对于屋架结构,当荷载只作用在节点上时,所有杆件均只有()。

第四章建筑结构的基本知识一、低层、多层建筑结构选型根据建筑结构的基本概念，如何将四大结构材料构成的各种类型的受力构件适当地组合起来，用以抵抗各类荷载的作用，以期构成一个安全、经济、完整的建筑结构体系，这就是结构选型的问题。低层、多层建筑常用的结构形式有砖混、框架、排架等。（一）砖混结构砖混结构是使用得最早、最广泛的一种建筑结构型式。这种结构能做到就地取材，因地制宜，适合于一般民用建筑，如住宅、宿舍、办公楼、学校、商店、食堂、仓库等以及各种中小型工业建筑。不同使用要求的混合结构，由于房间布局和大小的不同，它们在建筑平面和剖面上可能是多种多样的。但是，从结构的承重体系来看，大体分为三种：纵向承重体系、横向承重体系和内框架承重体系。 1．纵向承重体系问图14l）荷载的主要传递路线是：板一梁一纵墙一基础一地基。纵向承重体系的特点：（1）纵墙是主要承重墙，横墙的设置主要为了满足房屋空间刚度和整体性的要求，它的间距可以比较长。这种承重体系房间的空间较大，有利于使用上的灵活布置。（2）由于纵墙确的荷载较大，因此赔上开门、开窗的划。和位置都要受到一定脱。（3）这种承重体系，相对于横向承重体系，楼盖的材料用量较多，墙体的材料用量较少。纵向承重体纱适用于使用上要求有较大空间的房屋，或隔断墙位置可能变化的房间。如教学楼、实验楼、办公楼、图书馆、食堂、工业厂房等。 2．横向承重体系（如图1-4-2）荷载的主要传递路线是：板—横墙—基础—地基。它的特点是：（1）横墙是主要承重墙，纵墙起围护、隔断和将横墙连成整体的作用。一般情况下，纵墙的承载能力是有余的，所以这种体系对纵墙上开门、开窗的限制较少。（2）由于横墙间距很短（一肌在3～4.5m之间），每一开间有一道横墙，又有纵墙在纵向拉结，因此房屋的空间刚度很大，整体性很好。这中承重体系，对抵抗风力、地震作用等水平荷载的作用和调整地基的不均匀沉降，比纵墙承重体系有利得多。（3）这中承重体系，楼盖做法比较简单、施工比较方便，材料用量较少，但是墙体材料有量相对较多。横向承重体系，由于横墙间距密，房间大小固定，适用于宿舍、住宅等居住性建筑。 3．内框架承重体系（如图1-4-3）外墙和框架柱都是主要承重构件。其荷载的主要传递路线是：其特点是：（1）墙和往都是主要承重构件，由于取消了承重内墙由柱代替，在使用上可以有较大的空间，而不增加梁的跨度。（2）在受力性能上有以下缺点：由于横墙较少，房屋的空间刚度较差；由于柱基础和墙基础的形式不一，沉降量不易一致，以及钢筋混凝土柱和砖墙的压缩性不同，结构容易产生不均匀变形，使构件中产生较大的内应力。（3）由于柱和墙的材料不同，施工方法不同，给施工工序的搭接带来一些麻烦。内框架承重体系多用于教学楼、旅馆、商店、多层工业厂房等建筑。在设计砖混结构时，必须根据生产使用要求、地质条件、抗震烈度、材料、施工等条件，本着安全可靠、技术先进、经济合理的原则对几种可能布置的承重体系进行综合比较，最后确定选用哪种承重体系。（二）框架结构钢筋混凝土框架结构在多层建筑和工业建筑中应用非常广泛。框架结构能形成较大的室内空间，房间分隔灵活，便于使用；工艺布置灵活性大，便于设备布置；该结构抗震性能优越，具有较好的结构延性等优点。框架结构的体系是由楼板、梁、柱及基础4种承重构件组成。由主梁、柱与基础构成平面框架，它是主要承重结构。各平面框架再由连系梁连系起来，即形成一个空间结构体系，墙体不起承重作用。二、大跨度建筑结构选型所谓大跨度建筑，都是相对而言，随着科学技术的进步，大跨度的尺度在不断地拓展。（一）平面体系大跨度空间结构使用平面结构体系可获得理想的大空间建筑物。 1．单层刚架这种结构杆件较少，因为是直线杆件，制作方便，特别是横梁为折线形的门武刚架受力性能更为良好。我国的门式刚架跨度已经做到76m。 2．拱式结构拱是一种较早为人类开发的结构体系，广泛应用于房屋建筑与桥梁工程中。使用的材料极为广泛：钢、混凝土、钢筋混凝土、木材以及石材。拱是一种有推力的结构，它的主要内力是轴向压力。因此这种结构应特别注意拱脚基础的处理。这种结构特别适用于体育馆、展览馆、散装仓库等建筑。这种结构的跨度比较适宜的应用为 40－60 m。 3．简支梁结构当屋盖跨越的距离在18m以下，屋盖随构件采用屋面大梁（简支梁X也不失为一种可取的结构方案，因为施工制作简单，施工技术要求不高，适应性强，但跨越的距离受约束。 4．屋架（即排架结构的主要构件）屋架是较大跨度建筑的屋盖中常用的结构形式。我国的预应力混凝土屋架的跨度已达 60多米，而钢屋架的跨度已做到70多米。不过我国使用量最大的预应力混凝土屋架跨度为24～36m，屋架的受力特点为节点荷载，所有杆件只受拉力和压力。因为屋架是由杆件组成的结构体系，在节点荷载作用下，杆件只产生轴向力。以上四种结构，均为平面受力体系，即结构所受的荷载以及由荷载而引起的内力均作用在由构件轴线所构成的平面内。这种平面结构体系，为人们所常用而熟悉，受力明确，传力简便可靠，分析理论经典而成熟。但这种结构有一个很大的弱点，就是侧向刚度差。欲想获得在使用上最低限度的侧向刚度，必须另行设置支撑体系或连系梁，相对来说较不经济。（二）空间结构体系空间结构体系包含网架、薄壳、折板、悬索等结构形式。 1．网架结构网架是一种新型结构，由许多杆件按照一定规律组成的网状结构。具有各向受力的性能，不同于一般平面行架的受力状态，是高次超静定空间结构。它具有如下优点：由于各杆件间互相起着支撑作用，具有整体性强，稳定性好，空间刚度大，抗震性能好的优点。在节点荷载作用下，网架的杆件主要承受轴力，能充分发挥材料的强度，达到节约材料的目的。同时由于杆件类型划一，适合工厂化生产，可地面拼装、整体吊装。 2．薄壳薄壳常用于屋盖结构，特别适用于较大跨度的建筑物，如展览馆、俱乐部、机库、仓库等。壳体的种数又多，形式丰富多彩，适用于多种平面，这为创作多种形式的建筑物提供了良好的结构条件。薄壳结构的曲面通常以其中面为准，其平分壳板厚度的曲面称之为中面。薄壳结构的曲面形式：（1）旋转曲面（如图1-4-4）。由一平面曲线作母线绕其平面内的轴旋转而形成的曲面称为旋转曲面。如球形曲面、旋转抛物面、椭球面、旋转双曲面。（2）平移曲面（如图1-4-5）。由一竖向曲母线沿另一竖向曲线平移所形成的曲面称平多曲面。在工程中常见的椭圆抛物面双曲扁壳就是平移曲面。（3）直纹曲面（如较1-4-6）。一段直线的两端各沿2条固定曲线移动形成的曲面叫直纹曲面。扭壳、抛物面壳、筒壳、柱状面壳等均是直纹曲面。 3．折板折板结构是一种类似于筒壳的薄壁空间体系。它也是由边梁、横隔以及薄板组成。空间工作原理也类似筒壳（如图1-4-7）。目前我国施工的折板跨度已达27m。 4．悬索随着工业生产的发展以及大型公共建筑要求的空间愈来愈大，采用前面已提到的结构形式已很难满足这一要求，即使可以达到要求，但可能由于因其材料用量大，结构复杂，施工困难，造价很高，会造成极不合理的现象。悬索屋盖结构就是为了解决这一问题，适应大跨度需要而产生并发展起来的一种结构形式。悬索结构由索网、边缘构件、下部支承结构组成，如图1-4-8所示。假定索是绝对柔性的，任一截面均不能承受弯矩，而只承受拉力。悬索只能单向受力，承受与其垂度方向一致的作用力。三、高层建筑结构高层建筑的结构特点如下： 1．高度高顾名思义，高层建筑的特征在于“高”。对高度大于等于24 m的房屋，用传统的砌体结构承重已不适宜，风荷载及地震作用产生的水平力已成为结构设计的重要因素。 ‘“高规X峨的上限并未作出明确的规定，只是提出最大的适用高度限制，对简体结构为 180m。建议宜将高层建筑大致划分为：一般高层建筑24～50m；较高高层建筑50～100m；超高层建筑100～200m；特殊高层建筑200m以上。 2．荷载大由于高层建筑高度大、层数多，竖向荷载很大。100m左右高的建筑，底部单柱竖向轴力往往达10000～30000kN。地震作用产生的水平力、风荷载产生的水平力，不单数值大，而且作用高度高，使建筑底部产生很大的弯矩与倾复力矩。 3.技术要求高高层建筑体形高耸与荷载大带来的问题是多方面的。例如：需要采用轻质材料，特别是轻质的新型墙体材料以减轻自重；需要采用高强度的结构材料，如钢结构、型钢混凝土结构。在混凝土结构中，受力较大的部位（如底部各层的柱),可采用C40、C50级的混凝土，甚至采用更高强度的混凝土。采用各类抗侧力、抗侧向拉移性能优良的结构体系。在结构计算上，除计算理论的复杂之外，构件的轴向变形研究、动力特性研究以及结构延性、构造连接等都较之一般建筑结构有特殊要求。第五章建筑材料和构造的基本知识一、建筑材料（一）建筑材料的分类 1．按材料组成物质的种类和化学成分分类无机材料金属材料（钢、铝、铜、各类合金等）非金属材料（各种无机胶凝材料、天然石材、混凝土、玻璃、陶瓷等）植物材料（木材、竹材等）建筑材料有机材料沥青材料（石油沥青、煤沥青等）合成高分子材料（塑料、合成橡胶、各种有机胶粘剂等）颗粒集结型门聚合物混凝土等）复合材料纤维增强型怕玻璃钢、钢纤维混凝土等）层合型门各种复合板材） 2．按材料在建筑物中的功能分类（l）建筑结构材料。在建筑中承受各种荷载，起骨架作用。这类材料质量的好坏直接影响结构安全，因此，其力学性能以及耐久性能，应特别予以重视。（2）围护和隔绝材料。在建筑物中起围护和隔绝作用，以便形成建筑空间，防止风雨的侵袭。这类材料应具有隔热、隔声、防水、保温等功能，其对建筑空间的舒适程度和建筑物的营运能耗有决定性影响。（3）装饰材料。用于建筑物室内外的装磺和修饰，其作用在于满足房屋建筑的使用功能和美观要求，同时起保护主体结构在室内外各种环境因素的作用下的稳定性和耐久胜。（4）其他功能材料。包括耐高温、抗强腐蚀、太阳能转换等特种功能材料。它们将被用于特种工业厂房和民用建筑。一种材料往往具有多种功能，例如混凝土是典型的结构材料，但装饰混凝土（露骨料混凝土、彩色混凝土等）则具有很好的装饰效果，而加气混凝土又是很好的绝热材料。（二）建筑材料的基本性质 1．力学性质（1）强度。材料在经受外力作用时抵抗破坏的能力，称为材料的强度。根据外力施加方向的不同，材料强度又可分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度和抗剪强度等。（2）材料的弹性、塑性、脆性与韧性。材料在承受外力作用的过程中，必然产生变形，如撤除外力的作用后，若材料几何形状恢复原状，则材料的这种性能称为弹性。若材料的几何形状只能部分恢复，而残留一部分不能恢复的变形，该残留部分的变形称为塑性变形。材料受力时，在无明显变形的情况下突然破坏，这种现象称为脆性破坏。具有这种破坏特性的材料，称为脆性材料，如玻璃、陶瓷等。在冲击、振动荷载的作用下，材料在破坏过程中吸收能量的性质称为韧性，吸收的能量越多韧性越好。 2．建筑材料的基本物理参数（1）密度。材料在绝对密实状态下单位体积内所具有的质量称为密度（g/cm3）。（2）表观密度。材料在自然状态下（包含内部孔隙）单位体积所具有的质量，称为表观密度（g/m3或kg/m3）。（3）堆积密度。散粒状材料在自然堆积状态下单位体积的质量，称为堆积密度（g/cm3 或kg/m3）。（4）孔隙率。材料中孔隙体积占材料总体积的百分率。材料中孔隙的大小，以及大小孔隙的级配是各不相同的，而且孔隙结构形态也各不相同，有的与外界相连通，称开口孔隙，有的与外界隔绝，称封闭孔隙。孔隙率是反映材料细观结构的重要参数，是影响材料强度的重要因素。除此之外，孔隙率与孔隙结构形态还对材料表观密度。吸水。抗渗。抗冻、干湿变形以及吸声、绝热等性能密切相关。因此，孔隙率虽然不是工程设计和施工中直接应用的参数，但却是了解和预估材料性能的重要依据。（5）空隙率。散粒状材料在自然堆积状态下，颗粒之间空隙体积占总体积的百分率，称为空隙率。（6）吸水率。材料由干燥状态变为饱水状态所增加的（所吸入水的）质量一：材料十质量之比的百分率，称为材料的吸水率。（7）含水率。材料内部所包含水分的质量占材料干质量的百分率，称为材料的含水率。 3．建筑材料的耐久性建筑材料在使用过程中经受各种常规破坏因素的作用而能保持其使用性能的能力，称为建筑材料的耐久性。建筑材料在使用中逐渐变质和衰退直至失效，有其内部因素，也有外部因素。其内部因素有材料本身各种组分和结构的不稳定、各组分热膨胀的不一致，所造成的热应力、内部孔隙、各组分界面上化学生成物的膨胀等；其外部因素有使用中所处的环境和条件，诸如日光曝晒，大气、水、化学介质的侵蚀，温度湿度变化，冻融循环，机械摩擦，荷载的反复作用，虫菌的寄生等。这些内外因素，可归结为机械的。物理的。化学的、物理化学的及生物的作用。在实际工程中，这些因素往往同时综合作用于材料，使材料逐渐失效。二、建筑构造（一）建筑构造研究的对象房屋建筑是由若干个大小不等的室内空间组合而成的，而空间的形成往往又要借助于一片片实体的围合。这一片片实体，称之为建筑构（配）件。建筑构造是研究建筑物中各建筑构件的组成原理和方案的学科。各个相关建筑构件之间相互连接的方式和方法也属建筑构造研究的内容。建筑构造是一门综合性技术知识，它涉及到建筑功能、工程技术、建筑经济等许多方面的问题。（二）建筑物的组成构件组成建筑物的基本构件是指房屋中具有独立使用功能的组成部分，通称为建筑构（配）件。一个建筑构件又往往由若干层次所组成，各层发挥一种作用，其中有的直接为使用功能服务，有的则起支撑骨架作用或支承面层工作，例如楼面和屋顶构件的组成层次（见图1-5-1、图1-5-2）：上图中的承重层一般由结构设计确定，又称结构构件。结构构件往往是建筑构件的重要组成内容。在多层民用建筑中，房屋是由竖向（基础、墙体。门、窗等）建筑构件、水平（屋顶。楼面。地面等）建筑构件及解决上下层交通联系用的楼梯所组成，统称为“八大构件”。阳台、雨篷、烟囱等构件属于楼面、墙体等基本建筑构件的特殊形式（如图1-5-3）。八大构件的作用如下： 1．基础基础是建筑物的最下部分并埋于地下的扩大构件。它承受建筑物的全部荷载，连同其自身重量传递给地基。 2．墙体墙是建筑物的竖向围护构件，外墙起着抵御自然界各种因素对室内侵袭的作用；内墙起着分隔室内空间的作用。在砖混结构中，墙体又是竖向承重构件，它承受着屋顶、楼面等传来的荷载，连同墙体自重一起传给基础。 3．门和窗门和窗是围护构件上可以启闭的部分。门主要是供人们内外交通之用；窗主要是采光、通风和观望之用。既是围护结构的组成部分，亦应考虑保温、隔热、隔声、防火等方面的要求。 4．屋顶屋顶是建筑物最上部的水平承重构件，同时也起着抵御大自然侵袭的围护作用，因此屋顶又是重要的围护构件。 5．楼面楼面是建筑物分隔上下层空间的水平承重构件。它既是上层空间的地，又是下层空间的顶，两个方面都要做好处理。尤其是浴厕、厨房等用水房间的楼面处理更要符合防水。防火等方面的要求。 6．地面地面是建筑物中分隔空间与土层的水平构件。实铺地面必须防潮，空铺地面则类似于楼面而无顶棚。 7．楼梯。楼梯是楼房建筑中解决竖向交通的建筑构件。它由一个或若干个连续的楼梯段和平台组合，以连通不同标高的平面。（三）一般建筑构造的原理与方法 1．防水构造侵入房间的水须予以防止，水的来源有地下水、天落水及用水房间（厨房、卫生间及厕所等）的溢水，因而方法也有所不同。（1）地下室防水构造当设计最高地下水位高于地下室地面，即地下室的外墙和地坪浸在水下时，必须考虑地下室防水。有时地下室底板虽略高于设计地下水位，但地基有形成滞水可能性问粘土）时，也可考虑采用防水构造或其他措施，目前常采用材料防水和混凝土自防水两种。材料防水是在外墙和底板表面敷设防水材料，借材料的高效防水特性阻止水的渗人，常用卷材、涂料和防水水泥砂浆等（如图1-5-4所示）。（2）屋顶防水构造为了排除天落水，屋面必须设置坡度。坡度大则排水快，对屋面的防水要求可降低；反之则要求高。根据排水坡的坡度大小不同可分为平屋顶与斜屋顶两大类，一般公认坡面升高与其投影长度之比i<1:10时为平屋顶，i>1:10时称为斜屋顶。屋顶防水构造可分为卷材防水屋面和刚性防水屋面，各构造层次及其作用与基理原理如下（图1-5-5）： l）保护层。一般采用3～6mm粒径的粗砂粘贴作为保护层，上人屋顶可铺30mm厚水泥板或大阶砖。保护层的作用有三：其一是浅色反射隔热，油毡防水层的表面呈黑色，最易吸热，在太阳辐射下，其夏季表面综合温度可达60～80℃，常致沥青流淌毡老化。保护层可减少吸热，使太阳辐射温度明显下降，从而达到隔热与延迟老化的作用。其二是有利于防止暴风雨对油毡防水层的冲刷。其三是以其重量压住油毡的边角，防止起翘。 2）找平层。水泥砂浆找平层一般采用1：2～3水泥砂浆抹20mm厚作为钢筋混凝土屋面板上的平整表面，以便于防水层的铺贴粘牢。 3）冷底子油涂刷。起促进油毡防水层与水泥砂浆找平层的结合及加强粘结力的作用，因此可以称为“结合层”。 2．防潮构造（1）勒脚与底层实铺地防潮（图1-5-6）勒脚处于室内外高差的位置，易受雨水浸蚀，墙基础吸收土中的水分，也将沿勒脚上升到墙身。解决的办法是“排”与“隔”相结合。室外的散水坡或明沟是“排”的措施，防潮是“隔”的措施。根据材料不同，有油毡防潮层、防水砂浆防潮层和细石混凝土防潮层三种。（2）地面回潮的防止我国南方湿热地区在春末夏初之际，空气相对湿度上升，其值可达80％甚至90％以上。当雨天转晴时，气温上升快而地表温度上升迟缓，其值常低于露点温度，于是空气中的水汽便在地表凝结。为了防止回潮现象的产生，对症下药的途径是在当气温回升时，使地表温度也能随之迅速提高到露点温度以上，从而避免凝结水的产生。（3室的防潮当地下水的最高水位在地下室地面标高以下约lm时，地下水不能直接侵人室内，墙和地坪仅受土层中潮气影响；当地下水最高水位高于地下室地坪时，则应采用地下室防水构造；高出最高水位0．5－1．om以上的地下室外墙部分需做防潮处理（图l-5-7）。 3．保温构造我国广大的北方地区和青藏高原的冬季十分寒冷且持续时间也很长，其最冷月月平均气温一般为-10～-30℃，而室内采暖的气温要求为16～20℃，厂房为10～15℃，室内外温差达10℃之多。室内外温差的存在，必然导致室内的热量通过围护结构向外散发，为此房屋的围护结构应当具有一定的保温性能。为了提高墙体的保温性能，常采取以下措施：①增加墙体厚度；②选择导热系数小的墙体材料制作复合墙，常将保温材料放在靠低温一侧，或在墙体中部设封闭的空气间层或带有铝箱的空气间层（图1-5-8）。平屋顶保温层有两种位置：①将保温层放在结构层之上，防水层之下，成为封闭的保温层，称为内置式保温层；②将保温层放在防水层之上，称为外置式保温层（图1-5-9）。 4．隔热构造南方地区的夏季太阳辐射热十分强烈，据测试24h的太阳辐射热总量，东西墙是南向墙的2倍以上，屋面是南向墙的3．5倍左右，因而对东向、西向和顶层房间应采用构造措施隔热。隔热的主要手段为：①采用浅色光洁的外饰面；②采用遮阳一通风构造；③合理利用封闭空气间层；④绿化植被隔热。 5．变形缝构造变形缝可分为伸缩缝、沉降缝和防震缝三种。当建筑物长度超过一定限度时，会因其变形过大而产生裂缝甚至破坏，因此常在较长建筑物的适当部位设置竖缝，使其分离成独立区段，使各部分有伸缩余地，这种主要考虑温度变化而预留的构造缝叫伸缩缝，伸缩缝的宽度一般在20－30mm。墙体伸缩缝的形式根据墙的布置及墙厚的不同，可做成平缝。错口缝和企口缝等，缝中应采用防水而不易被挤出的弹性材料填塞，可用镀锌铁皮、铝板、木质盖缝板或盖缝条做盖缝处理。沉降缝与伸缩缝的主要区别在于沉降缝是将建筑物从基础到屋顶的全部构件断开，即基础必须断开，从而保证缝两侧构件在垂直方向能自由沉降。沉降缝构造与伸缩缝基本相同，只是盖缝的做法必须保证缝两侧在垂直方向能自由沉降。对多层砌体房屋，在设防烈度为8度和9度且有下列情况之一时宜设置防震缝：建筑物高差在6m以上时；建筑物有错层，且楼板高差较大时；建筑物各部分结构刚度质量截然不同时。防震缝应将建筑物的墙体、楼地面、屋顶等构件全部断开，缝两侧均应设置墙体或柱。

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