建筑力学与结构教材编写方案.docx

建筑力学与结构教材编写方案一、教材大纲（参考）学习情境1 建筑力学与结构的基本知识学习单元1 建筑力学与结构概述1.1.1 建筑力学概论1.1.2 建筑结构概论 1.1.3 建筑抗震基本知识学习单元2 课程教学任务、目标和学习方法1.3.1 教学任务1.3.2 教学目标1.3.3 学习要求本章小结习题学习情境2 建筑力学基本知识及结构计算简图学习单元2 静力学的基本知识2.1.1 静力学简介2.1.2 力与刚体2.1.3 静力学基本公理2.1.4 力的合成与平衡2.1.5 力矩和力偶2.1.6 约束与约束反力3.1.7 受力图学习单元2 结构的计算简图2.2.1 计算简图2.2.2 工程中常见结构的计算简图本章小结思考题习题学习情境3 结构构件上的荷载及支座反力学习单元2 结构上的荷载3.1.1 荷载的分类3.1.2 荷载的分布形式3.1.3 荷载的代表值3.1.4 荷载分项系数与设计值学习单元2 静力平衡条件及构件支座反力计算3.2.1 平面力系的平衡条件3.2.2 构件的支座反力计算本章小结习题学习情境4 构件内力计算及荷载效应组合学习单元1 内力的基本概念4.1.1 内力4.1.2 截面法求解内力4.1.3 应力4.1.4 杆件变形的基本形式学习单元2 静定结构内力计算4.2.1 指定截面的内力4.2.2 内力图4.2.3 刚架、桁架和三铰拱的内力特征学习单元3 荷载效应组合4.3.1 荷载效应及结构抗力4.3.2 极限状态下的实用设计表达式本章小结习题学习情境5 混凝土结构房屋学习单元1 材料5.1.1 钢筋5.1.2 混凝土5.1.3 钢筋和混凝土之间的粘结力学习单元2 钢筋混凝土梁5.2.1 钢筋混凝土梁的一般规定5.2.2 梁的构造规定5.2.3 钢筋混凝土简支梁的纵向受力钢筋设计5.2.4梁的施工图识度学习单元3 钢筋混凝土板5.3.1 板的构造规定5.3.2 板的计算方法5.3.3板施工图识读学习单元4 钢筋混凝土柱5.4.1 柱的构造规定5.4.2 柱的计算方法5.4.3柱施工图识读学习单元5 预应力混凝土构件5.5.1 预应力混凝土的基本概念5.5.2 施加预应力的方法5.5.3 预应力混凝土的特点5.5.4 预应力混凝土材料学习单元6 钢筋混凝土楼梯和雨篷5.6.1 板式楼梯5.6.2 梁式楼梯5.6.3 雨篷学习情境6砌体结构房屋学习单元1砌体材料及力学性能6.1.1砌体材料6.2.2砌体力学性能学习单元2 砌体结构墙柱设计6.2.1 房屋的静力计算方案6.2.2 受压构件承载力计算学习单元3 砌体结构构造6.3.1 墙柱的一般构造6.3.2 过梁、挑梁与圈梁6.3.3砌体结构抗震构造基本知识本章小结习题学习情境7 现浇框架结构学习单1现浇框架结构施工图7.1.1 框架结构施工图内容7.1.2 混凝土结构施工图平面整体表示法制图规则及其识图7.1.3 现浇框架结构平法施工图识读学习单元2现浇单向板肋梁楼盖7.2.1 结构平面布置7.2.2 单向板肋梁楼盖的构造要求学习单元3现浇框架构造要求(非抗震设防要求)7.3.1 框架梁构造要求7.3.2 框架柱构造要求7.3.3 框架节点学习单元4现浇框架抗震构造要求7.4.1 框架抗震等级7.4.2 框架梁构造要求7.4.3 框架柱构造要求7.4.4 节点构造要求本章小结思考题学习情境8 多层与高层房屋结构学习单元1 多层与高层房屋结构的类型8.1.1 多、高层建筑体系的确定8.1.2 多、高层建筑结构常见的类型学习单元2 多层和高层钢筋混凝土房屋的构造要求8.2.1 剪力墙结构的构造要求8.2.2 框架一剪力墙结构的构造要求8.2.3 简体结构构造要求本章小结习题学习情境9 钢结构学习单元1 钢结构的特点及应用范围9.1.1 钢结构的特点9.1.2 钢结构的应用学习单元2 钢结构材料9.2.1 钢材的力学(机械)性能9.2.2 建筑钢材的两种破坏形式9.2.3 钢结构中钢材的种类、选用与规格学习单元3钢结构连接9.3.1 钢结构连接的种类和特点9.3.2 焊接连接9.3.3 普通螺栓排列和要求9.3.4 高强度螺栓连接学习单元4 钢屋架9.4.1 钢屋架的基本知识9.4.2钢屋架连接及安装9.4.3钢结构施工图识读本章小结思考题附录参考文献二、教材编写分工与进度序号任务名称编写人修改审定完成时间1学习情境1 建筑力学与结构的基本知识程小兵施 荣3.25-4.102学习情境2 建筑力学基本知识及结构计算简图程小兵施 荣4.11-5.103学习情境3 结构构件上的荷载及支座反力程小兵施 荣5.3-5.314学习情境4 构件内力计算及荷载效应组合程小兵施 荣6.1-6.305学习情境5 混凝土结构房屋马娟郭志勇3.25-4.306学习情境6砌体结构房屋马娟郭志勇5.3-5.257学习情境7现浇框架结构马娟郭志勇5.26-6.308学习情境8 多层与高层房屋结构马娟 程小兵郭志勇7.1-7.209学习情境9 钢结构马娟 程小兵郭志勇7.21-8.1010封面设计、排版、校对王小刚郭志勇、程小兵施荣8.11-8.25三、学习情境模板 教学目标掌握砌体的材料，砌体的种类；了解砌体房屋的静力计算方案；掌握砌体结构墙、柱设计及构造要求。教学要求能力目标相关知识权重（%）自评分数能正确理解平面布置及计算方法结构布置方案，结构的静力计算方案20在实际工程中理解和运用砌体受压构件承载力计算的能力砌体受压承载力，局部受压30墙、柱高厚比验算的能力墙、柱高厚比验算30正确理解砌体房屋构造要求的能力墙、柱的一般构造要求20任务驱动案例1.某农村企业生产车间，砖柱上搁置大梁，施工完成后不久，大梁就倒塌。原因分析：主要是梁端支承设计不当。原设计现浇梁垫加一锚筋，实际施工时锚筋很难插入砌体中，因而改为局部扩大混凝土垫，使之与圈梁相连并一起浇筑。因砖柱顶局部扩大，施工时顺便先砌砖柱的扩大部分作为浇混凝土的侧模。因砖逐皮外伸，浇筑混凝土时没有充分捣固，因而很疏松。砖无咬槎，与混凝土结合力极差，实际上其不带承载作用。在大梁压力下，砖先掉落，疏松的混凝土也无足够承载力，于是引起大梁倒塌。2.事故过程某车间于1983年10月开工，当年12月7-9日浇筑完大梁混凝土，12月26-29日安装完屋盖预制板，接着进行屋面防水层施工；1984年1月3日拆完大梁底模板和支承，1月4日下午房屋全部倒塌并发现大梁压区混凝土被压碎。分析倒塌原因如下：钢筋混凝土大梁原设计为C20混凝土。施工时，使用的是进场已三个多月并存放在潮湿地方已有部分硬块的325号水泥。这种受潮水泥应通过试验按实际强度用于不重要的构件或砌筑砂浆，但施工单位却仍用于浇铸大梁，且采用人工搅拌和振捣，无严格配合比，致使大梁在在混凝土浇筑28d后（倒塌后）用回弹仪测定的平均抗压强度只有5MPa左右；有些地方竟测不到回弹值。在倒塌的大梁中，发现有断砖块和拳头大小的石块。大梁纵筋和箍筋的实际配置量少于设计需要（纵筋原设计为1022，实配720，322；箍筋原设计为8250，实配6300），分别仅及设计需要量的88%和47%。经按施工时实际荷载复核，本倒塌事故是因施工中大梁混凝土强度过低，在大梁拆除底模后，其压区混凝土被压碎所引发，继而导致整个房屋倒塌。使用过期受潮水泥是主因，混凝土配比不严、振捣不实、配筋不足也是重要原因。10.3 砌体结构墙、柱10.3.1 混合结构的房屋布置方案在混合结构中，以矩形为主的平面形式得到了广泛的应用，一般将房屋长向的墙体称为纵墙，房屋短向的墙体称为横墙，房屋四周与外界相隔的墙体称为外墙，其余称内墙。在结构布置时，根据竖向荷载传递方式的不同，分为横墙承重体系、纵墙承重体系、纵横墙承重体系、内框架承重体系和底层框架承重体系,如图10.1所示。 （a） (b)（c） (d)10.1混合结构的房屋布置方案(a)横墙承重体系图 (b)纵墙承重体系 (c) 纵横墙承重体系图 (d)内框架承重体系1. 横墙承重体系当楼屋盖的竖向荷载主要传递到横墙时，相应的承重体系称为横墙承重体系。纵墙仅承受墙体自重，并起围护、隔断和将横墙连成整体的作用，保证横墙的侧向稳定。横墙承重体系楼屋盖仅由单向板组成，常用在横墙间距较小的住宅、宿舍、旅馆、办公楼等房屋，楼屋面板直接支承在横墙上，结构简单，施工方便，由于纵横墙间距小拉结好，结构整体性好，空间刚度大，对抵抗风荷载、水平地震力和地基不均匀沉降比较有力。由于纵墙是非承重墙，其上设置门窗洞口的限制较少。2.纵墙承重体系当楼屋盖的竖向荷载主要传递到纵墙时，相应的承重体系称为纵墙承重体系。横墙主要承受墙体自重，并起围护、隔断和将纵墙连成整体的作用，保证纵墙的侧向稳定。纵墙承重体系楼屋盖由梁、板组成，楼面材料用量较多，常用在要求室内空间较大的教学楼、仓库、中小型工业厂房等，因为横墙间距较大，墙体材料用量较小，竖向荷载传递路线楼屋面板屋面大梁(或屋架)纵墙基础地基，由于横墙间距较大，结构整体性和房屋空间刚度不如横墙承重体系好。纵墙上所受荷载较大，在其上开设置门窗洞口受到限制。3.纵横墙承重体系当楼屋盖的竖向荷载同时传递到纵墙和横墙时，相应的承重体系称为纵横墙承重体系。目前，工程中大量采用的现浇双向板楼屋盖混合结构房屋，一般都可认为是纵横墙承重体系图9-3所示，其竖向荷载传递路线楼屋面板纵墙（横墙）基础地基，由纵墙和横墙共同承担竖向荷载，且房屋在两个相互垂直的方向上刚度均较大，有较强的抗风能力，砌体受力较均匀且地基土压应力分布均匀。4.内框架承重体系当房屋要获得较大的内部空间，外墙采用砌体结构，内部用钢筋混凝土柱承受竖向荷载，相应的结构体系称为内框架承重体系图9-4所示。由于造价较低，常用在食堂、中小型百货商店及工业厂房等。但内框架承重体系存在一些缺点主要有：由于竖向承重构件的材料不同，钢筋混凝土柱和砖墙的压缩性能不同，基础形式不同等，结构沉降量不一致，容易在结构中产生附加内力；基础不均匀沉降的处理和梁与墙体间的连接构造，都必需予以充分重视；横墙较少，房屋的空间刚度较差，对抗震不利，在地震区应慎重使用这种结构体系。5.底层框架承重体系沿街商店-住宅楼，底部商店要求内部空间较大采用框架结构，而上部住宅部分，内部空间要求较小采用墙体承重的混合结构。建造这类房屋的优点是：充分发挥了二种结构的适用途径，造价较低，但由于上部结构墙体较多，刚度较大，下部柔性结构刚度较小，二种结构刚度相差较大，在抗震设防地区，应符合建筑抗震设计规范中有关规定。 特别提醒：1. 在设计中尽量采用横向布置和混合布置；2. 在抗震设防地区，应符合建筑抗震设计规范中有关规定。10.3.2 受压构件承载力计算由于砌体结构具有抗压强度较高、抗拉强度较低的特点，工程中常用于承重墙和柱。按压力是否作用于构件截面形心，分为轴心受压构件和偏心受压构件。当压力作用在构件截面形心时为轴心受压构件；当压力不作用于截面形心，或在构件截面上同时作用有轴向压力、弯矩时为偏心受压构件，受压构件的承载力可按下式计算，即 （10-1）式中：轴向力设计值； 高厚比和轴向力的偏心距对受压构件载力的影响系数，查表9-4 9-6。 砌体的抗压强度设计值； 截面面积，对各类砌体应按毛面积计算。应用提示：1）确定或应按偏心荷载作用方向的截面尺寸或相应的回转半径采用。对矩形截面的构件，当轴向力偏心方向的边长大于另一方面的边长时，有可能出现的情况，因此除按偏心受压计算外，还应对较小方向按轴心受压进行验算。2）由于各类砌体在强度达到极限时的变形值有较大的差别，因此砌体的类型对构件的承载力有较大的影响。为了考虑不同种类砌体的受力性能上的差异，在确定影响系数时，应按砌体的类型先对构件的高厚比乘以不同的高厚比修正系数，见表9-7工程应用案例1截面为砖柱，柱高，采用强度等级为MU10的烧结普通砖及M5的混合砂浆砌筑，两端为不动铰支点，柱的计算长度，柱顶承受轴心压力设计值，试验算柱底截面承载力。解: 采用MU10烧结普通砖及M5混合砂浆的砖砌体抗压设计强度查表得。由，查附表9-4得。因为砌体强度设计值应乘以调整系数按受压构件的承载力计算公式计算：柱底截面轴向压力为满足要求。知识拓展：砌体结构设计规范（GB50003-2001）提出砌体（或称短柱）受压时偏心影响系数的计算公式。即 （10-2）式中：截面的回转半径； 荷载设计值产生的轴向力偏心距，；，荷载设计值产生的弯矩和轴向力。对矩形截面体有 （10- 3）式中：矩形截面沿轴向力偏心方向的边长。当轴心受压时为截面较小边长。 对于T形或十字形截面的砌体有 （10-4）式中：T形或十字形截面的折算厚度，即将非矩形截面按截面回转半径相同的原则折算为的等效矩形截面，回转半径。图9-8 偏心距对受压构件强度的影响（2）轴心受压长柱承载力长柱由于材料的不均匀性而存在着一定的初始偏心，因此虽然在轴心作用下也会产生侧向变形，导致发生纵向弯曲破坏。由于水平砂浆缝削弱了砌体的整体性，这种纵向弯曲的现象较钢筋混凝土构件明显，规范采用轴心受压构件的稳定系数考虑该项影响。图9-10受压长柱附加偏心距砌体结构设计规范（GBN500032001）采用轴心受压柱的稳定系数 （9-6）式中：构件高厚比，当时，取； 与砂浆强度等级有关的系数，当砂浆强度等级大于或等于M5时，当砂浆强度等级等于M2.5时，；当砂浆强度等级等于0时，。（3）偏心受压长柱承载力对于高厚比的细长柱，在偏心压力的作用下将产生纵向弯曲，而使得实际的偏心距有所增加，砌体结构设计规范（GB50002001）规定的高厚比和轴向力的偏心距对矩形截面受压构件承载力的影响系数。 （9-7）对于T形或十字形载面的构件，计算其承载力的影响系数时，应以折算厚度代替式（9-7）中的。本章小结砌体由块体与砂浆砌筑组成。本文较为系统地介绍了主要砌体的种类与性能，同时也介绍了组成各类砌体的砌块及砂浆的种类和主要性能。轴心抗压强度是砌体最基本最重要的力学指标。砌体轴心抗压试验表明，其破坏大体经历单砖先裂、裂缝贯穿若干皮砖、形成独立小柱体等三个特征阶段；从砖砌体受压时单块砖的应力状态分析可知，单块砖处于压、弯、剪及拉等复杂应力状态，抗压强度降低，砂浆则处于三向受压状态，其抗压强度有所提高；明确砌体受压的破坏过程及单块砖受压时的应力状态，可从机理上理解影响砌体抗压强度的主要因素。混合结构房屋是用砌体作竖向承重构件和用钢筋混凝土作屋（楼）盖所组成的房屋承重结构体系。主要承重结构为屋盖、楼盖、墙体（柱）和基础，其中墙体的布置是整个房屋结构布置的重要环节。房屋的结构布置可以分为四种方案。横墙承重体系竖向荷载的主要传递路线是：板横墙基础地基。由于横墙的数量较多且间距小，同时横墙与纵墙间有可靠的拉结，因此，房屋的整体性好，空间刚度大，对抵抗作用在房屋上的风荷载及地震力等水平荷载十分有利。纵墙承重体系竖向荷载的主要传递路线是：板纵墙基础地基；板梁纵墙基础地基。纵、横墙共同承重，纵横两个方向的空间刚度均比较好。内框架承重体系竖向荷载的主要传递路线是：板梁外纵墙外纵墙基础地基；板梁柱柱基础地基。横墙较少时，房屋的空间刚度较差，因而抗震性能也较差。混合结构房屋是由屋盖、楼盖、墙、柱、基础等构件组成的一个空间受力体系，房屋空间工作性能的主要影响因素为楼盖（屋盖）的水平刚度和横墙间距的大小。砌体结构设计规范规定，在混合结构房屋内力计算中，根据房屋的空间工作性能，分为三种静力计算方案：刚性方案；弹性方案；刚弹性方案。在横墙满足了强度及稳定要求时，可根据屋盖及楼盖的类别、横墙间距，确定房屋的静力计算方案。砌体结构承载力计算是采用以概率理论为基础的极限状态设计方法；砌体的强度设计值为砌体强度的标准值除以气砌体的材料性能分项系数。砌体受压构件的承载力可按N=fA计算，公式中的为高厚比和轴向力的偏心距对受压构件承载力的影响系数。对带壁柱墙体应采用折算厚度。砌体局部受压可分为砌体局部均匀受压、梁端支承处砌体局部受压和梁端设有刚性垫块或垫梁时砌体局部受压三种情况，学习时应注意各种受力情况下的特点及相关规定。习 题1.选择题（1）砌体局部