挑梁第六节圈梁、过梁、墙梁和挑梁一、圈梁为了增强房屋的整体刚度，防止由于地基的不均匀沉降或较大振动荷载等对房屋引起的不利影响，可在墙中设置现浇钢筋混凝土圈梁。〔1〕车间、仓库、食堂等空旷的单层房屋应按以下规定设置圈梁：1〕砖砌体房屋，檐口标高为5～8m时，应在檐口标高处设置圈梁一道，檐口标高大于8m时，应增加设置数量；2〕砌块及料石砌体房屋，檐口标高为4～5m时，应在檐口标高处设置圈梁一道，檐口标高大于5m时，应增加设置数量。对有吊车或较大振动设备的单层工业房屋，除在檐口或窗顶标高处设置现浇钢筋混凝土圈梁外，尚应增加设置数量。〔2〕宿舍、办公楼等多层砌体民用房屋，且层数为3～4层时，应在檐口标高处设置圈梁一道。当层数超过4层时，应在所有纵横墙上隔层设置。多层砌体工业房屋，应每层设置现浇钢筋混凝土圈梁。设置墙梁的多层砌体房屋应在托梁、墙梁顶面和檐口标高处设置现浇钢筋混凝土圈梁，其他楼层处应在所有纵横墙上每层设置。〔3〕建筑在软弱地基或不均匀地基上的砌体房屋，除按规定设置圈梁处，尚应符合现行国家标准?建筑地基根底设计标准?〔GB 50007—2002〕的有关规定。〔4〕采用现浇钢筋混凝土楼〔屋〕盖的多层砌体结构房屋，当层数超过5层时，除在檐口标高处设置一道圈梁外，可隔层设置圈梁，并与楼〔层〕面板一起现浇。未设置圈梁的楼面板嵌入墙内的长度不应小于120mm，并沿墙长配置不少于2φ10的纵向钢筋。〔二〕圈梁的列构造要求：〔1〕圈梁宜连续地设在同一水平面上，并形成封闭状；当圈梁被门窗洞口截断时，应在洞口上部增设相同截面的附加圈梁。附加圈梁与圈梁的搭接长度不应小于其中到中垂直间距的2倍，且不得小于lm；〔2〕纵横墙交接处的圈梁应有可靠的连接。刚弹性和弹性方案房屋，圈梁应与屋架、大梁等构件可靠连接；〔3〕钢筋混凝土圈梁的宽度宜与墙厚相同，当墙厚h≥240mm时，其宽度不宜小于2h/3。圈梁高度不应小于120mm。纵向钢筋不应少于4φ10，绑扎接头的搭接长度按受拉钢筋考虑，箍筋间距不应大于300mm；〔4〕圈梁兼作过梁时，过梁局部的钢筋应按计算用量另行增配。二、过梁〔一〕一般规定〔1〕砖砌过梁的跨度，不应超过以下规定：1〕钢筋砖过梁为1.5m；2〕砖砌平拱为1．2m。3〕对有较大振动荷载或可能产生不均匀沉降的房屋，应采用钢筋混凝土过梁。〔2〕过梁的荷载，应按以下规定采用：1〕梁、板荷载对砖和小型砌块砌体，当梁、板下的墙体高度hw<ln时〔ln为过梁的净跨〕应计入梁、板传来的荷载。当梁、板下的墙体高度hw≥ln时，可不考虑梁、板荷载。2〕墙体荷载对砖砌体，当过梁上的墙体高度hw<ln／3时，应按墙体的均布自重采用。当墙体高度hw≥ln／3时，应按高度为ln／3墙体的均布自重采用；对混凝土砌块砌体，当过梁上的墙体高度hw<ln／2时，应按墙体的均布自重采用。当墙体高度九hw≥ln／2时，应按高度为ln／2墙体的均布自重采用。〔二〕构造要求：〔1〕砖砌过梁截面计算高度内的砂浆不宜低于M5；〔2〕砖砌平拱用竖砖砌筑局部的高度不应小于240mm；〔3〕钢筋砖过梁底面砂浆层处的钢筋，其直径不应小于5mm，间距不宜大于120㎜，钢筋伸入支座砌体内的长度不宜小于240㎜，砂浆层的厚度不宜小于30mm。三、墙梁墙梁包括简支墙梁、连续墙梁和框支墙梁。可划分为承重墙梁和自承重墙梁。〔一〕墙梁的一般规定采用烧结普通砖和烧结多孔砖砌体和配筋砌体的墙梁设计应符合表5-19的规定。墙梁计算高度范围内每跨允许设置一个洞口；洞口边至支座中心的距离ai；，距边支座不应小于0．15loi，距中支座不应小于0．07 loi。对多层房屋的墙梁，各层洞口宜设置在相同位置，并宜上、下对齐。〔二〕墙梁的构造要求墙梁除应符合本标准和现行国家标准?混凝土结构设计标准?〔GB 50010一2002〕的有关构造规定外，尚应符合以下构造要求：1．材料〔l〕托梁的混凝土强度等级不应低于C30；〔2〕纵向钢筋宜采用HRB335、HRB400或RRB400级钢筋；〔3〕承重墙梁的块体强度等级不应低于MUl0，计算高度范围内墙体的砂浆强度等级不应低于M10。2．墙体〔1〕框支墙梁的上部砌体房屋，以及设有承重的简支墙梁或连续墙梁的房屋，应满足刚性方案房屋的要求；〔2〕墙梁的计算高度范围内的墙体厚度，对砖砌体不应小于240mm，对混凝土小型砌块砌体不应小于190mm；〔3〕墙梁洞口上方应设置混凝土过梁，其支承长度不应小于240mm；洞口范围内不应施加集中荷载；〔4〕承重墙梁的支座处应设置落地翼墙，翼墙厚度，对砖砌体不应小于240mm，对混凝土砌块砌体不应小于190mm，翼墙宽度不应小于墙梁墙体厚度的3倍，并与墙梁墙体同时砌筑。当不能设置翼墙时，应设置落地且上、下贯穿的构造柱；〔5〕当墙梁墙体在靠近支座1／3跨度范围内开洞时，支座处应设置落地且上、下贯穿的构造柱，并应与每层圈梁连接；〔6〕墙梁计算高度范围内的墙体，每天可砌高度不应超过1．5m，否那么，应加设临时支撑。3．托梁〔1〕有墙梁的房屋的托梁两边各一个开间及相邻开间处应采用现浇混凝土楼盖，楼板厚度不宜小于120mm，当楼板厚度大于150mm时，宜采用双层双向钢筋网，楼板上应少开洞，洞口尺寸大于800mm时应设洞边梁；〔2〕托梁每跨底部的纵向受力钢筋应通长设置，不得在跨中段弯起或截断。钢筋接长应采用机械连接或焊接；〔3〕墙梁的托梁跨中截面纵向受力钢筋总配筋率不应小于0．6％；〔4〕托梁距边支座边l0／4范围内，上部纵向钢筋面积不应小于跨中下部纵向钢筋面积的1／3。连续墙梁或多跨框支墙梁的托梁中支座上部附加纵向钢筋从支座边算起每边延伸不少于l0／4；〔5〕承重墙梁的托梁在砌体墙、柱上的支承长度不应小于350mm。纵向受力钢筋伸入支座应符合受拉钢筋的锚固要求；〔6〕当托梁高度hb≥500mm时，应沿梁高设置通长水平腰筋，直径不应小于12mm，间距不应大于200㎜；〔7〕墙梁偏开洞口的宽度及两侧各一个梁高hb范围内直至靠近洞口的支座边的托梁箍筋直径不宜小于8㎜，间距不应大于100mm〔图5-5〕。四、挑梁挑梁设计除应符合?混凝土标准?的有关规定外，尚应满足以下要求：〔1〕纵向受力钢筋至少应有1／2的钢筋面积伸入梁尾端，且不少于2φ2。其余钢筋伸入支座的长度不应小于2ll／3；〔2〕挑梁埋入砌体长度lI与挑出长度l之比宜大于1．2；当挑梁上无砌体时，l1与l之比宜大于2。配筋砌体构件第七节配筋砌体构件一、网状配筋砖砌体构件网状配筋砖砌体受压构件应符合以下规定：〔l〕偏心距超过截面核心范围，对于矩形截面即e/h>0.17时或偏心距虽未超过截面核心范围，但构件的高厚比β＞16时，不宜采用网状配筋砖砌体构件；〔2〕对矩形截面构件，当轴向力偏心方向的截面边长大于另一方向的边长时，除按偏心受压计算外，还应对较小边长方向按轴心受压进行验算；〔3〕当网状配筋砖砌体构件下端与无筋砌体交接时，尚应验算交接处无筋砌体的局部受压承载力。当采用连弯钢筋网〔图5-6b〕时，网的钢筋方向应互相垂直，沿砌体高度交错设置。sn取同一方向网的间距。〔4〕网状配筋砖砌体中的体积配筋率，不应小于0.1%，并不应大于1%；〔5〕采用钢筋网时，钢筋的直径宜采用3-4mm；当采用连弯钢筋时，钢筋的直径不应大于8 mm；〔6〕钢筋网中钢筋的间距，不应大于120mm，并不应小于30mm；〔7〕钢筋网的竖向间距，不应大于五皮砖，并不应大于400mm；〔8〕网状配筋砖砌体所用的砂浆强度等级不应低于M7.5；钢筋网应设置在砌体的水平灰缝中，灰缝厚度应保证钢筋上下至少各有2mm厚的砂浆层。二、组合砖砌体构件轴向力的偏心距e按内力设计值计算，超过0.6y〔y为截面重心到轴向力所在偏心方向截面边缘的距离〕规定的限值时，宜采用砖砌体和钢筋混凝土面层或钢筋砂浆面层组成的组合砖砌体构件。对于砖墙与组合砌体一同砌筑的T形截面构件，可按矩形截面组合砌体构件计算。但构件的高厚比[β]按T形截面考虑，其截面的翼缘宽度尚应符合?砌体结构设计标准?第5.2.8条的规定。1．组合砖砌体构件的构造要求组合砖砌体构件的构造应符合以下规定：〔1〕面层混凝土强度等级宜采用C20。面层水泥砂浆强度等级不宜低于M10。砌筑砂浆的强度等级不宜低于M7.5；〔2〕竖向受力钢筋的混凝土保护层厚度，不应小于表5-20中的规定。竖向受力钢筋距砖砌体外表的距离不应小于5mm；〔3〕砂浆面层的厚度，可采用30-45mm。当面层厚度大于45mm时，其面层宜采用混凝土。〔4〕竖向受力钢筋宜采用HPB235级钢筋，对于混凝土面层，亦可采用HRB335级钢筋。受压钢筋一侧的配筋率，对砂浆面层，不宜小于0.1%，对混凝土面层，不宜小于0.2％。受拉钢筋的配筋率，不应小于0.1％。竖向受力钢筋的直径，不应小于8mm，钢筋的净间距，不应小于30 mm；〔5〕箍筋的直径，不宜小于4mm及0.2倍的受压钢筋直径并不宜大于6mm。箍筋的间距，不应大于20倍受压钢筋的直径及500mm，并不应小于120mm；〔6〕当组合砖砌体构件一侧的竖向受力钢筋多于4根时，应设置附加箍筋或拉结钢筋；〔7〕对于截面长短边相差较大的构件如墙体等，应采用穿通墙体的拉结钢筋作为箍筋，同时设置水平分布钢筋。水平分布钢筋的竖向间距及拉结钢筋的水平间距，均不应大于500mm；〔8〕组合砖砌体构件的顶部及底部，以及牛腿部位，必须设置钢筋混凝土垫块。竖向受力钢筋伸入垫块的长度，必须满足锚固要求。2．组合砖墙的材料和构造要求组合砖墙的材料和构造应符合以下规定：〔l〕砂浆的强度等级不应低于M5，构造柱的混凝土强度等级不宜低于C20；〔2〕柱内竖向受力钢筋的混凝土保护层厚度，应符合?砌体结构设计标准?〔GB 5003-2001〕表8.2.6的规定；〔3〕构造柱的截面尺寸不宜小于240mm×240mm，其厚度不应小于墙厚，边柱、角柱的截面宽度宜适当加大。柱内竖向受力钢筋，对于中柱，不宜少于4Φ12；对于边柱、角柱，不宜少于4Φ14。构造柱的竖向受力钢筋的直径也不宜大于16mm。其箍筋，一般部位宜采用Φ6、间距200mm，楼层上下500mm范围内宜采用Φ6、间距100mm。构造柱的竖向受力钢筋应在根底梁和楼层圈梁中锚固，并应符合受拉钢筋的锚固要求；〔4〕组合砖墙砌体结构房屋，应在纵横墙交接处、墙端部和较大洞口的洞边设置构造柱，其间距不宜大于4m。各层洞口宜设置在相应位置，并宜上下对齐；〔5〕组合砖墙砌体结构房屋应在根底顶面、有组合墙的楼层处设置现浇钢筋混凝土圈梁。圈梁的截面高度不宜小于240mm；纵向钢筋不宜小于4Φ12，纵向钢筋应伸入构造柱内，并应符合受拉钢筋的锚固要求；圈梁的箍筋宜采用Φ6、间距200mm；〔6〕砖砌体与构造柱的连接处应砌成马牙搓，并应沿墙高每隔50omm设2Φ6拉结钢筋，且每边伸入墙内不宜小于600mm；〔7〕组合砖墙的施工程序应为先砌墙后浇混凝土构造柱。三、配筋砌块砌体构件1．一般规定配筋砌块砌体剪力墙结构的内力与位移，可按弹性方法计算。应根据结构分析所得的内力，分别按轴心受压、偏心受压或偏心受拉构件进行正截面承载力和斜截面承载力计算，并应根据结构分析所得的位移进行变形验算。2．构造要求配筋砌块砌体剪力墙构造规定：〔1〕钢筋的规格应符合以下规定：l〕钢筋的直径不宜大于25mm，当设置在灰缝中时不应小于4mm；2〕配置在孔洞或空腔中的钢筋面积不应大于孔洞或空腔面积的6％。〔2〕钢筋的设置应符合以下规定：1〕设置在灰缝中钢筋的直径不宜大于灰缝厚度的1/2；2〕两平行钢筋间的净距不应小于25mm；3〕柱和壁柱中的竖向钢筋的净距不宜小于40mm〔包括接头处钢筋间的净距〕。〔3〕钢筋在灌孔混凝土中的锚固应符合以下规定：1〕当计算中充分利用竖向受拉钢筋强度时，其锚固长度la，对HRB335级钢筋不宜小于30 d对HRB400和RRB400级钢筋不宜小于35d在任何情况下钢筋〔包括钢丝〕锚固长度不应小于300rnm；2〕竖向受拉钢筋不宜在受拉区截断。如必须截断时，应延伸至按正截面受弯承载力计算不需要该钢筋的截面以外，延伸的长度不应小于20d；3〕竖向受压钢筋在跨中截断时，必须伸至按计算不需要该钢筋的截面以外，延伸的长度不应小于20d；对绑扎骨架中末端无弯钩的钢筋，不应小于25d；4〕钢筋骨架中的受力光面钢筋，应在钢筋末端作弯钩，在焊接骨架、焊接网以及轴心受压构件中，可不作弯钩；绑扎骨架中的受力带肋钢筋，在钢筋的末端可不作弯钩。〔4〕钢筋的接头应符合以下规定：钢筋的直径大于22 mm时宜采用机械连接接头，接头的质量应符合有关标准、标准的规定；其他直径的钢筋可采用搭接接头，并应符合以下要求：1〕钢筋的接头位置宜设置在受力较小处；2〕受拉钢筋的搭接接头长度不应小于1.1l0，受压钢筋的搭接接头长度不应小于0.71a，但不应小于300mm；3〕当相邻接头钢筋的间距不大于75 mm时，其搭接长度应为1.2la。当钢筋间接头错开20mm时，搭接长度可不增加。〔5〕水平受力钢筋〔网片〕的锚固和搭接长度应符合以下规定：1〕在凹槽砌块混凝土带中钢筋的锚固长度不宜小于30d，且其水平或垂直弯折段的长度不宜小于15d和200 mm；钢筋的搭接长度不宜小于35d；2〕在砌体水平灰缝中，钢筋的锚固长度不宜小于50d，且其水平或垂直弯折段的长度不宜小于20d和150mm；钢筋的搭接长度不宜小于55d；3〕在隔皮或错缝搭接的灰缝中为50d+2h，d为灰缝受力钢筋的直径；h为水平灰缝的间距。〔6〕钢筋的最小保护层厚度应符合以下要求：1〕灰缝中钢筋外露砂浆保护层不宜小于15mm；2〕位于砌块孔槽中的钢筋保护层，在室内正常环境下不宜小于20mm；在室外或潮湿环境下不宜小于30mm。对平安等级为一级或设计使用年限大于50年的配筋砌体结构构件，钢筋的保护层应比本条规定的厚度至少增加5mm。，或采用经防腐处理的钢筋、抗渗混凝土砌块等措施。〔7〕配筋砌块砌体剪力墙、连梁的砌体材料强度等级应符合以下规定：1〕砌块不应低于MU10；2〕砌筑砂浆不应低于M7.5；3〕灌孔混凝土不应低于C20。对平安等级为一级或设计使用年限大于50年的配筋砌块砌体房屋，所用材料的最低强度等级应至少提高一级。〔8〕配筋砌块砌体剪力墙厚度、连梁截面宽度不应小于190mm。〔9〕配筋砌块砌体剪力墙的构造配筋应符合以下规定：1〕应在墙角的转角、端部和孔洞的两侧配置竖向连续的钢筋，钢筋直径不宜小于12mm；2〕应在洞口的底部和顶部设置不小于2Φ10的水平钢筋，其伸入墙内的长度不宜小于35d和400mm；3〕应在楼〔屋〕盖的所有纵横墙处设置现浇钢筋混凝土圈梁，圈梁的宽度和高度宜等于墙厚和块高，圈梁主筋不应少于4Φ10，圈梁的混凝土强度等级不宜低于同层混凝土块体强度等级的2倍，或该层灌孔混凝土的强度等级，也不应低于C20，4〕剪力墙其他部位的竖向和水平钢筋的间距不应大于墙长、墙高之半，也不应大于1200mm。对局部灌孔的砌体，竖向钢筋的间距不应大于600mm；5〕剪力墙沿竖向和水平方向的构造钢筋配筋率均不宜小于0.07％。〔10〕按壁式框架设计的配筋砌块窗间墙应符合以下规定：1〕窗间墙的截面应符合以下要求：①墙宽不应小于80omm，也不宜大于2400mm；②墙净高与墙宽之比不宜大于5。2〕窗间墙中的竖向钢筋应符合以下要求：①每片窗间墙中沿全高不应少于4根钢筋；②沿墙的全截面应配置足够的抗弯钢筋；③窗间墙的竖向钢筋的含钢率不宜小于0．2％，也不宜大于0．8％。3〕窗间墙中的水平分布钢筋应符合以下要求：①水平分布钢筋应在墙端部纵筋处弯180。标准钩，或等效的措施；②水平分布钢筋的间距：在距梁边1倍墙宽范围内不应大于1/4墙宽，其余部位不应大于1/2墙宽；③水平分布钢筋的配筋率不宜小于0.15％。〔11〕配筋砌块砌体剪力墙应按以下情况设置边缘构件：l〕当利用剪力墙端的砌体时，应符合以下规定：①在距墙端至少3倍墙厚范围内的孔中设置不小于势12通长竖向钢筋；②当剪力墙端部的设计压应力大于0.8几时，除按①的规定设置竖向钢筋外，尚应设置间距不大于200mm、直径不小于6mm的水平钢筋〔钢箍〕，该水平钢筋宜设置在灌孔混凝土中。2〕当在剪力墙墙端设置混凝土柱时，应符合以下规定：①柱的截面宽度宜等于墙厚，柱的截面长度宜为1－2倍的墙厚，并不应小于ZOOm讯；②柱的混凝土强度等级不宜低于该墙体块体强度等级的2倍，或该墙体灌孔混凝土的强度等级，也不应低于C20；③柱的竖向钢筋不宜小于4φ12，箍筋宜为如、间距200?；④墙体中水平钢筋应在柱中锚固，并应满足钢筋的锚固要求；⑤柱的施工顺序宜为先砌砌块墙体，后浇捣混凝土。〔12〕配筋砌块砌体剪力墙中当连梁采用钢筋混凝土时，连梁混凝土的强度等级不宜低于同层墙体块体强度等级的2倍，或同层墙体灌孔混凝土的强度等级，也不应低于C20；其他构造尚应符合现行国家标准?混凝土结构设计标准?〔GB 50010一2002〕的有关规定要求。〔13〕配筋砌块砌体剪力墙中当连梁采用配筋砌块砌体时，连梁应符合以下规定：1〕连梁的截面应符合以下要求：①连梁的高度不应小于两皮砌块的高度和400?；②连梁应采用H形砌块或凹槽砌块组砌，孔洞应全部浇灌混凝土。2〕连梁的水平钢筋宜符合以下要求：①连梁上、下水平受力钢筋宜对称、通长设置，在灌孔砌体内的锚固长度不应小于35d和400mm；②连梁水平受力钢筋的含钢率不宜小于0.2%，也不宜大于0.8%。3〕连梁的箍筋应符合以下要求：①箍筋的直径不应小于6mm；②箍筋的间距不宜大于1/2梁高和600mm；③在距支座等于梁高范围内的箍筋间距不应大于1/4梁高，距支座外表第一根箍筋的间距不应大于100mm；④箍筋的面积配筋率不宜小于0.15%；⑤箍筋宜为封闭式，双肢箍末端弯钩为135°；单肢箍末端的弯钩为180°，或弯90°加12倍箍筋直径的延长段。〔14〕配筋砌块砌体柱除应符合第〔7〕条的要求外，尚应符合以下规定：1〕柱截面边长不宜小于400 mm，柱高度与截面短边之比不宜大于30；2〕柱的纵向钢筋的直径不宜小于12 mm，数量不应少于4根，全部纵向受力钢筋的配筋率不宜小于0.2%；3〕柱中箍筋的设置应根据以下情况确定：①当纵向钢筋的配筋率大于0.25％时，且柱承受的轴向力大于受压承载力设计值的25％时，柱应设箍筋；当配筋率≤0.25％时，或柱承受的轴向力小于受压承载力设计值的25％时，柱中可不设置箍筋；②箍筋直径不宜小于6 mm；③箍筋的间距不应大于16倍的纵向钢筋直径、48倍箍筋直径及柱截面短边尺寸中较小者；④箍筋应封闭，端部应弯钩；⑤箍筋应设置在灰缝或灌孔混凝土中。第八节砌体结构构件抗震设计地震区的砌体结构构件，除应符合第二节到第七节的要求外，尚应按以下规定进行抗震设计。〔1〕配筋砌块砌体剪力墙结构构件抗震设计的适用的房屋最大高度不宜超过表5-21的规定。〔2〕配筋砌块砌体剪力墙和墙梁的抗震设计应根据设防烈度和房屋高度，采用表5-22规定的结构抗震等级，并应符合相应的计算和构造要求。〔3〕配筋砌块砌体剪力墙的厚度，一级抗震等级剪力墙不应小于层高的1/20，二、三、四级剪力墙不应小于层高的1/25，且不应小于190mm。〔4〕配筋砌块砌体剪力墙的水平和竖向分布钢筋应符合表5-23和表5-24的要求；剪力墙底部加强区的高度不小于房屋高度的1/6，且不小于两层的高度。〔5〕配筋砌块砌体剪力墙的水平分布钢筋〔网片〕宜沿墙长连续设置，其锚固或搭接要求除应符合?砌体结构设计标准?第9.4.5条的规定外，尚应符合以下规定：1〕水平分布钢筋可绕端部主筋弯180°弯钩，弯钩端部直段长度不宜小于12d；该钢筋亦可垂直弯入端部灌孔混凝土中锚固，其弯折段长度，对一、二级抗震等级不应小于25omm；对三、四级抗震等级，不应小于200mm；2〕当采用焊接网片作为剪力墙水平钢筋时，应在钢筋网片的弯折端部加焊两根直径与抗剪钢筋相同的横向钢筋，弯入灌孔混凝土的长度不应小于150 mm。〔6〕配筋砌块砌体柱的构造除应符合?砌体结构设计标准?〔GB 5 0 003一2 001〕第9.4.14条的规定外，尚应符合以下要求：1〕纵向钢筋直径不应小于12?，全部纵向钢筋的配筋率不应小于0.4%；2〕箍筋直径不应小于6mm，且不应小于纵向钢筋直径的1/4；箍筋的间距，应符合以下要求：①地震作用产生轴向力的柱，箍筋间距不宜大于20Omm；②地震作用不产生轴向力的柱，在柱顶和柱底的1/6柱高、柱截面长边尺寸和45omm三者较大值范围内，箍筋间距不宜大于200?；其他部位不宜大于16倍纵向钢筋直径、48倍箍筋直径和柱截面短边尺寸三者较小值；③箍筋或拉结钢筋端部的弯钩不应小于135。。〔7〕夹心墙的自承重叶墙的横向支承间距，宜符合以下规定：1〕8、9度时不宜大于3m；2〕7度时不宜大于6m；3〕6度时不宜大于gm。〔8〕配筋砌块砌体剪力墙房屋的楼、屋盖宜采用现浇钢筋混凝土结构；抗震等级为四级时，也可采用装配整体式钢筋混凝土楼盖。〔9〕配筋砌块砌体剪力墙房屋楼、屋盖处，应按以下规定设置钢筋混凝土圈梁：1〕圈梁混凝土强度等级不宜小于砌块强度等级的2倍，或该层灌孔混凝土的强度等级，但不应低于C20；2〕圈梁的宽度宜为墙厚，高度不宜小于Zoomm；纵向钢筋直径不应小于墙中水平分布钢筋的直径，且不宜小于4协12；箍筋直径不应小于邮，间距不大于Zoomm。〔10〕配筋砌块砌体剪力墙房屋的根底与剪力墙结合处的受力钢筋，当房屋高度超过50m或一级抗震等级时宜采用机械连接或焊接，其他情况可采用搭接。当采用搭接时，一、二级抗震等级搭接长度不宜小于50d，三、四级抗震等级不宜小于40d〔d受力钢筋直径〕。〔11〕配筋砌块砌体剪力墙结构应进行多遇地震作用下的抗震变形验算，其楼层内最大的层间弹性位移角不宜超过1/1000。〔12〕地震区的混凝土砌块、石砌体结构构件的材料，应符合以下规定：1〕混凝土砌块砌筑砂浆的强度等级不应低于M5.0．仇配筋砌块砌体剪力墙中砌筑砂浆的强度等级不应低于M10；2〕料石的强度等级不应低于MU30，砌筑砂浆的强度等级不应低于M5。〔13〕水平配筋砖墙的材料和构造应符合以下要求：1〕砂浆的强度等级不应低于M7.5；水平钢筋宜采用HPB235、HRB335钢筋；2〕水平钢筋的配筋率不应小于0.07%，且不宜大于0.17%；水平分布钢筋间距不应大于400mm；3〕水平钢筋端部伸入垂直墙体中的锚固长度不宜小于300mm，伸入构造柱的锚固长度不宜小于l80mm。〔14〕组合砖墙的材料和构造，除应符合?砌体结构设计标准?〔GB 5 0 003一2001〕第8.2.8条的要求外，尚应符合以下要求：1〕构造柱的混凝土强度等级不应低于C20；2〕构造柱的纵向钢筋，对中柱不应少于4Φ12，对边柱、角柱不应少于4Φ14；3〕砖砌体与构造柱的拉结钢筋每边伸入墙内不宜小于lm。〔15〕考虑地震作用组合的配筋砌体结构构件，其配置的受力钢筋的锚固和接头，除应符合?砌体结构设计标准?的要求外，尚应符合以下要求：1〕竖向钢筋或纵向钢筋的最小锚固长度laE，应按以下规定采用：式中la―纵受拉钢筋的锚固长度，应按?砌体结构设计标准?第9.5.3条的规定确定2〕钢筋搭接接头，对一、二级抗震等级不小于1.2la＋5 d；对三、四级不小于1.21a。〔16〕蒸压灰砂砖蒸压粉煤灰砖砌体结构房屋应符合以下规定：1〕房屋的层数与构造柱的设置位置应符合表5-25的要求。构造柱的截面及配筋等构造要求，应符合现行国家标准?建筑抗震设计标准?〔GB 50011-2001〕的规定；2021年一级注册建筑师建筑结构要点总结第29讲讲义钢结构的特点第六章钢结构第一节钢结构的特点用H型钢、工字钢、槽钢、角钢等热轧型钢和钢板组成的以及用冷弯薄壁型钢制成的承重构件或承重结构统称为钢结构，如钢梁、钢屋架、钢框架、钢网架、钢塔架等都是最常见的钢结构。一、钢结构的特点与应用最为广泛的混凝土结构相比，钢结构具有如下一些主要特点：〔1〕强度高，重量轻。由于钢材的强密比〔强度与质量密度之比值〕较钢筋混凝土大近7倍，因此在相同承载力下，以钢构件的截面为小，重量为轻。例如，在跨度和荷载相同的条件下，钢屋架的重量约为钢筋混凝土屋架的1/3一1/4。由此带来的优点是：便于构件的运输和吊装，根底和地基处理的费用与工程量也可大大减少。〔2〕质地均匀，各向同性。，钢材的这个性质符合结构计算时通常所作的假定，因而钢结构的计算结果与其实际情况最为相符，计算可靠；钢材的弹性模量较大，结构在荷载作用下的变形就较小；钢材有良好的塑性性能，可自动调节构件中可能出现的局部应力顶峰，且结构在破坏前一般都会产生显著的变形，事故有预告，可及时防患；钢材还具有良好的韧性，对承受动力荷载适应性强。钢结构抗震性能好。〔3〕施工质量好，且工期短。钢结构一般都在专业工厂由机械化生产制造，而后运至工地现场安装，工业化生产程度高，质量容易监控和保证。工地占地面积少和环境污染少，适于都市市区建造。工期短，效益好。〔4〕密闭性好。〔5〕用螺栓连接的钢结构，可装拆，适用于移动性结构。由于以上特点，钢结构的应用范围极广，有些情况下无法用其他建筑材料的结构代替。二、钢结构应用的注意点在选用钢结构后要注意以下几个方面：〔1〕防腐。钢材的耐腐蚀性较差，因而需采取防腐措施，我国钢结构设计标准对钢结构的防护作了如下规定：“钢结构除必须采取防锈措施〔除锈后涂以油漆或金属镀层等〕外，尚应在构造上尽量防止出现难于检查、清刷和油漆之处以及能积留湿气和大量灰尘的死角或凹槽。闭口截面构件应沿全长和端部焊接封闭，。“钢结构防锈和防腐蚀采用的涂料、钢材外表的除锈等级以及防腐蚀对钢结构的构造要求等应符合现行国家标准?工业建筑防腐蚀设计标准?〔GB 5 0 046〕和?涂装前钢材外表锈蚀和除锈等级?〔GB 8923〕的规定。在设计文件中应注明所要求的钢材除锈等级和涂料〔或镀层〕及涂〔镀〕层厚度。〞〔2〕防火。钢结构有一定的耐热性但不防火，当其温度到达450一650℃时，强度下降极快，在600℃时已不能承重，只有在200℃以下时钢材的性质变化不大。因此钢结构当外表长期受辐射热≥150℃或在短期内可能受到火焰作用时，应采取有效的防护措施。我国钢结构设计标准中对钢结构的防火作了如下规定：“钢结构的防火应符合现行国家标准?建筑设计防火标准?〔GBJ 16〕和?高层民用建筑设计防火标准?〔GB 50 045〕的要求，结构构件的防火保护层应根据建筑物的防火等级对各不同的构件所要求的耐火极限进行设计。防火涂料的性能、涂层厚度及质量要求应符合现行国家标准?钢结构防火涂料?〔GB 14907〕和国家现行标准?钢结构防火涂料应用技术标准?〔CECS24〕的规定。〔3〕防失稳。由于钢材强度大、构件截面小、厚度薄，因而在压力和弯矩等作用下带来了构件甚至整个结构的稳定问题。在设计中考虑如何防止结构或构件失稳，是钢结构设计的一个重要特点。〔4〕防脆断。前面介绍钢结构的特点中曾言及钢材具有良好的塑性性能，但要注意这只是一个方面。当钢材处于复杂受力状态且为承受三向或二向同号应力时，当钢材处于低温工作条件下或受有较大应力集中时，钢材均会由塑性转变为脆性，产生突然的脆性破坏，这是很危险的。因此设计钢结构时如何防止钢材的脆性破坏又是一个必须重视的问题。钢材的五个力学性能指标第二节钢结构的材料及其性能一、钢材的五个力学性能指标为使所设计的钢结构满足承载能力和正常使用要求，我国新标准?钢结构设计标准?〔GB 50017-2003〕〔以下简称标准〕提出了对承重结构钢材的质量要求，包括五个力学性能指标和碳、硫、磷的含量要求。这五个力学性能指标是抗拉强度、伸长率、屈服强度、冷弯试验〔性能〕和冲击韧性。抗拉强度fu，是钢材抵抗被拉断的性能指标，同时还能反映钢材内部组织的优劣，并与钢材的疲劳强度大小密切相关。伸长率δ〔δ5或δ10〕，是衡量钢材塑性性能的一个指标，钢材的塑性性能能使应力集中处的应力顶峰平缓，使该截面处的应力分布趋向均匀，能减少钢材脆性断裂的危险和易于冷加工。δ5或δ10分别是由短试件和长试件求得的伸长率，对同一钢材由短试件求得的δ5应大于长试件求得的δ10。屈服强度fy，是确定钢材强度设计值的主要指标。冷弯试验〔性能〕合格，是衡量钢材塑性的指标，同时也是衡量钢材质量的一个综合性指标。冲击韧性AKV，也叫做缺口韧性，是衡量钢材突然断裂时所吸收的功的指标，其值随金属组织和结晶状态的改变而急剧地变化。钢中的非金属夹杂物、带状组织、脱氧不良等都影响钢材的冲击韧性。必须注意的是：钢材的冲击韧性随温度而不同，低温时冲击韧性将明显降低。冲击韧性是钢材在冲击荷载或三轴向应力下具有可靠性的保证。影响钢材性能的主要因素二、影响钢材性能的主要因素钢的种类极多，依照用途不同而有不同的性能。用以建造钢结构的称为结构钢，它必须同时具有较高的强度、塑性和韧性，还必须具有良好的加工性能，对焊接结构还应保证其可焊性〔即在一定的焊接工艺条件下焊接后，焊缝金属和近焊缝区的钢材不产生裂纹，施焊后焊缝的力学性能不低于焊接母材的力学性能〕。强度高，可减小结构的截面积而节省钢材。塑性、韧性好可保证结构的平安，减少结构产生脆断的危险性。结构钢主要有两类，一是碳素结构钢中的低碳钢，另一是低合金高强度结构钢〔合金成分低于5写时称为低合金钢〕。两类钢的现行国家标准分别是?碳素结构钢?〔GB/T700〕和?低合金高强度’钢结构?〔GB/T 1591〕。影响钢材性能的因素较多，主要是钢的化学成分的影响和生产过程不同的影响。1．化学成分的影响〔1〕碳素钢主要是铁和碳的合金。钢因含碳量不同而区分为低碳钢〔C<0.25%〕、中碳钢〔C=0.25％~0.60%〕和高碳钢〔C=0.60％~1.7%〕。碳的含量愈高，钢的强度也愈高，但其塑性、韧性和可焊性却显著降低，因而用作建造钢结构材料的只能是低碳钢，要求C≤0.22％。对焊接结构，为了使其有良好的可焊性，通常须限制C≤0.20％。用于钢结构时，我国钢结构设计标准推荐采用国家标准?碳素结构钢?中的Q235钢〔字母Q为屈服点的屈字汉语拼音的第一个字母，Q后面的数字表示屈服点N/mm2〕，此钢的平均含碳量小于等于0.18%，屈服点fy=235N/mm2时，符合同时具有较大的强度、塑性和韧性的要求，可焊性也良好。〔2〕为了得到较Q235钢更高的强度，可在低碳钢的根底上冶炼时参加为提高钢材强度的合金元素如锰、钒等，得到低合金钢。参加适量的合金成分后，可提高强度又不损害塑性与韧性。这与碳素钢依靠增加碳的含量而提高强度完全不同。我国钢结构设计标准中推荐采用的低合金钢是国家标准中的Q345钢、Q390钢和Q420钢三种。〔3〕钢中除铁与碳及有意参加的合金元素之外，尚含有少量的其他元素如锰、硅、硫及磷等，此外，也还可能存在钢冶炼过程中不易除尽的氧、氮和氢等。锰对钢是有益元素，是钢液的弱脱氧剂。含适量的锰，可提高钢的强度同时不影响钢的塑性和冲击韧性。在碳素钢中其适宜的含量约在0.3％~0.8％之间。在低合金钢中，锰作为合金成分，其含量为1.2％~1.6％。硅对钢也是一种有益元素，是钢液的强脱氧剂。钢中含适量的硅，可提高钢的强度而不影响其塑性、韧性和可焊性。在低碳钢中其含量应为Si≤0.30写，在低合金钢中应为Si=0.20％~0.55％。硫和磷都是钢中的有害杂质。含硫量增大，会降低钢的塑性、冲击韧性、疲劳强度和抗锈性等；当对钢材进行轧制等热加工或电焊时，会使钢内形成微小裂纹，称为“热脆〞。磷的存在虽可提高钢的强度和抗锈性，但会降低钢的塑性、冲击韧性、冷弯性能和可焊性等。特别是磷能使钢材在低温时变脆，称为“冷脆〞。因此，标准中规定承重结构的钢材应具有硫和磷含量的合格保证。氧、氮和氢也都是有害杂质。氧与硫一样会使钢热脆，氮那么与磷相似会使钢冷脆，氢能使钢产生裂纹。2．生产过程对钢材性能的影响生产过程的影响包括冶炼时的炉种、浇注前的脱氧和热轧等的影响。〔1〕冶炼炉种。我国目前钢结构用的钢材，主要是由平炉和氧气转炉冶炼而成，现在这两种冶炼方法炼制的钢的质量大致相当，可以同样看待。〔2〕钢的脱氧。钢液中残留氧，将使钢材晶粒粗细不匀并发生热脆。因此浇注钢锭时在炉中或盛钢桶中参加脱氧剂以消除氧，可大大改善钢材的质量。因脱氧程度不同，钢可分成沸腾钢、半镇静钢、镇静钢和特殊镇静钢四类。沸腾钢采用锰作为脱氧剂，脱氧不完全，其冲击韧性较低和脆性转变温度较高，抵抗冷脆性能差，抗疲劳性能也较镇静钢为差，但沸腾钢的强度和塑性〔例如屈服点和伸长率〕并不比镇静钢低多少〔特别是薄钢板〕。镇静钢除采用锰外另增加一定数量的硅作为脱氧剂，脱氧充分，因而材质好，但本钱高于沸腾钢。半镇静钢的脱氧程度介于沸腾钢与镇静钢之间，故名半镇静钢。钢材的质量比沸腾钢好，价格那么较镇静钢廉价，但我国目前生产不是最多。特殊镇静钢采用硅脱氧后再用更强的脱氧剂铝补充脱氧，因而脱氧彻底，质量最好，其冲击韧性特别是低温冲击韧性都较高。目前因轧制钢材的钢坯推广采用连续铸锭法生产，钢材必然为镇静钢。因而镇静钢的应用已大大增多。〔3〕钢的轧制。我国的钢材大都是热轧型钢和热轧钢板。钢材热轧成型，同时也可细化钢的晶粒使组织紧密，原存在于钢锭内的一些微观缺陷如小气泡和裂纹等经过屡次辊轧而弥合，改良了钢的质量，如图6-1所示。因而薄型材和薄钢板的屈服点和伸长率等就大于厚材，即钢材的屈服点和伸长率随厚度不同而变化。上面简单说明影响钢材力学性能的主要因素，只是涉及钢材在出钢厂以前的有关因素。钢材出钢厂以后，在制造和使用时还会有许多因素影响钢的力学性能，例如下面将介绍的钢在冷加工时发生的应变硬化和时效硬化。3．钢材的硬化钢材的硬化包括冷加工硬化〔应变硬化〕和时效硬化。钢材经冷拉、冷弯等冷加工而产生塑性变形，卸荷后重新加荷，可使钢材的屈服点得到提高，但钢材的塑性和韧性却大大降低，这种现象称为冷加工硬化或应变硬化。在钢结构中由于对钢材的塑性和韧性要求较高，因此一般不利用这现象以提高钢材的屈服点。对锅炉汽包、压力容器等重要结构，常需用热处理方法来消除冷加工硬化的不利影响。重级工作制吊车梁截面的钢板当用剪切边时，也常需将剪切边刨去3-5mm以去掉出现冷加工硬化局部的钢材。但在冷弯薄壁型钢结构中，将钢板冷弯成型时，其转角处钢材屈服点的提高，在标准GB 5 0018中对此那么有所考虑。时效硬化是指随时间的增长钢材强度提高而塑性和冲击韧性降低的现象。这也是一个对钢结构的不利因素。时效过程可长达几年，但如在塑性变形后对钢材加热到200-300℃，可使时效在几小时内完成，这称为人工时效。有些重要结构常需进行人工时效，然后再测定其冲击韧性，以保证钢材长期具有较好的韧性。钢材的脆性断裂、层状撕裂三、钢材的脆性断裂〔冷脆〕钢材在一般情况下是弹塑性材料，但特殊条件下可以转变为脆性材料，因而钢材的破坏可区分为塑性破坏和脆性破坏两种方式，脆性断裂只发生在承受拉伸时。钢材拉伸时的塑性破坏特征是：〔1〕破坏前有较大的塑性变形，有明显的颈缩现象，因而易及时发现，危险性小。〔2〕构件断裂发生在应力到达钢材的抗拉强度fu时。脆性破坏特征是：〔1〕破坏前的变形很小，破坏系突然发生，事先无警告，因而危险性大。〔2〕破坏时的应力常小于钢材的屈服点fy。〔3〕断口平直，呈有光泽的晶粒状。影响钢材脆断的因素主要有以下几种：①钢材的质量；②钢板的厚度；③加荷的速度；④应力的性质〔拉、弯等〕和大小；⑤最低使用温度；⑥连接的方法〔焊接〕；⑦应力集中程度等。钢材的断裂，来源于早已存在于钢材的一些微小裂纹。因此，要防止脆性断裂，就应尽量设法消除或减少钢材中的微裂纹。从事故的分析中，还可看到事故都是在低温下发生，温度愈低，愈易脆断，而且大多数是焊接结构。焊接裂纹是钢材中存在微裂纹的重要原因。因此对低温地区的焊接结构要特别注意。下面列举防止钢材脆断的一些措施：〔1〕对低温地区的焊接结构要注意选用质量等级较高的钢材。如选用对冲击韧性有较高要求的镇静钢或特殊镇静钢，对钢的成分特别是碳、硫、磷的含量要严格控制；不应采用厚度大的钢材。此外，如果对钢材进行冷加工，那么应将有冷加工硬化局部的钢材刨去等。〔2〕对焊接结构特别是低温地区，设计时要注意焊缝的正确布置和施焊时注意焊缝的质量。〔3〕力求防止应力集中。当构件的截面发生急剧改变，那么该处将产生应力顶峰，此现象称为应力集中，举例如下：图6-2〔a〕表示承受均匀拉力的一钢板当板中部有一圆孔时板内的应力分布情况。在远离圆孔的截面1-1处，板中应力线根本相互平行，截面上的应力均匀分布，如图6-2〔b〕所示。在通过圆孔中心的截面2-2处，由于截面受到圆孔的削弱而突然改变，截面上的应力不再均匀分布如图6-2〔。〕所示，孔边缘处出现应力顶峰。另外，从图6-2〔a〕中的应力线分布可知，在截面2-2附近，由于孔的存在，应力线必须“绕道〞而过；在孔边缘处，应力线较密集因而应力值就较大，同时又因应力线弯曲，在y方向将产生分力即拉应力σy，而使孔边缘附近形成同号平面应力或同号三向应力〔厚度较大时〕。同号平面应力或三向应力将使钢材变脆。因而设计时要注意不使截面有突然的改变，特别是在低温地区更应如此。在常温地区当承受静力荷载时，应力集中并不显著影响构件的强度。当应力顶峰处的σmax到达屈服点fy后，由于该处钢材的塑性变形，截面上的应力将产生重分布而使分布趋向均匀。但当各种不利因素集中在一起，如应力集中程度较高，地处低温地区及材质又较差时，应力集中就将是造成脆性断裂的因素之一。〔4〕结构在使用时应防止使其突然受力，要使加荷的速度不致过大。加荷速度愈大，脆断的可能性也愈大。减小荷载的冲击和降低应力水平，也是防止钢材脆性断裂的一个措施。四、钢材的层状撕裂钢材的层状撕裂也是一种脆性断裂，主要发生在厚板中，是近30多年才引起注意的一种钢材破坏形式。钢材轧制时，在顺轧制方向的材质最强，横轧制方向略次，而在厚度方向为最差〔厚板在厚度方向常起层状〕。当钢材在厚度方向产生应变而变形又不受约束时，将使板弯曲如图6-3〔a〕所示；当变形受到约束时如厚板连接，就有可能在厚板中产生层状撕裂，如图6-3〔b〕所示。图中沿板厚度方向的应变是由于焊缝冷却时的横向收缩所引起。要防止层状撕裂，焊缝的正确布置极为重要。图6-4给出了由两块钢板组成的两个角结点的两种焊缝布置。图6-4〔a〕、〔c〕的布置形式，易使钢板产生层状撕裂。改成图6-4〔d〕所示的形式后就不易产生层状撕裂。在高层建筑的梁、柱刚性焊接连接中，在负弯矩产生的拉力作用下，梁上翼缘水平处的H形截面柱翼缘厚钢板上将产生沿厚度方向的拉力作用而易发生层状撕裂。在此情况下，当钢板厚度大于40mm时，宜采用在厚度方向有抗层状撕裂性能的Z向钢板。这种钢板的我国国家标准是?厚度方向性能钢板?〔GB/T 5313〕，适用于厚度为15-150mm、屈服点不大于500N/mm2的镇静钢钢板。钢板的抗层状撕裂性能采用厚度方向的拉力试验的断面收缩率大小来评定。钢材的牌号和选用五、钢材的牌号和选用标准推荐的承重结构用钢材主要是碳素结构钢中的低碳钢和低合金高强度结构钢两类，包括Q235、Q345、Q390和Q420四种，各有国家标准对其牌号的表示方法和技术条件等作出规定。1．钢材的牌号与质量等级对应用较广的碳素结构钢，我国的现行国家标准是GB/T 700-88，其中的一些主要规定介绍如下。〔1〕牌号的表示方法。以Q235钢为例，其牌号的完整表示方法为：Q235——质量等级符号·脱氧方法符号质量等级分A、B、C、D四级，依次以A级质量较差，D级质量最高。脱氧方法符号为F、b、Z和TZ，分别表示沸腾钢、半镇静钢、镇静钢和特殊镇静钢，但在牌号表示方法中，Z和TZ的符号可以省略。〔2〕钢材的质量等级不同，其化学成分、脱氧要求和冲击韧性要求将有所不同，但由拉伸试验确定的力学性能〔包括抗拉强度、屈服点和伸长率〕那么与等级无关。屈服点随钢材厚度分级降低，牌号中的235N/mm2是钢板厚度小于或等于16mm时的屈服点值。A级和B级钢各有F、b和Z三种脱氧方法，C级钢只有镇静钢，D级钢只有特殊镇静钢。〔3〕冲击韧性要求为：Q235——A不作冲击韧性试验要求；Q235——B作常温〔20℃〕冲击韧性试验；Q235——C作0℃冲击韧性试验；Q235——D作一20℃冲击韧性试验。冲击韧性试验采用夏比V形缺口试件。冲击韧性指标为Akv。对上述B、C、D级钢在其各自不同温度要求下，都要求到达Akv≥27Ｊ〔1J=1N·m〕。〔4〕根本上都要求同时保证力学性能与化学成分和规定采用平炉或氧气转炉冶炼，故牌号中无老标准要求的钢类和炉种符号。〔5〕A级钢除保证力学性能外，其含碳量和含锰量不作为交货条件，但可在质量证明书中注明其含量。A级钢的冷弯试验在需方有要求时才进行。〔6〕用沸腾钢轧制的B级钢〔Q235-B·F〕，其厚度〔或直径〕一般不大于25mm〔以免厚度大时质量不易保证〕。我国国家标准?低合金高强度结构钢?〔GB/T 1591-94〕中的牌号表示方法与上述碳素结构钢的相同，只是质量等级分A~E共5级。由于低合金钢一般都是镇静钢，因而其牌号后面无脱氧方法的符号。对标准中推荐采用的三个牌号〔Q345钢、Q390钢和Q420钢〕的冲击韧性要求是：对其A级钢规定都不做冲击韧性试验；对其B、C和D级钢规定依次各做十20℃、0℃和-20℃时的冲击韧性试验，其合格标准均为Akv=34J；对这三个牌号的E级钢都要求做－40℃的冲击韧性试验，其合格标准为Akv=27J。2．钢材的选用为了说明钢材的选用，应先了解标准中对钢材材性的要求。可归纳为下述4点：〔l〕所有承重结构的钢材均应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷含量的合格保证，对焊接结构尚应具有碳含量的合格保证。〔2〕焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构的钢材尚应具有冷弯试验的合格保证。〔3〕对需验算疲劳的结构，不管其为焊接或非焊接，其钢材都应具有常温〔即20℃〕冲击韧性的合格保证。当结构的工作温度等于和低于0℃时，各牌号钢材应按表6-1所列分别满足不同低温的冲击韧性的合格保证。〔4〕吊车起重量等于或大于50t的中级工作制吊车梁，对钢材冲击韧性的要求应与需要验算疲劳的构件相同。上述4点是设计者在选用钢材牌号时必须满足的材性要求。要注意上述第〔3〕点规定需冲击韧性试验合格保证的条件是需验算疲劳。钢结构构件及其连接由于一般都存在微观裂纹，在屡次加载和卸载作用下，裂纹逐渐扩展，在其强度还低于抗拉强度，甚至低于屈服点的情况下突然断裂，称为疲劳破坏。这是危害性很大的一种脆性破坏，必须防止。标准规定：直接承受动力荷载重复作用的钢结构构件及其连接，当应力变化的循环次数n等于或大于5 X10，次时应进行疲劳计算。冲击韧性是衡量钢材突然断裂时所吸收的功的指标，可用以间接反映钢材抵抗由于各种原因而引起脆断的能力。标准规定需验算疲劳的结构必须具有各种温度下的冲击韧性合格保证，原因即在于此。正确选用钢材，是保证结构的平安使用和降低造价所必须做到的。钢材质量等级愈高，钢材的价格也愈高。因此应根据实际需要来选用适宜的钢材质量等级。一般情况下，应根据结构的重要性〔损坏带来后果的严重性〕、荷载特征〔静力荷载、动力荷载等〕、结构形式、应力状态〔拉应力或压应力〕、连接方法〔焊接或非焊接〕、板件厚度和工作环境〔低温等〕等因素综合考虑，选用适宜的钢材牌号和材性要求。下面列举几个具体例子：〔l〕焊接结构不应选用Q235一A级钢，原因是其含碳量不作为交货条件，不符合焊接结构应有含碳量合格的保证的要求。〔2〕对重要的焊接结构，在选用碳素结构钢时，宜选用C级和D级。〔3〕当焊接结构需验算疲劳且工作温度低于-20℃，在选用碳素结构钢时，应选用D级钢。当为非焊接结构，那么可选用Q235一C钢，不必用D级。〔4〕关于何时宜用低合金结构钢，那么应根据荷载大小等因素确定。低合金结构钢的屈服点较Q235钢高，但其弹性模量那么与Q235钢相同，两者的疲劳强度也是相同的。根据这些特点，例如一受弯构件，其截面系由挠度控制，或由疲劳控制，选用低合金钢就不能显示其强度较高的优点。相反假设内力较大，截面由钢材的强度控制，那么选用低合金钢就可以节省钢材。这里只能原则地说明，实际应用时应根据具体情况来确定。〔5〕对处于外露环境且对大气腐蚀有特殊要求的，或在腐蚀性气态和固态介质作用下的承重结构，宜采用抗腐蚀性能较强的耐候钢。耐候钢的质量要求应符合现行国家标准?焊接结构用耐候钢?〔GB/T 4172〕的要求。〔6〕对焊接承重结构有防止层状撕裂要求时，宜采用Z向钢，其材质应符合国家标准?厚度方向性能钢板?〔GB/T 5313〕的规定。3．钢材的规格钢结构所用钢材常由钢厂以热轧钢板和热轧型钢供给，由钢结构制造厂按设计图纸制成结构或扩大的构件，然后运到工地现场拼装和吊装。下面简要介绍型钢和钢褥的种类与规格。〔1〕热轧钢板钢结构中常用的热轧厚板，厚度由4.5mm到60mm。厚钢板可用以制作各种板结构和各种焊接组合工字形或箱形截面的构件，如图6-6〔e〕~图6-6〔c〕所示。此外还可用作连接用的结点板、支座底板、加劲肋等的构件。除厚板外尚有热轧扁钢和热轧薄板。扁钢宽度较小〔≤200 mm〕，因此在结构中用处较少。薄板厚度为0.35~4 mm，主要用以制作冷弯薄壁型钢。钢板的符号是“一厚度×宽度×长度〞〔也有采用把宽度写在厚度前面的标注方法，两者均可〕，例如：一8×400×3000，单位为“mm"，常不加注明。数字前面的一短划线表示钢板截面。〔2〕热轧型钢我国生产的热轧型钢有如图6-5所示的等边角钢、不等边角钢、普通槽钢、普通工字钢、H型钢和剖分T型钢。角钢的符号为“∠边长×厚度〞〔等边角钢〕或∠艺长边×短边×厚度〞。例如：∠1 10×10或∠90×56×6。单位毫米不必注明。槽钢的符号为“[型号〞，例如：[22，型号22代表槽钢的截面高度为220 mm。截面高度相同而腹板厚度不同时，那么分别用a、b等予以区别。例如［32a、［32b和［32c三种截面的高度都是320mm，但其腹板厚度不同，各为8mm、10mm和12mm。工字钢的符号与槽钢相同，即“I型号〞，例如I63a、I63b等，型号63表示工字钢高度为630tnm，a、b等表示截面的腹板厚度有所不同。热轧H型钢〔见图6一5f〕在国外应用较多，而在我国那么刚投产不久。H型钢的翼缘宽度B和截面高度H较接近，因而对截面两个主形心轴x和y的刚度较接近，适宜作为柱截面。按照我国国家标准?热轧H型钢和剖分T型钢?〔GB/T 11263-1998〕，H型钢有宽翼缘、中翼缘和窄翼缘三种，宽翼缘H型钢的宽度B和高度H相同，而后两种H型钢的B和H不等，B小于H。H型钢的标注方法是“H高度×宽度×腹板厚度×翼缘厚度，例如H350×350×10×16，单位为毫米，不必标出。剖分T型钢是由上述H型钢在腹板中部一剖为二而成，图6-5中未画出。T型钢的标注方法与H型钢相同，只要把H换成T即可。除上面所述主要热轧型钢外，还有钢管〔见图6-5 e〕也是近年来经常采用的截面，特别是当前应用较多的大跨度网架结构中更是用它作为构件。此外，钢管混凝土结构中也离不开采用钢管。钢管分热轧的无缝钢管和由钢板焊接而成的电焊钢管，前者的价格贵于后者。钢管的符号为“Φ外径×厚度〞，例如势95×5，表示钢管外部直径为95，壁厚为5。〔3〕冷弯薄壁型钢冷弯薄壁型钢是由钢板经冷加工而成的型材，采用冷弯型钢机成型、压力机上模压成型或在弯曲机上弯曲成型。截面种类较多，有角钢、槽钢、Z型钢、帽形钢、钢管等，其中前三种又可带卷边或不带卷边，如图6-6所示。这些型钢可单独使用，也可组合成组合截面。因厚度较薄，可使截面的刚度增大而得到更经济的截面。此外，目前还已生产有防锈涂层的彩色压型钢板，可用作墙面和屋面等。冷弯薄壁型钢目前在我国的轻型建筑钢结构中常有应用。4．钢材和连接的强度设计值钢材的强度设计值应根据钢材厚度或直径按标准表3.4.1-1采用，连接的强度设计值应按标准表3.4.1-3至表3.4.1-5采用。这里需注意的是，在某些不利工作情况下，标准表3.4.1-1和表3.4.1-3至表3.4.1-5中给出的强度设计值还应乘于相应的折减系数，具体规定见标准第3.4.2条。2021年一级注册建筑师建筑结构要点总结第30讲讲义钢结构的连接方法第三节钢结构的连接一、钢结构的连接方法采用组合截面的钢构件需用连接将其组成局部即钢板或型钢连成一体。整个钢结构需在结点处用连接将构件拼装成整体。因此，钢结构连接设计好坏将直接影响钢结构的质量和经济。钢结构的连接方法，历史上曾用过销钉、螺栓、铆钉和焊缝等连接，其中销钉和铆钉连接已不在新建钢结构上使用，因此以下不再涉及此两种连接。1．焊缝连接焊缝连接是当前钢结构的主要连接方式，手工电弧焊和自动〔或半自动〕埋弧焊是目前应用最多的焊缝连接方法。与螺栓连接相比，焊接结构具有以下的优点：〔1〕比拟图6-7所示钢板的螺栓连接和焊缝连接，可见焊缝连接不需钻孔，截面无削弱；不需额外的连接件，构造简单；从而焊缝连接可省工省料，得到经济的效果。这些可以说是它的最大的优点。〔2〕焊接结构的密闭性好、刚度和整体性都较大。此外，有些结点如钢管与钢管的Y形和T形连接等，除焊缝外是较难采用螺栓连接或其他连接的。焊缝连接也存在以下一些缺乏之处：〔l〕受焊接时的高温影响〔2〕焊缝易存在各种缺陷焊缝附近的主体金属易导致材质变脆。因而导致构件内产生应力集中而使裂纹扩大。〔3〕由于焊接结构的刚度大，个别存在的局部裂纹易扩展到整体。前面曾提及特别是焊接结构容易发生低温冷脆现象，就是这个原因。〔4〕焊接后，由于冷却时的不均匀收缩，构件内将存在焊接剩余应力，可使构件受荷时局部截面提前进入塑性，降低受压时构件的稳定临界应力。〔5〕焊接后，由于不均匀胀缩而使构件产生焊接剩余变形，如使原为平面的钢板发生凹凸变形等。由于焊缝连接存在以上缺乏之处，因此设计、制造和安装时应尽量采取措施，防止或减少其不利影响。同时必须按照国家标准?钢结构工程施工质量验收标准?中对焊缝质量的规定进行检查和验收。假设对材料选用、焊缝设计、焊接工艺、焊工技术和加强焊缝检验等五方面的工作予以注意，焊缝容易脆断的事故是可以防止的。2．螺栓连接〔1〕螺栓的种类钢结构连接用的螺栓有普通螺栓和高强度螺栓两种。普通螺栓一般为六角头螺栓，产品等级分为A、B、C三级。对C级螺栓，标准选用了其中性能等级为4.6级和4.8级两种。4.6级表示螺栓材料的抗拉强度不小于400N/mm2，其屈服点与抗拉强度之比为0.6，即屈服点不小于240N/mm2，余类推。因此C级螺栓一般可采用Q235钢，由热轧圆钢制成，为粗制螺栓，对螺栓孔的制作要求也较低，在普通螺栓连接中应用最多。产品等级为A级和B级的普通螺栓为精制螺栓，对螺栓杆和螺栓孔的加工要求都较高。标准中选用了该标准中性能等级为5.6级和8.8级的两种，为普通螺栓连接中的高强度螺栓。普通螺栓的安装一般用人工扳手，不要求螺杆中必需有规定的预拉力。钢结构中用的高强度螺栓，有特定的含义，专指在安装过程中使用特制的扳手，能保证螺杆中具有规定的预拉力，从而使被连接的板件接触面上有规定的预压力。为提高螺杆中应有的预拉力值，此种螺栓必须用高强度钢制造。前面介绍的普通螺栓中的A级和B级螺栓〔性能等级为5.6和8.8级〕虽然也用高强度钢制造，但仍称其为普通螺栓。高强度螺栓的性能等级有8.8级和10.9级两种。高强度螺栓由中碳钢或合金钢等经热处理〔淬火并回火〕后制成，强度较高。8.8级高强度螺栓的抗拉强度fub不小于800N/mm2，屈强比为0.8。10.9级高强度螺栓的抗拉强度不小于I000N／mm2，屈强比为0.9。钢结构连接中常用螺栓直径d为16、18、20、22、24mm等。〔2〕螺栓连接的种类螺栓连接由于安装省时省力、所需安装设备简单、对施工工人的技能要求不及对焊工的要求高等优点，目前在钢结构连接中的应用仅次于焊缝连接。螺栓连接分普通螺栓连接和高强螺栓连接两大类。按受力情况又各分为三种：抗剪螺栓连接、杭拉螺栓连接和同时承受剪拉的螺栓连接。普通螺栓连接中常用的是粗制螺栓〔C级螺栓〕连接。其抗剪连接是依靠螺杆受剪和孔壁承压来承受荷载，如图6-8所示。其抗拉连接那么依靠沿螺杆轴向受拉来承受荷载。粗制螺栓的抗剪连接，一般只用于一些不直接承受动力荷载的次要构件如支撑、擦条、墙梁、小桁架等的连接，以及不承受动力荷载的可拆卸结构的连接和临时固定用的连接中。相反，由于螺栓的抗拉性能较好，因而常用于一些使螺栓受拉的工地安装结点连接中。普通螺栓连接中的精制螺栓〔A、B级螺栓〕连接，因质量较好可用于要求较高的抗剪连接，但由于螺栓加工复杂，安装要求高〔孔径与螺杆直径相差无几〕，价格昂贵，目前常为下面将介绍的高强度螺栓摩擦型连接所替代。高强螺栓承压型连接对螺栓材质、预拉力大小和施工安装等的要求与摩擦型的完全相同，只是它是以摩擦力被克服、结点板件发生相对滑移后孔壁承压和螺栓受剪破坏作为承载能力极限状态，因此它的承载能力高于高强度螺栓摩擦型连接，可节省连接材料。但这种连接由于在摩擦力被克服后将产生一定的滑移变形，因而其应用受到限制。标准规定它只能用于承受静力荷载或间接承受动力荷载的结构中。连接处构件接触面的外表处理要求较摩擦型连接为低，仅要求去除油污及浮锈。承压型连接的工作性能与普通螺栓的完全相同，只是由于螺杆预拉力的作用和高强度钢的应用使连接的性能优于普通螺栓连接。焊接接头形式和焊缝形式、焊缝符号二、焊缝连接的构造和计算1．焊接接头形式和焊缝形式图6-7中已表示了焊缝连接最常用的三种接头形式，即对接接头、搭接接头和T形接头。除此之外，还有角形接头和十字形接头如图6-10所示，其中角形接头主要用于箱形截面的四角，十字形接头那么可看成两个T形接头。对接焊缝和角焊缝是钢结构焊缝连接的两种主要焊缝形式。由图6-7和图6-10可见，对接焊缝传力直接，焊缝受力明确，且根本不产生应力集中，构造也最简单，用料省。但随着板厚的增加，为了能焊透焊缝和节省焊缝金属〔即减少焊条消耗〕，对焊件的边缘需进行坡口加工〔焊件板厚t>10mm时〕，而且对整个板材断料长度的精度有严格要求。这些都给对接焊缝的应用带来一定的限制。角焊缝连接的传力没有对接焊缝直接，受力也较复杂，不如对接焊缝明确，且较费料，但由于角焊缝连接不需对焊件边缘进行加工，对板件断料尺寸的精度要求也没有对接焊缝高，因而角焊缝在钢结构中的应用远多于对接焊缝。2．焊缝符号〔或焊缝代号〕在钢结构施工图纸上，焊缝的形式、尺寸、辅助要求等一律用焊缝符号表示。有关焊缝符号及标注方法，可参阅国家标准?建筑结构制图标准?〔GB/T 50105-2001〕，以下仅作简单介绍。焊缝符号由指引线和表示焊缝截面形状的根本符号组成，必要时还可加上辅助符号、补充符号和焊缝尺寸符号。〔1〕指引线一般由带有箭头的指引线〔简称箭头线〕和一条基准线组成，均为细线如图6-11所示。为引线的方便，允许箭头线弯折一次。图6-11中〔b〕和〔e〕图的表示方法是相同的，都代表〔a〕图所示V形对接焊缝。〔2〕根本符号用以表示焊缝的形状，今摘录钢结构中常用的一些根本符号如表6-2所示。根本符号与基准线的相对位置是：1〕如果焊缝在接头的箭头侧，根本符号应标在基准线的上方。2〕如果焊缝在接头的非箭头侧，根本符号应标在基准线的下方。3〕当为单面的对接焊缝如V形焊缝、U形焊缝，那么箭头线应指向有坡口一侧如图6-11所示。为了说明上述第1〕和2〕点的规定，特举例示于图6-12。〔3〕辅助符号是表示焊缝外表形状特征的符号，补充符号是为了补充说明焊缝的某些特征而采用的符号，见?建筑结构制图标准?〔GB/T 50105-2001〕。〔4〕焊缝尺寸在基准线上的注法是：1〕有关焊缝横截面的尺寸如角焊缝的焊脚尺寸hf；等一律标在焊缝根本符号的左侧2〕有关焊缝长度方向的尺寸如焊缝长度等一律标在焊缝根本符号的右侧。当箭头线的方向改变时，上述原则不变。3〕对接焊缝的坡口角度、根部间隙等尺寸标在焊缝根本符号的上侧或下侧。对接焊缝的计算和构造3．对接焊缝的计算和构造〔1〕对接焊缝的计算1〕对接焊缝的有效截面施焊对接焊缝时应在焊缝的两端设置引弧板和引出板〔以后一律简称引弧板〕，如图6－13所示，其材质和坡口形式应与焊件相同。焊接完毕，用气割将引弧板切除，并将焊件边缘修磨平整，严禁用锤将其击落。此时对接焊缝的有效长度lw当与焊件的宽度b相同。当焊缝为焊透时，焊缝的有效厚度也与焊件厚度相同〔焊缝外表的余高即凸起局部，常略去不计〕。因此，对接焊缝的有效截面等于焊件的截面。当无法使用引弧板施焊时设计标准中规定：每条焊缝的有效长度lw在计算时应减去2t〔t为焊件厚度〕，以考虑焊缝两端在起弧和熄弧时的影响，此时两者的截面就略有差异。2〕对接焊缝的强度设计值标准对对接焊缝的各种强度设计值作了如下规定；对接焊缝的抗压强度设计值介、抗剪强度设计值介和焊缝质量为一、二级时的抗拉和抗弯强度设计值介均取与焊件钢材相同的相应强度设计值，而对焊缝质量为三级的厂那么取相应焊件钢材强度设计值了的0.85倍，并取以5N/rnm2为倍数的整数。关于焊缝质量等级的标准在?钢结构工程施工质量验收标准?中有明确规定，详见该标准。例如除对设计要求全焊透的焊缝应作外观缺陷检查外，一级焊缝要求对每条焊缝长度的100%进行超声波探伤；二级焊缝那么要求对每条焊缝长度的20%且不小于200mm进行超声波探伤。对三级焊缝那么要求仅作外观检查，不进行超声波检查。又如外观检查时，对一级、二级焊缝不允许存在如外表气孔、夹渣、弧坑裂纹、电弧擦伤等各种缺陷，一级焊缝还不应有咬边，未焊满和根部收缩等缺陷。而对二级和三级焊缝除裂纹及焊瘤一律不允许存在，其余的缺陷如咬边和未焊透等那么规定了其存在的不同程度。因此设计标准中认为符合一、二级质量等级的焊缝，其缺陷或是不存在或是不严重，因而其ftw可与焊件母材的f相同；而三级质量等级的焊缝，其ftw应较母材的为低，取ftw=0.85f。焊缝质量等级应由设计人员根据焊缝的重要性在设计图纸上作出规定，制造厂那么按图纸要求进行施焊和质量检查。3〕对接焊缝连接的计算一般情况下，对接焊缝的有效截面与所焊接的构件截面相同，焊缝的受力情况与构件相似，焊缝的强度设计值又与母材相等〔一、二级焊缝时〕，因此当构件已满足强度要求时，对接焊缝的强度就没有必要再进行计算。当焊缝质量等级为三级时，其抗拉和抗弯曲受拉的强度设计值ftw=0.85f；当对接焊缝不用引弧板施焊时，每条焊缝的有效长度应较实际长度减小2t；对施工条件较差的高空安装焊缝，由于焊接质量较地面上施焊时难以保证，设计标准中规定其强度设计值应乘以折减系数0.9；对无垫板的单面施焊对接焊缝，由于不易焊满，其强度设计值应乘以折减系数0.85。在上述各种情况下，对接焊缝的强度应予验算。对接焊缝的强度计算方法与构件截面强度计算相同。构件截面强度的计算除少数情况外都是直接利用材料力学公式，因而焊缝强度也就完全可利用材料力学中的计算公式来进行，这里就不一一提及。下面只作有关的几点说明：〔a〕后面受弯构件〔梁〕设计计算中将提到，受弯构件截面的强度计算，当构件不需验算疲劳时，设计标准中规定容许截面上开展塑性变形，但在受弯对接焊缝的计算中不宜考虑开展塑性变形，即仍是利用材料力学公式进行验算：(6-1)式中MX―对接焊缝截面所受的弯矩设计值；Wx―焊缝有效截面的弹性截面模量，WX=IX/ymax，IX为焊缝有效截面对其中和轴的惯性矩，ymax为由中和轴至截面上最远纤维的距离。〔b〕在对接接头和T形接头中，承受弯矩和剪力共同作用的对接焊缝，除对其正应力和剪应力分别按材料力学公式计算外，在同时受有较大正应力和较大剪应力处〔例如梁腹板横向对接焊缝的端部〕尚应根据复杂应力状态下钢材的屈服条件，按下式计算折算应力：(6-2)式〔6-2〕中不等号后的系数1.1，是考虑到需验算折算应力的部位只是局部一点，因而把强度设计值予以提高10％。〔c〕当钢板在轴心拉力作用下，对接正焊缝质量等级为三级、强度不能满足要求时，常改用斜焊缝以增加焊缝的长度使斜焊缝与钢板等强，如图6-14所示。此时焊缝的强度可分别按以下两式计算：我国设计标准规定：当斜焊缝与作用力N间的夹角θ符合tanθ≤1.5〔即θ56.30〕时，其强度可不计算。具体设计时通常采用θ=45°利用斜焊缝，需将钢板斜切，当钢板宽度较大时可能使钢板的损耗加大。因此，斜焊缝对接宜用于较狭的钢板，例如可用于焊接工字形截面的受拉翼缘板的拼接，而不宜用于其腹板的拼接。〔2〕对接焊缝的构造要求1〕凡上述对接焊缝都要求焊透，因此，需视焊件厚度对其边缘采用不同的坡口形式进行加工。通常当焊件板厚在10mm及以下时，边缘不需加工，称为I形焊缝；当板厚在20mm以下时常采用V形焊缝；板厚大于20mm时，那么常采用U形、X形或K形焊缝，均见图6-15。当为单面施焊时〔见图6-15a一图6-15d〕，为了保证焊透，在一侧施焊完毕后，常需翻过来在反面去除根部后进行一次补焊〔称为封底焊〕。如无条件进行封底焊，那么应在正面施焊时在焊缝的根部加设临时的垫板。我国设计标准中也容许局部焊透的对接焊缝，但其受力性能与上述不同，见标准第7.1.5条。2〕在对接焊缝的拼接处，当两焊件宽度不同或厚度相差4mm以上时，应分别在宽度方向或厚度方向从一侧或两侧做成坡度不大于1：2.5的斜角如图6-16所示。对直接承受动力荷载且需要进行疲劳验算的结构，斜角坡度不应大于1：。当厚度不同时，焊缝坡口的形式应根据较薄焊件的厚度按国家标准取用。3〕当采用对接焊缝拼接钢板时，纵横两方向的对接焊缝，可采用十字形交叉或T形交叉如图6-17所示。当采用T形交叉时，交叉点应分散，其间距不得小于200mm。直角角焊缝的计算和构造4．直角角焊缝的计算和构造〔l〕根本概念1〕直角角焊缝的截面形状：如图6-18所示，因工程应用中多数属此，故常简称角焊缝。绝大多数角焊缝的两焊脚尺寸相等均为hf，焊缝外表略凸如图6-18〔a〕所示，少数因需要而采用不等焊脚尺寸或为凹面如图6-18〔b〕和图6-18〔c〕所示。2〕角焊缝的有效截面Ae：计算时不计及余高和熔深，假定焊缝截面为一等边直角三角形如图6-18所示〔图中未示出熔深〕，取每条角焊缝的有效截面为Ae=helw=0.7hflw。这里，hf为焊脚尺寸〔图6一18〕，0.7hf为焊缝的计算厚度〔或称有效厚度〕记作he；lw是焊缝的计算长度，对每条焊缝取其实际长度l减去2hf，即取lw=l一2hf，以考虑焊接时起弧和熄弧处焊缝有缺陷的不利影响。3〕侧面角焊缝：焊缝长度〔轴线〕与外力作用方向一致〔平行〕的焊缝称为侧面角焊缝，如图6-19所示。试验研究说明：侧面截面角焊缝主要受剪，强度较低，破坏通常发生在沿45°方向的有效截面，因此强度较低，但塑性性能好；沿焊缝长度在有效截面上的剪应力分布不均匀，两端大，中间较小，焊缝愈长，不均匀分布的程度愈大，但由于塑性变形，在破坏前分布可逐渐趋向均匀。4〕正面角焊缝：焊缝长度与外受力作用方向相垂直的焊缝称为正面角焊缝，如图6-19所示。试验研究说明：正面角焊缝多轴受力〔复杂应力状态〕，破坏通常不发生在45°方向的有效截面，因此强度较侧面角焊缝为高，一般可高1/3左右，且刚度较大；沿焊缝长度在有效截面上的应力分布较均匀。〔2〕根本假定角焊缝中的应力分布较复杂，侧面角焊缝和正面角焊缝的受力性能不同，很难精确计算。因此，目前我国和国际上许多国家〔地区〕对角焊缝采用简化计算法，即计算时采用以下简化假定：1〕每条角焊缝计算时的破坏截面为沿45°方向的有效截面，即为he lw=0.7hflw。2〕角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值取相同数值，标准中记作ffw。3〕在轴心力〔通过焊缝形心的拉力、压力或剪力〕作用下，沿焊缝长度有效截面上的应力均匀分布；弹性分析时，力矩〔弯矩或扭矩〕作用下焊缝有效截面上的应力按材料力学公式计算。大量试验和工程实践证明，上述三个根本假定是平安可靠的。〔3〕根本计算公式1〕在通过焊缝形心的拉力、压力或剪力作用下：正面角焊缝〔作用力垂直于焊缝长度方向〕：(6-4)侧面角焊缝〔作用力平行于焊缝长度方向〕:(6-5)2〕在各种力综合作用下，σf和τf共同作用处：(6-6)式中σf―按焊缝有效截面〔h elw〕计算，垂直于焊缝长度方向的应力；τf―按焊缝有效截面〔helw〕计算，沿焊缝长度方向的剪应力；βf―正面角焊缝的强度设计值增大系数：对承受静力荷载和间接承受动力荷载的结构βf=1.22；对直接承受动力荷载的结构，βf=1.0。其他符号意义同前。〔4〕角焊缝的尺寸限制和构造要求角焊缝的尺寸包括焊脚尺寸和焊缝计算长度等。在设计角焊缝连接时，除满足强度要求外，还必须符合对其尺寸的限制和构造上的要求1〕焊脚尺寸hf〔参阅图6-20〕〔a〕角焊缝的焊脚尺寸相对于焊件的厚度不能过小。标准规定：手工焊时，自动焊时，T形接头单面角焊缝时，式中t——较厚焊件的厚度，mm。当焊件厚度t≤4mm时，那么取hf=t。〔b〕焊脚尺寸相对于焊件厚度也不能过大。标准规定：hf≤1.2t，t为较薄焊件的厚度。板件〔厚度为t〕边缘的角焊缝最大焊脚尺寸尚应符合以下要求以防止焊件边缘棱角被烧熔：当t≤6mm时，hf≤t；当t>6mm时，hf≤〔1~2〕。圆孔和槽孔中的角焊缝焊脚尺寸还宜符合：d为圆孔直径或槽孔的短径。2〕焊缝的计算长度〔a〕角焊缝的计算长度不宜过小。标准规定正面角焊缝和侧面角焊缝的计算长度都应满足：〔b〕前面已讲过，传递轴心荷载的侧面角焊缝有效截面上的剪应力沿焊缝长度是不匀分布的，而且焊缝长度愈大，不均匀分布程度愈甚。为了防止应力分布过分不均匀，范中规定侧面角焊缝的计算长度不宜大于60hf，当大于这数值时，其超过局部在计算不予考虑。假设内力是沿侧面角焊缝全长分布时，其计算长度不受此限制。3〕在直接承受动力荷载的结构中，为了传力路线平坦，正面角焊缝宜采用1，1.5的不等焊脚角焊缝，如图6-21所示。对侧面角焊缝仍可采用1：1等焊脚角焊缝。为了减小接头处截面上的应力集中程度，角焊缝的外表宜为直线形或凹形。2021年一级注册建筑师建筑结构要点总结第31讲讲义螺栓的排列三、螺栓连接的构造和计算1．螺栓的排列〔1〕排列要求1〕制造要求：螺栓在连接中的排列要考虑便于制造，例如螺栓应排列成行，如图6-22所示，以便利用多头钻床钻孔。构件上排列成行的螺栓孔中，合连线叫做螺栓线或螺栓规线。沿螺栓线相邻螺栓孔的中心距离称为螺栓距，相邻两条螺栓线的间距称为线距或规距，连接中最末一个螺栓孔中心沿连接的受力方向至构件端部的距离叫做端距，螺栓孔中心在垂直于受力方向至构件边缘的距离叫做边距，分别用p、g、a和。表示如图6-22所示。2〕施工要求：相邻螺栓孔的中心应保证为拧紧螺栓置放扳手所需的最小间距。3〕受力要求：端距过小时，构件端部钢材易剪坏〔见图6-23d〕，因而要规定一个最小端距。螺栓线上的螺栓距过小，那么受力后两螺栓孔间的钢材也易剪坏；而螺栓间距过大，当构件为受压时，两螺栓中心间的板件易局部屈曲。因此，需规定最小螺栓间距和最大螺栓间距。4〕构造要求：线距和螺栓距过大时，连接中板件间接触不密实，潮气易侵入而使钢材锈蚀；端距过大，端部板材易翘起等等。因此，需规定最大螺栓间距和最大螺栓端距。〔2〕标准规定标准综合考虑上述要求，根据理论和实践经验，规定了排列螺栓时的最大和最小容许距离要求，例如：螺栓的最小中心距〔P和g〕=3d0，最小端距a=2d0和最小边距〔高强度螺栓〕c=1.5d0，这里d0是螺栓的孔径。具体规定见标准第8，3，4条，设计时必须遵照采用。热轧型钢上排列螺栓的要求可参阅有关设计手册和钢结构教科书。〔3〕螺栓和螺栓孔的表示方法螺栓和螺栓孔的表示方法见表6-3〔摘自?建筑结构制图标准?GB/T 50105-2001〕。普通螺栓连接和高强度螺栓承压型连接的工作性能2．普通螺栓连接和高强度螺栓承压型连接的工作性能〔1〕抗剪螺栓连接中的六种破坏形式普通螺栓连接螺帽的拧紧程度为一般，沿螺栓杆产生的轴向拉力不大，因而在抗剪连接中虽然连接板件接触面有一定的摩擦力，但其值甚小，摩擦力会迅速被克服而主要依靠孔壁承压和螺杆受剪传递荷载；高强度螺栓承压型连接以摩擦力被克服、使螺杆受剪和孔壁承压破坏为承载力极限状态。因此在计算中都不考虑摩擦力的存在。图6-23和图6-24给出了抗剪螺栓连接六种可能的破坏形式。1〕螺栓杆被剪断〔螺栓直径较小而板件较厚时，图6-23a和b〕。通过计算螺栓的抗剪破坏强度来保证螺栓杆不被剪断，计算时假设沿螺栓截面的剪应力均匀分布。2〕钢板孔壁承压破坏〔螺栓直径较大而板件较薄时，图6-23c〕。通过计算螺栓〔实际是钢板〕的承压强度来保证孔壁不会因承压而破坏，计算时假设螺栓杆和孔壁之间的承压应力沿螺栓杆直径投影面为均匀分布如图6-25所示。3〕构件被拉断或压坏〔螺栓孔对构件截面的削弱过大时，图6-23d〕。通过计算构件和连接板件的净截面强度来保证钢板不被拉断或压坏，计算时假设沿钢板净截面的应力均匀分布，不考虑应力集中的影响。4〕板件块状拉、剪撕裂。当构件上有螺栓孔时，除了因截面被削弱过多而可能将构件拉断或压坏外，还有一种使构件破坏的可能性如图6-24所示。以图6-24〔a〕为例，角钢上有斜线的一块钢材0123有可能整块被拉剪而破坏，此时角钢沿。0-1线的纵向净截面受剪，而沿1-2面上那么受拉，因此称这种破坏方式为块状拉剪破坏。图6-24〔b〕表示槽钢或工字钢腹板的块状拉剪破坏，情况相同。此种破坏情况常发生在角钢、被切角后的槽钢或工字钢腹板当板件厚度较薄时。5〕钢板受剪撕裂〔螺栓端距或螺栓孔间距过小时，图6一23e〕。通过采取构造措施来防止钢板受剪撕裂，即取端距a≥2d0和栓距p≥3d0。6〕螺栓弯曲变形〔板叠连接厚度∑t过大〕。一般限制∑t≤5d就可防止螺栓的弯曲。综上所述，在普通螺栓和承压型的高强度螺栓抗剪连接中需进行计算的是4项，通常是前3项，但对第4种可能的破坏形式也应引起足够重视，必要时应按标准公式进行验算〔标准第7，5.1条〕。〔2〕抗拉螺栓连接中的撬力抗拉螺栓连接必须通过T形连接件〔或由双角钢组成的T形连接件〕传力，如图6-26〔a〕所示。由于连接件的相对柔性，受力后连接件的翼缘板将发生弯曲变形，如图6-26〔b〕所示，使螺栓杆承受轴心拉力N，同时连接件翼缘板趾部与横梁下翼缘间产生压力Q。由杠杆作用产生的此压力Q称为撬力。由图6-26〔b〕可见螺栓所受轴心拉力不是N-F而为N=F+Q，即螺栓拉力大于所受荷载值。影响撬力大小的因素较多，如连接件翼缘的刚性和螺栓的规线距离g的大小等，要准确计算撬力Q的大小，极为复杂。标准为了简化，用降低普通螺栓轴心受拉时的强度设计值来考虑撬力的不利影响，即取用同样钢号钢材轴心抗拉强度设计值的0.8倍。如Q235钢的抗拉强度设计值f=215N/m时，而用同样钢材制成的普通螺栓抗拉强度设计值为fbt=0.8×215=172N/mm2〔标准中取为170N/mm2〕。这样，以后计算中就可以不再考虑Q值的存在。同时，为了减小撬力的影响，设计中宜采取适当构造措施提高连接板件的抗弯刚度，例如采用较厚的连接件翼缘板或在同一纵行的两个螺栓间设置连接件的横向加劲肋等，如图6-26〔a〕中的虚线所示。对直接承受动力荷载的普通螺栓受拉连接应采用双螺帽或其他能防止螺帽松动的有效措施。普通螺栓连接和高强度螺栓承压型连接的计算3．普通螺栓连接和高强度螺栓承压型连接的计算螺栓连接的计算通常按以下“四步曲〞进行：〔1〕计算单个螺栓的承载力设计值；〔2〕按螺栓最大内力确定所需螺栓数量；〔3〕按构造要求排列需要的螺栓，这里需注意，每一构件在结点上以及拼接接头的一端，永久性的螺栓数不宜少于两个；〔4〕进行构件的净截面强度和块状拉剪破坏验算〔必要时〕。在受力较复杂的螺栓连接中，也可先假定需要的螺栓数进行排列后验算受力最大的螺栓是否小于其承载力设计值；相差过大时，重新假定螺栓数进行排列和验算。螺栓内力分析、构件净截面强度和块状拉剪破坏的验算均可利用材料力学公式进行，不再赘述。因此，对抗剪螺栓连接和抗拉螺栓连接只需介绍单个螺栓承载力设计值的计算方法。〔1〕抗剪螺栓连接中的螺栓承载力设计值Nb取受剪承载力设计值和孔壁承压承载力设计值中的较小者。一个螺栓的受剪承载力设计值为：(6-7)式中nv―受剪面数目，图6-23〔a〕所示为单剪，取nv=1，图6=23〔b〕所示为双剪，取nv=2；fvb―螺栓抗剪强度设计值〔见标准表3.4.1-4〕，其值与螺栓的类别有关；d―螺栓杆直径，对高强度螺栓承压型连接，当剪切面处于螺纹处时应取螺纹处的有效直径进行计算，但对普通螺栓，不管剪切面是否处在螺纹处，一律取螺杆的直径进行计算。一个螺栓的孔壁承压承载力设计值为：(6-8)式中∑t―在同一受力方向承压的构件较小总厚度；fcb―螺栓的．孔壁承压强度设计值〔见标准表3.4.1-4〕，其值与连接件的钢材牌号及螺栓的类别有关。抗剪螺栓连接中一个螺栓的承载力设计值为：(6-9)式中，ηb是螺栓承载力设计值的折减系数，用于考虑当螺栓沿受力方向的连接长度过大时，螺栓受力不均匀〔图6-27〕的不利影响。折减系数ηb按以下公式计算：(6-10)式中l1―从连接一端的第一个螺栓到最末一个螺栓的中心距离；d0―螺栓孔直径。〔2〕抗拉螺栓连接中的螺栓承载力设计值Ntb一个螺栓的抗拉承载力设计值应按下式计算：(6-11)式中de―螺栓在螺纹处的有效直径；ftb―螺栓的抗拉强度设计值〔见标准表3.4.1-4〕，其值与螺栓的性能等级有关。〔3〕同时承受剪拉的螺栓连接计算标准规定：同时承受剪力和杆轴方向拉力时，普通螺栓和承压型连接的高强度螺栓的承载能力必须满足下述公式：(6-12)式中Nv、Nt―某个螺栓所受剪力和拉力的设计值；Nvb、Ntb―一个螺栓单独受剪和受拉时的承载力设计值，见前式〔6-7〕和式〔6-11〕。因为螺栓受到剪力作用，除按式〔6-12〕验算螺栓的受力情况外，还应验算其孔壁承压强度，即式〔6-14〕中的Ncb=d∑tfcb，由于在高强度螺栓连接中孔壁承压局部钢材三向受压，其承压强度设计值fcb较普通螺栓连接中有所提高。在同时承受剪力和沿螺栓杆轴方向的拉力时，三向受压中垂直板面方向的压力明显减小，此时承压型连接的高强度螺栓的fcb应适当降低。式〔6-14〕中之除以1.2就是考虑及此。高强度螺栓摩擦型连接的计算4．高强度螺栓摩擦型连接的计算计算步骤与前面普通螺栓连接和高强度螺栓承压型连接计算中所述“四步曲〞相同，但第一步和第四步中的计算方法不同，即计算单个螺栓承载力设计值的计算方法和构件净截面强度的验算方法两者不同，还有螺栓受弯时的内力分析也不尽相同，其余两者完全相同。因此，下面除介绍单个螺栓承载力设计值的计算方法外还将涉及轴心受力时构件净截面强度的验算和弯矩作用下螺栓内力的分析。首先介绍与高强度螺栓摩擦型连接承载能力密切相关的螺栓中的预拉力和摩擦面的抗滑移系数。〔1〕高强度螺栓中的预拉力和摩擦面的抗滑移系数高强度螺栓摩擦型连接主要是依靠拧紧螺帽使螺杆中产生较高的预拉力，从而使连接处的板叠间产生较高的预压力，而后依靠板件间的摩擦力传递荷载，并以摩擦力将要被克服时作为连接的承载能力极限状态。因此，螺栓中的预拉力值尸和连接处板件间接触面的摩擦系数产〔标准中称为抗滑移系数〕是决定高强度螺栓摩擦型连接承载能力的两大关键因素。螺栓中的预拉力是通过专用工具拧紧螺帽产生的。标准中规定了每个高强度螺栓的设计预拉力值尸，其大小取决于螺栓的性能等级和螺栓的直径如表6-4所列。表中所示一个螺栓的设计预拉力值P同时适用于摩擦型连接和承压型连接。抗滑移系数μ的大小主要取决于摩擦面的平整度、清洁度和粗糙度。为了增加摩擦面的清洁度和粗糙度，需对连接处构件的接触面进行处理。为了防止板件接触面的不平整，高强度螺栓摩擦连接不应采用冲成孔。μ值的大小除与摩擦面的状况有关外，还与钢材的牌号有关。标准规定的连接处构件接触面的处理方法和摩擦面的抗滑移系数μ值见表6-5所列。〔2〕高强度螺栓群的摩擦型抗剪连接计算1〕每个高强度螺栓的抗剪承载力设计值Nvb在抗剪连接中，每个高强度螺栓的承载力设计值应按下式计算：(6-15)式中nf―传力摩擦面数目；μ、P―摩擦面的抗滑移系数〔表6-5〕和每个高强度螺栓的预拉力〔表6-4〕。当螺栓沿受力方向的连接长度11>15d0时，式〔6-15〕确定的螺栓承载力设计值应乘于折减系数ηb。式〔6一15〕右边的系数0.9为抗力分项系数γR的倒数，即取γR=1.111。2〕轴心力作用下连接处的强度验算式中n―在结点或连接处构件一端所用的高强度螺栓数目；N1―所计算截面上〔即最外列螺栓处〕高强度螺栓的数目；An―构件的净截面面积；A―构件的毛截面面积。截面强度验算包括构件和连接件。另外，式〔6-17〕中，0.5为孔前传力系数。3〕偏心力作用下高强度螺栓群的摩擦型抗剪连接计算螺栓受力分析与普通螺栓群在偏心力作用下的抗剪连接弹性分析法相同〔即按材料力学方法分析〕，单个螺栓的抗剪承载力设计值按式〔6-15〕计算。在进行构件净截面强度验算时，按理也存在孔前传力现象，但由于计算较在轴心力作用下时复杂，一般就不予考虑，结果偏于可靠一边。〔3〕高强度螺栓群的抗拉连接计算1〕每个高强度螺栓的抗拉承载力设计值Ntb为了防止发生螺栓的松弛并使连接板件间始终保持压紧，标准中规定：摩擦型连接中每个高强度螺栓的抗拉承载力设计值为：(6-18)可见：在沿螺栓杆轴方向受拉的连接中，摩擦型连接中每个高强度螺栓的抗拉承载力设计值与承压型连接中每个高强度螺栓的抗拉承载力设计值的计算是不相同的，参见前述式〔6-11〕。2〕高强度螺栓内沿杆轴方向的拉力分析说明，不管是否承受外拉力Nt的作用，高强度螺栓内沿杆轴方向的拉力根本保持不变为P，而不是P＋Nt。3〕弯矩M作用下螺栓拉力分析由于高强度螺栓连接中，梁端板与柱翼缘板间有预压力，在弯矩作用下，假设受力最大螺栓的拉力Nmax≤0.8P，端板与柱翼缘板间仍将保持紧密接触，因此可假定螺栓群承受弯矩作用时的中和轴位于螺栓群的形心处，如图6-28所示〔图中剪力V全部由托板承当〕。此时，受力最大的螺栓拉力及强度条件为：(6-19a)或(6-19b)式中，dl－2y1，上述两式等价。当螺栓数目较多时，以用式〔6-19b〕方便。〔4〕高强度螺栓群的剪拉连接计算标准规定：当高强度螺栓摩擦型连接同时承受摩擦面间的剪力和螺栓杆轴方向的外拉力时，其承载力应按式〔6-20〕计算：(6-20)式中(6-21)(6-22)这里应注意，在高强度螺栓摩擦型连接中，螺栓的抗剪承载力设计值Nvb、抗拉承载力设计值Ntb和同时抗剪和抗拉应满足的相关公式是与普通螺栓连接和高强度螺栓承压型连接的公式完全不相同的。轴心受力构件〔截面型式和破坏方式〕第四节钢结构根本构件的设计钢结构构件通常按受力性质分成三类根本构件：轴心受力构件、受弯构件〔梁〕和拉弯、压弯构件。设计时不宜采用：厚度小于4mm的钢板，壁厚小于3mm的钢管，截面小于∠45×4或∠56×36×4的角钢〔对焊接结构〕，或截面小于∠50×5的角钢〔对螺栓连接结构〕。一、轴心受力构件1．截面型式轴心受力构件分轴心受拉和轴心受压两种，其截面有多种形式。选型时要注意：〔1〕形状应力求简单，以减少制造工作量；〔2〕截面宜具有对称轴，使构件有良好的工作性能；〔3〕要便于与其他构件连接；〔4〕在同样截面积下应使其具有较大的惯性矩，亦即构件的材料宜向截面四周扩展，从而减小构件的长细比；〔5〕尽可能使构件在截面两个主轴方向为等刚度。常用的截面形式如图6-29所示。其中图6-29〔a〕所示为轧制型钢截面，制造工作量最少是其优点。圆钢因截面回转半径小，只宜作拉杆；钢管常在网架中用作以球结点相连的杆件，也可用作桁架杆件，不管是用作拉杆或压杆，都具有较大的优越性，但其价格较其他型钢略高；单角钢截面两主轴与角钢边不平行，如用角钢边与其他构件相连，不易做到轴心受力，因而常用于次要构件或受力不大的拉杆；轧制普通工字钢因两主轴方向的惯性矩相差较大，对其较难做到等刚度，除非沿其强轴x方向设置中间侧向支点。热轧H型钢由于翼缘宽度较大且为等厚度，常用作柱截面，可节省制造工作量。热轧剖分T型钢可用作桁架的弦杆，可节省连接用的结点板。应用最多的是图6-29〔b〕所示利用型钢或钢板焊接而成的实腹式组合截面件的荷载并不太大而长度较长时，为了加大截面的回转半径，可采用图6-29〔c〕所示利用轧制型钢由缀件相连而成的格构式组合截面，缀件包括缀条和缀板两种，因它不是连续的，故图6-29中以虚线表示。在冷弯薄壁型钢中，常用作轴心受力构件截面的形式如图6-29〔d〕所示，其设计应按?冷弯薄壁型钢结构技术标准?进行。2．破坏方式及计算内容拉杆的破坏主要是钢材屈服或被拉断，两者都属于强度破坏。压杆〔柱子〕的破坏那么主要是由于构件失去整体稳定性〔或称屈曲〕或组成构件的板件局部失去稳定性；当构件上有螺栓孔等使截面有较多削弱时，也可能因强度缺乏而破坏。因此，对压杆通常要计算构件的整体稳定性、组成构件的局部稳定性和截面的强度三项，而对拉杆只要计算强度一项。这些计算内容，都属于按承载能力极限状态计算，计算时应采用荷载的设计值。轴心受力构件不要求验算其轴向变形，但轴心受力构件如果过分细长，那么在制造、运输和安装时很易弯曲变形；在构件不是处于竖向位置时，其自重也常可使构件产生较大的挠度；对承受动力荷载的构件还将产生较大的振幅。对压杆而言，构件过分细长将降低构件的整体稳定性。因而对轴心受力构件不管其为拉杆或压杆都要限制其长细比λ不超过某容许值，此条件常称为刚度条件：(6-23)式中l0―构件的计算长度或称有效长度，按标准第5.3节确定；i―构件截面的回转半径，，I为构件毛截面的惯性矩，A为构件毛截面的面积；[λ]―标准中按拉杆或压杆及构件的重要性分别规定的容许长细比，见标准表5.3.8和5.3.9。2021年一级注册建筑师建筑结构要点总结第32讲讲义轴心受力构件〔计算方法和截面设计〕3．计算方法〔1〕强度拉杆和压杆〔柱子〕的强度，除高强度螺栓摩擦型连接处外，应按下式计算(6-24)式中N―构件所承受的轴心力设计值；A n―构件的净截面面积；f一钢材的抗拉和抗压强度设计值，应按标准表3.4.1-1采用。需注意，某些不利工作情况下f值尚应乘以相应的折减系数，例如：标准规定中对单面连接的单角钢受拉构件当按轴心受拉计算其强度时，规定钢材的强度设计值f应乘以折减系数0.85。这是因为考虑到用结点板与角钢单面连接，由结点板传来的力N使角钢构件双向偏心受拉，见图6一30。图中力N的作用点对角钢形心有偏心ex和ey，，根据试验，其极限承载力约为轴心拉杆极限承载力的80％~85%。其他不利工作情况的折减系数见标准第3.4.2条的规定。高强度螺栓摩擦型连接处的强度按前述公式〔6-16〕和式〔6-17〕计算。〔2〕整体稳定〔实腹式压杆或柱子〕实腹式轴心受压构件的稳定性应按式〔6-25〕计算：(6-25)式中N―构件所受的轴心压力设计值；A―构件的毛截面面积；ψ一轴心受压构件的稳定系数〔取截面两主轴稳定系数中的较小者〕，应根据构件的长细比、钢材屈服强度和构件截面分类按标准附录C采用。轴心受压构件的截面依据钢板厚度、截面形式、剩余应力的分布及其峰值、失稳主轴和钢板边缘的加工方式等分a、b、c和d四类〔见标准表5.1.2-1和表5.1.2-2〕，a类截面构件的稳定性最好，d类截面的那么最差。构件的长细比λ应按以下规定确定：〔a〕双轴对称截面(6-26)〔b〕十字形截面应使按式〔6-26〕计算确定的构件长细比λx和λy，均不小于5.07b/t，以防止发生扭转屈曲。b/t为悬伸局部的板件宽厚比。〔c〕单轴对称截面〔如图6-29b中的T形截面〕绕非对称轴x-x失稳时必然是弯曲屈曲，因此对应的长细比λx仍按公式〔6-26〕计算；但绕对称轴y-y失稳时那么必然是弯扭屈曲，故对应的长细比应取计及扭转效应的换算长细比λyz来代替λy，。换算长细比λyz的计算公式见标准公式〔5.1.2-3〕。格构式轴心受压构件〔图6-29c〕的稳定性仍按上述公式〔6-25〕计算，但对虚轴〔图6-29 c示x轴〕的长细比应取换算长细比λ0x。换算长细比λ0x的计算公式见标准公式〔5.1.3-1〕至公式〔5.1.3-8〕。〔3〕局部稳定轴心受压构件的截面大多由假设干矩形平面薄板所组成〔圆管截面除外〕。例如图6-31所示焊接或轧制工字形〔H形〕截面，可看作由两块翼缘板和一块腹板所组成：其腹板为一四边支承板，在构件高度方向分别支承于压杆的顶板和底板，沿其纵向那么分别支承于两翼缘板；对翼缘板而言，可把半块翼缘板看作三边支承和一边自由的矩形薄板。在轴心受压构件中，这些组成板件分别受到沿纵向作用于板件中面的均布压力。当压力大到一定程度，在构件尚未丧失整体稳定性以前，个别板件可能先不能保持其平面平衡状态而发生波形凸曲，丧失了稳定性。由于此时只是个别板件丧失稳定，而构件并未失去整体稳定性，因而个别板件先行失稳的现象就称为构件失去局部稳定性。构件失去局部稳定性，一般情况下并不使构件立即破坏，只是失去稳定的板件不能再继续分担或少分担所增加的荷载而使整个构件的承载能力有所减少，并改变了原来构件的受力状态而有可能使原构件提前失去整体稳定性。因而在轴心受压构件的截面设计中一般不应使组成板件局部失稳。标准中是通过限制这些组成板件的宽〔高〕厚比来保证其不先于构件失去局部稳定性的。例如对工程中最为常见的工字形组合截面轴心受压构件〔图6-31a〕，标准规定按以下公式来计算组成板件的局部稳定性：式中b1和t―翼缘板的自由外伸宽度和厚度；H0和tw―腹板的计算高度和厚度；fy―钢材屈服强度；λ―构件对截面两主轴〔x-x轴和y-y轴〕长细比中的较大值〔即λ=max〔λx，λy}〕：当λ＜30时，取λ＝30；当λ＞100时，取λ＝100。热轧普通工字钢和槽钢的翼缘和腹板均较厚，局部稳定有保证，不必计算。其他截面形式轴心受压构件的局部稳定计算规定见标准第5.4节。〔4〕刚度按前述公式〔6-23〕计算。4．截面设计拉杆截面的设计较为简单。在选定了构件截面形式和所用钢材的牌号后，即可根据构件的内力设计值N和构件在两个方向的计算长度lox和loy，，按强度〔式6-24〕和刚度〔式6-23〕公式求得需要的构件截面面积和必须具有的回转半径ix和iy，由型钢表上选取采用的截面尺寸，然后按前述式〔6-24〕和〔6-23〕分别验算截面的强度和刚度。压杆〔柱子〕截面的设计首先是选定截面形式，务使所设计的压杆截面用钢量最省，制造简单和便于与其他构件相连接。实腹式轴压柱的常用截面在我国过去由于热轧H型钢还未投产，因而主要是焊接工字形和焊接箱形截面。现在热轧H型钢在马鞍山、莱芜和鞍山已相继投产。热轧H型钢翼缘宽，侧向刚度大，抗扭和抗震能力强，翼缘内外外表平行便于与其他构件连接，制造工程量少，因而该优先用作柱截面。对工字形〔H形〕钢柱，初步设计时截面深度h与柱的高度月间的比例可近似取：桁架构件常用截面是由双角钢组成的T形截面，也可采用剖分T型钢。单角钢截面主要用于塔架结构。在计算方面应满足稳定条件〔式6-25〕、强度条件〔式6-24〕、局部稳定条件〔例如工字形截面必须满足式6-27和式6-28的要求〕和刚度条件〔式6-23〕。当荷载不大、柱身高度较大而选用格构式截面〔图6-29。〕时，尚需满足分肢的长细比要求和进行连接分肢的缀材计算等。受弯构件〔类型和计算内容〕二、受弯构件〔梁〕1．类型梁主要用以承受横向荷载，梁截面必须具有较大的抗弯刚度I二，因而其最经济的截面形式是工字形〔含H形〕或箱形，某些次要构件如墙架梁和擦条等也可采用槽形截面。按支承情况，有单跨简支、多跨连续和两端固定梁等。单跨简支梁在制造、安装、修理和拆换等方面均较方便，且内力又不受温度变化或支座沉陷等的影响，在钢梁中应用最多。按制作方法，有型钢梁和板梁两大类。型钢梁由热轧型钢制成，钢、大，热轧普通工字钢和热轧普通槽钢。热轧型钢由于轧制条件的限制，主要包括热轧H型其腹板厚度一般偏用钢量可能较多，但制造省工，构造简单，因而当可用型钢梁时应尽量采用之。板梁常称为组合梁，组合梁的意思是说其截面由钢板组合而成，为了防止在名称上与钢和混凝土组合梁相混淆，这里称前者为板梁〔plate glrder〕。板梁主要由钢板组成，有工字形板梁和箱形板梁两大类。目前绝大多数板梁是焊接而成，也有荷载特重或抵抗动力荷载作用要求较高的少数梁可采用高强度螺栓摩擦型连接，见图6-32。可以选得较薄，可减少用钢量。中型和重型钢梁除采用热轧由于工字形板梁的腹板厚度H型钢外常采用焊接工字形板梁板梁。当荷载较大且梁的截面高度受到限制或梁的抗扭性能要求较高时，可采用箱形截面板梁。除了上述广泛采用的型钢梁和板梁外，目前还有一些特殊形式的钢梁。例如，为了充分利用钢材的强度，在板梁中对受力较大的翼缘板采用强度等级较高的钢材，而对受力较小的腹板那么采用强度较低的钢材，形成异钢种钢板梁〔hybrid glrder〕。又如为了增加梁的高度使有较大的截面惯性矩，可将型钢梁按锯齿形割开，然后把上、下两个半工字形左右错动并焊接成为腹板上有一系列六角形孔的所谓蜂窝梁〔castellated beam〕，见图6-33〔a〕。蜂窝梁截面中的孔可使房屋中的各种管道顺利通过，在高层房屋中的楼盖梁中多有应用。又如为了利用混凝土结构的优良抗压性能和钢结构的优良抗拉性能，可制成钢与混凝土组合梁，如图6-33〔b〕所示。楼面系中的钢筋混凝土楼板可兼用作组合梁的受压翼缘板，支承混凝土板的钢梁可用作组合梁的受拉翼缘而得到经济。此外，施工中还可以利用已架设的钢梁支承浇捣混凝土时的模板，节省了施工费用。目前这种组合梁在我国房屋楼盖、桥梁建筑甚至吊车梁中已早有应用。关于钢与混凝土组合梁的设计，见标准第11章。2．计算内容受弯构件应计算的内容较多，首先是以下五项：〔1〕截面的强度，〔2〕构件的整体稳定；〔3〕构件的局部稳定；〔4〕腹板的屈曲后强度；〔5〕构件的刚度一挠度。通过上述计算可确定所选构件截面是否可靠和适用。五项内容中前四项属按承载能力极限状态的计算，需采用荷载的设计值。第五项为按正常使用极限状态的计算，计算挠度时按荷载标准值进行。受弯构件常承受动力荷载的重复作用，按标准的规定当应力变化的循环次数等于或大于5×104次时，应进行疲劳计算。有关疲劳计算的内容见标准第6章。除了上述五项计算内容外，由于大局部重要的梁将采用板梁，因而梁的计算中还应包括以下内容：〔l〕梁截面沿梁跨度方向的改变；〔2〕翼缘板与腹板的连接计算；〔3〕梁腹板的加劲肋设计；〔4〕梁的拼接；〔5〕梁与梁的连接和梁的支座等。受弯构件〔强度计算〕3．计算方法〔1〕强度受弯构件的强度有四种：1〕抗弯强度；2〕抗剪强度；3〕腹板计算高度边缘的局部承压强度；4〕折算应力。前两种在受弯构件的计算中通常都需进行，而后两种只在规定情况下才需进行计算。1〕抗弯强度在主平面内受弯的实腹构件〔考虑腹板屈曲后强度者见标准第4.4.1条〕，其抗弯强度应按式〔6-29〕计算：(6-29)式中Mx、My―绕x轴和y轴〔对工字形截面x轴为强轴，y轴为弱轴〕同一地点同一荷载产生的弯矩设计值；Wnx、Wny―对x轴和y轴的净截面弹性截面模量；γx、γy―截面塑性开展系数：对工字形截面，γx=1.05、γy=1.20；对箱形截面，γx=γy=1.05；对其他截面，可按标准表5.2.1．采用；f一钢材的抗弯强度设计值〔见标准表3.4.1-1〕。当为单向弯曲时，即当My=0时，式〔6-29〕成为：(6-30)标准中还规定在以下两个情况下应取γx=γy=1.0：一是当需计算疲劳时，二是当工字形截面受压翼缘板的自由外伸宽度与其厚度之比大于而不超过时〔fy为钢材的屈服点，以“N/mm2计〕。2〕抗剪强度在主平面内受弯的实腹构件应按式〔6-31〕计算：(6-31)式中V―所计算截面沿腹板方向作用的剪力，Ix―所计算截面对主轴x的毛截面惯性矩；fv―钢材的抗剪强度设计值〔见标准表3.4.1-1〕。3〕腹板计算高度边缘的局部承压强度〔a〕腹板计算高度h0对轧制型钢梁：计算高度是指腹板与上、下两翼缘相接处两内弧起点间的距离〔见图6-34〕，h0=h一2〔t+r〕；对焊接板梁：计算高度即为腹板高度，即h0=hw。对用高强度螺栓连接的板梁：h0是上、下翼缘与腹板连接的最近两螺栓线间的距离。〔b〕局部承压强度当梁的翼缘受有沿腹板平面作用并指向腹板的集中荷载，且该荷载处又未设置支承加劲肋时，邻近荷载作用处的腹板计算高度边缘将受到较大的局部承压应力。为了防止该处腹板产生局部屈服，标准中要求按式〔6-32〕验算该处的承压强度：(6-32)式中〔参阅图6-35〕F――集中荷载，对动力荷载应乘以动力系数；ψ―用于重级工作制吊车梁时的集中荷载增大系数，取ψ=1.35；对其他梁，ψ=1.0；lz―集中荷载在腹板计算高度上的假定分布长度，按式〔6-33〕计算：(6-33)式中a―集中荷载沿梁跨度方向的支承长度，对吊车梁的轮压，可取a=50mm；hy―梁顶面至所计算的腹板计算高度边缘的距离；hR―轨道的高度，当无轨道时，hR=0。当验算支座处腹板计算高度下边缘处的局部承压强度时，应取F=R和ψ=1.0。集中反力R的假定分布长度应根据支座的具体位置确定，如图6-34所示的支座布置，可取lz=a+2.5hy。4〕折算应力在连续板梁的支座处或简支板梁翼缘截面改变处，腹板计算高度边缘常同时受到较大的正应力、剪应力和局部压应力，或同时受到较大的正应力和剪应力〔见图6-35〕，使该点处在复杂应力状态。为此应按式〔6-34〕验算该点的折算应力：(6-34)式中σ、τ、σc―腹板计算高度同一点上同时产生的正应力、剪应力和局部压应力。σ和σc以拉应力为正值，压应力为负值。考虑到需验算折算应力的部位只是梁的局部区域，故式〔6-34〕中引人了大于1的强度设计值增大系数β1。当σ与σc异号时，其塑性变形能力高于σ和σc同号时，故规定β1为：当σ与σc异号，取β1=1.20；当σ与σc同号或σc=0时，取β1=1.10。图6-35所示为某连续板梁的中间支座，在支座截面上负弯矩M和剪力V均是梁整跨上的最大值。在图中支座处腹板计算高度下边缘的a点，其正应力口虽略小于边缘纤维处的，σmax，但a处τ值较大。在支座集中反力R作用下，a点又有较大的局部压应力σc，且σc和σ同属压应力，因而a点属上文所指同时受到较大正应力、剪应力和局部压应力而应验算折算应力的点。受弯构件〔整体稳定计算〕〔2〕整体稳定1〕根本概念钢梁最常用的截面是工字形〔含H形〕，工字形截面的一个显著特点是两个主轴惯性矩相差极大，即Ix≥Iy〔设x轴为其强轴如图6-33示，y轴为其弱轴〕。因此，当跨度中间无侧向支承的梁在其最大刚度平面内受荷载作用时，当荷载还不大，梁根本上在其最大刚度平面内弯曲，但当荷载大到一定数值后，梁将同时产生较大的侧向弯曲和扭转变形，最后很快地使梁丧失继续承载的能力。出现这种现象时，就称为梁丧失了整体稳定性，或称发生侧扭屈曲。对于跨中无侧向支承的中等或较大跨度的梁，其丧失整体稳定性时的承载能力往往低于按其抗弯强度确定的承载能力。因此，这些梁的截面大小也就往往由整体稳定性所控制。但是，符合以下情况之一时，可不计算梁的整体稳定性：〔a〕有铺板〔钢筋混凝土板和钢板〕密铺在梁的受压翼缘上并与其牢固相连，能阻止梁受压翼缘的侧向位移。〔b〕H型钢或工字形等截面简支梁受压翼缘的自由长度l1与其宽度b，之比不超过表6-6所规定的数值。L1是梁受压翼缘侧向支承点间的距离〔梁的支座处视为有侧向支承〕，当无中间侧向支承点时，l1为梁的跨度。b1是梁受压翼缘的宽度。〔c〕箱形截面〔见图6-36〕简支梁，其截面尺寸满足：h/b0≤6，且l1／b0≤95〔235/fy〕。〔实际工程上通常都能满足这两个要求，因而标准中没有给出箱形截面简支梁整体稳定系数的计算方法〕。不符合以上条件之一的梁，必须按以下规定计算其整体稳定性。2〕计算公式在最大刚度主平面内受弯的构件，其整体稳定性应按式〔6-35〕计算：(6-35)式中Mx―绕截面强轴〔x轴〕作用的最大弯矩设计值；Wx―按受压纤维确定的梁毛截面模量；ψb―梁的整体稳定系数〔下角标b是beam的缩写〕，应按标准附录B确定。3〕主要影响因素梁的整体稳定性主要与以下五方面因素有关：〔a〕梁受压翼缘侧向支承点间的距离l1。l1愈小，那么整体稳定性能愈好。〔b〕梁截面的尺寸，包括各种惯性矩。惯性矩Iy、It，和Iω愈大，那么梁的整体稳定性能就好，特别是受压翼缘宽度b1的加大，可大大提高梁的整体稳定性能。〔c〕梁端支座对截面的约束大，整体稳定性能好。〔d〕梁所受荷载类型。对三种典型荷载，即纯弯曲、满跨均布荷载和跨度中点一个集中荷载，在最大弯矩相等情况下，跨度中点一个集中荷载时的整体稳定性能最好，满跨均布荷载次之，纯弯曲那么最差。〔e〕沿梁截面高度方向的荷载作用点位置。如图6-37所示，当荷载作用在梁的上翼缘时，荷载对梁截面的转动有加大作用因而降低梁的稳定性能；反之，那么提高梁的稳定性能。受弯构件〔局部稳定计算〕〔3〕局部稳定1〕根本概念为了增加板梁截面的惯性矩，选用板梁截面尺寸时常需加大其截面各板件的宽厚比或高厚比。例如当已确定所需工字形截面翼缘板的截面积A，，bt，具体选用b与t时，采用b/t比值较大，那么所得截面的I，也就较大因而整体稳定性好。又如，增加腹板高度对增大惯性矩I二的影响远较增加腹板厚度为显著。增大板梁的板件高〔宽〕厚比显然可得到较经济的梁截面，但同时却又带来另一个问题，即各板件有可能先行局部失去稳定性。轧制型钢梁，由于轧制条件限制，梁的翼缘和腹板的厚度都较大，因而没有局部稳定性问题，而在板梁的设计中却必须考虑及此。梁丧失局部稳定性的后果虽然没有丧失整体稳定性会导致梁立即失去承载能力那样严重，但丧失局部稳定性会改变梁的受力状况、降低梁的整体稳定性和刚度，因而对局部稳定性问题仍必须认真对待。2〕受压翼缘板的局部稳定采用限制翼缘板的宽厚比以保证不使其局部失稳：〔a〕自由外伸的宽厚比：(6-36)式中b1和t―受压翼缘板的自由外伸宽度和厚度。〔b〕箱形截面梁受压翼缘板在两腹板之间的宽厚比：(6-37)式中b0和t分别是箱形截面梁受压翼缘板在两腹板之间的无支承宽度〔图6-36〕和厚度〔即图6-36中的tl或t2〕。3〕腹板的局部稳定对不考虑腹板屈曲后强度的板梁，通过设置各种加劲肋来保证其腹板不失去局部稳定性。最常用的加劲肋设置方法是采用两块矩形钢板条分别焊接于腹板的两侧，如图6-38所示。根据腹板的高厚比h0／tw大小〔h0为腹板的计算高度〕和所受荷载的情况，腹板加劲肋有图6-38所示的四种：支承加劲肋、横向加劲肋、纵向加劲肋和短加劲肋。支承加劲肋用于承受固定集中荷载〔如梁端支座反力〕，它和横向加劲肋在板梁中常均需设置。纵向加劲肋和短加劲肋那么并非所有板梁中均有。加劲肋通常采用Q235钢，一般不用低合金高强度钢。标准中对腹板加劲肋的配置规定为：〔a〕当h0／tw>80时，对有局部压应力〔即σc≠0〕的梁，应按构造要求配置横向加劲肋；但对无局部压应力〔即σc=0〕的梁，可不配置加劲肋。〔b〕当h0／tw>80时，应配置横向加劲肋；其中，当h0／tw>170〔受压翼缘扭转受到约束时〕或h0／tw>150〔受压翼缘扭转未受到约束时〕时，或按计算需要时，应在弯曲应力较大区格的受压区配置纵向加劲肋。对局部压应力σc很大的梁，必要时尚应在受压区配置短加劲肋。此处h0为腹板的计算高度；对单轴对称梁，当确定是否需要配置纵向加劲肋时，h0应取为腹板受压区高度hc的2倍；tw为腹板的厚度。任何情况下h0／tw均不应超过250。〔c〕梁的支座处和上翼缘受有较大固定集中荷载处，宜设置支承加劲肋。设置各种加劲肋后腹板局部稳定性的计算，见标准第4.3.3条至4.3.5条的规定。〔4〕刚度受弯构件的刚度要求就是限制其在荷载标准值作用下的挠度不超过容许值：(6-38)式中υ―受弯构件在荷载标准值作用下的最大挠度，可按材料力学中的公式计算；[υT]―永久和可变荷载标准值产生的挠度〔如有起拱应减去拱度〕的容许值；[υQ]―可变荷载标准值产生的挠度的容许值。挠度容许值[υT]和[υQ]按标准附录A表A.1.1采用。4．工字形板梁截面轮廓尺寸的初选〔1〕最小高度hmin根据正常使用极限状态的要求，梁在荷载标准值作用下的挠度不得超过设计标准规定的容许值。在初选梁的高度时应考虑到这个条件。据此刚度要求可估算最小梁高，例如对楼盖主梁，其挠度容许值为[υT]=L/400〔L是梁的跨度〕，其最小梁高的近似值为：〔2〕截面宽度b翼缘板宽度b与梁高h间的关系通常可取：2021年一级注册建筑师建筑结构要点总结第33讲讲义拉弯构件和压弯构件三、拉弯构件和压弯构件1．类型压弯构件常采用单轴对称或双轴对称的截面。当弯矩只作用在构件的最大刚度平面内时称为单向压弯构件，在两个主平面内都有弯矩作用的构件称为双向压弯构件。工程结构中大多数压弯构件可按单向压弯构件考虑。图6-39示常见的四种单向压弯构件。〔a〕图所示为偏心受压构件；〔b〕图所示为同时作用有轴心压力和端弯矩的构件，端弯矩来自相邻构件给予的转动约束，假设端弯矩和轴心压力为按比例增加，那么它也可看作是偏心受压构件，此时偏心距e=M/N，是一个常量；〔c〕图所示为同时承受横向荷载和轴心压力的构件。上述〔a〕、〔b〕和〔e〕图所示三种构件的端部都有支承，因而两端无垂直于杆轴的相对位移，杆端的剪力仅由弯矩所引起。无侧移框架的柱子属于这一类。〔d〕图所示的构件两端有垂直与杆轴的相对位移，杆端剪力由弯矩和轴心压力两者共同产生，有侧移框架的柱子就属于这一类。图6-40所示为单向压弯构件截面的常用形式〔a图示焊接和热轧H型钢〕，当其所受弯矩有正、负两种可能且其大小又较接近时，宜采用双轴对称截面，否那么宜用单轴对称截面，两者均应使弯矩作用于截面的最大刚度平面内。在实腹式构件中，弯矩作用平面内宜有较大的截面高度，使有较大的刚度而能抵抗更大的弯矩。在格构式构件中，应使截面的实轴与弯矩作用平面一致，调整其两分肢的间距可使具有抵抗更大的弯矩的能力。对单向压弯构件，根据其到达承载能力极限状态时的破坏形式，应计算其强度、弯矩作用平面内的稳定、弯矩作用平面外的稳定和组成板件的局部稳定。当为格构式构件时还应计算分肢的稳定。为了保证其正常使用，那么应验算构件的长细比。对两端支承的压弯构件，当跨中有横向荷载时，还应验算其挠度。对拉弯构件，一般只需计算其强度和长细比，不需计算其稳定。但在拉弯构件所受弯矩较大而拉力较小时，由于作用已接近受弯构件，就需要验算其整体稳定；在拉力和弯矩作用下出现翼缘板受压时，也需验算翼缘板的局部稳定。这些当由设计人员根据具体情况加以判定。2．计算内容对单向压弯构件，根据其到达承载能力极限状态时的破坏形式，应计算其强度、弯矩作用平面内的稳定、弯矩作用平面外的隐定和组成板件的局部稳定。当为格构式构件时还应计算分肢的稳定，为了保证其正常使用，那么应铡黝构件的长细比。对两端支承的压弯构件，当跨中有横向荷载时，还应验算其挠度．对拉弯构件，一般只需计算其强度和长细比，不需要计算其稳定．但在拉弯构件所受弯矩较大而拉力较小时，由于作用已接近受弯构件，就需要验算其整体稳定；在拉力和弯矩作用下出现翼缘板受压时，也需验算翼缘板的局部稳定。这些当由设计人员根据具体情况加以判定。3．计算方法以下简要介绍实际工程应用中最为常见的焊接工字形和H型钢截面单向压弯构件的计算方法，其他压弯构件的计算见标准相关规定。设弯矩作用在腹板平面内绕x-x轴如图6-40〔a〕所示。〔1〕强度(6-39)式中N和Mx―所计算构件段范围内的轴心压力设计值和最大弯矩设计值；An和Wnx―净截面面积和对x轴的净截面模量；截面塑性开展系数γx的取值与前述受弯构件中规定的相同。〔2〕弯矩作用平面内的稳定(6-40)式中φx―弯矩作用平面内的轴心受压构件稳定系数；为考虑抗力分项系数γR=1.1后的欧拉临界力；W1x、―弯矩作用平面内对受压较大翼缘的弹性毛截面模量；βmx―等效弯矩系数，应按以下规定采用：1〕悬臂构件和分析内力未考虑二阶效应的无支撑框架和弱支撑框架柱，取βmx=1.01 2〕两端支承的构件〔包括不属于第1种情况所指的框架柱，下均同〕当构件上无横向荷载时，取：(6-41)式中的端弯矩|M1|≥|M2|，M1和M2使构件产生同向曲率时取同号，使构件产生反向曲率时取异号，如图6-41所示。3〕两端支承的构件在端弯矩和横向荷载同时作用时：使构件产生同向曲率βmx=1.0使构件产生反向曲率βmx=0.85 4〕两端支承的构件无端弯矩而只有横向荷载作用时βmax=1.0〔3〕弯矩作用平面外的稳定。(6-42)式中φy―弯矩作用平面外的轴心受压构件稳定系数，要注意当为单轴对称截面时，φy值应按计及扭转效应的换算长细比λyz代替λy查取；φb―均匀弯曲时的受弯构件整体稳定系数：对工字形截面和T形截面可采用求φb的近似公式，见标准附录B第B.5节的规定；对闭口截面φb=1.0η―截面影响系数，闭口截面，η=0.7，其他截面，η=1.0。等效弯矩系数βtx的取值，对在弯矩作用平面外有侧向支承的构件，应根据两相邻侧向支承点间构件段内的荷载和内力情况确定，具体规定与βmx的取法相同，此处不赘述。〔4〕局部稳定通过限制截面各板件的宽〔高〕厚比来保证构件不会发生局部失稳，即对焊接工字形和H型钢截面单向压弯构件应满足以下要求：1〕受压翼缘板自由外伸宽度b；与其厚度t之比应符合(6-43)当强度和稳定计算中取截面塑性开展系数γx=1.0时，式〔6-42〕中的限值13可改为15。2〕腹板的计算高度h0与其厚度tw之比应符合σmax―腹板计算高度边缘的最大压应力；σmin―腹板计算高度另一边缘相应的应力，压应力取正值，拉应力取负值；λ―构件在弯矩作用平面内的长细比，即人：；当λ＜30时，取λ=30；当λ＞100时，取λ=100。当H形和工字形截面压弯构件的腹板高厚比不能满足上述要求时，可采取下述方法之一来加强：〔a〕加大采用的腹板厚度；但此法在腹板计算高度h。较大的构件中，常可能导致多费钢材。〔b〕在腹板两侧成对设置纵向加劲肋，纵向加劲肋每侧的外伸宽度不应小于10tw，厚度不应小于0.75 tw；这时只需限制纵向加劲肋与受压较大翼缘间腹板高厚比满足上述式〔6一44〕或式〔6一45〕的要求即可，但设置纵向加劲肋将导致制造工作量的增加。〔。〕在计算构件的强度和稳定性时，利用腹板屈曲后强度的概念，对腹板仅考虑其计算高度两侧边缘各为的宽度范围为有效截面，把中间局部的腹板略去不计〔在计算构件的稳定系数时，由于稳定临界应力取决于构件的刚度，故仍采用腹板的全部截面〕；在构件腹板高度hw较大时，采用此法常可获得经济。〔5〕刚度与轴心受压构件相同，应验算构件的长细比。对两端支承的压弯构件，当跨中有横向荷载作用时，还应验算其挠度。次梁与主梁的连接第五节钢结构构件的连接构造以上介绍了钢结构的特点和应用、材料及其性能、两大根本连接和三大根本构件的计算方法，以下介绍钢构件间的常用连接构造。构件间连接构造的根本原则是：传力均匀、直接、可靠，符合构件内力分析时采用的计算简图；构造简单，便于制造和安装；做到设计可靠、省料和省工。连接构造主要包括次梁与主梁的连接、梁与柱的连接〔柱头〕和柱与根底的连接〔柱脚〕。按连接的传力和变形情况，工程实际中常用的构件间连接可分铰接和刚接两大类。铰接连接主要传递竖向力，如次梁与主梁的铰接连接主要传递次梁的竖向反力，梁与柱的铰接连接主要传递梁端反力，柱与根底的铰接连接主要传递柱身传来的轴心压力。刚接连接那么除了传递竖向力外，还应同时传递连接处的弯矩。连接构造的形式多种多样，下面列举几种常用的连接构造。一、次梁与主梁的连接1．铰接连接图6-42示最常用的一种连接形式，次梁连于主梁的横向加劲肋上。图中主梁左侧所示为用普通C级螺栓连接时的构造；右侧所示为当次梁荷载较大而改用角焊缝连接时的构造，此时图上的螺栓为安装定位和临时支承需用，传力计算中不预计入。当次梁与主梁为如图6-42所示的平位连接时，次梁梁端上部要割去局部上翼缘和腹板，梁端下部要割去半个翼缘板。为了考虑连接并非完全简支，宜按次梁支座反力V的1.20~1.30倍，即按〔1.20~l，30〕V计算所需连接螺栓数目或所需焊缝尺寸。螺栓的承载力设计值取按孔壁承压和栓杆单剪求得的较小值。角焊缝的强度设计值中应考虑因高空立焊焊接条件较差而采用折减系数0.90。由于次梁端部需切去一局部截面，当用螺栓连接时还应按矩形净截面的最大剪应力验算次梁端部的抗剪强度，即应满足：式中Awn―扣除螺栓孔截面后的次梁腹板净截面面积。对图6-42左边的连接，还应验算次梁腹板的块状剪拉破坏。图6-43示用连接件〔连接钢板或连接角钢〕的次梁与主梁简单连接。此时假设楼面板铺设条件容许次梁采用低位连接时，可防止在次梁端部进行切割，如图6-43〔a〕所示。当次梁用平位连接时〔图6-43b〕，也只需对次梁端部的上部进行切割。图6-43〔a〕和〔b〕所示均采用两只连接角钢作为连接件，在工厂制造时，将连接角钢用螺栓或焊缝与次梁相连〔次梁端部应缩进连接角钢外伸边外表10mm〕，在安装时才用螺栓或焊缝与主梁腹板相连。从节省材料和便于施焊考虑，工厂连接宜用焊缝，工地连接宜用螺栓。连接件也可改用一块竖向短钢板，此时应将连接钢板在工厂中焊接于主梁腹板，而在安装时将次梁用螺栓与连接钢板相连，如图6-43〔c〕所示。2．刚接连接图6-44为次梁与主梁的刚接连接构造例如，连接需传递次梁端部的竖向反力V和弯矩M。可将何化作一力偶H·h，h为次梁上、下翼缘形心间的距离。次梁上翼缘中的拉力H由盖板承受，根据H力的大小确定所需盖板的截面积，盖板与每一次梁用三面围焊的工地角焊缝连接，按H力可算出所需焊缝的hf和lw。主梁两边的盖板平面为鱼尾形，故称为鱼尾板，它可使焊缝受力均匀和处于俯焊的焊接位置。主梁腹板两侧于工厂制造时即各焊接一承托〔短牛腿〕，承托的水平板宽度应大于次梁的翼缘板，次梁置于承托上面，用工地角焊缝〔俯焊〕相连，此工地角焊缝应承受次梁下翼缘板传来的水平压力H。此外也可采用对接焊缝与主梁腹板相连。竖向反力V的作用点位置可假设处于自承托水平板外边缘算起的1/3支承长度处。承托可采用由两块钢板组成的T形截面，荷载小时也可采用角钢。图中凡工厂焊缝均未示出，使工地焊缝更显清晰。梁与柱的连接－柱头二、梁与柱的连接－柱头1．铰接连接〔1〕梁支承于柱顶时图6-45所示为梁支承于柱顶的典型柱头构造。梁端焊接一端板〔亦即梁的支承加劲肋〕，端板底部伸出梁的下翼缘不超过端板厚度的2倍。依靠端板底部刨平顶紧于柱的顶板而将梁的端部反力传给柱头。左右两梁端板间用普通螺栓相连并在其间设填板，以调整梁在加工制造中跨度方向的长度偏差。梁的下翼缘板与柱顶板间用普通螺栓相连以固定梁的位置。这种支承方式根本上使柱中心受压，可用于轴压柱的柱头构造设计。柱顶顶板用以承受由梁传下来的压力并均匀传递给整个柱截面，因而顶板必须具有一定的刚度，通常取厚度：t=20~30mrn，不需计算。为了不使柱顶部腹板受力过分集中，在梁的端板下的柱腹板处可设置加劲肋。顶板与柱顶用角焊缝连接，并假定由此角焊缝传递全部荷载，焊脚尺寸通过计算确定。当柱腹板处设有加劲肋时，柱顶顶板焊缝的这种计算偏于保守，因这时大局部荷载将由加劲肋传递。加劲肋的连接需经计算。加劲肋顶部如刨平顶紧于柱顶板的底面，此时与顶板的焊缝按构造设置，否那么其与顶板的连接角焊缝应按传力需要计算。加劲肋与柱腹板的竖向角焊缝连接要按同时传递剪力和弯矩计算，剪力为由加劲肋顶部传下之力，此力作用于每边加劲肋顶部的中点，对与柱腹板相连的竖向角焊缝有偏心而产生弯矩，参阅图6-45〔a〕右图。图6-5〔b〕示一格构式柱的柱头构造，要注意的是：为了保证格构式柱两分肢受力均匀，不管是缀条柱或缀板柱，在柱顶处应设置端缀板，并在两分肢的腹板处设竖向隔板。当梁传给柱身的压力较大时，也可采用如图6-45〔c〕所示构造，梁端加劲肋对准柱的翼缘板，使梁的强大端部反力通过梁端加劲肋直接传给柱的翼缘，梁底可设或不设狭长垫板。但需注意，当两梁传给柱的荷载不对称时〔如左跨梁有可变荷载，右跨无可变荷载〕，采用这种形式柱头的柱身除按轴心受压构件计算外，还应按压弯构件〔偏心受压〕进行验算。〔2〕梁支承于柱顶的两侧时侧面连接时最常用的柱头构造如图6-46所示。梁端设端板，端板底面刨平顶紧支承于早已焊在柱身的托板上，托板一般采用厚钢板〔厚20-30mm〕或大号角钢。要按所传压力验算端板的承压面积和托板与柱身的角焊缝连接，在后者的计算中，还应把反力适当加大〔如加大25％~30%〕以考虑反力对焊缝的偏心作用。梁通过其端板还用普通粗制螺栓与柱翼缘板相连，螺栓连接不需计算，纯为固定梁的位置按构造设置，因此不能传递弯矩；梁只能是按简支考虑。这种柱头传力明确、构造简单、便于安装，但对梁的加工制造要求较严，梁的长度与两柱对应翼缘板间的距离不能有较大的偏差。梁端板底面要与焊在柱身的托板顶面有良好的接触。这都要求加工具有一定的精度。此外，柱两侧梁的反力不对称时，对柱身还应按压弯构件进行验算。2．刚接连接图6-47〔a〕~〔c〕为常用的梁柱刚性连接例如。图6-47〔a〕所示为全焊接节点。梁的翼缘板用坡口对接焊缝与柱相连，为了方便梁翼缘板处坡口焊缝的施焊和设置垫板，梁腹板上、下端各开r=30~35mm的半圆孔。梁腹板采用两条角焊缝与柱翼缘板相连接。这种全焊接节点省工省料，但需要工地高空施焊，对焊接技术要求较高。图6-47〔b〕所示是对图6-47〔a〕节点的改良，在工厂制造时柱上焊一长度为a的悬臂短梁段，在高空用高强度螺栓摩擦型连接与梁的中央段拼接，防止了高空施焊和便于梁的对中就位。此外，高强度螺栓拼接所在截面的内力〔弯矩和剪力〕均较梁端者为小，因而拼接所用螺栓数量较在梁端用高强度螺栓连接时为少。图6-47〔c〕节点与图6-47〔a〕相似，仅梁的腹板处改用连接角钢和高强度螺栓连接，目的是使安装时便于对中就位。图6-47〔d〕是箱形柱与工字形梁的刚性连接节点例如，在梁的上、下翼缘板水平处柱内设置上、下两横隔，与柱截面周边用坡口焊缝焊接，横隔板厚度应大于梁翼缘板厚度，通常最小厚度为16～。梁的翼缘板与柱的横隔板坡口对接，而梁的腹板那么用角焊缝连接于柱身。柱与根底的连接－柱脚三、柱与根底的连接－柱脚柱与根底的连接局部通常称为柱脚。柱脚用以把柱固定在混凝土根底上并把柱中的内力平安地通过根底最后传给地基，简单地讲就是柱脚具有固定位置和传力两大作用。1．铰接柱脚图6-48是构造最为简单的一种平板式铰接柱脚形式，底板用水平角焊缝与柱截面相连，以传递柱中压力。由于角焊缝的焊脚尺寸有一定限制而限制了传力的大小，这种柱脚一般用于荷载较轻的柱子。当荷载较大时，可将柱端截面刨平顶紧于底板，依靠刨平顶紧传力，但此时仍应设置角焊缝，可按轴力15肠计算，主要用以固定底板位置。大型柱截面进行刨平，需较大的加工设备，不易做到，同时采用的底板厚度也可能较大。荷载较大的柱子当采用平板式柱脚有困难时，可以采用图6-49所示带肋板的柱脚形式。三角形肋板焊接于柱身使两者成为一体，从而加大了能传递的荷载。同时，加设肋板后，把底板分成假设干区格，在根底反力作用下，板中弯矩可大大减小，从而可减小底板的厚度。荷载较大的铰接柱脚还可采用图6-50所示带靴梁的柱脚形式。靴梁一般采用两块钢板，柱中荷载通过竖向角焊缝传给靴梁，靴梁那么通过水平角焊缝把荷载传给底板。根据需要在两靴梁间还可设置横隔板，以增加靴梁的侧向刚度，更重要的是设置横隔板以后，底板被分成许多更小的区格，底板厚度可因而减小。2．刚接柱脚框架柱柱脚大多需承受轴心压力、水平剪力和弯矩，因而需与根底刚接。图6-51所示为常用的别离式钢柱脚，用于格构式柱且两柱肢间距大于或等于1.5m时。别离式柱脚实质上是两个轴心受压柱的柱脚用连系构件连成整体，连系构件按构造设置。图6-52为整体式钢柱脚，主要用于实腹柱或格构柱当柱的分肢间距小于1.5m时。图〔a〕所示柱脚的底板平面呈矩形，图〔b〕所示的底板接近于正方形。柱脚的主要组成局部与轴心受压柱柱脚一样，包括底板、靴梁、隔板、肋板、锚栓等。底板用以把柱中弯矩和轴压力等内力转化为底板下压应力使之平安地传给支承柱脚的混凝土根底，因此底板必须有足够的底面积使混凝土根底顶面所受的最大压应力小于混凝土的抗压强度设计值。为了增加底板的刚性和底板下受力的均匀性，柱身通过焊缝与靴梁、肋板等相连把柱身中的内力向两旁或四周扩散以便均匀地传给底板。与轴心受压柱柱脚不同的是，刚接柱脚在弯矩作用下，柱脚底板下可能出现拉应力，而这些拉应力的合力必须通过锚栓来承受以使底板与混凝土根底防止别离。轴压柱柱脚中锚栓主要用以固定柱脚的位置，其直径按构造要求确定，而刚接柱脚中的锚栓那么是重要的受力部件，其直径需按受力计算确定。为了增加整个柱脚在弯矩作用下的刚性，锚栓不能直接固定在柱脚底板上〔否那么底板易弯曲〕，而必须固定在“锚栓支架〞上。锚栓支架各由高为400mm左右的两块竖向肋板组成，肋板上端刨平顶紧并焊接于一水平钢板上〔或角钢〕上，水平板开有容纳锚栓的缺口〔宽度为锚栓直径的1.5倍〕，锚栓就固定于此水平板上。为了增加刚性和整体性，图6-52〔a〕所示柱身前后的两个锚栓支架间用竖向隔板相连，而图6-52〔b〕中左右两锚栓支架间用水平隔板相连。这就是刚接框架柱柱脚区别于轴心受压柱柱脚的主要点。由于高层建筑钢结构中要求柱脚具有较高的刚性，目前又出现了埋人式柱脚和外包式柱脚，其刚性大于上述已介绍的钢柱脚。钢柱底端焊接底板并配以锚栓，把钢柱和底板埋入钢筋混凝土根底即构成埋入式柱脚，如图6-53所示。埋人式柱脚中H型钢钢柱埋人深度为柱截面深度的两倍或两倍以上，按计算确定。柱中轴力N局部由底板直接传给根底，局部由焊于柱翼缘板上的栓钉传给根底；柱端的弯矩由混凝土根底承受，见图6-53〔b〕及〔a〕。假设将钢柱置于混凝土构件上又伸出钢筋在钢柱四周包一段钢筋混凝土者为外包式柱脚，如图6-54所示。外包式柱脚和埋人式柱脚主要用于多层和高层钢结构房屋建筑中，其构造要求和计算方法可参阅我国的行业标准，这里不多加说明。此外，还有由混凝土结构中“移植〞来的插人式柱脚，如图6-55所示，主要用于单层钢结构厂房中。钢柱直接插人混凝土根底的杯口内，用二次浇灌混凝土固定。钢柱插人杯口的深度较预制混凝土柱的略大，标准第8章中给出了插人深度的要求。这种柱脚构造简单，节约钢材，平安可靠。桁架的外形、主要尺寸和腹杆体系第六节桁架及屋盖一、桁架的外形、主要尺寸和腹杆体系1．概述桁架主要是由轴心受力构件〔拉杆和压杆〕组成的格构式扩大构件，用以承受横向荷载和跨越较大的空间。当跨度较大采用实腹式受弯构件将造成多费钢材时，就需采用桁架。钢桁架主要用于房屋建筑中的屋盖、桥梁、各种塔架〔起重、输电、钻探等〕和水工结构如闸门等建筑中，用途极为广泛。根据其承受荷载后的传力途径，有空间桁架和平面桁架之分。屋盖体系中的钢网架〔见图6-56a〕和各种塔架〔见图6-56b〕等常为空间钢桁架，其内力分桁必须借助于空间力系的平衡条件。工程结构中的大局部钢桁架那么常可按平面桁架考虑，例如图6-57中的屋架，屋面荷载由檩条传给屋架后，其内力即可借助于平面力系的平衡条件求解。以下介绍的将限于平面桁架，主要是屋架。2．平面桁架的外形及主要尺寸根据用途和跨度不同，平面桁架可有不同的外形。图6-58所示为常用的几种屋架外形及其腹杆布置。〔a〕图~〔c〕图为三角形屋架，用于屋面材料要求的屋面坡度i较陡，i≥1/5时；〔d〕图所示梭形屋架由三角形屋架变化而来，可用于需保持较平屋面坡度但又需加大屋架高度时；〔。〕图一〔h〕图所示屋架可用于屋面坡度较平坦，即i=1/10~1/20时。〔f〕图和〔g〕图所示多角形屋架和人字形屋架均系由〔。〕图所示梯形屋架变化而来，可减少屋架在跨中的高度。〔h〕图所示平行弦桁架不但可用于屋架，而且还可用于如屋盖中的各种支撑桁架、屋架和托架、皮带输送机下的支承桁架和各种栈桥桁架等。对三角形屋架，当屋架的跨度和屋面坡度一旦确定，屋架的高度也就确定。梯形屋架的端部高度常取跨度的1/10~1/8〔常用端部高度h0=2.0m左右〕，跨度愈大，比值可取小些。平行弦桁架的经济高度常为其跨度的1/15左右。在决定屋架高度时，要考虑从制造厂到建筑工地的运输条件。当用火车运送时，构件的运送单元高度应小于3.85m。屋架外形的选用应考虑所用屋面材料、屋架的跨度和房屋的使用要求等条件。波形石棉瓦屋面要求屋面坡度i=1/2.5~1/3，瓦楞铁屋面要求i≈1/5，假设这种屋面的坡度i过小，易造成漏雨，因此常需选用三角形屋架。油毡防水屋面那么要求i≤1/8，因此常用i=1/10~1/12的梯形屋架，近来常被采用的长尺压型钢板屋面，那么可用于i=l/8~1/20时，因而常选用梯形屋架和接近于平行弦的屋架。平面桁架是一种格构式受弯构件，在横向荷载作用下，其上、下弦杆主要承受桁架截面上的弯矩，而腹杆那么主要承受桁架截面上的剪力。两端简支的受弯构件在满跨均布荷载作用下，弯矩图形为一抛物线，因此屋架的外形假设接近于抛物线形，那么弦杆各节间中的内力最为均匀。三角形屋架外形与抛物线形差异较大，因而其弦杆各节间的内力很不均匀，屋架端部高度小，该处节间的内力最大，因弦杆截面常按整根弦杆的最大内力选用，造成弦杆截面钢材的增加，故跨度较大时选用三角形屋架是不经济的，其常用跨度宜在24~27m以下。梯形屋架外形较接近于抛物线形，弦杆各节间内力较为均匀，加之刚度也较三角形屋架为好，常用跨度可达36m左右。平行弦屋架弦杆内力不及梯形屋架均匀，但其腹杆长度一致，杆件类型少，结点构造统一，便于制造，是其优点。平面屋架常两端简支于钢筋混凝土或砌体柱顶，但在某些采用钢柱的厂房中，为了增加排架的侧向刚度，需将屋架与柱构成刚接如图6-59所示，这对梯形屋架比拟简单易行，而对三角形屋架就必须设置隅撑，势必影响屋架下的有效净空。3．平面桁架的腹杆体系桁架中的腹杆主要用以联系上、下弦杆构成结点并传递结点荷载，其布置原则应是：〔1〕提供承受荷载的结点，尽可能使荷载都作用在结点上而使桁架的弦杆都是轴心受力构件；〔2〕使荷载传递至支座的路线最短，以减少腹杆的总长度和结点数目；〔3〕对非人字形的腹杆体系，应使长腹杆受拉，短腹杆受压。对人字形腹杆体系，宜使斜腹杆的倾角在35°~55°范围内。目的都是减小腹杆的截面积。上述〔1〕和〔2〕两点有时可能有矛盾，此时就需通盘考虑而后作出决定。图6-58中〔b〕和〔c〕所示芬克式和扇形三角形屋架，其腹杆体系完全做到了长杆受拉和短杆受压，同时整个屋架在运输时可很方便地分为左、右两个半屋架和中间一根下弦杆〔或带吊杆〕如图6-58中所示，因而当用三角形屋架时常采用之。图6-58〔a〕所示人字形腹杆体系的三角形屋架仅当下弦有悬吊设备需要时始行采用。图6-58所示梯形和平行弦等桁架根本上都采用带竖杆的人字式腹杆体系，同一节间两斜杆长度相同，其竖杆主要用以提供承受荷载的结点，并可减小受压上弦杆的节间长度。2021年一级注册建筑师建筑结构要点总结第34讲讲义屋盖的组成及主要平面尺寸二、屋盖的组成及主要平面尺寸由平面桁架所组成的屋盖主要由屋面材料〔包括隔热材料〕、檩条、屋架和支撑体系等组成，必要时还应包括因采光或通风而设置的天窗架，以及因个别柱距增大而设置的屋架托架等，其平面布置的根本形式如图6-60所示，这种屋盖常称为有檩屋盖。过去曾大量采用的钢筋混凝土大型屋面板，可直接支承于屋架的弦杆上，屋面板的两条纵肋替代了檩条，因而构成了无凛屋盖。由于钢筋混凝土大型屋面板的尺寸受到限制〔其平面尺寸通常为6m×1.5m〕，屋架的间距通常限制为6m，屋架上弦的节间长度为1.5m，屋架布置因而缺少灵活性，腹杆布置也过密，加之屋面板重量较大，很不经济，特别对房屋抗震不利，目前已很少采用。屋盖系统的主要平面尺寸是屋架的跨度乙和屋架的间距l〔图6-60〕。屋架的跨度通常由使用要求确定。屋架的间距l一般应由设计人员按经济要求确定。当屋架间距增大，所有纵向构件如檩条等因跨度加大而需增大其截面；但在一定建筑面积下，屋架和支柱〔包括柱根底〕数目那么可减少。利用求极值的数学方法理论上可求得使整个屋盖和支柱用钢量最少或工料最省时的屋架经济间距。实际设计时屋架间距Z约为屋架跨度的1/3~1/5。此外，具体确定采用的屋架间距时，还应尽量考虑檩条材料如槽钢、工字钢由轧钢厂出厂时的定尺长度，以减少钢材的损耗。过去由于所用屋面材料的限制，檩条间距不可能过大而使檩条较密，屋面系统重量偏大，因而屋架间距不能过大，以防止加大檩条截面，常采用l=4~6m，很少采用9~12m。目前由于长尺压型钢板的投人使用，以其作为屋面材料，因其具有较大的抗弯强度和刚度，檩条间距可加大〔例如采用间距为6m〕，加之压型钢板本身自重较轻，就有条件采用较大的屋架间距，例如l=12~18m，檩条和屋架两者的间距的加大将改变采用的屋架腹杆体系和今后将介绍的屋架支撑的布置形式。例如可以改用图6-57所示的华伦〔Warren〕式屋架〔即腹杆体系为不设竖杆的人字式〕，从而缩短了腹杆的总长度和减少了结点数目。檩条的形式也将由原来常采用的槽钢改变为H型钢或格构式檩条。屋架的支撑系统三、屋架的支撑系统平面屋架在其本身平面内，由于弦杆与腹杆构成了三角形的几何不变铰接体系而具有较大的刚度，但在垂直于屋架平面方向〔通称屋架平面外〕，不设支撑体系的平面屋架却不能保持其几何不变，如图6-61所示，〔a〕图为屋架的端视图，当在屋架端部两屋架间未设垂直支撑桁架时，虽有檩条和系杆的连系，屋架相互间仍是几何可变的，在侧向力作用下屋架会倾斜；仅当设了垂直支撑桁架和系杆，才能保持各个屋架在平面外的几何稳定性。〔b〕图为屋架上弦平面图，在未设上弦平面内的支撑桁架时，虽有檩条把各个屋架连成一片，但当屋架上弦杆因受压而失稳时，整个上弦会屈曲成一个“半波〞。如果在房屋两端的柱间内设置上弦横命撑桁架，那么屋架上弦将屈曲成多个“半波〞，从而提高了上弦杆的整体稳定性，亦即提高了承载能力。由这二例可见平面桁架如无支撑系统从侧面“扶持〞，将不能发挥它的承重作用。下面将对屋架支撑的种类、作用和布置方法等分别作出口说明。1．屋架支撑的种类和作用屋架〔包括天窗架〕的支撑系统包含以下四类：〔1〕横向支撑根据其位于屋架的上弦平面或下弦平面，又可分为上弦横向支撑和下弦横向支撑两种，图6-61〔b〕中所示为上弦平面横向支撑；〔2〕纵向支撑设于屋架的上弦或下弦平面，布置在沿柱列的各屋架端部节间部位〔图6-64〕；〔3〕垂直支撑位于两屋架端部或跨间某处的竖向平面或斜向平面内〔图6-61a〕；〔4〕系杆根据其是否能抵抗轴心压力而分成刚性系杆和柔性系杆两种。通常刚性系杆采用由双角钢组成的十字形截面，而柔性系杆截面那么为单角钢〔图6-62〕。在轻型屋架中柔性系杆也可采用张紧的圆钢。各类支撑均有其作用。必须了解其作用，而前方能确定何处需布置支撑以及如何布置支撑。房屋支撑系统的作用，总的说来是提高结构的整体刚度、发挥结构的空间作用；保证结构的几何稳定性及受压构件的侧向稳定；防止构件在动力荷载作用下产生较大的振动；承当和传递房屋所受水平荷载以及保证安装时的稳定和平安等。因此，支撑系统的合理布置和设计，对房屋的工程质量和平安、适用有极其重要的意义。图6-62为支承于间距为6m的钢筋混凝土柱柱顶梯形屋架的支撑布置例如。2．横向支撑的布置横向支撑由相邻两屋架的弦杆〔上弦杆或下弦杆〕和特设的纵向压杆与交叉斜杆组成〔图6-62〕。上弦平面横向支撑，前已述及，对保证上弦杆的侧向稳定性有着重要的作用。当山墙柱的上端支承于屋架上弦或下弦某些结点上时，横向支撑又起着传递作用在房屋山墙上的纵向水平风荷载的作用。一般情况下，屋架的上弦平面横向支撑都必须设置。屋架下弦杆为拉杆无稳定性问题，因此当房屋的跨度和高度较小〔例如跨度小于24m〕且室内无悬挂吊车时，可不设下弦平面横向支撑，此时下弦杆中某些结点可借设置纵向柔性系杆通过垂直支撑与上弦横向支撑的一些结点相连，使其也成为几何不动点，以减少下弦杆在屋架平面外的无支承长度。横向支撑一般应设置在房屋两端〔或温度伸缩缝区段两端〕的第一个柱间内〔图6-62a、b〕且上、下弦平面支撑必须设在相同的两个屋架上。当房屋两端不设置屋架而以山墙承重时或屋架上有纵向天窗只延伸到房屋端部〔或温度区段端部〕的第二个柱间时，横向支撑应缩进到第二个柱间内，在第一个柱间内那么设置相应的刚性系杆〔图6-63〕。为了增加屋盖的刚性，两道横向支撑的间距不宜超过60m。因此当房屋长度较大，两端的横向支撑间距大于60m时，每隔60m左右还应增设一道横向支撑。图6-62〔a〕、〔b〕中的中间横向支撑即据此而设置。不设横向支撑的其他屋架，其上弦杆的侧向稳定性由与房屋两端设置的横向支撑架结点相连的系杆来保证。为了安装屋架时的方便与平安，屋脊处应设刚性系杆〔当跨度较大时，屋架两端的系杆也可考虑为刚性系杆〕，其他上弦结点处的系杆可为柔性系杆。在有檩屋盖中，屋架上弦平面的系杆可用檩条兼充，但对兼充刚性系杆的檩条应补充验算檩条长细比，使满足λ≤200。当屋架上有天窗架时，天窗下的屋架上弦杆上无屋面构件，屋脊处仍需设置刚性系杆以保证上弦杆的侧向稳定〔图6-63b〕。下弦杆是受拉构件，无稳定问题，因此在不设横向支撑的其他屋架下弦间仅需在垂直支撑所在位置处设置一道或二道柔性系杆即可，但必须使下弦杆在屋架平面外的长细比满足规定要求，参阅图6-62〔b〕。3．纵向支撑的布置纵向支撑设在屋架两端的节间处，如图6-64〔a〕所示，其作用是：〔1〕与横向支撑一起形成一水平刚性盘，增加房屋的整体刚度；〔2〕当房屋为工厂车间并设有吊车时，在吊车横向制动力作用下使框架起空间作用，可减轻受荷较大的框架所受水平荷载和产生的水平变形；〔3〕当有托架时，可保证托架的侧向稳定。纵向支撑仅当房屋的跨度和高度较大、或房屋为厂房并设有壁行吊车或有较大振动设备〔如锻压车间〕因而对房屋的整体刚度要求较高时始设置之。对梯形屋架，纵向支撑常设在屋架的下弦平面，而对三角形屋架那么常设在上弦平面。为增加托架的侧向稳定而设置的纵向支撑可只在局部柱间内设置，但需在托架所做柱间两侧各延伸一个柱间，如图6-64〔b〕所示。4．垂直支撑的布置垂直支撑设在两个屋架间的某些竖向平面内，对芬克式或扇形的三角形屋架，垂直支撑也可设在斜平面内。垂直支撑的作用是：〔1〕保持屋架侧向的几何稳定性；〔2〕下弦无横向支撑时，作为下弦系杆的支点；〔3〕传递山墙所受纵向风荷载等至屋架支柱；〔4〕保证吊装屋架时的稳定和平安。垂直支撑在任何屋盖系统内一般都需设置。沿房屋纵向，垂直支撑只设在有横向支撑的同一柱间的屋架上，不设垂直支撑的其他柱间的屋架上、下弦相应点间设纵向系杆与之相连，可参阅图6-62〔c〕和图6-62〔d〕。沿屋架跨度方向，对跨度L≤30m的梯形屋架和跨度L≤24m的三角形屋架，通常只在跨度中点设置一道中间垂直支撑；当跨度大于上述情况时，那么需在跨度中间设置两道垂直支撑。此外，在梯形屋架两端那么不管跨度大小均需设置垂直支撑。可参阅图6-65。垂直支撑是一个平行弦衔架，高度h由与其连接处的屋架高度确定。图6-66所示其一般形式。上述介绍的支撑的设置和布置都是按屋架和柱子的间距l=6m考虑。对采用长尺压型钢板作为屋面材料时，前面已述及，可以扩大屋架的间距，l可取12~18m。由于柱距和屋架间距的加大，屋盖的组成可能有所改变，例如在主桁架外另设与其正交的次桁架，然后再设横梁和檩条，构成复式屋盖系统。但前面介绍的支撑系统的设置原则仍适用。屋架间距加大后，屋盖支撑系统的作用就更为重要，为了增加整个屋盖的空间刚度，常要求多设置一些垂直支撑，屋架的纵向支撑也成为必需，使与横向支撑构成“刚性盘〞等。因此对扩大屋架间距后的屋盖支撑布置，应根据上述设置原则进行具体分析后确定。木结构用木材第七章木结构第一节木结构用木材一、木材的特点和适用范围木结构〔timber structure〕是指以木材为主制作的结构。由于我国树木分布广泛，易于取材；木材采伐和加工方便，同时质轻且强，所以木材很早就被用来建造房屋与桥梁。但是，由于术材存在着各向异性、天然缺陷〔木节、斜纹、髓心、裂缝等〕、易腐、易蛀和易裂等缺点，对木结构的结构形式、节点连接，施工质量以及使用期维护都有比拟高的要求，以保证木结构有足够的可靠性和耐久性。木结构生长速度缓慢，而木材资源有限，因此，建造木结构除了做到保证平安和人体健康以外，还要合理利用木材，大力开展人工林，改变过去对生态保护重视不够，森林资源破坏严重的情况，促进我国木结构健康地可持续性开展。承重木结构应在正常温度和湿度环境中项房屋结构和构筑物中使用J几处于以下生产和使用条件的情况，不应采用木结构：〔1〕极易引起火灾的；〔2〕受生产性高温影响，木材外表温度高于50℃的；〔3〕经常受潮且不易通风的。二、木材的分类木结构用的木材分为针叶材和阔叶材。主要承重构件宜采用针叶材，重要的木质连接件应采用细密、直纹、无节和无其他缺陷且耐腐蚀的硬质阔叶材。承重木结构用的木材，按照其材质，从好到坏可分为I、II、III级，设计时应根据受力的种类进行选用：受拉或拉弯构件材质等级选用I级；受弯或压弯构件材质等级选用II级；受压构件及次要受弯构件材质等级选用III级。承重结构木材材质标准参见?木结构设计标准?〔GB50005-2003〕〔本节以下简称?标准?〕附录A。木结构用材按使用截面的不同，可分为原木、锯材和胶合材。〔1〕原木〔log〕是指伐倒并除去树皮、树枝和树梢的树干。〔2〕锯材〔sawn lumber〕是指由原木锯制而成的任何尺寸的成品材或半成品材。锯材又分方木〔square timber〕、板材〔plank〕和规格材〔dimension lumber〕。方木是指直角锯切且宽厚比小于3的，截面为矩形或正方形的锯材。板材是指宽度为厚度3倍或3倍以上的矩形锯材。规格材是指按轻型木结构设计的需要，木材截面宽度和高度按规定尺寸加工的规格化木材。〔3〕胶合材〔glued lunber〕是指以木材为原料通过胶合压制而成的柱型材和各种板材的总称。三、木材的物理性能1．木材的含水率木材的含水率对木材强度有很大的影响，随含水率的增加木材强度降低。当含水率到达纤维饱和点时，木材的强度不再降低。含水率对受压、受弯、受剪及承压强度影响较大，而对受拉强度影响较小。按照含水率大小，木材可分为干材〔含水率小于18%〕、半干材〔含水率等于18％一25%〕和湿材〔含水率大于25%〕。?标准?规定，在制作构件时，木材的含水率应符合以下要求：〔1〕现场制作的原木或方木结构不应大于25%；〔2〕板材和规格材不应大于20%；〔3〕受拉构件的连接板不应大于18%；〔4〕作为连接件不应大于15%；〔5〕层板胶合木结构不应大于15%，同一构件各层木板间的含水率差异不应大于5％。2．木材的湿胀、干裂与翘曲当木材的含水率在纤维饱和点以下变化而引起木材的湿胀或干裂时，其尺寸变化的规律是相似的。由于干缩会引起开裂和翘曲，对于木结构的工作影响较大，因此木结构的干缩更需要引起重视。原木或带髓心的方木在枯燥过程中开裂的原因主要有两种：〔1〕环向的收缩受到径向的约束，沿年轮产生的环向拉应力；〔2〕木材外层的水分蒸发速度比内层快，其收缩变形受到内层的阻碍时，亦产生环向拉应力。上述两种原因产生的拉应力之和，超过了木材的抗拉强度时，即由外向内发生开裂。木材端部水分蒸发较快，常形成严重的端裂，应设法预防。对于板材而言，在枯燥过程中，环向和径向两个方向的干缩率不同，不会致使开裂，假设任其自由变形，那么发生翘曲。3．木材的缺陷天然生长的木材不可防止的会存在一些缺陷。对木材影响最大的缺陷是腐朽和虫蛀，这是任何等级的木材都绝对不允许的。对木材强度有影响的缺陷还包括：木节、斜纹、裂缝和髓心。四、木材的力学性能1．木材的受拉性能木材顺纹抗拉强度最高，而横纹抗拉强度很低，仅为顺纹抗拉强度的1/10~1/40。斜纹受拉强度介于顺纹与横纹两者之间，因而应尽量防止木材横纹受拉。木材受拉破坏前的变形很小，没有显著的塑性变形，属于脆性破坏。故?标准?对木材受拉除了采用较低的强度设计值外，还要求使用工级材，对未材的缺陷给予严格限制。2．木材的受压性能木材受压时，有较好的塑性变形，可以使应力集中逐渐趋于缓和，所以局部削弱对木材受压的影响比受拉时小得多，木节、斜纹和裂缝等缺陷也较受拉时的影响缓和。木材受压时的工作性能要比受拉时可靠得多，因此对木材的选择较受拉时为宽，可采用III级材。两个构件利用外表互相接触传递压力叫承压。在木结构的接头和连接中常遇到承压的情况。根据木材承压的外力与木纹所成的角度不同，可分为顺纹承压、横纹承压和斜纹承压〔图7-1〕。〔1〕顺纹承压。木材的顺纹承压强度略低于顺纹受压的强度，原因为：1〕承压面不可能完全平整，致使承压力分布不均匀；2〕两个构件的年轮不可能对准，一构件晚材压人另一构件早材，也使变形增大。但是木材的顺纹承压与顺纹受压相差很小，在?标准?中将顺纹承压与顺纹受压取同一值fc。〔2〕横纹承压。横纹承压分为局部长度承压、局部长度和局部宽度承压、全外表承压三种情况。如图7-2〔a〕、〔b〕、〔c〕所示。局部长度承压的强度较高，因为局部长度承压时，不承压局部的的纤维对其受压局部的纤维变形有阻止作用。在局部长度承压中，承压面长度越小，承压强度越高。当木结构构件未承压局部的长度很短时，构件两端将出现横纹开裂现象〔图7-3〕，因此构造上必须保证木结构构件1/1。的比值足够大，才能提高横纹承压强度。由于木材在横纹方向的彼此牵制作用很小，所以局部承压中不考虑在宽度方向未受力局部的影响。木材全外表横纹承压时，变形较大，加荷至一定限度以后，由于木材细胞壁逐渐破裂被压扁，木材被压实，其变形逐渐减小直至纤维束失去稳定而破坏。横纹全外表承压强度最低。〔3〕斜纹承压。斜纹承压即外力与木纹成一定角度的局部承压。斜纹承压的强度介于顺纹承压和横纹承压之间，与a值有关系。3．木材的受弯性能木材的受弯性能如图7-4所示：截面应力在加载初期呈直线分布；随着荷载的增加，在截面受压区，压应力逐渐成为曲线，而受拉区内的应力仍接近直线，中和轴下移；当受压边缘纤维应力到达其强度极限值时将保持不变，此时的塑性区不断向内扩展，拉应力不断增大；边缘拉应力到达抗拉强度极限时，构件受弯破坏。?标准?对受弯构件材质的要求介于拉、压之间，可采用II级材。4．木材的受剪性能木材的受剪可分为截纹受剪、顺纹受剪和横纹受剪，如图7-5〔a〕、〔b〕、〔c〕所示。截纹受剪是指剪切面垂直于木纹，木材对这种剪切的抵抗力是很大的，一般不会发生这种破坏。顺纹受剪提指作月力与术纹平行。横纹受剪是指作用力与木纹垂直。横纹剪切强度约为顺纹剪切强度的一半，而截纹剪切强度那么为顺纹剪切强度的8倍。木结构中通常多用顺纹受剪破坏，属于脆性破坏。木材缺陷对受剪工作影响很大，特别是木材的裂缝，当裂缝与剪面重合时更加危险，常是木结构连接破坏的主要原因。由于木材的髓心处材质较易开裂，故?标准?规定受剪面应该避开髓心。木结构的计算和连接第二节木结构构件计算一、轴心受拉构件轴心受拉构件的承载力按下式验算：式中ft―木材顺纹抗拉强度设计值，N/mm2；N轴心受拉构件拉力设计值，N；An―受拉构件的净截面面积，mm2，计算An时应扣除分布在150mm长度上的缺孔投影面积。二、轴心受压构件轴心受压构件的承载力验算：1．按强度验算2．按稳定验算式中fc―木材顺纹抗压强度设计值，N－一轴心受压构件压力设计值，An―受压构件的净截面面积，mm2；A0―受压构件截面的计算面积，mm2，按照?标准?第5.1.3条确定；φ——轴心受压构件稳定系数，按照?标准?第5.1.4条确定。三、受弯构件1．单向受弯构件的抗弯承载力验算式中fm―木材抗弯强度设计值，N/mm2；M―受弯构件弯矩设计值，N·mm；Wn―受弯构件的净截面抵抗矩，mm3。2．单向受弯构件的抗剪承载力验算式中fv——木材顺纹抗剪强度设计值，N/mm2；V——受弯构件剪力设计值，N，按照?标准?第5.2.3条确定；I——构件的全截面惯性矩，mm4；B——构件的截面宽度，mm；S——剪切面以上的截面面积对中性轴的面积矩，mm3。3．单向受弯构件的挠度验算式中[ω]―受弯构怕内挠度限制，mm，按照?标准?表4.2.7采用；ω一构件按荷载效应的标准组合计算的挠度，mma。4．双向受弯构件的承载力验算式中σmx、σmy―对构件截面x、y轴的弯曲应力设计值，N/mm2。5．双向受弯构件的挠度验算式中ωx、ωy―构件按荷载效应的标准组合计算的对x、y轴方向的挠度，mm。四、拉弯构件拉弯构件的承载力按下式验算：式中符号意义同前。五、压弯构件压弯构件及偏心受压构件的承载力验算：1．按强度验算2．按稳定验算式中φx―考虑轴向力和初始弯矩共同作用的折减系数，按照?标准?第5.3.2-4式确定；fc、fm―考虑?标准?表4.2.1－4所列调整系数后的木材顺纹抗压强度设计值、抗弯强度设计值，N/mm 2；其余符号意义同前。第三节木结构的连接木结构的构件连接是木结构的重要内容之一，包括连接形式、连接构造和连接计算三局部内容。常用的木结构连接形式包括两大类：齿连接和螺栓连接。一、齿连接1．连接形式齿连接是通过构件与构件之间直接抵承传力，所以齿连接只应用在受压构件与其他构件连接的结点上。齿连接有单齿连接与双齿连接，如图7－6〔a〕、〔b〕所示。2．构造要求〔1〕齿连接的承压面，应与所连接的压杆轴线垂直；〔2〕单齿连接应使压杆轴线通过承压面中心；〔3〕木桁架支座结点的上弦轴线和支座反力的作用线，当采用方木或板材时，宜与下弦净截面的中心线交汇于一点；当采用原木时，可于下弦毛截面的中心线交汇于一点，此时，刻齿处的截面可按轴心受拉验算；〔4〕齿连接的齿深，对于方木不应小于20mm，对于原木不应小于30mm；〔5〕彬架支座结点齿深不应大于h/3，中间结点的齿深不应大于h/4〔h为沿齿深方向的构件截面高度〕；〔6〕双齿连接中，第二齿的齿深hc应比第一齿的齿深hc，至少大20mm，单齿和双齿第一齿的剪面长度不应小于4.5倍齿深；〔7〕当采用湿材制作时，木桁架支座节点齿连接的剪面长度应比计算值加长50mm；〔8〕桁架支座节点采用齿连接时，必须设置保险螺栓，其方向与上弦轴线垂直，但不考虑保险螺栓与齿的共同作用。3．单齿连接计算〔1〕按木材承压：式中fca―木材斜纹承压强度设计值，N/mm2，按?标准?第4.2.6条确定；N―作用于齿面上的轴向压力设计值，N；Ac―齿的承压面面积，mm2。〔2〕按木材受剪：式中fv―木材顺纹抗剪强度设计值，N/mm2；V一作用于剪面上的剪力设计值，N；lv―剪面计算长度，mm，其取值不得大于齿深hc的8倍；bv―剪面宽度，mm；ψv―沿剪面长度剪应力分布不匀的强度降低系数，按?标准?表6.1.2采用。4．双齿连接计算〔1〕双齿连接的承压，仍按照〔7-13〕计算，Ac取两个齿承压面之和。〔2〕双齿连接的受剪，仍按照〔7-14〕计算，此时全部剪力V均由第二齿面承受，且lv≤10hc。〔3〕双齿连接沿剪面长度剪应力分布不匀的强度降低系数ψv按?标准?表6.1.3采用。5．保险螺栓计算当桁架支座采用齿连接时，必须设置保险螺栓。其承受之拉力Nb由上弦轴力设计值N和上下弦的夹角a按下式计算：式中Nb―保险螺栓所承受的轴向拉力，N；N一上弦轴向压力设计值，N；a―上弦与下弦的夹角，°。二、螺栓连接和钉连接1．连接形式〔1〕螺栓连接和钉连接有单剪连接和双剪连接两种，如图7-7〔a〕、〔b〕所示；〔2〕螺栓连接和钉连接排列有两纵行齐列和错列两种，如图7-8〔a〕、〔b〕所示。2．构造要求连接木结构的最小厚度规定按表7-1取值；〔2〕璨栓排列的的最小问距按表7-2取值，〔3〕钉排列的的最小间距按表7-3取值。3．单齿连接计算〔1〕当木结构最小厚度符合表7-1规定时，螺栓连接或钉连接顺纹受力的每一剪面的连接承载力值按下式确定：式中Nv一螺栓或钉连接每一剪面的承载力设计值，N；fc―木材顺纹承压强度设计值，N/mm；d―螺栓或钉的直径，mm；Kv―螺栓或钉连接设计承载力计算系数，按照?标准?表6.2.2采用。〔2〕当木结构最小厚度不能满足表7-1规定时，那么每一剪面的承载力设计值除了Nv按式〔7-16〕计算外，且不得大于，按照?标准?表6.2.4采用。〔3〕假设螺栓的传力方向与构件木纹成“角度时，按式〔7-16〕计算的每一剪面的承载力设计值应乘以木材斜纹承压的降低系数，按照?标准?表6.2.4采用。钉连接可不考虑斜纹承压的影响。木结构的设计和防护第四节木结构的一般设计和构造要求〔1〕木结构设计应符合以下要求：1〕木材宜用于结构的受压或受弯构件，对于在枯燥过程中容易翘裂的树种木材用作桁架时宜采用钢下弦；假设采用木下弦，对于原木，其跨度不宜大于15m，对于方木不应大于1 Zm，且应采取有效措施防止裂缝危害；2〕木屋盖宜采用外排水，假设必须用内排水时，不应采用木质天沟；3〕应积极创造条件采用胶合木构件或胶合木结构；4〕必须采取通风和防潮措施，以防木材腐朽和虫蛀；5〕合理减少构件截面的规格，以符合工业化生产的要求；6〕应保证木结构，特别是钢木桁架在运输和安装过程中的强度、刚度和稳定性；7〕地震区设计木结构，在构造上应加强构件之间、结构与支撑物之间的连接，特别是刚度差异较大的两局部或两个构件之间的连接必须平安可靠。〔2〕在可能造成风灾的台风地区和山区风口地段，木结构的设计应采取有效措施，以加强建筑物的抗风能力。尽量减小天窗的高度和跨度；采用短出檐或封闭出檐；瓦面宜加压砖或坐灰；山墙采用硬山；檩条与桁架〔或山墙〕、桁架与墙〔或柱〕、门窗框与墙体等的连接均应采取可靠锚固措施。〔3〕抗震设防烈度为8度和9度地区设计木结构建筑，可根据需要采用隔震、消能设计。〔4〕在结构的同一结点或接头中有两种或多种不同的连接方式时，计算时应该考虑一种连接传递内力，不得考虑几种连接的共同工作。〔5〕杆系结构中的木结构，当有对称削弱时，其净截面面积不应小于构件毛截面面积的50%；当有不对称削弱时，其净截面面积不应小于构件毛截面面积的60％。〔6〕受弯构件的受拉边，不得打孔或开设缺口。〔7〕圆钢拉杆和拉力螺栓的直径，应按计算确定，但不宜小于12mm。〔8〕桁架的圆钢下弦、三角形桁架跨中竖向钢拉杆、受振动荷载影响的钢拉杆以及直径等于或大于20mm的钢拉杆和拉力螺栓，都必须采用双螺帽。〔9〕木结构的钢材局部，应有防锈措施。〔10〕在房屋或构筑物建成后，应按?标准?附录D对木结构进行检查和维护。对于用湿材或新利用树种木材制作的木结构，必须加强使用前和使用后第1~2年内的检查和维护工作。第五节木结构的防火和防护一、木结构的防火〔1〕木结构防火的一般规定木结构建筑构件的燃烧性能和耐火极限不应低于表7-4的规定。〔2〕木结构建筑不应超过三层。不同层数建筑最大允许长度和防火分区面积不应超过表7-5的规定。〔3〕木结构建筑之间、木结构建筑与其他耐火等级的建筑之间的防火间距不应小于表7-6的规定。〔4〕两座木结构建筑之间、木结构建筑与其他结构建筑之间的外墙均无任何门窗洞口时，其防火间距不应小于4.00m。〔5〕两座木结构建筑之间、木结构建筑与其他耐火等级的建筑之间，外墙的门窗洞面积之和不超过该外墙面积的10写时，防火间距不应小于表7-7的规定。二、木结构防护的一般规定〔1〕木结构中的以下部位应采取防潮和通风措施：1〕在桁架和大梁的支座下应设置防潮层；2〕在木柱下应设置柱墩，严禁将木柱直接埋人土中；3〕桁架、大梁的支座节点或其他承重木构件不得封闭在墙、保温层或通风不良的环境中；4〕处于房屋隐蔽局部的木结构，应设通风洞；5〕露天结构在构造上应防止任何局部有积水的可能，并应在构件之间留有空隙〔连接部位除外〕；6〕当室内外温差很大时，房屋的围护结构〔包括保温吊顶〕，应采取有效的保温和隔汽措施。〔2〕木结构构造上的防腐、防虫措施，除应在设计图纸中加以说明以外，尚应要求在施工的有关工序交接时，检查其施工质量，如发现问题应立即纠正。〔3〕以下情况，除从结构上采取通风防潮措施外，尚应进行药剂处理：1〕露天结构；2〕内排水桁架的支座节点处；3〕擦条、搁栅、柱等木构件直接与砌体、混凝土接触部位；4〕白蚁容易繁殖的潮湿环境中使用的木结构。5〕承重结构中使用马尾松、云南松、湿地松、桦木以及新利用树种中易腐朽或易遭虫害的木材。〔4〕木结构的机械加工应在药剂处理前进行。木结构经防腐虫处理后，应防止重新切割或钻孔。由于技术上的原因，确有必要做局部处理时，必须对木材暴露的外表，涂刷足够的同品牌药剂。2021年一级注册建筑师建筑结构要点总结第35讲讲义名词术语涵义第八章建筑结构抗震第一节概述一、名词术语涵义1．地震由于地下岩层构造状态突然破裂、或由于局部岩层塌落、火山喷发、核爆炸等原因产生振动，并以波的形式传到地面引起地面颠簸和摇晃，这种地面运动就叫做地震。在建筑抗震设计中所指的地震是由于岩层构造状态突然发生破裂引起的地震。2．震级是衡量一次地震大小的等级。用符号“M〞表示，一般称为里氏震级。〔1〕M=2~4的地震为有感地震。〔2〕M>5的地震，对建筑物有不同程度的破坏。〔3〕M>7的地震，称为强烈地震或大地震。3．地震烈度指地震时某一地区地面和各类建筑物遭受地震影响的强弱程度。4．多遇地震烈度设计基准期50年内，超越概率为6 3.2％的地震烈度。5．根本烈度指中国地震烈度区划图标明的地震烈度。1990年公布的地震烈度区划图标明的根本烈度为50年期限内，一般场地条件下，可能遭遇超越概率为10％的地震烈度。6．罕遇地震烈度设计基准期50年内，超越概率为2％一3％的地震烈度。7．抗震设防烈度按国家规定的权限批准作为一个地区抗震设防依据的地震烈度，一般情况可采用中国地震烈度区划图标明的根本烈度。8．地震作用地震作用是地震动影响结构后，结构产生的动态反响〔如速度，加速度，变形〕。地震作用不是直接的外力作用，而是结构的地震时的动力反响，是一种间接作用。地震作用的大小与地震动的性质和工程结构的周期、阻尼等动力特性有关；地震作用分为水平地震作用、竖向地震作用和扭转地震作用。9．超越概率一定地区范围和时间范围内，发生的地震烈度超过给定地震烈度的概率。10．抗震设防标准衡量抗震设防要求的尺度，由抗震设防烈度和建筑使用功能的重要性确定。11．设计地震动参数抗震设计用的地震加速度〔速度、位移〕时程曲线，加速度反响谱和峰值加速度。12．设计根本地震加速度50年设计基准期内超越概率为10％的地震加速度的设计取值。13．抗震概念设计根据地震灾害和工程经验等所形成的根本设计原则和设计思想，进行建筑和结构总体布置，并确定细部构造的过程。14．抗震措施除地震作用计算和抗力计算以外的抗震设计内容，包括抗震构造措施。15．抗震构造措施根据抗震概念设计原则，一般不需要计算而结构和非结构各局部必须采取的各种细部要求。16．设计特征周期抗震设计用地震影响系数曲线中，反响地震震级、震中距和场地类别等因素的下降段起始点对应的周期值。17．场地工程群体所在地、具有相似的反响谱特征。其范围相当于厂区、居民小区和自然村或不小于1.0km2的平面面积。建筑物抗震设防类别二、建筑抗及设防分类与设防目标〔一〕建筑物抗震设防类别建筑结构应根据其破坏造成的人员伤亡，直接和间接经济损失及社会影响的大小等因素分为以下四类。1．特殊设防类：指使用上有特殊设施，涉及国家公共平安的重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害等特别重大灾害后果，需要进行特殊设防的建筑。简称甲类建筑。2．重点设防类：指地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的生命线相关建筑，以及地震时可能导致大量人员伤亡等重大灾害后果，需要提高设防标准的建筑。简称乙类建筑。3．标注设防类：除甲类、乙类、丁类以外，需要按标准要求进行设防的建筑。简称丙类建筑。4．适度设防类：指使用上人员稀少且震伤不至于产生次生灾害，允许在一定条件下适度降低要求的建筑。简称丁类建筑。建筑工程抗震设防分类标准建筑工程抗震设防分类标准抗震防灾建筑应根据其社会影响及在抗震救灾中的作用划分抗震设防类别。医疗建筑的抗震设防类别，应符合以下规定：1三级特等医院的住院部、医技楼、门诊部，抗震设防类别应划为甲类。2大中城市的三级医院住院部、医技楼、门诊部，县及县级市的二级医院住院部、医技楼、门诊部，抗震设防烈度为8、9度的乡镇主要医院住院部、医技楼，县级以上急救中心的指挥、通信、运输系统的重要建筑，县级以上的独立采、供血机构的建筑，抗震设防类别应划为乙类。三级医院指该医院总床位不少于500个且每床建筑面积不少于60m2，二级医院指床位不少于100个且每床建筑面积不少于45m2。三级特等医院为极少数承当特别重要医疗任务的三级医院。3工矿企业的医疗建筑，可比照城市的医疗建筑确定其抗震设防类别。消防车库及其值班用房，抗震设防类别应划为乙类。大中城市和抗震设防烈度为8、9度的县级以上抗震防灾指挥中心的主要建筑，抗震设防类别应划为乙类。工矿企业的抗震防灾指挥系统建筑，可比照城市抗震防灾指挥系统建筑确定其抗震设防类别。疾病预防与控制中心建筑的抗震设防类别，应符合以下规定：1承当研究、中试和存放剧毒的高危险传染病病毒任务的疾病预防与控制中心的建筑或其区段，抗震设防类别应划为甲类。2县、县级市及以上的疾病预防与控制中心的主要建筑，除1款规定者，其抗震设防类别应划为乙类公共建筑，应根据其人员密集程度、使用功能、规模、地震破坏所造成的社会影响和直接经济损失的大小划分抗震设防类别。体育建筑中，使用要求为特级、甲级且规模分级为特大型、大型的体育场和体育馆，抗震设防类别应划为乙类。特级指举办亚运会、奥运会级世界锦标赛的主场；甲级指举办全国性和单项国际比赛的场馆；大型体育场指观众座位容量不少于40000人，特大型60000人，大型体育馆〔含游泳馆〕指观众座位容量不少于6000人，特大型10000人。影剧院建筑中，大型的电影院、剧场、娱乐中心建筑，抗震设防类别应划为乙类。大型剧场、电影院，指座位不少于1200；大型娱乐中心指一个区段内上下楼层合计的座位明显大于1200同时其中至少有一个座位在500以上〔相当于中型电影院的座位容量〕的大厅。商业建筑中，大型的人流密集的多层商场，抗震设防类别应划为乙类。当商业建筑与其他建筑合建时应分别判断，并按区段确定其抗震设防类别。大型商场指一个区段的建筑面积25000m2或营业面积10000m2以上的商业建筑当商业建筑与其他建筑合建时，包括商住楼或综合楼，其划分以区段按比照原则确定。例如，高层建筑中多层的商业裙房区段或者下部的商业区段为乙类，而上部的住宅可以为丙类。还需注意，当按区段划分时，假设上部区段为乙类，那么其下部区段也应为乙类。对于人员密集的证券交易大厅，可按比照原则确定抗震设防类别。博物馆和档案馆中，大型博物馆，存放国家一级文物的博物馆，特级、甲级档案馆，抗震设防类别应划为乙类。大型博物馆指建筑规模大于10000m2，一般适用于中央各部委直属博物馆和各省、自治区、直辖市博物馆。特级档案馆为国家级档案馆，甲级档案馆为省、自治区、直辖市档案馆，二者的耐久年限要求在100年以上。会展建筑中，大型展览馆、会展中心，抗震设防类别应划为乙类。这类展览馆、会展中心，在一个区段的设计容纳人数一般在5000人以上。科技馆可比照展览馆确定其抗震设防类别。教育建筑中，人数较多的幼儿园、小学的低层教学楼，抗震设防类别应划为乙类。这类房屋采用抗震性能较好的结构类型时，可仍按本地区抗震设防烈度的要求采取抗震措施。人数较多的小学指单体建筑学童人数600人以上；人数较多的幼儿园指单体建筑幼儿人数200人以上。按当前的经济条件，这类低层房屋通常采用砌体结构，故规定如果改用抗震性能较好的混凝土结构材料和合理的结构类型时，抗震措施可仍按原设防烈度采用。科学实验建筑中，研究、中试生产和存放剧毒的生物制品、天然和人工细菌、病毒〔如鼠疫、霍乱、伤寒和新发高危险传染病等〕的建筑，抗震设防类别应划为甲类。高层建筑中，当结构单元内经常使用人数超过10000人时，抗震设防类别宜划为乙类。住宅、宿舍和公寓的抗震设防类别可划为丙类。抗震设防目标〔二〕抗震设防目标抗震设计要到达的目标是在不同频度和强度的地震发生时，要求建筑具有不同的抵抗能力。对发生可能性较大的多遇地震，要求结构不受损坏；而对于发生可能性较小的罕遇地震，那么允许结构有所损坏，但不倒塌。我国现行?建筑抗震设计标准?〔GB 50011-2001〕〔以下简称抗震标准〕根据这些原则提出了“三个水准〞的抗震设防目标。第一水准：当遭受低于本地区设防烈度的多遇地震〔小震〕作用时，一般不受损坏或不需修理仍可继续使用；第二水准：当遭受本地区设防烈度的地震〔中震〕作用时，可能损坏，经一般修理或不需修理仍可继续使用；第三水准：当遭受到高于本地区设防烈度的罕遇地震〔大震〕作用时，建筑不致倒塌或危及生命的严重破坏。通常将其概括为：“小震不坏，中震可修、大震不倒〞。在抗震设计时，为满足上述三水准的目标采用两阶段设计法。第一阶段设计：按多遇地震作用效应和其他荷载效应的根本组合进行截面设计，以及验算在多遇地震作用下结构的弹性变形，这就是所谓的“抗震计算设计〞。它使建筑物满足第一水准设防目标。第一阶段设计中还包括抗震概念设计和抗震构造措施，它使建筑物满足第二水准的设计要求。第二阶段设计为弹塑性变形验算，对特殊要求的建筑和地震时易倒塌的结构，除进行第一阶段设计外，还要对罕遇地震作用下结构的薄弱层进行弹塑性变形验算和采取相应的构造措施，使建筑物满足第三水准的设防要求。上面提到的多遇地震〔小震〕、根本烈度地震〔中震〕、罕遇地震〔大震〕之间的关系大致为：小震比根本烈度低1.55度；大震比根本烈度高1度左右。抗震设计标准三、抗震设计标准抗震设防烈度为6度及以上地区的建筑，必须进行抗震设计，抗震标准适用于抗震设防烈度为6、7、8和9度地区建筑的抗震设计和隔震、消能减震设计。设防烈度高于9度地区的建筑，其抗震设计应按专门规定进行抗震设计。建筑抗震设计包括：满足抗震概念设计的结构布置、地震作用计算、构件截面计算和采取相应的抗震构造措施。各类别建筑的抗震设防标准，应符合以下要求：〔1〕特殊设防类建筑i应按高于本地区抗震设防烈度一度的要求加强其抗震措施；当抗震设防烈度为9度时应按比9度更高的要求采取抗震措施．同时，应按批准的地震平安性评价的结果且高于本地区设防烈度的要求确定其地震作用；〔2〕重点设防类建筑：应按高于本地区抗震设防烈度一度的要求加强其抗震措施，但当抗震设防烈度为9度时应按比9度更高的要求采取抗震措施；地基根底的抗震措施应符合有关规定。同时，应按本地区设防烈度确定其地震作用。对于划为重点设防类而规模很小的工业建筑，当改用抗震性能较好的材料且符合抗震设计标准对结构体系的要求时，允许按标准设防类建筑设防。〔3〕标准设防类建筑：应按本地区抗震设防烈度确定其抗震措施和地震作用，到达在遭遇高于当地抗震设防烈度的预估罕遇地震影响时不致倒塌或发生危机生命平安的严重破坏的抗震设防目标〔4〕适度设防类建筑：允许比本地区抗震设防烈度的要求适当降低其抗震措施，但抗震设防烈度为6度时不应降低。一般情况下，仍应按本地区抗震设防烈度确定其地震作用抗震设防烈度为6度时，除抗震标准有具体规定外，对乙、丙、丁类建筑可不进行地震作用训算。2021年一级注册建筑师建筑结构要点总结第36讲讲义选择对抗震有利的场地和地基四、抗震设计的根本要求〔一〕选择对抗震有利的场地和地基〔1〕应根据工程需要掌握地震活动情况、工程地质和地震地质的有关资料，对抗震有利、不利和危险地段作出综合评价。应选择有利地段，避开不利地段。当无法避开时应采取有效措施。不应在危险地段上建筑甲、乙、丙类建筑。有利地段是指：坚硬土或开阔平坦密实均匀的中硬土地段。不利地段是指：软弱土、液化土、条状突出的山嘴、高耸孤立的山丘、非岩质的陡坡、河岸和边坡边缘、故河道、断层破碎带等。危险地段是指：地震时可能发生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流以及发震断裂带上可能发生地表错位的部位等地段。〔2〕同一结构单元不宜设置在性质截然不同的地基土上，也不宜局部采用天然地基、局部采用桩基。当地基有软弱砧性土、液化土、新近填土或严重不均匀土层时应估计地震时地基不均匀沉降或其他不利影响，并采取相应措施。建筑设计和建筑结构的规那么性〔二〕建筑设计和建筑结构的规那么性〔1〕建筑设计应符合抗震概念设计的要求，不应采取严重不规那么的设计方案。〔2〕建筑及其抗侧力结构的平面布置宜规那么、对称，并应具有良好的整体性；建筑的立面和竖向剖面宜规那么，结构的侧向刚度宜均匀变化，竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小，防止抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。当存在表8-1所列举的平面不规那么类型或表8-2所列举的竖向不规那么类型时，应符合下面第3条的有关规定。〔3〕不规那么的建筑结构，应按以下要求进行水平地震作用计算和内力调整，并应对薄弱部位采取有效的抗震构造措施：1〕平面不规那么而竖向规那么的建筑结构，应采用空间结构计算模型，并应符合以下要求：①扭转不规那么时，应计及扭转影响，且楼层竖向构件最大的弹性水平位移和层间位移分别不宜大于楼层两端弹性水平位移和层间位移水平值的1.5倍；②凹凸不规那么或楼板局部不连续时，应采用符合楼板平面内实际刚度变化的计算模型，当平面不对称时尚应计及扭转影响。2〕平面规那么而竖向不规那么的建筑结构，应采用空间结构计算模型，其薄弱层的地震剪力应乘以1.15的增大系数，应按抗震标准有关规定进行罕遇地震作用下的弹塑性变形分析，并应符合以下要求：①竖向抗侧力构件不连续时，该构件传递给水平转换构件的地震内力应乘以1.25~1.5的增大系数；②楼层承载力突变时，薄弱层抗侧力结构的受剪承载力不应小于相邻上一层的65％。3〕平面不规那么且竖向不规那么的建筑结构，应同时符合本条1〕、2〕款的要求。〔4〕砌体结构和单层工业厂房的平面不规那么性和竖向不规那么性，应分别符合?抗震标准?有关章节的规定。〔5〕体型复杂、平立面特别不规那么的建筑结构，可按实际需要在适当部位设置防震缝，形成多个较规那么的抗侧力结构单元。〔6〕防震缝应根据抗震设防烈度、结构材料种类、结构类型、结构单元的高度和高差情况，留有足够的宽度，其两侧的上部结构应完全分开。当设置伸缩缝和沉降缝时，其宽度应符合防震缝的要求。结构体系〔三〕结构体系〔1〕结构体系应根据建筑的抗震设防类别、抗震设防烈度、建筑高度、场地条件、地基、结构材料和施工等因素，经技术、经济和使用条件综合比拟确定。〔2〕结构体系应符合以下各项要求：1〕应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径。2〕应防止因局部结构或构件破坏而导致整个结构丧失抗震能力或丧失对重力荷载的承载能力。3〕应具备必要的抗震承载力，良好的变形能力和消耗地震能量的能力。4〕对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高抗震能力。〔3〕结构体系尚宜符合以下各项要求：1〕宜有多道抗震防线。2〕宜具有合理的刚度和承载力分布，防止因局部削弱或突变形成薄弱部位，产生过大的应力集中或塑性变形集中。3〕结构在两个主轴方向的动力特性宜相近。〔4〕结构构件应符合以下要求：1〕砌体结构应按规定设置钢筋混凝土圈梁和构造柱、芯柱，或采取配筋砌体等。2〕混凝土结构构件应合理地选择尺寸、配置纵向受力钢筋和箍筋，防止剪切破坏先于弯曲破坏、混凝土的压溃先于钢筋的屈服、钢筋的锚固粘结破坏先于构件破坏。3〕预应力混凝土的抗侧力构件，应配有足够的非预应力钢筋。4〕钢结构构件应合理控制尺寸，防止局部失稳或整个构件失稳。〔5〕结构各构件之间的连接，应符合以下要求：1〕构件结点的破坏，不应先于其连接的构件。2〕预埋件的锚固破坏，不应先于连接件。3〕装配式结构构件的连接，应能保证结构的整体性。4〕预应力混凝土构件的预应力钢筋，宜在结点核心区以外锚固。〔6〕装配式单层厂房的各种抗震支撑系统，应保证地震时结构的稳定性。〔四〕非结构构件〔1〕非结构构件，包括建筑非结构构件和建筑附属机电设备，自身及其与结构主体的连接，应进行抗震设计。〔2〕非结构构件的抗震设计，应由相关专业人员分别负责进行。〔3〕附着于楼、屋面结构上的非结构构件，应与主体结构有可靠的连接或锚固，防止地震时倒塌伤人或砸坏重要设备。〔4〕围护墙和隔墙应考虑对结构抗震的不利影响，防止不合理设置而导致主体结构的破坏。〔5〕幕墙、装饰贴面与主体结构应有可靠连接，防止地震时脱落伤人。〔6〕安装在建筑上的附属机械、电气设备系统的支座和连接，应符合地震时使用功能的要求，且不应导致相关部件的损坏。〔五〕隔震和消能减震设计〔1〕隔震和消能减震设计应主要应用于使用功能有特殊要求的建筑及抗震设防烈度为8、9度的建筑。〔2〕采用隔震或消能减震设计的建筑，当遭遇到本地区的多遇地震影响、抗震设防烈度地震的影响和罕遇烈度地震的影响时，其抗震设防目标应高于?抗震标准?第1.0.1条的规定。结构材料与施工〔六〕结构材料与施工〔1〕抗震结构对材料和施工质量的特别要求，应在设计文件上注明。〔2〕结构材料性能指标，应符合以下最低要求：1〕砌体结构材料应符合以下规定：①烧结普通砧土砖和烧结多孔翻土砖的强度等级不应低于MU10，其砌筑砂浆强度等级不应低于M5。②混凝土小型空心砌块的强度等级不应低于MU7.5，其砌筑砂浆强度等级不应低于M7.5。2〕混凝土结构材料应符合以下规定：①混凝土的强度等级，框支梁、框支柱及抗震等级为一级的框架梁、柱、节点核心区，不应低于C30；构造柱、芯柱、圈梁及其他各类构件不应低于C20；②抗震等级为一、二级的框架结构，其纵向受力钢筋采用普通钢筋时，钢筋的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不应小于1.25；且钢筋的屈服强度实测值与强度标准值的比值不应大于1.3。3〕钢结构的钢材应符合以下规定：①钢材的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不应小于1.2；②钢材应有明显的屈服台阶，且伸长率应大于20%；③钢材应有良好的可焊性和合格的冲击韧性。〔3〕结构材料性能指标，尚宜符合以下要求：1〕普通钢筋宜优先采用延性、韧性和可焊性较好的钢筋；普通钢筋的强度等级，纵向受力钢筋宜选用HRB400级和HRB335级热轧钢筋，箍筋宜选用HRB335、HRB400和HPB235级热轧钢筋。注：钢筋的检验方法应符合现行国家标准?混凝土结构工程施工质量验收标准?〔GB 50204-2002〕的规定。2〕混凝土结构的混凝土强度等级，9度时不宜超过C60，8度时不宜超过C70。3〕钢结构的钢材宜采用Q235等级B、C、D的碳素结构钢及Q345等级B、C、D、E的低合金高强度结构钢；当有可靠依据时，尚可采用其他钢种和钢号。〔4〕在施工中，当需要以强度较高的钢筋代替原设计中的纵向受力钢筋时，应按照钢筋受拉承载力设计值相等的原则换算，并应满足正常使用极限转台和抗震构造措施的要求。〔5〕采用焊接连接的钢结构，当钢板厚度不小于40mm且承受沿板厚方向的拉力时，受拉试件板厚方向截面收缩率，不应小于国家标准?厚度方向性能钢板?CB 5313-85关于Z15级规定的容许值。〔6〕钢筋混凝土构造柱、芯柱和底部框架一抗震墙砖房中砖抗震墙的施工，应先砌墙后浇构造柱、芯柱和框架梁柱。〔7〕建筑的地震反响观测系统抗震设防烈度为7、8、9度时，高度分别超过1 60m、120m、80m的高层建筑，应设置建筑结构的地震反响观测系统，建筑设计应留有观测仪器和线路的位置。场地、地基和根底五、场地、地基和根底〔一〕场地国内外大量的震害说明，场地条件对建筑物震害的影响较大。场地条件对震害影响的主要因素是场地土坚硬程度和场地覆盖层厚度。土愈软、覆盖层愈厚，震害愈重，反之愈轻。〔1〕选择建筑场地时，应按表8-3划分对建筑抗震有利、不利和危险的地段。〔2〕建筑场地的类别划分，应以土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度为准。〔3〕土层剪切波速的测量，应符合以下要求：1〕在场地初步勘察阶段，对大面积的同一地质单元，测量土层剪切波速的钻孔数量，应为控制性钻孔数量的1/3-1/5，山间河谷地区可适量减少，但不宜少于3个。2〕在场地详细勘察阶段，对单幢建筑，测量土层剪切波速的钻孔数量不宜少于2个，数据变化较大时，可适量增加；对小区中处于同一地质单元的密集高层建筑群，测量土层剪切波速的钻孔数量可适量减少，但每幢高层建筑下不得少于一个。3〕对丁类建筑及层数不超过10层且高度不超过30m的丙类建筑，当无实测剪切波速时，可根据岩土名称和性状，按表8-4划分土的类型，再利用当地经验在表8-4的剪切波速范围内估计各土层的剪切波速。〔4〕建筑场地覆盖层厚度确实定，应符合以下要求：1〕一般情况下，应按地面至剪切波速大于500m/s的土层顶面的距离确定。2〕当地面5m以下存在剪切波速大于相邻上层土剪切波速2.5倍的土层，且其下卧岩层土的剪切波速均不小于400m/s时，可按地面至该土层顶面的距离确定。3〕剪切波速大于500m/s的孤石、透镜体，应视同周围土层。4〕土层的火山岩硬夹层，应视为刚体，其厚度应从覆盖土层中扣除。〔5〕土层的等效剪切波速，应按以下公式计算：〔6〕建筑的场地类别，应根据土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度按表8-5划分为4类。当有可靠的剪切波速和覆盖层厚度且其值处于表8-5所列场地类别的分界线附近时，应允许按插值方法确定地震作用计算所用的设计特征周期。〔7〕场地内存在发震断裂时，应对断裂的工程影响进行评价，并应符合以下要求：1〕对符合以下规定之一的情况，可忽略发震断裂错动对地面建筑的影响：①抗震设防烈度小于8度；②非全新世活动断裂；③抗震设防烈度为8度和9度时，前第四纪基岩隐伏断裂的土层覆盖厚度分别大于6Om和90m。2〕对不符合上款规定的情况，应避开主断裂带。其避让距离不宜小于表8-6对发震断裂最小避让距离的规定。〔8〕当需要在条状突出的山嘴、高耸孤立的山丘、非岩石的陡坡、河岸和边坡边缘等不利地段建造丙类及丙类以上建筑时，除保证其在地震作用下的稳定性外，尚应估计不利地段对设计地震动参数可能产生的放大作用，其地震影响系数最大值应乘以增大系数。其值可根据不利地段的具体情况确定，但不宜大于1.6。〔9〕场地岩土工程勘察，应根据实际需要划分对建筑有利、不利和危险的地段，提供建筑的场地类别和岩土地震稳定性〔如滑坡、崩塌、液化和震陷特性等〕评价，对需要采用时程分析法补充计算的建筑，尚应根据设计要求提供土层剖面、场地覆盖层厚度和有关的动力参数。〔二〕天然地基和根底〔1〕以下建筑可不进行天然地基及根底的抗震承载力验算：1〕砌体房屋。2〕地基主要受力层范围内不存在软弱私性土层的以下建筑：①一般的单层厂房和单层空旷房屋；②不超过8层且高度在25m以下的一般民用框架房屋；③根底荷载与②项相当的多层框架厂房。3〕抗震标准规定可不进行上部结构抗震验算的建筑。注：软弱勃性土层指7度、8度和9度时，地基承载力特征值分别小于80、100和120kPa的土层。〔2〕天然地基根底抗震验算时，应采用地震作用效应标准组合，且地基抗震承载力应取地基承载力特征值乘以地基抗震承载力调整系数计算。〔3〕地基抗震承载力应按下式计算：〔4〕验算天然地基地震作用下的竖向承载力时，按地震作用效应标准组合的根底底面平均压力和边缘最大压力应符合以下各式要求：高宽比大于4的高层建筑，在地震作用下根底底面不宜出现拉应力；其他建筑，根底底面与地基之间零应力区面积不应超过根底底面面积的15％。饱和砂土和饱和粉土(不含黄土)的液化判别和地基处理，6度时，一般情况下可不进行判别和处理，但对液化沉陷敏感的乙类建筑可按7度的要求进行判别和处理，7～9度时，乙类建筑可按本地区抗震设防烈度的要求进行判别和处理。4.3.2存在饱和砂土和饱和粉土(不含黄土)的地基，除6度设防外，应进行液化判别；存在液化土层的地基，应根据建筑的抗震设防类别、地基的液化等级，结合具体情况采取相应的措施。2021年一级注册建筑师建筑结构要点总结第37讲讲义地震作用六、地震作用〔1〕各类建筑结构的地震作用，应按以下原则考虑：1〕一般情况下，可在建筑结构的两个主轴方向分别考虑水平地震作用进行抗震验算，各方向的水平地震作用应全部由该方向的抗侧力构件承当。2〕有斜交抗侧力构件的结构，当斜交角度大于150时，应分别计算各抗侧力构件方向的水平地震作用。3〕质量和刚度分布明显不对称的结构，应计入双向水平地震作用下的扭转影响；其他情况，应允许采用调整地震作用效应的方法计人扭转影响。4〕8度和9度的大跨度结构、长悬臂结构，9度时的高层建筑，尚应考虑竖向地震作用。〔2〕地震作用的大小取决于：1〕地震烈度的大小，烈度增大一度，地震作用增大一倍。2〕建筑结构本身的动力特性〔本身的自振周期、阻尼〕，自振周期越小，地震作用越大；自振周期越大，地震作用越小。阻尼小地震作用大，阻尼大地震作用小。3〕建筑物本身的质量，质量越大，地震作用越大；质量越小，地震作用越小。4〕设计特征周期的大小，设计特征周期越大，那么地震作用越大，反之越小。〔3〕在地震作用下，结构抗震验算应符合以下规定：1〕6度时的建筑〔建造于IV类场地上较高的高层建筑除外〕，以及生土房屋和木结构房屋等，应允许不进行截面抗震验算，但应符合有关的抗震措施要求。2〕6度时建造于IV类场地上较高的高层建筑，7度和7度以上的建筑结构〔生土房屋和木结构房屋等除外〕，应进行多遇地震作用下的截面抗震验算。〔4〕对表8-8所列各类结构应进行多遇地震作用下的抗震变形验算，其楼层内最大的弹性层间位移角θe〔=Δμe/h〕应小于表中的限值。式中Δμe―多遇地震作用标准值产生的楼层内最大的弹性层间位移；计算时，除以弯曲变形为主的高层建筑外，可不扣除结构整体弯曲变形；应计人扭转变形，各作用分项系数均应采用1.0；钢筋混凝土结构构件的截面刚度可采用弹性刚度；[θe]―弹性层间位移角限值，宜按表8一8采用；h―计算楼层的层高。有关抗震设计的假设干概念第二节建筑结构抗震设计一、多层和高层钢筋混凝土房屋〔一〕有关抗震设计的假设干概念〔1〕为了保证结构的抗震平安，根据具体情况，结构单元之间应遵守牢固连接或有效别离的方法。高层建筑的结构单元宜采取加强连接的方法。〔2〕尽可能设置多道抗震防线，强烈地震之后往往伴随屡次余震，如只有一道防线，在首次破坏后在遭受余震、结构将会因损伤积累而导致倒塌。适当处理结构构件的强弱关系，使其在强震作用下形成多道防线，并考虑某一防线被突破后，引起内力重分布的影响，是提高结构抗震性能，防止大震倒塌的有效措施。〔3〕合理布置抗侧力构件，减少地震作用下的扭转效应。结构刚度、承载力沿房屋高度宜均匀、连续分布、防止造成结构的软弱或薄弱部位。〔4〕结构构件应具有必要的承载力、刚度、稳定性、延性及耗能等方面的性能。主要耗能构件应有较高的延性和适当的刚度，承受竖向荷载的主要构件不宜作为主要耗能构件。〔5〕合理控制结构的非弹性〔塑性铰区〕，掌握结构的屈服过程，实现合理的屈服机制。〔6〕框架抗震设计应遵守“强柱、弱梁、结点更强〞的原则，当构件屈服、刚度退化时，结点应能保持承载力和刚度不变。〔7〕采取有效措施，防止钢筋滑移、混凝土过早的剪切破坏和压碎等脆性破坏。〔8〕考虑上部结构嵌固于根底结构或地下室结构之上时，根底结构或地下室机构应保持弹性工作。〔9〕高层建筑的地基主要受力范围内存在较厚的软弱豁性土层时，不宜采用天然地基。采用天然地基的高层建筑应考虑地震作用下地基变形对上部结构的影响。抗震设计一般规定〔上〕〔二〕抗震设计一般规定〔1〕多层和高层现浇钢筋混凝土房屋的结构类型和适用的最大高度应符合表8-9的要求。平面和竖向均不规那么的结构或建造于W类场地的结构，适用的最大高度应适当降低。注：①房屋高度指室外地面到主要屋面板板顶的高度〔不包括局部突出屋顶局部〕节②框架核心筒结构指周边稀柱框架与核心筒组成的结构；③局部框支抗震墙结构指首层或底部两层框支抗震墙结构；④乙类建筑可按本地区抗震设防烈度确定适用的最大高度；⑤超过表内高度的房屋，应进行专门研究和论证，采取有效的加强措施。〔2〕钢筋混凝土房屋应根据烈度、结构类型和房屋高度采用不同的抗震等级，并应符合相应的计算和构造措施要求。丙类建筑的抗震等级应按表8-10确定。注①建筑场地为工类时，除6度外可按表内降低一度所对应的抗震等级采取抗震构造措施，但相应的计算要求不应降低；②接近或等于高度分界时，应允许结合房屋不规那么程度及场地、地基条件确定抗震等级；③局部框支抗震墙结构中，抗震墙加强部位以上的一般部位，应允许按抗震墙结构确定其抗震等级．〔3〕钢筋混凝土房屋抗震等级确实定，尚应符合以下要求：1〕框架一抗震墙结构，在根本振型地震作用下，假设框架局部承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50%，其框架局部的抗震等级应按框架结构确定，最大适用高度可比框架结构适当增加。2〕裙房与主楼相连，除应按裙房本身确定外，不应低于主楼的抗震等级；主楼结构在裙房顶层及相邻上下各一层应适当加强抗震构造措施。裙房与主楼别离时，应按裙房本身确定抗震等级。3〕当地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，地下一层的抗震等级应与上部结构相同，地下一层以下的抗震等级可根据具体情况采用三级或更低等级。地下室中无上部结构的局部，可根据具体情况采用三级或更低等级。4〕抗震设防类别为甲、乙、丁类的建筑应结合本章第一节有关抗震设防标准的规定和表8-10确定抗震等级；其中，8度乙类建筑高度超过表8-10规定的范围时应经专门研究采取比一级更有效的抗震措施。〔4〕高层钢筋混凝土房屋宜防止采用不规那么建筑结构方案，不设防震缝；当需要设置防震缝时，应符合以下规定：1〕防震缝最小宽度应符合以下要求：①框架结构房屋的防震缝宽度，当高度不超过15m时可采用70mm；超过15m时，6度、7度、8度和9度相应每增加高度5m、4m、3m和2m，宜加宽20mm。②框架一抗震墙结构房屋的防震缝宽度可采用①项规定数值的70%，抗震墙结构房屋的防震缝宽度可采用①项规定数值的50%；且均不宜小于70mm。③防震缝两侧结构类型不同时，宜按需要较宽防震缝的结构类型和较低房屋高度确定缝宽。地下局部可不设防震缝；有设防要求时，伸缩缝及沉降缝应满足防震缝的要求。2〕8、9度框架结构房屋防震缝两侧结构高度、刚度或层高相差较大时，可在缝两侧房屋的尽端沿全高设置垂直于防震缝的抗撞墙，每一侧抗撞墙的数量不应少于两道，宜分别对称布置，墙肢长度可不大于一个柱距，框架和抗撞墙的内力应按设置和不设置抗撞墙两种情况分别进行分析，并按不利情况取值。防震缝两侧抗撞墙的端柱和框架的边柱，箍筋应沿房屋全高加密。抗震设计一般规定〔下〕〔5〕框架结构和框架一抗震墙结构中，框架和抗震墙均应双向布置，柱中线与抗震墙中线、梁中线与柱中线之间偏心距不宜大于柱宽的1/4。〔6〕框架一抗震墙和板柱一抗震墙结构中，抗震墙之间无大洞口的楼、屋盖的长宽比，不宜超过表8-11的规定；超过时，应计入楼盖平面内变形的影响。〔7〕采用装配式楼、屋盖时，应采取措施保证楼、屋盖的整体性及其与抗震墙的可靠连接。采用配筋现浇面层加强时，厚度不宜小于50mm。〔8〕框架一抗震墙结构中的抗震墙设置，宜符合以下要求：1〕抗震墙宜贯穿房屋全高，且横向与纵向的抗震墙宜相连。2〕抗震墙宜设置在墙面不需要开大洞口的位置。3〕房屋较长时，刚度较大的纵向抗震墙不宜设置在房屋的端开间。4〕抗震墙洞口宜上下对齐，洞边距端柱不宜小于300mm。5〕一、二级抗震墙的洞口连梁，跨高比不宜大于5，且梁截面高度不宜小于400mm。〔9〕抗震墙结构和局部框支抗震墙结构中的抗震墙设置，应符合以下要求：1〕较长的抗震墙宜开设洞口，将一道抗震墙分成长度较均匀的假设干墙段，洞口连梁的跨高比不宜大于6，各墙段的高宽比不应小于2。2〕墙肢的长度沿结构全高不宜有突变；抗震墙有较大洞口时，以及一、二级抗震墙的底部加强部位，洞口宜上下对齐。3〕矩形平面的局部框支抗震墙结构，其框支层的楼层侧向刚度不应小于相邻非框支层楼层侧向刚度的50%；框支层落地抗震墙间距不宜大于24m，框支层的平面布置尚宜对称，且宜设置抗震筒体。〔10〕局部框支抗震墙结构的抗震墙，其底部加强部位的高度，可取框支层加框支层以上二层的高度及落地抗震墙总高度的1/8二者的较大值，且不大于15m；其他结构的抗震墙，其底部加强部位的高度可取墙肢总高度的1/8和底部二层的高度二者的较大值，且不大于15m。〔11〕框架单独柱基有以下情况之一时，宜沿两个主轴方向设置根底系梁：1〕一级框架和W类场地的二级框架；2〕各柱基承受的重力荷载代表值差异较大；3〕根底埋置较深，或各根底埋置深度差异较大；4〕地基主要受力层范围内存在软弱勃性土层、液化土层和严重不均匀土层；5〕桩基承台之间。〔12〕框架一抗震墙结构中的抗震墙根底和局部框支抗震墙结构的落地抗震墙根底，应有良好的整体性和抗转动的能力。〔13〕主楼与裙房相连且采用天然地基，在地震作用下主楼根底底面不宜出现零应力区。〔14〕地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，应防止在地下室顶板开设大洞口，并应采用现浇梁板结构，其楼板厚度不宜小于180°，混凝土强度等级不宜小于C30，应采用双层双向配筋，且每层每个方向的配筋率不宜小于0.25%；地下室结构的楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的2倍。〔15〕框架的填充墙应符合本节有关非结构构件的规定。框架结构与抗震墙结构抗震构造措施〔三〕框架结构抗震构造措施〔1〕梁的截面尺寸，宜符合以下各项要求：1〕截面高度不宜小于200mm；2〕截面高宽比不宜大于4；3〕净跨与截面高度之比不宜小于4。〔2〕采用梁宽大于柱宽的扁梁时，楼板应现浇，梁中线宜与柱中线重合，扁梁应双向布置，且不宜用于一级框架结构。扁梁的截面尺寸应符合以下要求，并应满足现行有关标准对挠度和裂缝宽度的规定：〔3〕梁端钢筋配置应符合以下各项要求：1〕梁端纵向受拉钢筋的配筋率不应大于2.5%，且计人受压钢筋的梁端混凝土受压区高度和有效高度之比，一级不应大于0.25，二、三级不应大于0.35。2〕梁端截面的底面和顶面纵向钢筋配筋量的比值，除按计算确定外，一级不应小于0.5，二、三级不应小于0.3。3〕梁端箍筋加密区的长度、箍筋最大间距和最小直径应按表8-12采用，当梁端纵向受拉钢筋配筋率大于2％时，表中箍筋最小直径数值应增大2mm。〔4〕梁的纵向钢筋配置，尚应符合以下各项要求：1〕沿梁全长顶面和底面的配筋，一、二级不应少于2Φ14，且分别不应少于梁两端顶面和底面纵向配筋中较大截面面积的1/4，三、四级不应少于2Φ12；2〕一、二级框架梁内贯穿中柱的每根纵向钢筋直径，对矩形截面柱，不宜大于柱在该方向截面尺寸的1/20；对圆形截面柱，不宜大于纵向钢筋所在位置柱截面弦长的1/20。〔5〕梁端加密区的箍筋肢距，一级不宜大于200～和20倍箍筋直径的较大值，二、三级不宜大于250mm和20倍箍筋直径的较大值，四级不宜大于300mm。〔6〕柱的截面尺寸，宜符合以下各项要求：1〕截面的宽度和高度均不宜小于300mm，圆柱直径不宜小于350mm。2〕剪跨比宜大于2。3〕截面长边与短边的边长比不宜大于3。〔7〕柱轴压比不宜超过表8-13的规定；建造于IV类场地且较高的高层建筑，柱轴压比限值应当适当减小。注：①轴压比指柱组合的轴压力设计值与柱的全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值乘积之比；可不进行地震作用计算的结构，取无地震作用的轴力设计值；②表内限值适用于剪跨比大于2、混凝土强度等级不高于C60的柱；剪跨比不大于2的柱轴压比限值应降低0.05．剪跨比小于15的柱，轴压比限值应专门研究并采取特殊构造措施；③沿柱全高采用井字复合箍且箍筋肢距不大于200mm、间距不大于100mm、直径不小于12mm，或沿柱全高采用复合螺旋箍、螺旋间距不大于100mm、箍筋肢距不大于200 mm、直径不小于12mm，或沿柱全高采用连续复合矩形螺旋箍、螺旋净距不大于80 mm、箍筋肢距不大于200 mm、直径不小于10mm，轴压比限值均可增加0.10；上述三种箍筋的配摧特征值均应按增大的轴压比由表8-16确定；④在柱的截面中部附加芯柱，其中另加的纵向钢筋的总面积不少于柱截面面积的0.8%，轴压比限值可增加。05；此项措施与注③的措施共同采用时，轴压比限值可增加。15，但箍筋的配筋特征值仍可按轴压比增加0.10的要求确定；⑤柱轴压比不应大于1.05.〔8〕柱的钢筋配置，应符合以下各项要求：1〕柱纵向钢筋的最小总配筋率应按表8-14采用，同时每一侧配筋率不应小于0.2%；对建造于W类场地且较高的高层建筑，表中的数值应增加0.1。2〕柱箍筋在规定的范围内应加密，加密区的箍筋间距和直径，应符合以下要求：①一般情况下，箍筋的最大间距和最小直径，应按表8-15采用。②二级框架柱的箍筋直径不小于10mm且箍筋肢距不大于200mm时，除柱根外最大间距应允许采用150mm；三级框架柱的截面尺寸不大于400mm时，箍筋最小直径允许采用6mm；四级框架柱剪跨比不大于2时，箍筋直径不应小于8mm。③框支柱和剪跨比不大于2的柱，箍筋间距不应大于100mm。〔9〕柱的纵向钢筋配置，尚应符合以下各项要求：l〕宜对称配置。2〕截面尺寸大于400mm的柱，纵向钢筋间距不宜大于200mm。3〕柱总配筋率不应大于5％。4〕一级且剪跨比不大于2的柱，每侧纵向钢筋配筋率不宜大于1.2％。5〕边柱、角柱及抗震墙端柱在地震作用组合产生小偏心受拉时，柱内纵筋总截面面积应比计算值增加25％。6〕柱纵向钢筋的绑扎接头应避开柱端的箍筋加密区。〔10〕柱的箍筋加密范围，应按以下规定采用：1〕柱端，取截面高度〔圆柱直径〕、柱净高的1/6和500mm三者的最大值。2〕底层柱，柱根不小于柱净高的1/3；当有刚性地面时，除柱端外尚应取刚性地面上下各500mm。3〕剪跨比不大于2的柱和因设置填充墙等形成的柱净高与柱截面高度之比不大于4的柱，取全高。4〕框支柱，取全高。5〕一级及二级框架的角柱，取全高。〔11〕柱箍筋加密区箍筋肢距，一级不宜大于200 mm，二、三级不宜大于250～和20倍箍筋直径的较大值，四级不宜大于300mm。至少每隔一根纵向钢筋宜在两个方向有箍筋或拉筋约束；采用拉筋复合箍时，拉筋宜紧靠纵向钢筋并钩住箍筋。〔12〕柱箍筋加密区的体积配箍率，应符合下式要求：式中ρv―柱箍筋加密区的体积配箍率，一级不应小于0.8%，二级不应小于0.%，三、四级不应小于0.4%；计算复合箍的体积配箍率，应扣除重叠局部的箍筋体积；fc―混凝土轴心抗压强度设计值；强度等级低于C35时，应按c35计算；fyv―箍筋或拉筋抗拉强度设计值，超过360N/mm2时，应取360N/mm2计算；λv―最小配箍特征值，宜按表8-16采用。注：①普通箍指单个矩形箍或单个圆形箍；复台箍指由矩形、多边形、圆形箍或拉筋组成的箍筋。复合螺旋箍指由螺旋箍与矩形、多边形、圆形箍或拉筋组成的箍筋．连续复合矩形螺旋箍指全部螺旋箍同为一根钢筋加工而成的箍筋；②框支柱宜采用复合螺旋箍或井字复合箍，其最小配筋特征值应比表内数值增加。02，且体积配筋率不应小于15%.③剪跨比不大于2的柱宜采用复合螺旋箍或井字复合箍，其体积配箍率不应小于12纬，9度时不应小于15%.④计算复合螺旋箍的体积配箍率时，其非螺旋箍的箍筋体积应乘以换算系数。．氏〔13〕柱箍筋非加密区的体积配箍率不宜小于加密区的50%；箍筋间距，一、二级框架柱不应大于10倍纵向钢筋直径，三、四级框架柱不应大于15倍纵向钢筋直径。〔14〕框架节点核芯区箍筋的最大间距和最小直径宜按上述第〔8〕条有关框架柱的钢筋配置要求，一、二、三级框架节点核芯区配箍特征值分别不宜小于0.12、0.10、0.08且体积配箍率分别不宜小于0.6％、0.5%和0.4%。柱剪跨比不大于2的框架节点核芯区配箍特征值不宜小于核芯区上、下柱端的较大配箍特征值。〔四〕抗震墙结构抗震构造措施〔1〕抗震墙的厚度，一、二级不应小于160mm且不宜小于层高的1/20，三、四级不应小于140mm且不应小于层高的1/25。底部加强部位的墙厚，一、二级不宜小于20omm且不宜小于层高的1/16；无端柱或翼墙时不应小于层高的1/12。〔2〕抗震墙厚度大于140mm时，竖向和横向分布钢筋应双排布置；双排分布钢筋间拉筋的间距不应大于600mm，直径不应小于6mm；在底部加强部位，边缘构件以外的拉筋间距应适当加密。〔3〕抗震墙竖向、横向分布钢筋的配筋，应符合以下要求：1〕一、二、三级抗震墙的竖向和横向分布钢筋最小配箍率均不应小于0.25%；四级抗震墙不应小于0.20%；钢筋最大间距不应大于300 mm，最小直径不应小于8mm。2〕局部框支抗震墙结构的抗震墙底部加强部位，纵向及横向分布钢筋配筋率均不应小于0.3%，钢筋间距不应大于200mm。〔4〕抗震墙竖向、横向分布钢筋的钢筋直径不宜大于墙厚的1/10〔5〕一级和二级抗震墙，底部加强部位在重力荷载代表值作用下墙肢的轴压比，一级〔9度〕时不宜超过0.4，一级〔8度〕时不宜超过0.5，二级不宜超过0.6。〔6〕抗震墙两端和洞口两侧应设置边缘构件，并应符合以下要求：1〕抗震墙结构，一、二级抗震墙底部加强部位及相邻的上一层应按下面第〔7〕条设置约束边缘构件，但墙肢底截面在重力荷载代表值作用下的轴压比小于表8-17的规定值时可按下面第〔8〕条设置构造边缘构件。2〕局部框支抗震墙结构，一、二级落地抗震墙底部加强部位及相邻的上一层的两端应设置符合约束边缘构件要求的翼墙或端柱，洞口两侧应设置约束边缘构件；不落地抗震墙应在底部加强部位及相邻的上一层的墙肢两端设置约束边缘构件。3〕一、二级抗震墙的其他韶立和三、理封乞震墙，均应按下面第〔8〕条没置沟造边缘构件〔7〕抗震墙的约束边缘构件包括暗柱、端柱和翼墙〔图8-1〕。约束边缘构件沿墙肢的长度和配箍特征值应符合表8-18的要求，一、二级抗震墙约束边缘构件在设置箍筋范围内〔即图8-1中阴影局部〕的纵向钢筋配筋率，分别不应小于1.2％和1.0%。〔8〕抗震墙的构造边缘构件的范围，宜按图8-2采用；构造边缘构件的配筋应满足受弯承载力要求，并宜符合表8-19的要求。注：①Ac为计算边缘构件纵向构造钢筋的暗柱或端柱面积，即图8-2抗震墙截面的阴影局部．②对于其他部位，拉筋的水平间距不应大于纵筋间距的2倍，转角处宜用箍筋；③当端柱承受集中荷载时，其纵向钢筋、箍筋直径和间距应满足柱的相应要求。〔9〕抗震墙的墙肢长度不大于墙厚的3倍时，应按柱的要求进行设计，箍筋应沿全高加密。〔10〕一、二级抗震墙跨高比不大于2且墙厚不小于200mm的连梁，除普通箍筋外宜另设斜向交叉构造钢筋。〔11〕顶层连梁的纵向钢筋锚固长度范围内，应设置箍筋。2021年一级注册建筑师建筑结构要点总结第38讲讲义框架一抗震墙结构与抗筒体结构震构造措施〔五〕框架一抗震墙结构抗震构造措施〔1〕抗震墙的厚度不应小于160mm且不应小于层高的1/20，底部加强部位的抗震墙厚度不应小于200mm且不应小于层高的1/16，抗震墙的周遍应设置梁〔或暗梁〕和端柱组成的边框；端柱截面宜与同层框架柱相同，并应满足对框架柱的要求；抗震墙底部加强部位的端柱和紧靠抗震墙洞口的端柱宜按柱箍筋加密区的要求沿全高加密箍筋。〔2〕抗震墙的竖向和横向分布钢筋，配筋率均不应小于0.25%，并应双排布置，拉筋间距不应大于600mm，直径不应小于6mm。〔3〕框架-抗震墙结构的其他抗震构造措施应符合对抗震墙的有关要求。〔六〕板柱-抗震墙结构抗震设计要求〔1〕板柱一抗震墙结构的抗震墙，其抗震构造措施应抗震墙的有关规定，且底部加强部位及相邻上一层应设置约束边缘构件，其他部位应设置构造边缘构件；柱〔包括抗震墙端柱〕的抗震构造措施应符合对框架柱的有关规定要求。〔2〕房屋的周边和楼、电梯洞口周边应采用有梁框架。〔3〕8度时宜采用有托板或柱帽的板柱结点，托板或柱帽根部的厚度〔包括板厚〕不宜小于柱纵筋直径的16倍。托板或柱帽的边长不宜小于4倍板厚及柱截面相应边长之和。〔4〕房屋的屋盖和地下一层顶板，宜采用梁板结构。〔5〕板柱一抗震墙结构的抗震墙，应承当结构的全部地震作用，各层板柱局部应满足计算要求，并应能承当不少于各层全部地震作用的20％。〔6〕板柱结构在地震作用下按等代平面框架分析时，其等代梁的宽度宜采用垂直于等代平面框架方向柱距的50％。〔7〕无柱帽平板宜在柱上板带中设构造暗梁，暗梁宽度可取柱宽及柱两侧各不大于1.5倍板厚。暗梁支座上部钢筋面积应不小于柱上板带钢筋面积的50%，暗梁下部钢筋不宜少于上部钢筋的1/2。〔8〕无柱帽柱上板带的板底钢筋，宜在距柱面为2倍纵筋锚固长度以外搭接，钢筋端部宜有垂直于板面的弯钩。〔9〕沿两个主轴方向通过柱截面的板底连续钢筋的总截面面积，应符合下式要求：〔七〕筒体结构抗震设计要求〔1〕框架一核心筒结构应符合以下要求：1〕核心筒与框架之间的楼板宜采用梁板体系。2〕低于9度采用加强层时，加强层的大梁或析架与周边框架柱的连接宜采用铰接或半刚性连接。3〕结构整体分析应计入加强层变形的影响。4〕9度时不应采用加强层。5〕在施工程序及连接构造上，应采取措施减小结构竖向温度变形及轴向压缩对加强层的影响。〔2〕框架一核心筒结构的核心筒、筒中筒结构的内筒，其抗震墙应符合有关技术标准对抗震墙的有关规定要求。〔3〕内筒的门洞不宜靠近转角。〔4〕楼层梁不宜集中支承在内筒或核心筒的转角处，也不宜支承在洞口连梁上；内筒和核心筒支承楼层梁的位置宜设暗梁。〔5〕一、二级核心筒和内筒中跨高比不大于2的连梁；当梁截面宽度不小于400mm时，宜采用交叉暗柱配筋；全部剪力应由暗柱承当，并按框架梁构造要求设置普通箍筋；当梁截面宽度小于400mm且不小于200mm时，除普通箍筋外，宜另加设交叉的构造钢筋。多层砌体房屋和底部框架、内框架房屋的抗震设计二、多层砌体房屋和底部框架、内框架房屋〔一〕震害特点1．多层砌体房屋〔1〕墙体的破坏。在水平地震作用下，与水平地震作用方向平行的墙体是主要承当地震作用的构件，这时墙体将因主拉应力强度缺乏而发生剪切破坏，出现450对角线裂缝，在地震反复作用下造成X形交叉裂缝，这种裂缝表现在砌体房屋上是下部重，上部轻，房屋的层数越多，破坏越重。横墙越少，破坏越重。墙体砂浆强度等级越低，破坏越重。层高越高，破坏越重。墙段长短不均匀布置时，破坏也多。〔2〕楼梯间的破坏。楼梯间开间小，水平方向刚度大，所承当的地震作用也较大；同时楼梯间的墙体缺少楼盖与其形成空间结构，墙体的自由高度较大，在房屋的顶层，楼梯间墙为一层半楼高；假设楼梯踏步板嵌入墙体时，削弱了墙体的截面；因此楼梯间墙体的震害比房屋其他部位墙体的震害重。〔3〕墙体转角处及内外墙连接处的破坏。墙体转角或连接处，刚度大，应力集中，易破坏，尤其是四大阳角处，还受到扭转的影响，更容易发生破坏。内外墙连接处，有时由于内外墙分开砌筑或留直搓等原因，地震时造成外纵墙外闪、倒塌。〔4〕楼盖的破坏。砌体结构中有相当多的楼板采用预制板，当楼板的搁置长度较小或无可靠拉结时，在强烈地震作用下很容易造成楼板塌落，并造成墙体倒塌。〔5〕突出房面的屋顶间等附属结构破坏。突出屋面的屋顶间及附属结构，由于平面尺寸和侧移刚度的突变，高振型的影响和变形集中显著，震害普遍而严重。出屋面的烟囱、女儿墙等，与主体结构的连接较差，由于地震作用的边端效应，一般破坏较重，尤其女儿墙极易倒塌，产生次生灾害。2．底部框架、内框架房屋〔1〕震害多发生在房屋的底层，房屋上部震害与多层砌体类似，其破坏强度比底层小；〔2〕房屋层数越多、高度越大，震害越严重；〔3〕底层为框架结构时的震害比底层为框架一剪力墙时的震害大；剪力墙少的房屋震害比剪力墙多时严重；〔4〕底层的震害表现为：墙比柱严重，柱比梁严重；〔5〕底层为内框架的房屋破坏严重。〔二〕抗震设计一般规定〔1〕现行抗震标准所适用的多层砌体房屋和底部框架、内框架房屋为：烧结普通豁土砖、烧结多孔勃土砖、混凝土小型空心砌块等砌体承重的多层房屋，底层或底部两层框架一抗震墙和多层的多排内框架砌体房屋。〔2〕房屋层数和高度限制应符合以下要求：1〕一般情况下，房屋的层数和总高度不应超过表8-20的规定。2〕对医院、教学楼等及横墙较少的多层砌体房屋，总高度应比表8-20的规定降低3m，层数相应减少一层；各层横墙很少的多层砌体房屋，还应根据具体情况再适当降低总高度和减少层数。注：横墙较少指同一楼层内开间大于4.20m的房间占该层总面积的40％以上。3〕横墙较少的多层砖砌体住宅楼，当按规定采取加强措施并满足抗震承载力要求时，其高度和层数应允许仍按表8-20的规定采用。注：①房屋的总高度指室外地面到主要屋面板板顶或循口的高度，半地下室从地下室室内地面算起，全地下室和嵌固条件好的半地下室应允许从室外地面算起．对带阁楼的坡屋面应算到山尖墙的1/2高度处；②室内外高差大于0.6m时，房屋总高度应允许比表中数据适当增加，但不应多于1m；③本表小砌块砌体房屋不包括配筋混凝土小型砌块砌体房屋。〔3〕普通砖、多孔砖和小砌块砌体承重房屋的层高，不应超过3.6m；底部框架一抗震墙房屋的底部和内框架房屋的层高，不应超过4.5sm。〔4〕多层砌体房屋总高度与总宽度的最大比值，宜符合表8-21的要求注：①单面走廊房屋的总宽度不包括走廊宽度；②建筑平面接近正加衫时，其高宽比宜适当减小〔5〕房屋抗震墙横墙的间距，不应超过表8-22的要求：注：①多层砌体房屋的顶层，最大横墙间距应允许适当放宽；②表中木楼、屋盖的规定，不适用于小砌块砌体房屋．〔6〕房屋中砌体墙段的局部尺寸限值，宜符合表8-23的要求注：①局部尺寸缺乏时应采取局部加强措施弥补；②出入口处的女儿墙应有锚固；③多层多排柱内框架房屋的纵向窗间墙宽度，不应小于1.5〔m〕。〔7〕多层砌体房屋的结构体系，应符合以下要求：1〕应优先采用横墙承重或纵横墙共同承重的结构体系。2〕纵横墙的布置宜均匀对称，沿平面内宜对齐，沿竖向应上下连续；同一轴线上的窗间宽度宜均匀。3〕房屋有以下情况之一时应设置防震缝，缝两侧均应设置墙体，缝宽应根据烈度和房屋高度确定，可采用50~100mm：①房屋立面高差在6m以上；②房屋有错层，且楼板高差较大；③各局部结构刚度、质量截然不同。4〕楼梯间不宜设置在房屋的尽端和转角处。5〕烟道、风道、垃圾道等不应削弱墙体；当墙体被削弱时，应对墙体采取加强措施；不宜采用无竖向配筋的附墙烟囱及出屋面的烟囱。6〕不应采用无锚固的钢筋混凝土预制挑檐。〔8〕底部框架－抗震墙房屋的结构布置，应符合以下要求：1〕上部的砌体抗震墙与底部的框架梁或抗震墙应对齐或根本对齐。2〕房屋的底部，应沿纵横两方向设置一定数量的抗震墙，并应均匀对称布置或根本均匀对称布置。6、7度且总层数不超过5层的底层框架一抗震墙房屋，应允许采用嵌砌于框架之间的砌体抗震墙，但应计人砌体墙对框架的附加轴力和附加剪力；其余情况应采用钢筋混凝土抗震墙。3〕底层框架－抗震墙房屋的纵横两个方向，第二层与底层侧向刚度的比值，6、7度时不应大于2.5，8度时不应大于2.0，且均不应小于1.0。4〕底部两层框架－抗震墙房屋的纵横两个方向，底层与底部第二层侧向刚度应接近，第三层与底部第二层侧向刚度的比值，6、7度时不应大于2.0，8度时不应大于1.5，且均不应小于1.0。5〕底部框架一抗震墙房屋的抗震墙应设置条形根底、筏式根底或桩基。〔9〕多层多排柱内框架房屋的结构布置，应符合以下要求：1〕房屋宜采用矩形平面，且立面宜规那么；楼梯间横墙宜贯穿房屋全宽。2〕7度时横墙间距大于18m或8度时横墙间距大于15m，外纵墙的窗间墙宜设置组合柱。3〕多排柱内框架房屋的抗震墙应设置条形根底、筏式根底或桩基。〔10〕底部框架－抗震墙房屋和多层多排柱内框架房屋的钢筋混凝土结构局部尚应符合本节一、中所述的有关要求；此时，底部框架一抗震墙房屋的框架和抗震墙的抗震等级，6、7、8度可分别按三、二、一级采用；多排柱内框架的抗震等级，6、7、8度可分别按四、三、二级采用。多层和高层钢结构房屋与单层工业厂房的抗震设计三、多层和高层钢结构房屋〔一〕一般规定〔1〕本章适用的钢结构民用房屋的结构类型和最大高度应符合表8-24的规定。平面和竖向均不规那么或建造于W类场地的钢结构，适用的最大高度应适当降低。注：①房屋高度指室外地面到主要屋面板板顶的高度〔不包括局部突出屋顶局部〕，②超过表内高度的房屋，应进行专门研究和论证，采取有效的加强措施。〔2〕本章适用的钢结构民用房屋的最大高宽比不宜超过表8-25的规定。注：计算高宽比的高度从室外地面算起。〔3〕钢结构房屋应根据烈度、结构类型和房屋高度，采用不同的地震作用效应调整系数，并采取不同的抗震构造措施。〔4〕钢结构房屋宜防止采用不规那么建筑结构方案，不设防震缝；需要设置防震缝时，缝宽不应小于相应钢筋混凝土结构房屋的1.5倍。〔5〕不超过12层的钢结构房屋可采用框架结构、框架一支撑结构或其他结构类型；超过12层的钢结构房屋，8、9度时，宜采用偏心支撑、带竖缝钢筋混凝土抗震墙板、内藏钢支撑钢筋混凝土墙板或其他消能支撑及筒体结构。〔二〕钢框架结构抗震构造措施〔1〕框架柱的长细比，应符合以下规定：1〕不超过12层的钢框架柱的长细比，6~8度时不应大于120，9度时不应大于100。2〕超过12层的钢框架柱的长细比，应符合表8-26的规定。〔2〕框架梁、柱板件宽厚比应符合以下规定：1〕不超过12层框架的梁、柱板件宽厚比应符合表8-27的要求2〕超过12层框架梁、柱板件宽厚比应符合表8-28的规定：〔3〕梁柱构件的侧向支承应符合以下要求：1〕梁柱构件在出现塑性铰的截面处，其上下翼缘均应设置侧向支承。2〕相邻两支承点间的构件长细比，应符合国家标准?钢结构设计标准?〔GBS50017-2003〕关于塑性设计的有关规定。〔4〕梁与柱的连接构造，应符合以下要求：1〕梁与柱的连接宜采用柱贯穿型。2〕柱在两个互相垂直的方向都与梁刚接时，宜采用箱形截面。当仅在一个方向刚接时，宜采用工字形截面，并将柱腹板置于刚接框架平面内。3〕工字形截面柱〔翼缘〕和箱形截面柱与梁刚接时，应符合以下要求〔图8-3〕，有充分依据时也可采用其他构造形式。①梁翼缘与柱翼缘间应采用全熔透坡口焊缝；8度乙类建筑和9度时，应检验V形切口的冲击韧性，其恰帕冲击韧性在一20℃时不低于27Ｊ；②柱在梁翼缘对应位置设置横向加劲肋，且加劲肋厚度不应小于梁翼缘厚度；③梁腹板宜采用摩擦型高强度螺栓通过连接板与柱连接；腹板角部宜设置扇形切角，其端部与梁翼缘的全熔透焊缝应隔开；④当梁翼缘的塑性截面模量小于梁全截面塑性截面模量的70％时，梁腹板与柱的连接螺栓不得少于两列；当计算仅需一列时，仍应布置两列，且此时螺栓总数不得少于计算值的1.5倍；⑤8度III、IV类场地和9度时，宜采用能将塑性铰自梁端外移的骨形连接。4〕框架梁采用悬臂梁段与柱刚性连接时〔图8-4〕，悬臂梁段与柱应预先采用全焊接连接，梁的现场拼装可采用翼缘焊接腹板螺栓连接〔图8-4a〕或全部螺栓连接〔图8-4b〕。5〕箱形截面柱在与梁翼缘对应位置设置的隔板应采用全熔透对接焊缝与壁板相连。工字形截面柱的横向加劲肋与柱翼缘应采用全熔透对拉焊缝连接，与腹板可采用角焊缝连接。〔5〕当结点域的体积不满足抗震标准第8.2.5条3款的规定时，应采取加厚结点域或贴焊补强板的措施。补强板的厚度及其焊缝应按传递补强板所分担剪力的要求设计。〔6〕梁与柱刚性连接时，柱在梁翼缘上下各500mm的结点范围内，柱翼缘与柱腹板间或箱形柱壁板间的连接焊缝，应采用坡口全熔透焊缝。〔7〕框架柱接头宜位于框架梁上方1.3m附近。上下柱的对接接头应采用全熔透焊缝，柱拼接接头上下各100mm范围内，工字形截面柱翼缘与腹板间及箱形截面柱角部壁板间的焊缝，应采用全熔透焊缝。〔8〕超过12层钢结构的刚接柱脚宜采用埋人式，6、7度时可采用外包式。四、单层工业厂房〔一〕单层钢筋混凝土柱厂房〔1〕厂房的结构布置，应符合以下要求：1〕多跨厂房宜等高和等长。2〕厂房的贴建房屋和构筑物，不宜布置在厂房的角部和紧邻防震缝处。3〕厂房体型复杂或有贴建的房屋和构筑物时，宜设防震缝；在厂房纵横跨交接处、大柱网厂房或不设柱间支撑的厂房，防震缝宽度可采用100~150mm，其他情况可采用50~90mm 4〕两个主厂房之间的过渡跨至少应有一侧采用防震缝与主厂房脱开。5〕厂房内上吊车的铁梯不应靠近防震缝设置；多跨厂房各跨上吊车的铁梯不宜设置在同一横向轴线附近。6〕工作平台宜与厂房主体脱开。7〕厂房的同一结构单元内，不应采用不同的结构形式；厂房端部应设屋架，不应采用山墙承重；厂房单元内不应采用横墙和排架混合承重。8〕厂房各柱列的侧移刚度宜均匀。〔2〕厂房天窗架的设置，应符合以下要求：l〕天窗宜采用突出屋面较小的避风型天窗，有条件或9度时宜采用下沉式天窗。2〕突出屋面的天窗宜采用钢天窗架；6~8度时，可采用矩形截面杆件的钢筋混凝土天窗架。3〕8度和9度时，天窗架宜从厂房单元端部第三柱间开始设置。4〕天窗屋盖、端壁板和侧板，宜采用轻型板材。〔3〕厂房屋架的设置，应符合以下要求：1〕厂房宜采用钢屋架或重心较低的预应力混凝土、钢筋混凝土屋架。2〕跨度不大于15m时，可采用钢筋混凝土屋面梁。3〕跨度大于24m，或8度III、IV类场地和9度时，应优先采用钢屋架。4〕柱距为12m时，可采用预应力混凝土托架〔梁〕；当采用钢屋架时，亦可采用钢托架〔梁〕。5〕有突出屋面天窗架的屋盖不宜采用预应力混凝土或钢筋混凝土空腹屋架。〔4〕厂房柱的设置，应符合以下要求：1〕8度和9度时，宜采用矩形、工字形截面柱或斜腹杆双肢柱，不宜采用薄壁工字形柱、腹板开孔工字形柱、预制腹板的工字形柱和管柱。2〕柱底至室内地坪以上500mm范围内和阶形柱宜采用矩形截面。〔二〕单层钢结构厂房〔1〕本节主要适用于钢柱、钢屋架或实腹梁承重的单跨和多跨的单层厂房，不适用于单层轻型钢结构厂房。〔2〕厂房平面布置和钢筋混凝土屋面板的设置构造要求等，可参照本节四、〔一〕中对单层钢筋混凝土柱厂房的有关规定。〔3〕厂房的结构体系应符合以下要求：l〕厂房的横向抗侧力体系，可采用屋盖横梁与柱顶刚接或铰接的框架、门式刚架、悬臂柱或其他结构体系。厂房纵向抗侧力体系宜采用柱间支撑，条件限制时可采用刚架结构。2〕构件在可能产生塑性铰的最大应力区内，应防止焊接接头；对于厚度较大无法采用螺栓连接的构件，可采用对接焊缝等强度连接。3〕屋盖横梁与柱顶铰接时，宜采用螺栓连接。刚接框架的屋架上弦与柱相连的连接板，不应出现塑性变形。当横梁为实腹梁时，梁与柱的连接以及梁与梁拼接的受弯、受剪极限承载力，应能分别承受梁全截面屈服时受弯、受剪承载力的1.2倍。4〕柱间支撑杆件应采用整根材料，超过材料最大长度规格时可采用对接焊缝等强拼接；柱间支撑与构件的连接，不应小于支撑杆件塑性承载力的1.2倍。〔三〕单层砖柱厂房〔1〕本节适用于以下范围内的烧结普通黏土砖柱〔墙垛〕承重的中小型厂房：1〕单跨和等高多跨且无桥式吊车的车间、仓库等。2〕6~8度，跨度不大于15m且柱顶标高不大于6.6m。3〕9度，跨度不大于12m且柱顶标高不大于4.5m。〔2〕厂房的平立面布置，宜符合本节四、〔一〕中的有关规定，但防震缝的设置，应符合以下要求：1〕轻型屋盖厂房，可不设防震缝。2〕钢筋混凝土屋盖厂房与贴建的建〔构〕筑物间宜设防震缝，其宽度可采用50~70mm。3〕防震缝处应设置双柱或双墙。注：本节轻型屋盖指木屋盖和轻钢屋盖、压型钢板、瓦楞铁、石棉瓦的屋盖。〔3〕厂房两端均应设置承重山墙；天窗不应通至厂房单元的端开间，天窗不应采用端砖壁承重。〔4〕厂房的结构体系，尚应符合以下要求：1〕6~8度时，宜采用轻型屋盖，9度时，应采用轻型屋盖。2〕6度和7度时，可采用十字形截面的无筋砖柱；8度和9度时应采用组合砖柱，且中柱在8度III、IV类场地和9度时宜采用钢筋混凝土柱。3〕厂房纵向的独立砖柱柱列，可在柱间设置与柱等高的抗震墙承受纵向地震作用，砖抗震墙应与柱同时咬搓砌筑，并应设置根底；无砖抗震墙的柱顶，应设通长水平压杆。4〕纵、横向内墙隔墙宜做成抗震墙，非承重横隔墙和非整体砌筑且不到顶的纵向隔墙宜采用轻质墙，当采用非轻质墙时，应计及隔墙对柱及其与屋架〔梁〕连接点的附加地震剪力。独立的纵、横内隔墙应采取措施保证其平面外的稳定性，且顶部应设置现浇钢筋混凝土压顶梁。单层空旷房屋与土、木、石结构房屋的抗震设计五、单层空旷房屋〔1〕本节适用于较空旷的单层大厅和附属房屋组成的公共建筑。〔2〕大厅、前厅、舞台之间，不宜设防震缝分开；大厅与两侧附属房屋之间可不设防震缝。但不设防震缝时应加强连接。〔3〕单层空旷房屋大厅，支承屋盖的承重结构，在以下情况下不应采用砖柱：1〕9度时与8度III、IV类场地的建筑。2〕大厅内设有挑台。3〕8度I、II类场地和7度III、IV类场地，大厅跨度大于15m或柱顶高度大于6m。4〕7度I、II类场地和6度III、IV类场地，大厅跨度大于18m或柱顶高度大于8m。〔4〕单层空旷房屋大厅，支承屋盖的承重结构除上面第〔3〕条规定者外，可在大厅纵墙屋架支点下，增设钢筋混凝土一砖组合壁柱，不得采用无筋砖壁柱。〔5〕前厅结构布置应加强横向的侧向刚度，大门处壁柱，及前厅内独立柱应设计成钢筋混凝土柱。〔6〕前厅与大厅、大厅与舞台连接处的横墙，应加强侧向刚度，设置一定数量的钢筋混凝土抗震墙。六、土、木、石结构房屋〔一〕木结构房屋〔1〕本节适用于穿斗木构架、木柱木屋架和木柱木梁等房屋。〔2〕木结构房屋的平面布置应防止拐角或突出；同一房屋不应采用木柱与砖柱或砖墙等混合承重。〔3〕木柱木屋架和穿斗木构架房屋不宜超过二层，总高度不宜超过6m。木柱木梁房屋宜建单层，高度不宜超过3m。〔4〕礼堂、剧院、粮仓等较大跨度的空旷房屋，宜采用四柱落地的三跨木排架。〔5〕木屋架屋盖的支撑布置，应符合本节四、中有关屋盖支撑规定的要求，但房屋两端的屋架支撑，应设置在端开间。〔6〕柱顶应有暗桦插人屋架下弦，并用u形铁件连接；8度和9度时，柱脚应采用铁件或其他措施与根底锚固。〔7〕空旷房屋应在木柱与屋架〔或梁〕间设置斜撑；横隔墙较多的居住房屋应在非抗震隔墙内设斜撑，穿斗木构架房屋可不设斜撑；斜撑宜采用木夹板，并应通到屋架的上弦。〔8〕穿斗木构架房屋的横向和纵向均应在木柱的上、下柱端和楼层下部设置穿仿，并应在每一纵向柱列间设置1~2道剪刀撑或斜撑。〔9〕斜撑和屋盖支撑结构，均应采用螺栓与主体相连接；除穿斗木构件外，其他木构件宜采用螺栓连接。〔10〕椽与擦的搭接处应满钉，以增强屋盖的整体性。木构架中，宜在柱檐口以上沿房屋纵向设置竖向剪刀撑等措施，以增强纵向稳定性。〔11〕木构件应符合以下要求：1〕木柱的梢径不宜小于150mm；应防止在柱的同一高度处纵横向同时开槽，且在柱的同一截面开槽面积不应超过截面总面积的1/2。2〕柱子不能有接头。3〕穿杭应贯穿木构架各柱。〔12〕围护墙应与木结构可靠拉结；土坯、砖等砌筑的围护墙不应将木柱完全包裹，宜贴砌在木柱外侧。〔二〕石结构房屋〔1〕本节适用于6~8度，砂浆砌筑的料石砌体〔包括有垫片或无垫片〕承重的房屋。〔2〕多层石砌体房屋的总高度和层数不宜超过表8-29的规定。〔3〕多层石砌体房屋的层高不宜超过3m。〔4〕多层石砌体房屋的抗震横墙间距，不应超过表8-30的规定。〔5〕多层石房，宜采用现浇或装配整体式钢筋混凝土楼、屋盖。〔6〕石墙的截面抗震验算，可参照抗震标准第7.2节；其抗剪强度应根据试验数据确定。〔7〕多层石房的以下部位，应设置钢筋混凝土构造柱：1〕外墙四角和楼梯间四角。2〕6度隔开间的内外墙交接处。3〕7度和8度每开间的内外墙交接处。〔8〕抗震横墙洞口的水平截面面积，不应大于全截面面积的1/3。〔9〕每层的纵横墙均应设置圈梁，其截面高度不应小于120mm，宽度宜与墙厚相同，纵向钢筋不应小于4户10，箍筋间距不宜大于200mm。〔10〕无构造柱的纵横墙交接处，应采用条石无垫片砌筑，且应沿墙高每隔500～设置拉结钢筋网片，每边每侧伸人墙内不宜小于1m。隔震和消能减震设计七、隔震和消能减震设计〔1〕本节适用于在建筑上部结构与根底之间设置隔震层以隔离地震能量的房屋隔震设计，以及在抗侧力结构中设置消能器吸收与消耗地震能量的房屋消能减震设计。〔2〕建筑结构的隔震设计和消能减震设计，应根据建筑抗震设防类别、杭震设防烈度、场地条件、建筑结构方案和建筑使用要求，与采用抗震设计的设计方案进行技术、经济可行性的比照分析后，确定其设计方案。〔3〕需要减少地震作用的多层砌体和钢筋混凝土框架等结构类型的房屋，采用隔震设计时应符合以下各项要求：1〕结构体型根本规那么，不隔震时可在两个主轴方向分别采用抗震标准第5.1.2条规定的底部剪力法进行计算且结构根本周期小于1.05；体型复杂结构采用隔震设计，宜通过模型试验后确定。2〕建筑场地宜为I、II、III类，并应选用稳定性较好的根底类型。3〕风荷载和其他非地震作用的水平荷载标准值产生的总水平力不宜超过结构总重力的10％。4〕隔震层应提供必要的竖向承载力、侧向刚度和阻尼；穿过隔震层的设备配管、配线，应采用柔性连接或其他有效措施适应隔震的罕遇地震水平位移。〔4〕需要减少地震水平位移的钢和钢筋混凝土等结构类型的房屋，宜采用消能减震设计。消能部件应对结构提供足够的附加阻尼，尚应根据其结构类型分别符合抗震标准相应章节的设计要求。〔5〕隔震和消能减震设计时，隔震部件和消能减震部件应符合以下要求：1〕隔震部件和消能减震部件的耐久性和设计参数应由试验确定。2〕设置隔震部件和消能减震部件的部位，除按计算确定外，应采取便于检查和替换的措施。3〕设计文件上应注明对隔震部件和消能减震部件性能要求，安装前应对工程中所用的各种类型和规格的原型部件进行抽样检测，每种类型和每一规格的数量不应少于3个，抽样检测的合格率应为100％。框架结构设计框架结构应设计成双向梁柱抗侧力体系。主体结构除个别部位外，不应采用铰接。抗震设计的框架结构不宜采用单跨框架。框架梁、柱中心线宜重合。当梁柱中心线不能重合时，在计算中应考虑偏心对梁柱节点核心区受力和构造的不利影响，以及梁荷载对柱子的偏心影响。剪力墙结构设计剪力墙结构中，剪力墙宜沿主轴方向或其他方向双向布置；抗震设计的剪力墙结构，应防止仅单向有墙的结构布置形式。剪力墙墙肢截面宜简单、规那么。剪力墙结构的侧向刚度不宜过大。高层建筑结构不应采用全部为短肢剪力墙的剪力墙结构。短肢剪力墙较多时，应布置筒体〔或一般剪力墙〕，形成短肢剪力墙与筒体〔或一般剪力墙〕共同抵抗水平力的剪力墙结构，框架-剪力墙结构设计框架-剪力墙结构可采用以下形式：1框架与剪力墙〔单片墙、联肢墙或较小井筒〕分开布置；2在框架结构的假设干跨内嵌入剪力墙〔带边框剪力墙〕；3在单片抗侧力结构内连续分别布置框架和剪力墙；4上述两种或三种形式的混合。筒体结构设计筒中筒结构的高度不宜低于60m，高宽比不应小于3。筒体结构的混凝土强度等级不宜低于C30。当相邻层的柱不贯穿时，应设置转换梁等构件。转换梁的高度不宜小于跨度的1/6。2021年一级注册建筑师建筑结构要点总结第39讲讲义非结构构件的抗震设计八、非结构构件1．一般规定〔1〕本节主要适用于非结构构件与建筑结构的连接。非结构构件包括持久性的建筑非结构构件和支承于建筑结构的附属机电设备。注：①建筑非结构构件指建筑中除承重骨架体系以外的固定构件和部件，主要包括非承重墙体，附着于结构构件和支承于建筑结构的附属机电设备。②建筑附属机电设备指为现代建筑使用功能效劳的附属机械、电气构件、部件和系统，主要包括电梯，照明和应急电源、通信设备、管道系统，采暖和空气调节系统，烟火监测和消防系统，公用天线等。〔2〕非结构构件应根据所属建筑的抗震设防类别和非结构地震破坏的后果及其对整个建筑结构影响的范围，采取不同的抗震措施；当相关专门标准有具体要求时，尚应采用不同的功能系数、类别系数等进行抗震计算。〔3〕当计算和抗震措施要求不同的两个非结构构件连接在一起时，应按较高的要求进行抗震设计。非结构构件连接损坏时，应不致引起与之相连接的有较高要求的非结构构件失效。2．建筑非结构构件的根本抗震措施〔1〕建筑结构中，设置连接幕墙、围护墙、隔墙、女儿墙、雨篷、商标、广告牌、顶篷支架、大型储物架等建筑非结构构件的预埋件、锚固件的部位，应采取加强措施，以承受建筑非结构构件传给主体结构的地震作用。〔2〕非承重墙体的材料、选型和布置，应根据烈度、房屋高度、建筑体型、结构层间变形、墙体自身抗侧力性能的利用等因素，经综合分析后确定。1〕墙体材料的选用应符合以下要求：①混凝土结构和钢结构的非承重墙体应优先采用轻质墙体材料；②单层钢筋混凝土柱厂房的围护墙宜采用轻质墙板或钢筋混凝土大型墙板，外侧柱距为12m时应采用轻质墙板或钢筋混凝土大型墙板；不等高厂房的高跨封墙和纵横向厂房交接处的悬墙宜采用轻质墙板，8、9度时应采用轻质墙板；③钢结构厂房的围护墙，7、8度时宜采用轻质墙板或与柱柔性连接的钢筋混凝土墙板，不应采用嵌砌砌体墙；9度时宜采用轻质墙板。2〕刚性非承重墙体的布置，应防止使结构形成刚度和强度分布上的突变。单层钢筋混凝土柱厂房的刚性围护墙沿纵向宜均匀对称布置。3〕墙体与主体结构应有可靠的拉结，应能适应主体结构不同方向的层间位移；8、9度时应具有满足层间变位的变形能力，与悬挑构件相连接时，尚应具有满足结点转动引起的竖向变形的能力。4〕外墙板的连接件应具有足够的延性和适当的转动能力，宜满足在设防烈度下主体结构层间变形的要求。〔3〕砌体墙应采取措施减少对主体结构的不利影响，并应设置拉结筋、水平系梁、圈梁、构造柱等与主体结构可靠拉结：1〕多层砌体结构中，后砌的非承重隔墙应沿墙高每隔500mm配置2Φ6拉结钢筋与承重墙或柱拉结，每边伸人墙内不应少于500mm；8度和9度时，长度大于5m的后砌隔墙，墙顶尚应与楼板或梁拉结。2〕钢筋混凝土结构中的砌体填充墙，宜与柱脱开或采用柔性连接，并应符合以下要求：①填充墙在平面和竖向的布置，宜均匀对称，宜防止形成薄弱层或短柱；②砌体的砂浆强度等级不应低于M5，墙顶应与框架梁密切结合；③填充墙应沿框架柱全高每隔500mm设2Φ6拉筋，拉筋伸人墙内的长度，6、7度时不应小于墙长的l/5且不小于700mm，8、9度时宜沿墙全长贯穿；④墙长大于5m时，墙顶与梁宜有拉结；墙长超过层高2倍时，宜设置钢筋混凝土构造柱；墙高超过4m时，墙体半高宜设置与柱连接且沿墙全长贯穿的钢筋混凝土水平系梁。3〕单层钢筋混凝土柱厂房的砌体隔墙和围护墙应符合以下要求：①砌体隔墙与柱宜脱开或柔性连接，并应采取措施使墙体稳定，隔墙顶部应设现浇钢筋混凝土压顶梁；②厂房的砌体围护墙宜采用外贴式并与柱可靠拉结；不等高厂房的高跨封墙和纵横向厂房交接处的悬墙采用砌体时，不应直接砌在低跨屋盖上；③砌体围护墙在以下部位应设置现浇钢筋混凝土圈梁：a〕梯形屋架端部上弦和柱顶的标高处应各设一道，但屋架端部高度不大于900～时可合并设置；b〕8度和9度时，应按上密下稀的原则每隔4m左右在窗顶增设一道圈梁，不等高厂房的上下跨封墙和纵墙跨交接处的悬墙，圈梁的竖向间距不应大于3m；c〕山墙沿屋面应设钢筋混凝土卧梁，并应与屋架端部上弦标高处的圈梁连接。④圈梁的构造应符合以下规定：a〕圈梁宜闭合，圈梁截面宽度宜与墙厚相同，截面高度不应小于180mm；圈梁的纵筋，6~8度时不应少于4φ12，9度时不应少于4φ14；b〕厂房转角处柱顶圈梁在端开间范围内的纵筋，6~8度时不应少于4φ14，9度时不应少于4φ16，转角两侧各lm范围内的箍筋直径不宜少于φ8，间距不宜大于100mm；圈梁转角处应增设不少于3根且直径与纵筋相同的水平斜筋；c〕圈梁应与柱或屋架牢固连接，山墙卧梁应与屋面板拉结；顶部圈梁与柱或屋架连接的锚拉钢筋不宜少于4φ12，且锚固长度不宜少于35倍钢筋直径，防震缝处圈梁与柱或屋架的拉结宜加强。⑤8度III、IV类场地和9度时，砖围护墙下的预制根底梁应采用现浇接头；当另设条形根底时，在柱根底顶面标高处应设置连续的现浇钢筋混凝土圈梁，其配筋不应少于4φ12。⑥墙梁宜采用现浇，当采用预制墙梁时，梁底应与砖墙顶面牢固拉结并应与柱锚拉；厂房转角处相邻的墙梁，应相互可靠连接。4〕单层钢结构厂房的砌体围护墙不应采用嵌砌式，8度时尚应采取措施使墙体不阻碍厂房柱列沿纵向的水平位移。5〕砌体女儿墙在人流出人口应与主体结构锚固；防震缝处应留有足够的宽度，缝两侧的自由端应予以加强。〔4〕各类顶棚的构件与楼板的连接件，应能承受顶棚、悬挂重物和有关机电设施的自重和地震附加作用；其锚固的承载力应大于连接件的承载力。〔5〕悬挑雨篷或一端由柱支承的雨篷，应与主体结构可靠连接。〔6〕玻璃幕墙、预制墙板、附属于楼屋面的悬臂构件和大型储物架的抗震构造，应符合相关专门标准的规定。3．建筑附属机电设备支架的根本抗震措施〔1〕附属于建筑的电梯、照明和应急电源系统、烟火监测和消防系统、采暖和空气调节系统、通信系统、公用天线等与建筑结构的连接构件和部件的抗震措施，应根据设防烈度、建筑使用功能、房屋高度、结构类型和变形特征、附属设备所处的位置和运转要求等，按相关专门标准的要求经综合分析后确定。以下附属机电设备的支架可无抗震设防要求：1〕重力不超过1.8kN的设备；2〕内径小于25mm的煤气管和内径小于60mm的电气配管；3〕矩形截面面积小于0.38rn2和圆形直径小于0.70m的风管；4〕吊杆计算长度不超过300mm的吊杆悬挂管道。〔2〕建筑附属设备不应设置在可能导致其使用功能发生障碍等二次灾害的部位；对于有隔振装置的设备，应注意其强烈振动刘连接件的影响，并防止设备和建筑结构发生谐振现象。建筑附属机电设备的支架应具有足够的刚度和强度；其与建筑结构应有可靠的连接和锚固，应使设备在遭遇设防烈度地震影响后能迅速恢复运转。〔3〕管道、电缆、通风管和设备的洞口设置，应减少对主要承重结构构件的削弱；洞口边缘应有补强措施。管道和设备与建筑结构的连接，应能允许二者间有一定的相对变位。〔4〕建筑附属机电设备的基座或连接件应能将设备承受的地震作用全部传递到建筑结构上。建筑结构中，用以固定建筑附属机电设备预埋件、锚固件的部位，应采取加强措施，以承受附属机电设备传给主体结构的地震作用。〔5〕建筑内的高位水箱应与所在的结构构件可靠连接；8、9度时按抗震标准第5.1.2条规定需采用时程分析的高层建筑，尚宜计及水对建筑结构产生的附加地震作用效应。〔6〕在设防烈度地震下需要连续工作的附属设备，宜设置在建筑结构地震反响较小的部位；相关部位的结构构件应采取相应的加强措施。地基与根底概述第九章地基与根底第一节概述〔1〕地球上但凡人类居住、生活和工作及与之相关的一切建筑物均建造在地壳的表层―地基上，“空中楼阁〞是不存在的。因此，以地基土为研究对象的这门课程―地基与根底在土木工程中占据重要地位。〔2〕建筑物的全部荷载都由它下面的地层来承当，受建筑物影响的那一局部地层称为地基；建筑物向地基传递荷载的下部结构就是根底。以最常见的房屋建筑为例，荷载的传递方式为：建筑物上部结构-根底-地基，如图9-1所示。〔3〕组成地层的土或岩石是自然界的产物。它的形成过程、物质成分、工程特性及其所处的自然环境极为复杂多变。因此，在设计建筑物之前，必须进行建筑物场地的地基勘察，对场地的工程地质条件作出正确的评价。〔4〕建筑物的建造使地基中原有的应力状态发生变化。这就必须运用力学方法来研究荷载作用下地基土的变形和强度问题。一般来讲，地基根底设计应该满足两个根本条件：1〕要求作用于地基的荷载不超过地基的承载能力，保证地基在防止整体破坏方面有足够的平安储藏；2〕控制根底沉降使之不超过允许值，保证建筑物不因地基沉降而损坏或者影响其正常使用。〔5〕根底结构的型式很多。设计时应该选择能适应上部结构和场地工程地质条件、符合使用要求、满足地基根底设计两项根本要求以及技术上合理的根底结构方案。通常把埋置深度不大〔一般浅于5m〕的根底统称为浅根底〔各种单独的和连续的根底〕。反之，浅层土质不良，而须把根底埋置于深处的好地层时，就要借助于特殊的施工方法，建造各种类型的深根底了。选定适宜的根底型式后，地基不加处理就可以满足要求的，称为天然地基，否那么，就叫做人工地基。〔6〕地基和根底是建筑物的根本，又属于地乍隐蔽工程。它的勘察、设计和施工质量直接关系着建筑物的安危。实践说明，建筑物事故的发生，很多与地基根底问题有关，而且，地基根底事故一旦发生，补救并非容易。此外，根底工程费用与建筑物总造价的比例，视其复杂程度和设计、施工的合理与否，可以变动于百分之几到几十之间。因此，地基及根底在建筑工程中的重要性是显而易见的。土的组成与物理性质指标第二节土的物理性质及分类一、概述土作为建筑物地基的主体，显然是土力学研究的主要对象。土是岩石风化后的产物，是岩石经过风化、剥蚀作用等而形成的碎散颗粒的集合体。土既然是散碎颗粒的集合体，颗粒间必然存在着孔隙，而孔隙也必然包含着水或空气。因此，土是由土颗粒〔固相〕、水〔液相〕和空气〔气相〕组成的三相体。二、土的成因与组成1．形成作用与成因类型严格地说，土是由地质作用而生成的。地质作用——导致地壳〔30~80km〕成分变化和构造变化的作用。是土的生成的根本原因和动力。内力与外力地质作用彼此独立又相互依存，前者对地壳的开展占主导地位。地质作用形成了各种成因的地形，造就了岩浆岩、变质岩、沉积岩，也生成了土。对土的生成奉献最大的地质作用是风化作用。按风化成因，土可分为：地质年代―地壳开展历史与地壳运动、沉积环境及生物演化相应的世代段落。分为绝对的和相对的，后者应用最广。相对地质年代―根据古生物的演化和岩层形成的顺序，将地壳历史划分成的一些自然时段，共划分为五大代：太古代、元古代、古生代、中生代、新生代。代又分为纪，纪又分为假设干世和期，即代-纪-世-期。每一地质年代中都划分有相应的地层，依次为界-系-统-阶〔层〕。在新生代中最新近的一个纪段称为第四纪，我们现在所见的土就是在这一地质年代生成且尚未胶结成岩的，距今约100万年。因此，我们现在所指的土可称为第四纪沉积物〔层〕，需要指出：岩石经风化而成土，土也可经压实固结、脱水、胶结硬化而成为岩石〔沉积岩〕，即2．土的组成〔1〕土中的固体颗粒。土中的固体颗粒〔简称土粒〕是土的主要组成局部，是土的骨架。土颗粒的大小、形状、和矿物成分及组成情况是决定土的物理力学性质的主要因素。土是由大小不同的土粒组成的。随着颗粒的变化，土的性质将发生变化。例如：随着粒径的变细，土的性质由无豁性变为勃性。因此，为了区分土颗粒的特征，常将其划分为不同的粒组，粒组是指粒径界于一定范围内的土粒的集合。颗粒级配―土中所含各种粒组的重量所占土粒〔干土〕总重的百分数。它反映了土中各粒组的比例关系，由土的颗粒分析试验确定。矿物―地壳中天然生成的自然元素或化合物，也是构成岩石的根本元素或化合物。土的矿物成分―组成土中固体颗粒的矿物类型、结构等。了解土粒的矿物成分，对认识土性十分重要。〔2〕土中水。〔3〕土中气体。土中气占据了土中未被水占领的孔隙。自由气体―与大气连通、不影响土质，常存在于粗粒土中。封闭气体―与大气隔绝，增加土的弹性，减少土的透水性。可燃气体―由微生物的分解作用而形成，常存在于淤泥和泥炭等有机土中。三、土的物理性质指标土的物理性质指标―表示土中三相比例关系的一些物理量〔图9-2〕，可分为如下两类：1．土粒比重〔土粒相对密度〕ds土粒质量与同体积的4℃时纯水的质量之比，即：土粒相对密度取决于矿物成分。一般土：2.6~2.8；有机质土：2.4~2.5；泥炭土：1.5~1.8。在实验室内用“比重瓶法〞测定。2．土的含水量ω土中所含水的质量与土粒质量之比，以百分数计，即：3．土的密度ρ〔又称天然密度〕天然状态下土单位体积的质量，g／cm3或t／m3黏性土：ρ=1.8~2.09/cm3；砂土1.6~2.09 g／cm3；腐殖土1.5~1.7g/cm3。一般用“环刀法〞测定。4．土的干密度ρd、饱和密度ρsat、有效密度ρ’干密度是指土单位体积中固体颗粒局部的质量〔工程上用作评定土体密实度，控制填土工程的施工质量〕。饱和密度是指土孔隙中充满水时土体的单位体积质量：有效密度是指单位土体中土粒的有效质量〔在地下水位以下，扣除浮力后单位土体积中土粒的质量〕:5．土的孔隙比。和孔隙率n孔隙比是指土中孔隙体积与土粒体积之比〔无量纲〕。用于评价土的密实度和压缩性：e＜0.6密实、低压缩性；e＞1.0疏松、高压缩性。孔隙率是指土中孔隙所占体积与总体积之比，以百分数表示6．土的饱和度Sr土中被水充满的孔隙体积与总孔隙体积之比，以百分数表示：干土Sr=0；饱和土Sr=100％。无黏土、黏性土的物理性质与工程特性指标四、无黏性土的物理性质无黏性土主要是指砂土和碎石土，其工程性质与其密实度密切相关。密实度越大，土的强度越大。因此，密实度是反映无黏性土工程性质的主要指标。评判无黏性土的密实度有以下方法：1．根据相对密实度Dr〔大小位于0~1之间〕判别密实〔1≥Dr≥0.67〕；中密〔0.67≥Dr≥0.33〕；松散〔0.33≥Dr≥0〕。该法适用于透水性好的无黏性土，如纯砂、纯砾。2．根据天然孔隙比e判别。e越小，土越密实。一般，e＜0.6时属密实，e＞1.0时属疏松。该法适用于砂土，但不能考虑矿物成分、级配等对密实度的影响。3．根据原位标准贯人等试验判别密〔N>30〕、中密〔15≤N≤30〕、稍密〔10≤N≤15〕、松散〔N≤10〕4．根据野外方法鉴别〔针对碎石类土〕肉眼观察、挖、钻等。五、黏性土的物理性质黏性土的特性主要是由于黏粒与水之间的相互作用产生，因此含水量是决定因素。黏性土的含水量对其物理状态和工程性质有重要影响。液限〔ωL,Liqud Limit〕：土由可塑状态变到流动状态的界限含水量；土处于可塑状态的最大含水量，稍大即流态；塑限〔ωP，Plastic Limit〕：土由半固态变为可塑状态的界限含水量；土处于可塑状态的最小含水量，稍小即半固态；缩限〔ωS,Shrinkage Limit〕：土由固态变为半固态的界限含水量；土处于半固态的最小含水量，稍小即为固态。塑性指数IP―表示土处于可塑状态的含水量变化范围。IP越大，土处于可塑状态的含水量范围也越大。土颗粒越细，黏粒含量越高，土能吸附的结合水量越多，那么IP越大。黏土矿物蒙脱石含量越高，IP越大。IP在一定程度上综合反映了影响黏性土特征的各种主要因素，故常用于对黏性土进行分类。液性指数IL―表示黏性土软硬程度的一个指标。故可根据IL的大小评判土的软硬程度，分为如下5种〔表9-1〕：六、岩土的工程分类作为建筑地基的岩土，可分为岩石、碎石土、砂土、粉土、黏性土和人工填土。〔l〕岩石应为颗粒间牢固连接，呈整体或具有节理裂隙的岩体。作为建筑物地基，除应确定岩石的地质名称外，尚应按下面的〔2〕~〔4〕条来划分其坚硬程度和完整程度。〔2〕岩石的软硬程度应根据岩块的饱和单轴抗压强度frk按表9-2分为坚硬岩、较硬岩、较软岩、软岩和极软岩。当缺乏饱和单轴抗压强度资料或不能进行该项试验时，可在现场通过观察定性划分，划分标准可按?建筑地基根底设计标准?附录A.0.1执行。岩石的风化程度可分为未风化、微风化、中风化、强风化和全风化。〔3〕岩体完整程度应按表9-3划分为完整、较完整、较破碎、破碎和极破碎。〔4〕碎石土为粒径大于2mm的颗粒含量超过全重50％的土。碎石土可按表9-4分为漂石、块石、卵石、碎石、圆砾和角砾。〔5〕碎石土的密实度可按表9-5分为松散、稍密、中密、密实。〔6〕砂土为粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重50％、粒径大于0.075mm的颗粒超过全重50％的土。砂土可按表9-6分为砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂。〔7〕砂土的密实度，可按表9-7分为松散、稍密、中密、密实。〔8〕黏性土为塑性指数IP大于10的土，可按表9-8分为黏土、粉质黏土。〔9〕黏性土的状态，可按表9-9分为坚硬、硬塑、可塑、软塑、流塑。〔10〕粉土为介于砂土和黏性土之间，塑性指数IP≤10且粒径大于0.075mm的颗粒含量不超过全重50％的土。〔11〕淤泥为在静水或缓慢的流水环境中沉积，并经生物化学作用形成，其天然含水量大于液限、天然孔隙比大于或等于1.5的黏性土。当天然含水量大于液限而天然孔隙比小于1.5但大于或等于1.0的黏性土或粉土为淤泥质土。〔12〕红黏土为碳酸盐岩系的岩石经红土化作用形成的高塑性黏土。其液限一般大于50。红黏土经再搬运后仍保存其根本特征，其液限大于45的土为次生红钻土。〔13〕人工填土根据其组成和成因，可分为素填土、压实填土、杂填土、冲填土。素填土为由碎石土、砂土、粉土、黏性土等组成的填土。经过压实或夯实的素填土为压实填土。杂填土为含有建筑垃圾、工业废料、生活垃圾等杂物的填土。冲填土为由水力冲填泥砂形成的填土。〔14〕膨胀土为土中黏粒成分主要由亲水性矿物组成，同时具有显著的吸水膨胀和失水收缩特性，其自由膨胀率大于或等于40％的黏性土。〔15〕湿限性土为浸水后产生附加沉降，其湿限系数大于或等于0.015的土。七、工程特性指标〔l〕土的工程特性指标应包括强度指标、压缩性指标以及静力触探探头阻力，标准贯人试验锤击数、载荷试验承载力等其他特性指标。〔2〕地基土工程特性指标的代表值应分别为标准值、平均值及特征值。抗剪强度指标应取标准值，压缩性指标应取平均值，载荷试验承载力应取特征值。〔3〕载荷试验包括浅层平板载荷试验和深层平板载荷试验。浅层平板载荷试验适用于浅层地基，深层平板载荷试验适用于深层地基。〔4〕土的抗剪强度指标，可采用原状土室内剪切试验、无侧限抗压强度试验、现场剪切试验、十字板剪切试验等方法测定。当采用室内剪切试验确定时，应选择三轴压缩试验中的不固结不排水试验。经过预压固结的地基可采用固结不排水试验。每层土的试验数量不得少于6组。室内试验抗剪强度指标ck、ψk，可按本标准附录E确定。在验算坡体的稳定性时，对于已有剪切破裂面或其他软弱结构面的抗剪强度，应进行野外大型剪切试验。〔5〕土的压缩性指标可采用原状土室内压缩试验、原位浅层或深层平板载荷试验、旁压试验确定。当采用室内压缩试验确定压缩模量时，试验所施加的最大压力应超过土自重压力与预计的附加压力之和，试验成果用e-logp曲线表示。当考虑土的应力历史进行沉降计算时，应进行高压固结试验，确定先期固结压力、压缩指数，试验成果用e-logp曲线表示。为确定回弹指救，应在估计的先期固结压力之后进行一次卸荷，再继续加荷至预定的最后一级压力。地基土的压缩性可按pl为100kPa,p2为200kPa时相对应的压缩系数值α1-2划分为低、中、高压缩性，并应按以下规定进行评价：当考虑深基坑开挖卸荷和再加荷时，应进行回弹再压缩试验，其压力的施加应与实际的加卸荷状况一致。地基根底设计原则第三节地基与根底设计进行地基根底设计时，必须根据建筑物的用途和设计等级、建筑布置和上部结构类型，充分考虑建筑场地和地基岩土条件，结合施工条件以及工期、造价等各方面的要求，合理选择地基根底方案。常见的地基根底方案有：天然地基或人工地基上的浅根底；深根底；深浅结合的根底〔如桩一筏、桩一箱根底等〕。一般而言，天然地基上的浅根底便于施工、工期短、造价低，如能满足地基的强度和变形要求，宜优先选用。一、地基根底设计原则1．对地基计算的要求根据地基复杂程度、建筑物规模和功能特征以及由于地基问题可能造成建筑物破坏或影响正常使用的程度，?建筑地基根底设计标准?将地基根底设计分为三个设计等级：根据建筑物地基根底设计等级及长期荷载作用下地基变形对上部结构的影响程度，地基根底设计应符合以下规定：〔1〕所有建筑物的地基计算均应满足承载力计算的有关规定；〔2〕设计等级为甲、乙级的建筑物，均应按地基变形设计；〔3〕?建筑地基根底设计标准?中表3.0.2所列范围内设计等级为丙级的建筑物可不作变形验算，如有以下情况之一时，仍应作变形验算：1〕地基承载力特征值小于130kPa，且体型复杂的建筑；2〕在根底上及其附近有地面堆载或相邻根底荷载差异较大，可能引起地基产生过大的不均匀沉降时；3〕软弱地基上的建筑物存在偏心荷载时；4〕相邻建筑距离过近，可能发生倾斜时；5〕地基内有厚度较大或厚薄不匀的填土，其自重固结未完成时。〔4〕对经常受水平荷载作用的高层建筑、高耸结构和挡土墙等，以及建造在斜坡上或边坡附近的建筑物和构筑物，尚应验算其稳定性；〔5〕基坑工程应进行稳定性验算；〔6〕当地下水埋藏较浅，建筑地下室或地下构筑物存在上浮问题刚，尚应进行抗浮验算。2．关于荷载取值的规定地基扣设计时，所采用的荷载效应最不利组合与相应的抗力限值，应按以下规定采用：〔1〕按地基承载力确定根底底面积及埋深时，传至根底底面上的荷载效应应按正常使用极限状态下荷载效应的标准组合。相应的抗力应采用地基承载力特征值。〔2〕计算地基变形时，传至根底底面上的荷载效应应按正常使用极限状态下荷载效应的标准永久组合，不应计人风荷载和地震作用。相应的限值应为地基变形允许值。〔3〕计算挡土墙土压力、地基和斜坡的稳定及滑坡推力时，荷载效应应按承载能力极限状态下荷载效应的根本组合，但其分项系数均为1.0〔4〕在确定根底高度、支挡结构截面、计算根底或支挡结构内力、确定配筋和验算材料强度时，上部结构传来的荷载效应组合和相应的基底反力，应按承载能力极限状态下荷载效应的根本组合，采用相应的分项系数。当需要验算根底裂缝宽度时，应按正常使用极限状态荷载效应标准组合。〔5〕由永久荷载效应控制的根本组合值可取标准组合值的1.35倍。2021年一级注册建筑师建筑结构要点总结第40讲讲义浅根底〔上〕二、浅根底1．浅根底设计内容天然地基上浅根底的设计，包括以下各项内容：〔1〕选择根底的材料、类型，进行根底平面布置；〔2〕确定地基持力层和根底埋置深度；〔3〕确定地基承载力；〔4〕确定根底的底面尺寸，必要时进行地基变形与稳定性验算；〔5〕进行根底结构设计〔对根底进行内力分析、截面计算并满足构造要求〕;〔6〕绘制根底施工图，提出施工说明。设计浅根底时要充分掌握拟建场地的工程地质条件和地基勘察资料，地基勘察的详细程度应与地基根底设计等级和场地的工程地质条件相适应。在仔细研究地基勘察资料的根底上，结合考虑上部结构的类型、荷载的性质及大小和分布、建筑布置和使用要求以及拟建根底对周围环境的影响，即可选择根底类型和进行根底平面布置，并确定地基持力层和根底埋置深度。上述浅根底设计的各项内容是互相关联的。设计时可按上述顺序逐项进行设计与计算，如发现前面的选择不妥，那么须修改设计，直至各项计算均符合要求且各数据前后一致为止。对规模较大的根底工程，还宜对假设干可能的方案作出技术经济比拟，然后择优采用。2．浅根底的类型浅根底根据结构型式可分为扩展根底、联合根底、柱下条形根底、柱下交叉条形根底、筏形根底、箱形根底和壳体根底等。根据根底所用材料的性能可分为无筋根底〔刚性根底〕和钢筋混凝土根底。〔1〕扩展根底。墙下条形根底和柱下独立根底〔单独根底〕统称为扩展根底。扩展根底的作用是把墙或柱的荷载侧向扩展到土中，使之满足地基承载力和变形的要求。扩展根底包括无筋扩展根底和钢筋混凝土扩展根底。l〕无筋扩展根底。无筋扩展根底系指由砖、毛石、混凝土或毛石混凝土、灰土和三合土等材料组成的无需配置钢筋的墙下条形根底或柱下独立根底。无筋根底的材料都具有较好的抗压性能，但抗拉、抗剪强度都不高，为了使根底内产生的拉应力和剪应力不超过相应的材料强度设计值，设计时需要加大根底的高度。因此，这种根底几乎不发生挠曲变形，故习惯上把无筋根底称为刚性根底。无筋扩展根底适用于多层民用建筑和轻型厂房。无筋扩展根底的抗拉强度和抗剪强度较低，因此必须控制根底内的拉应力和剪应力。结构设计时可以通过控制材料强度等级和台阶宽高比〔台阶的宽度与其高度之比〕来确定根底的截面尺寸，而无需进行内力分析和截面强度计算。图9-3所示为无筋扩展根底构造示意图，要求根底每个台阶的宽高比〔b2：h〕都不得超过?建筑地基根底设计标准?〔GB 50007-2002〕中表8.1.2中所列的台阶宽高比的允许值〔可用图中角度α的正切tanα表示〕。设计时一般先选择适当的根底埋深和根底底面尺寸，设基底宽度为b，那么按上述要求，根底高度应满足以下条件：由于台阶宽高比的限制，无筋扩展根底的高度一般都较大，但不应大于根底埋深，否那么，应加大根底埋深或选择刚性角较大的根底类型〔如混凝土根底〕，如仍不满足，可采用钢筋混凝土根底。扩展根底的构造，应符合以下要求：1.锥形根底的边缘高度，不宜小于200mm；阶梯形根底的每阶高度，宜为300-500mm；2.垫层的厚度不宜小于70mm，垫层混凝土强度等级应为C10；3.扩展根底底板受力钢筋的最小直径不宜小于10mm；间距不宜大于200mm，也不宜小于100mm。墙下钢筋混凝土条形根底纵向分布钢筋的直径不小于8mm；间距不大于300mm；每延米分布钢筋的面积应不小于受力钢筋面积的1/10。当有垫层时钢筋保护层的厚度不小于40mm；无垫层时不小于70mm；2〕钢筋混凝土扩展根底。钢筋混凝土扩展根底常简称为扩展根底，系指墙下钢筋混凝土条形根底和柱下钢筋混凝土独立根底。这类根底的抗弯和抗剪性能良好，可在竖向荷载较大、地基承载力不高以及承受水平力和力矩荷载等情况下使用。与无筋根底相比，其根底高度较小，因此更适宜在根底埋置深度较小时使用。可分为墙下钢筋混凝土条形根底和柱下钢筋混凝土独立根底。〔2〕联合根底。联合根底主要指同列相邻二柱公共的钢筋混凝土根底，即双柱联合根底，但其设计原则，可供其他型式的联合根底参考。在为相邻二柱分别配置独立根底时，常因其中一柱靠近建筑界线，或因二柱间距较小，而出现基底面积缺乏或荷载偏心过大等情况，此时可考虑采用联合根底。联合根底也可用于调整相邻两柱的沉降差，或防止两者之间的相向倾斜等。〔3〕柱下条形根底。当地基较为软弱、柱荷载或地基压缩性分布不均匀，以至于采用扩展根底可能产生较大的不均匀沉降时，常将同一方向〔或同一轴线〕上假设干柱子的根底连成一体而形成柱下条形根底。这种根底的抗弯刚度较大，因而具有调整不均匀沉降的能力，并能将所承受的集中柱荷载较均匀地分布到整个基底面积上。柱下条形根底是常用于软弱地基上框架或排架结构的一种根底形式。〔4〕柱下交叉条形根底。如果地基软弱且在两个方向分布不均，需要根底在两方向渊惧有一定的刚度来调整不均匀沉降，那么可在柱网下沿纵横两向分别设置钢筋混凝土条形根底，从而形成柱下交叉条形剪。〔5〕筏形根底。当柱下交叉条形根底底面积占建筑物平面面积的比例较大，或者建筑物在使用上有要求时，可以在建筑物的柱、墙下方做成一块满堂的根底，即筏形〔片筏〕根底。筏形根底由于其底面积大，故可减小基底压力，同时也可提高地基土的承载力，并能更有效地增强根底的整体性，调整不均匀沉降。〔6〕箱形根底。箱形根底是由钢筋混凝土的底板、顶板、外墙和内隔墙组成的有一定高度的整体空间结构，适用于软弱地基上的高层、重型或对不均匀沉降有严格要求的建筑物。与筏形根底相比，箱形根底具有更大的抗弯刚度，只能产生大致均匀的沉降或整体倾斜，从而根本上消除了因地基变形而使建筑物开裂的可能性。箱基埋深较大，根底中空，从而使开挖卸去的土重局部抵偿了上部结构传来的荷载〔补偿效应〕，因此，与一般实体根底相比，它能显著减小基底压力、降低根底沉降量。此外，箱基的抗震性能较好。箱基的钢筋水泥用量很大，工期长，造价高，施工技术比拟复杂，在进行深基坑开挖时，还需考虑降低地下水位、坑壁支护及对周边环境的影响等问题。因此，箱基的采用与否，应在与其他可能的地基根底方案做技术经济比拟之后再确定。〔7〕壳体根底。为了发挥混凝土抗压性能好的特性，可以将根底的形式做成壳体。壳体根底可用作柱根底和筒形构筑物〔如烟囱、水塔、料仓、中小型高炉等〕的根底。壳体根底的优点是材料省、造价低。不过，由于较难实行机械化施工，因此施工工期长，同时施工工作量大，技术要求高。浅根底〔下〕3．根底埋置深度的选择根底埋置深度〔简称埋深〕是指根底底面至天然地面的距离。影响根底埋深选择的主要因素可归纳为如下5个方面：〔1〕与建筑物有关的条件。确定根底的埋深时，首先要考虑的是建筑物在使用功能和用途方面的要求，例如必须设置地下室、带有地下设施、属于半埋式结构物等。〔2〕工程地质条件。直接支承根底的土层称为持力层，其下的各土层称为下卧层。为了满足建筑物对地基承载力和地基变形的要求，根底应尽可能埋置在良好的持力层上。当地基受力层〔或沉降计算深度〕范围内存在软弱下卧层时，软弱下卧层的承载力和地基变形也应满足要求。〔3〕水文地质条件。有地下水存在时，根底尽量埋置在地下水位以上。对底面低于地下水位的根底，应考虑施工期间的基坑降水、坑壁围护、是否可能产生流砂、涌土等问题，并采取保护地基土不受扰动的措施。对于具有侵蚀性的地下水，应采用抗侵蚀的水泥品种和相应的措施〔详见有关勘察标准〕。此外，设计时还应该考虑由于地下水的浮托力而引起的根底底板内力的变化、地下室或地下贮罐上浮的可能性以及地下室的防渗问题。〔4〕地基冻融条件。?建筑地基根底设计标准?根据冻胀对建筑物的危害程度，把地基土的冻胀性分为不冻胀、弱冻胀、冻胀、强冻胀和特强冻胀5类。不冻胀土的根底埋深可不考虑冻结深度。对于埋置于可冻胀土中的根底，其最小埋深dmin可按下式确定：式中zd〔设计冻深〕和hmax〔基底下允许残留冻土层的最大厚度〕可按?建筑地基根底设计标准?的有关规定确定。对于冻胀、强冻胀和特强冻胀地基上的建筑物，尚应采取相应的防冻害措施。〔5〕场地的环境条件。气候变化、树木生长及生物活动会对根底带来不利影响，因此，根底应埋置于地表以下，其埋深不宜小于0.5m〔岩石地基除外〕；根底顶面一般应至少低于设计地面0.lm。靠近原有建筑物修建新根底时，新根底的埋深不宜超过原有根底的底面，否那么新、旧根底间应保持一定的净距，其值不宜小于两根底底面高差的1~2倍〔土质好时可取低值〕,如图9-4所示。如不能满足这一要求，那么在根底施工期间应采取有效措施以保证邻近原有建筑物的平安。如果在基侧影响范围内有管道或沟、坑等地下设施通过时，根底底面一般应低于这些设施的底面，否那么应采取有效措施，消除根底对地下设施的不利影响。在河流、湖泊等水体旁建造的建筑物根底，如可能受到流水或波浪冲刷的影响，其底面应位于冲刷线之下。4．浅甚础的地基承载力地基承载力是地基承受荷载的能力。在保证地基稳定的条件下，使建筑物的沉降量不超过允许值的地基承载力称为地基承载力特征值〔fa〕。地基承载力特征值可以表达为：确定地基承载力特征值的方法主要有4类：①根据土的抗剪强度指标以理论公式计算；②由现场载荷试验的p-s曲线确定；③按标准提供的承载力表确定；④在土质根本相同的情况下，参照邻近建筑物的工程经验确定。在具体工程中，应根据地基根底的设计等级、地基岩土条件并结合当地工程经验选择确定地基承载力的适当方法，必要时可以按多种方法综合确定。〔1〕按土的抗剪强度指标确定。1〕地基极限承载力理论公式。根据地基极限承载力计算地基承载力特征值的公式如下：确定地基极限承载力的理论公式有多种，如斯肯普顿公式、太沙基公式、魏锡克公式和汉森公式等，其中魏锡克公式〔或汉森公式〕可以考虑的影响因素最多。2〕标准推荐的理论公式。当荷载偏心距e≤l/30〔l为偏心方向根底边长〕时，可以采用?建筑地基根底设计标准?推荐的、以地基临界荷载Pl／4。为根底的理论公式来计算地基承载力特征值，计算公式如下：注意：上式与Pl／4公式稍有差异。砂土当φk≥240时，表中Mb为经验值，比Pl／4理论值大〔根据载荷试验资料修正〕。〔2〕按地基载荷试验确定。载荷试验包括浅层平板载荷试验、深层平板试验及螺旋板载荷试验。前者适用于浅层地基，后两者适用于深层地基。载荷试验的优点是压力的影响深度可达1.5~2倍承压板宽度，故能较好地反映天然土体的压缩性。对于成分或结构很不均匀的土层，如杂填土、裂隙土、风化岩等，它那么显出用别的方法所难以代替的作用。其缺点是试验工作量和费用较大，时间较长。〔3〕按标准承载力表确定。我国各地区标准给出了按野外鉴别结果、室内物理、力学指标，或现场动力触探试验锤击数查取地基承载力特征值几的表格，这些表格是将各地区载荷试验资料经回归分析并结合经验编制的。表9-10给出的是砂土按标准贯人试验锤击数N查取承载力特征值的表格。当根底宽度大于3m或埋置深度大于0.5m时，从载荷试验或其他原位测试、标准表格等方法确定的地基承载力特征值，应按下式进行修正：〔4〕按建筑经验确定。在拟建场地附近，常有不同时期建造的各类建筑物。调查这些建筑物的结构类型、根底形式、地基条件和使用现状，对于确定拟建场地的地基承载力具有一定的参考价值。5．地基变形验算地基变形验算的要求是：建筑物的地基变形计算值△应不大于地基变形允许值[△]，即要求满足以下条件：△≤[△]〔9-19〕地基变形按其特征可分为4种：沉降量―独立根底中心点的沉降值或整幢建筑物根底的平均沉降值；沉降差―相邻两个柱基的沉降量之差；倾斜―根底倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值；局部倾斜―砌体承重结构沿纵向6~10m内根底两点的沉降差与其距离的比值。?建筑地基根底设计标准?综合分析了国内外各类建筑物的有关资料，提出了建筑物地基变形允许值〔参见?建筑地基根底设计标准?〕中表5.3.4〕。对表中未包括的其他建筑物的地基变形允许值，可根据上部结构对地基变形特征的适应能力和使用上的要求确定。砌体承重结构对地基的不均匀沉降很敏感，地基变形由局部倾斜控制。框架结构和单屋排架结构主要因相邻柱基的沉降差使构件受剪扭曲而损坏，其地基变形由沉降差控制。高耸结构和高层建筑的整体刚度很大，可近似视为刚性结构，其地基变形应由建筑物的整体倾斜控制，必要时应控制平均沉降量。必须指出，目前的地基沉降计算方法还比拟粗糙，因此，对于重要的或体型复杂的建筑物，或使用上对不均匀沉降有严格要求的建筑物，应进行系统的地基沉降观测。通过对观测结果的分析，一方面可以对计算方法进行验证，修正土的参数取值；另一方面可以预测沉降开展的趋势，如果最终沉降可能超出允许范围，那么应及时采取处理措施。如△＞[△]，那么可采取以下措施：〔1〕先考虑适当调整根底底面尺寸〔如增大基底面积或调整基底形心位置〕或埋深；〔2〕再考虑是否可从建筑、结构、施工诸方面采取有效措施，防止不均匀沉降对建筑物的损害；〔3〕改用其他地基根底设计方案。6．根底底面尺寸确实定在初步选择根底类型和埋置深度后，就可以根据持力层的承载力特征值计算根底底面尺寸。如果地基受力层范围内存在着承载力明显低于持力层的下卧层，那么所选择的基底尺寸尚须满足对软弱下卧层验算的要求。此外，必要时还应对地基变形或地基稳定性进行验算。7．减轻不均匀沉降危害的措施地基的过量变形将使建筑物损坏或影响其使用功能。特别是高压缩性土、膨胀土、湿陷性黄土以及软硬不均等不良地基上的建筑物，由于总沉降量大，相应的不均匀沉降也较大，因此，如果设计时考虑不周，就更易因不均匀沉降而开裂损坏。〔1〕建筑措施：1〕建筑物的体型应力求简单；2〕控制建筑物的长高比，合理布置墙体；3〕设置沉降缝；4〕相邻建筑物根底间保持一定的净距；5〕预抬高。〔2〕结构措施：1〕减轻建筑物的自重；2〕设置圈梁；3〕设置根底梁〔地梁〕一对采用单独柱基的框架结构效果好；4〕减小或调整基底附加压力〔对非实体根底，可设〔半〕地下室，对实体根底，可调整基底尺寸〕;5〕采用对不均匀沉降欠敏感的结构型式〔如对油罐等结构物，可设钢板柔性底板〕。〔3〕施工措施：1〕遵照先重〔高〕后轻〔低〕的施工程序；2〕注意堆载、沉桩和降水等对邻近建筑物的影响；3〕注意保护坑底士体。桩根底三、桩根底1．概述深根底是埋深较大，以下部坚实土层或岩层作为持力层的根底，其作用是把所承受的荷载相对集中的传递到地基的土层。因此，当建筑场地的浅层土质不能满足建筑物对地基承载力和变形的要求，而又不适宜采取地基处理措施时，就要考虑采用深根底方案了。深根底主要有桩根底、地下连续墙和沉井等几种类型，其中桩根底是一种最为古老且应用最为广泛的根底形式。桩是设置于土中的竖直或倾斜的柱型根底构件，其横截面尺寸比长度小得多，它与连接桩顶和承接上部结构的承台组成深根底，简称桩基。承台将各桩联成一整体，把上部结构传来的荷载转换、调整分配于各桩，由穿过软弱土层或水的桩传递到深部较坚硬的、压缩性小的土层或岩层。桩所承受的轴向荷载是通过作用于桩周土层的桩侧摩阻力和桩端地层的桩端阻力来支承的；而水平荷载那么依靠桩侧土层的侧向阻力来支承。一般说来，以下情况可考虑采用桩根底方案：〔1〕天然地基承载力和变形不能满足要求的高重建筑物；〔2〕天然地基承载力根本满足要求，但沉降量过大，需利用桩基减少沉降的建筑物，如软土地基上的多层住宅建筑，或在使用上、生产上对沉降限制严格的建筑物；〔3〕重型工业厂房和荷载很大的建筑物，如仓库、料仓等；〔4〕软弱地基或某些特殊性土上的各类永久性建筑物；〔5〕作用有较大水平力和力矩的高耸结构物〔如烟囱、水塔等〕的根底，或需以桩承受水平力或上拔力的其他情况；〔6〕需要减弱其振动影响的动力机器根底，或以桩基作为地震区建筑物的抗震措施；〔7〕地基土有可能被水流冲刷的桥梁根底；〔8〕需穿越水体和软弱地层的港湾与海洋构筑物根底，如栈桥、码头、海上采油平台及输油、输气管道支架等。桩根底可分为低承台桩基和高承台桩基两种。低承台桩基的承台底面位于地面以下，而高承台桩基的承台底面那么高出地面以上。桩基是由桩、土和承台共同组成的根底，设计时应结合地区经验考虑桩、土、承台的共同作用。大多数桩基的首要问题是在于控制其沉降量。因此，桩基设计应按变形控制设计。桩基设计时，上部结构传至承台上的荷载效应组合与浅根底相同。桩基设计应满足以下根本条件：〔1〕桩承受的竖向荷载不宜超过单桩竖向承载力特征值；〔2〕根底的沉降不得超过建筑物的沉降允许值；〔3〕位于坡地岸边的桩基应进行桩基稳定性验算。此外，对于软土、湿陷性黄土、膨胀土、季节性冻土和岩溶等地区的桩基，应按有关标准的规定考虑特殊性土对桩基的影响，并在桩基设计中采取有效措施。对于软土地基上的多层建筑，如果邻近地表的地层具有一定厚度的所谓“硬壳层〞,由于采用浅根底时的地基变形过大，因而需采用桩基来限制沉降量。在这种情况下，桩是作为减少沉降的措施而设置的，这种当天然地基承载力根本满足建筑物荷载要求而以减少沉降为目的设置的桩，特称为“减沉桩〞。减沉桩的用柱数量是根据沉降控制条件〔即允许沉降量〕计算确定的。2．桩根底的类型〔1〕端承型桩和摩擦型桩。按桩的性状和竖向受力情况，可分为端承型桩和摩擦型桩两大类〔图9-5〕。1〕端承型桩。端承型桩是指桩顶竖向荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承受，但桩端阻力分担荷载较多的桩。当桩的长径比拟小〔一般l/d≤10〕，桩身穿越软弱土层，桩端设置在密实砂类、碎石类土层中或位于中等风化、微风化及未风化硬质岩石顶面〔即人岩深度hr≤0.5d〕，桩顶竖向荷载绝大局部由桩端阻力承受，而桩侧阻力很小可以忽略不计时，称为端承桩。当桩顶嵌人完整和较完整的中等风化、微风化及未风化硬质岩石一定深度以上〔hr＞0.5d〕时，称为嵌岩桩。嵌岩桩的桩侧与桩端荷载分担比与孔底沉渣及进人基岩深度有关，桩的长径比不是制约荷载分担的惟一因素。2〕摩擦型桩。摩擦型桩是指桩顶竖向荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承受，但桩侧阻力分担荷载较多的桩。一般摩擦型桩的桩端持力层多为较坚实的勃性土、粉土和砂类土，且桩的长径比不是很大。当桩顶竖向荷载绝大局部由桩侧阻力承受，而桩端阻力很小可以忽略不计时，称为摩擦桩。例如：①桩的长径比很大，桩顶荷载只通过桩身压缩产生的桩侧阻力传递给桩周土，因而不管桩端下土层坚实与否，其分担的荷载都很小；②桩端下无较坚实的持力层；③桩底残留虚土或残渣较厚的灌注桩；④打人邻桩使先前设置的桩上抬，甚至桩端脱空等情况〔2〕预制桩和灌注桩。根据施工方法的不同，可分为预制桩和灌注桩两大类。1〕预制桩。根据所用材料的不同，预制桩可分为混凝土预制桩、钢桩和木桩三类。预制桩的沉桩方式主要有：锤击法、振动法和静压法等。①锤击法沉桩。锤击法沉桩是用桩锤〔或辅以高压射水〕将桩击人地基中的施工方法，适用于地基土为松散的碎石土〔不含大卵石或漂石〕、砂土、粉土以及可塑赫性土的情况。锤击法沉桩伴有噪声、振动和地层扰动等问题，在城市建设中应考虑其对环境的影响。②振动法沉桩。振动法沉桩是采用振动锤进行沉桩的施工方法，适用于可塑状的勃性土和砂土，对受振动时土的抗剪强度有较大降低的砂土地基和自重不大的钢桩，沉桩效果更好。③静压法沉桩。静压法沉桩是采用静力压桩机将预制桩压人地基中的施工方法。静压法沉桩具有无噪声、无振动、无冲击力、施工应力小、桩顶不易损坏和沉桩精度较高等特点。但较长桩分节压入时，接头较多会影响压桩的效率。2〕灌注桩。灌注桩是直接在所设计桩位处成孔，然后在孔内加放钢筋笼〔也有省去钢筋的〕再浇灌混凝土而成。灌注桩的横截面呈圆形，可以做成大直径和扩底桩，灌注桩可适用于各种类型的地基土。灌注桩可分为沉管灌注桩、钻〔冲、磨〕孔灌注桩、挖孔灌注桩和爆扩灌注桩几大类。同一类桩还可按施工机械和施工方法以及直径的不同予以细分。3．单桩竖向承载力确实定单桩竖向承载力确实定，取决于两方面：其一，桩身的材料强度；其二，地层的支承力。设计时分别按这两方面确定后取其中的小值。如按桩的载荷试验确定，那么已兼顾到这两方面。按材料强度计算低承台桩基的单桩承载力时，可把桩视作轴心受压杆件，而且不考虑纵向压屈的影响〔取纵向弯曲系数为1〕，这是由于桩周存在土的约束作用之故。对于通过很厚的软戮土层而支承在岩层上的端承型桩或承台底面以下存在可液化土层的桩以及高承台桩基，那么应考虑压屈影响。单桩竖向极限承载力Qu由桩侧总极限摩阻力Qsu和桩端总极限阻力Qbu组成，假设忽略二者间的相互影响，可表示为：通常取平安系数K=2。前已提及，由于侧阻与端阻呈异步发挥，工作荷载〔相当于容许承载力〕下，侧阻可能已发挥出大局部，而端阻只发挥了很小一局部。因此，一般情况下Ks<Kp，对于短粗的支承于基岩的桩，Ks＞Kp。分项平安系数Ks、Kp的大小同桩型、桩侧与桩端土的性质、桩的长径比、成桩工艺与质量等诸多种因素有关。虽然采用分项平安系数确定单桩容许承载力要比采用单一平安系数更符合桩的实际工作性状，但要付诸应用，还有待于积累更多的资料。因此，现行国家标准?建筑地基根底设计标准?GB 50007-2002仍采用单一平安系数K来确定单桩竖向承载力。静载荷试验是评价单桩承载力诸法中可靠性较高的一种方法。?建筑地基根底设计标准?规定，单桩竖向承载力特征值应通过单桩竖向静载荷试验确定，对地基根底设计等级为丙级的建筑物，可采用静力触探及标贯试验方法确定。初步设计时，单桩竖向承载力特征值可按下式估算：式中qpa为桩端岩石承载力特征值，可按国家标准GB50007附录H用岩基载荷试验方法确定，或根据室内岩石饱和单轴抗压强度标准值按下式计算：上述折减系数值未考虑施工因素及建筑物使用后风化作用的继续，对于黏土质岩，在确保施工期及使用期不致遭水浸泡时，也可采用天然湿度的试样，不进行饱和处理。四、高层建筑的根底设计1．高层建筑的根底设计要求高层建筑的根底设计，应考虑以下要求：〔1〕基底压力不超过地基承载力或桩基承载力；不产生过大变形，更不能产生塑性流动。〔2〕根底的总沉降量和差异沉降应在许可范围内。〔3〕根底底板，侧墙和沉降缝的构造，都应满足地下室防水的要求。〔4〕在邻近已有建筑物时，进行根底施工时，应采取有效措施防止毗邻房屋产生的影响，防止施工中因土体扰动使已建房屋下沉、倾斜和裂缝。〔5〕根底选型时要综合考虑平安可靠技术先进，经济合理，使用要求和施工条件等因素。2．根底选型和埋置深度〔1〕根底的选型主要考虑以下因素：1〕上部结构的层数高度和结构类型。2〕地基土质条件。3〕抗震设计的要求，水平力作用的大小。4〕施工条件和场地环境。一般说来，应优先采用有利于高层建筑整体稳定、刚度较大能抵抗差异沉降，底面积较大，有利于分散土压力的整体式根底，如：箱基和筏基。在层数较少的情况下或在裙房局部，可采用交叉梁式根底。单独根底和条件根底整体性差，刚度小，难以调整各局部差异沉降，除非根底直接支承在微风化或未风化岩层上，一般不宜在高层建筑中应用。在裙房中应用时，必须在单独柱基的两个方向上加拉梁。当地下室可以设置较多的钢筋混凝土墙体时，那么宜按箱基进行设计比拟有利；当地下室作为车库、商店需要有较大空间时，那么只能按筏形根底设计。当采用桩基时，宜尽量采用大直径桩，使上部荷载直接由柱、墙传给桩顶，这样可使根底底板受力很小，因此板的厚度较小，可节省大量钢筋和水泥。〔2〕根底的埋置深度：1〕保证高层建筑在风力和地震力作用下的稳定性，防止建筑物产生滑移和倾覆。2〕增加埋深可以提高地基承载力，减少建筑物的沉降。3〕设置多层地下室有利于建筑物抗震。7~9度时，天然地基时，根底埋置深度不宜小于建筑物高度的1/15；桩基时，不宜小于1/18。桩基的埋深指承台底标高，桩长不计在内。6度还可适当减小。根底放在基岩上时，可不考虑埋深的要求，但要有可靠的锚固措施。软弱地基第四节软弱地基当天然地基不能满足建筑物对地基强度与稳定性和变形的要求时，常采取各种地基加固、补强等类技术措施，改善地基土的工程性状，以满足工程要求。这些措施统称为地基处理。工程上常需要处理的土类主要有如下几种：淤泥及淤泥质土、粉质黏土、细粉砂土、砂砾石类土、膨胀土、黄土、红勃土以及岩溶等。下面将与地基处理有关的儿种土类特性简要阐述如下：1．淤泥及淤泥质土简称为软土，大局部是饱和的，含有机质，天然含水量大于液限，孔隙比大于1，抗剪强度低，压缩性高，渗透性小，具有结构性的土。当天然孔隙比，e〕≥1.5时，称为淤泥；1.5≥e≥1时，称为淤泥质土。这类土比拟软弱，天然地基的承载力较小，易出现地基局部破坏和滑动；在荷载作用下产生较大的沉降和不均匀沉降，以及较大的侧向变形，且沉降与变形持续的时间很长，甚至出现蠕变等。2．粉细砂、粉土和粉质土相对而言，它比淤泥质土的强度要大，压缩性较小，可以承受一定的静荷载。但是，在机器振动、波浪和地震等动荷载作用下可能产生液化、震陷，振动速度的增大，使地基失去承载力。所以，这类土的地基处理问题主要是抗震动液化和隔震等。3．砂土、砂砾石等这类土的强度和变形性能是随着其密度的大小变化而变化的，一般来说强度较高，压缩性不大，但透水性较大，所以这类土的地基处理问题主要是抗渗和防渗，防止流土和管涌等。4．其他类土黄土具有湿陷性，膨胀土具有胀缩性，红黏土具有特殊的结构性，以及岩溶易出现塌陷等，它们的地基处理方法应针对其特殊的性质进行处理。因此，地基处理主要目的与内容应包括：①提高地基土的抗剪强度，以满足设计对地基承载力和稳定性的要求；②改善地基的变形性质，防止建筑物产生过大的沉降和不均匀沉降以及侧向变形等；③改善地基的渗透性和渗透稳定，防止渗流过大和渗透破坏等；④提高地基土的抗振〔震〕性能，防止液化，隔振和减小振动波的振幅等；⑤消除黄土的湿陷性，膨胀土的胀缩性等。常用的地基处理方法主要的见表9-11。表中所列的各种处理方法都有各自的作用原理、适用土类和应用条件。特别要注意，同样的一种地基处理技术，在不同土类中的作用原理和作用效果往往存在显著的差异，不可混淆。例如振冲法，在砂土中其主要作用是振动挤密；在饱和豁性土中那么为振冲置换组成复合地基；两者的技术要求不同，设计方法也不同。如果把原理搞错了，就可能导致工程事故。重力式挡土墙构造应符合以下要求：1.重力式挡土墙适用于高度小于6m，地层稳定，开挖土石方时不会危及相邻建筑物平安的地段。2.重力式挡土墙可在基底设置逆坡。对于土质地基，基底逆坡坡度不宜大于1:10；对于岩质地基,基底逆坡坡度不宜大于1:5；3.块石挡土墙的墙顶宽度不宜小于400mm；混凝土挡土墙的墙顶宽度不宜小于200mm；4.重力式挡墙的根底埋置深度，应根据地基承载力，水流冲刷,岩石裂隙发育及风化程度等因素进行确定。在特强冻胀，强冻胀地区应考虑冻胀的影响。在土质地基中，根底埋置深度不宜小于0.5m；在软质岩地基中，根底埋置深度不宜小于0.3m。5.重力式挡土墙应每间隔10-20m设置一道伸缩缝。当地基有变化时宜加设沉降缝。在挡土结构的拐角处。应采取加强的构造措施。山区〔包括丘陵地带〕地基的设计，应考虑以下因素：1.建设场区内，在自然条件下，有无滑坡现象，有无断层破碎带；2.施工过程中，因挖方、填方、堆载和卸载等对山坡稳定性的影响；3.建筑地基的不均匀性；4.岩溶、土洞的发育程度；5.出现崩塌、泥石流等不良地质现象的可能性；6.地面水、地下水对建筑地基和建设场区的影响。利用软弱土层作为持力层时，可按以下规定：1.淤泥和淤泥质土，宜利用其上覆较好土层作为持力层，当上覆土层较薄，应采取防止施工时对淤泥和淤泥质土扰动的措施；2.冲填土、建筑垃圾和性能稳定的工业废料，当均匀性和密实度较好时，均可利用作为持力层；3.对于有机质含量较多的生活垃圾和对根底有侵蚀性的工业废料等杂填土，未经处理不宜作为持力层。

这里是常见问题内容示例，可替换为实际内容。