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1、土木工程概论第二章 房屋建筑材料与基本结构n第一节 房屋建筑材料n第二节 房屋建筑基本结构土木工程概论一.建筑砂浆1.分类：1）按用途分：a 砌筑砂浆（水泥、混合）b 抹面砂浆（均可）c 防水砂浆（水泥）2）按组成分：a 水泥砂浆（均可）b 石灰砂浆（抹面）c 混合砂浆（砌筑、抹面）第一节 房屋建筑材料基本知识土木工程概论2.主要性能指标：1）流动性（稠度）：衡量：标准圆锥体“沉入量”例：砖砌体、干燥气候-810cm。2）保水性（泌水率）不良时：易离析、砌筑时水分易被砖石吸收，影响砂浆强度。土木工程概论3）强度：等级：M0.4、M1、.M10、M15七个等级。衡量：707070试块，28天养护
2、，M10抗压强度 10 MPa4）砂子用量：砂子体积随“含水率”的变化而变化，1m3“砌筑砂浆”用1m3干松散砂；1m3“抹灰砂浆”用不超过1m3干松散砂；土木工程概论3.砂浆配合比例：1）根据强度等级计算：计算M5砌筑砂浆配合比，325水泥，砂的含水率为3%。试配强度：（1.155=5.75 Mpa）或（1）水泥用量：5.750.8832.51000=201(kg)或 经验系数：A=3.03 B=-15.09（2）净干砂用量：11480=1480（kg）天然净砂用量：1480（1+3%）=1524(kg)（3）水用量：水泥砂浆用水量270330kg；混合砂浆用水量260300kg。土木工程概
3、论2）计算抹灰 用1:3水泥砂浆，1m3的水泥、砂和水的 重量，砂的含水率为3%。水泥砂浆容重 为2150kg/m3，干砂密度和容重分别为 2600kg/m3、1500kg/m3,水泥密度和容 重分别为3100kg/m3、1200kg/m3。解：设水泥、砂和水1m3中体积分别为：x、y、z 且x+y+z=1 土木工程概论 则：(3100 x/1200):(2600y/1500)=1:3 3100 x+2600y+1000z=2150解方程得：x=0.124m3,y=0.555m3,z=0.321m3 净干砂松体：0.5552600/1500=0.9621m3 水泥松体：0.1243100/12
4、00=0.32m3 水泥重量：0.1243100=385kg天然净砂量：0.5552600(1+3%)=1486kg水用量：0.3211000-0.55526003%=278kg土木工程概论 二.普通硅酸盐水泥 1.主要成分 1）硅酸三钙3760%（3CaOSiO2）2）硅酸二钙1537%（2CaOSiO2）3）铝酸三钙715%（3CaOAl2O3）4）铁铝酸四钙1018%（4CaOAl2O3 Fe2O3）土木工程概论2.主要技术指标1）细度：水泥颗粒的粗细程度，使用透气式表面积仪测定，表面积300m2/kg。2）凝结时间 初凝 45min 终凝 6.5hr3）体积安定性：硬化过程中体积变化的
5、均匀性。土木工程概论4）等级（强度）a.试验方法：软练胶沙法，将水泥与标准砂按1:3混合，水灰比为0.5，制成40mm40mm160mm的试件，带模在湿气中养护24hr后，在脱模在200C水中养护，测定28d抗压强度和抗折强度。b.硅酸盐水泥分42.5、42.5R52.5、52.5R、62.5、62.5R六个等级，R代表早强型水泥。5）碱含量：0.60%。土木工程概论3.工程特性1）水化凝结硬化快，强度高，尤其是早期强度2）水化热大3）耐腐蚀性差4）抗冻性好，干缩小5）耐热性差土木工程概论三.普通混凝土1.主要组成材料1）水泥2）骨料粗骨料：碎卵石细骨料：砂级配及粗细检测：筛析法3）混凝土用水
6、土木工程概论4）外加剂：改善拌和性能：减水剂、引气剂调节凝结时间：缓凝剂、早强剂增加耐久性：抗冻剂、防水剂提供特殊功能：膨胀剂、着色剂5）掺合剂：粉煤灰、工业废渣土木工程概论2.和易性（流动、粘聚、保水性）1）试验方法 a.坍落度试验：砼拌和物装入锥形筒，振捣后提起锥筒，量测混凝土的塌落度。塌落度大小检测流动性，敲击砼锥面检测粘聚性，底部稀浆检查保水性。b.维勃稠度试验：检验塌落度小于10mm的干硬混凝土。土木工程概论2）砼浇注时的塌落度a.基础、挡土墙等无筋或配筋稀疏的大体积结构：1030mm。b.梁、板和大截面柱：3050mm。c.薄壁、筒仓、细柱等密配筋结构：5070mm。d.泵送混凝土
7、：100mm。土木工程概论3.强度等级1）测试方法：151515cm立方体试件在标养条件（200C，相对湿度90%）下，养护28d，测得的抗压强度。2）抗压强度等级：C7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、55、C603）影响抗压强度的因素：材料强度、水灰比、龄期、养护条件土木工程概论4.混凝土配比设计1）确定试配强度：得：由：A、B：回归系数碎石：A=0.46，B=0.07卵石：A=0.48，B=0.332）确定水灰比：土木工程概论3）确定1m3砼的用水量W0和水泥用量C0：根据施工要求的塌落度及粗骨料的粒径，选定用水量，再根据水灰比确定水泥用量。4
8、）确定1m3砼的砂、石用量S0、G0：根据粗骨料的种类及粒径，选定砂率Sp:土木工程概论按质量法：按体积法：0 为砼的容重，取24002500kg/m3 其中：C、W、：水泥、水的密度，g/cm3。0S、0G：砂、石的表观密度，kg/m3。：含气量百分数，可取1。土木工程概论5）试拌及强度检查 按以上求得的用量试拌砼，检查和易性。满足后，将基准配合比的水灰比分别增加和减少0.05，用水量相同，砂率分别增加和减少1。制作三组试块，标养28d后检测抗压强度，确定最终配合比。6）施工配合比 施工中，考虑砂、石的含水量，修正用水量，确定施工配合比。土木工程概论四.钢筋1.化学成分（C、Mn、Ti、V、
9、Si）碳素钢：低碳C0.25%，合金钢：低合金5%2.冶炼方式：镇静钢、沸腾钢、半镇静钢3.外形：光圆：直筋、盘条 带肋（Ribbed）：人字纹、月牙纹土木工程概论4.加工方式：热轧钢筋（H）：级 冷轧钢筋（C）：冷拉、冷拔，13级 预应力用热处理钢筋：预应力用钢丝和钢铰线：5.接长（绑扎、焊接、机械）6.代换（等面积、等强度）土木工程概论五.钢结构用钢材1.种类：1）型钢：角钢、槽钢、工字钢、H型钢、T型钢等土木工程概论2）棒材：扁钢、圆钢、方钢3）钢管：热轧无缝钢管、焊缝钢管4）钢板：光板、花纹板，压型板2.连接方式：焊接、栓接土木工程概论六.砌体1.烧结砖：1）普通砖：标准尺寸：240m
10、m115mm53mm强度等级：MU10、MU15、MU20、MU25、MU302）多孔砖和空心砖2.砌块：粉煤灰、蒸压加气混凝土3.板材：石膏板、加气混凝土、玻璃纤维复合板（GRC）土木工程概论七.其它材料1.木材2.沥青3.石材4.玻璃、陶瓷5.塑料、防水卷材土木工程概论1.钢筋混凝土结构2.钢结构3.砌体结构4.水平结构体系5.竖向结构体系6.结构新体系第二节 房屋建筑基本结构土木工程概论21.钢筋混凝土结构一.柱1.受力分析：主要承受轴向压力，荷载偏心作用时还承受弯矩。2.柱截面计算与配筋1）截面尺寸：考虑混凝土受压强度及钢筋的保护层厚度，计算截面尺寸。2）纵向配筋应满足最小配筋率。二级
11、钢筋，直径12mm。土木工程概论土木工程概论二.梁1.受力分析：1）弹性阶段：竖向荷载作用时，梁截面承受弯矩和剪力作用。2）塑性阶段：随着荷载增加，梁底受拉区砼开裂，钢筋开始承受拉力。3）破坏阶段：荷载继续增加，压区砼开裂，截面发生破坏。4）竖向荷载作用不在截面纵轴时，截面还承受扭矩作用。土木工程概论（一）第（一）第阶段阶段未裂阶段未裂阶段n 荷载很小，应力与应变之荷载很小，应力与应变之 间成线性关系；间成线性关系；n 荷载荷载，砼拉应力达到，砼拉应力达到ft t，拉区呈塑性变形；压区应拉区呈塑性变形；压区应 力图接近三角形；力图接近三角形；n 砼达到极限拉应变砼达到极限拉应变 （e et=e
12、 etu），截面即将开裂，截面即将开裂 （a a状态），弯矩为状态），弯矩为开裂开裂 弯矩弯矩Mcr；n a a状态是抗裂计算依据。状态是抗裂计算依据。土木工程概论（二）第（二）第阶段阶段裂缝阶段裂缝阶段n 荷载荷载，拉区出现裂缝，拉区出现裂缝，中和轴上移，拉区砼脱离中和轴上移，拉区砼脱离 工作，工作，拉力由钢筋承担。拉力由钢筋承担。n 阶段阶段是正常使用阶段是正常使用阶段变变 形形和和裂缝宽度裂缝宽度计算依据。计算依据。n 拉区有许多裂缝，纵向应拉区有许多裂缝，纵向应 变量测标距有足够长度变量测标距有足够长度 （跨过几条裂缝），平均（跨过几条裂缝），平均 应变沿截面高度分布近似应变沿截面高度
13、分布近似 直线。直线。（平截面假定）（平截面假定）土木工程概论（三）第（三）第阶段阶段破坏阶段破坏阶段n 荷载荷载，钢筋应力先达到，钢筋应力先达到屈屈 服强度服强度fy y；n 压区砼压区砼边缘应变随后达到边缘应变随后达到极极 限压应变限压应变e ecu，砼发生纵向，砼发生纵向水水 平裂缝压碎（平裂缝压碎（状态），弯状态），弯 矩为矩为极限弯矩极限弯矩Mu。n 阶段阶段是正截面承载力计算是正截面承载力计算 依据。依据。土木工程概论2.支承条件：1）简支梁：单跨，两端铰接2）刚性梁：单跨，两端固定3）悬臂梁：一端固定，一端自由4）连续梁：多跨，支承处铰接，但存在负弯矩。土木工程概论集中荷载P下各
14、梁弯矩土木工程概论3.梁截面计算与配筋1）截面尺寸：考虑受压区混凝土的强度，计算截面尺寸。2）纵向受力筋：单筋截面：只考虑受拉区钢筋的强度，计算钢筋面积。双筋截面：同时考虑支座处负弯矩，计算受压区钢筋面积。土木工程概论3）箍筋考虑斜截面抗剪，计算箍筋面积。4）构造配筋考虑钢筋骨架及整体性，还需构造配筋，如腰筋、腹筋、吊筋以及架列筋等。5）配筋量应满足最小配筋率，同时配筋也不能超量。截面计算时需考虑钢筋的保护层厚度。连续梁计算应考虑最不利荷载组合。土木工程概论梁截面配筋土木工程概论三.板1.受力及支承分析支承约束条件及破坏过程与梁相似。支承时可以是四面、三面、两面、一面或角点支承。但是由于板表面
15、积大且厚度小，荷载传递路径与梁不同。2.单向板：当板长短边之比大于3时，荷载仅沿短向传给长边支座。土木工程概论3.双向板：当板长短边之比小于3时，荷载沿两个方向传给支座。4.配筋构造：当板厚150mm，绑扎钢筋间距200mm，板厚150mm，绑扎钢筋间距250mm。钢筋伸入支座面积不应小于总配筋的1/3，且间距400mm。5.预制空心板土木工程概论四.预应力混凝土结构1）特点：采用高强度钢筋或钢丝束和高强度混凝土。外荷作用前，预拉钢筋，使混凝土预先受压。改善了外荷作用下构件的受力性能，减少裂缝宽度和结构挠度，减轻结构自重。2）常见结构：大跨度楼板板、主梁、桥梁等。土木工程概论 3）预应力施加方
16、法：a.先张法 台座之间张拉钢筋至预定位置并固定，支模浇砼。待砼强度达到一定强度后（70设计强度），放松并切断预应力筋，利用钢筋弹性回缩，借助与混凝土的粘结力，对混凝土施加预应力。土木工程概论 b.后张法 先浇砼并预留孔道，待砼强度达到一定强度后（70设计强度），穿筋并张拉，张拉完成后端部用锚具固定，孔道灌浆，使混凝土产生粘结力，实施预压。施工时，可以一端固定，另一端张拉或两端同时张拉。土木工程概论22.钢结构一.柱1.截面形式：1）实腹式土木工程概论 2）格构式 截面由两个或多个型钢构件组成，肢间焊接或栓接缀材（缀条或缀板）连成整体。具有两主轴向等稳定、抗扭性能好、刚度大、用材省等特点。土木
17、工程概论 2.柱脚设计：1）铰接柱脚：只传递轴压力和剪力。柱下焊底板，底板再与只沿一条轴线设立的预埋入基础的锚栓连接。大型柱下，为减少底板弯曲变形，需增设靴梁、隔板、肋板等加劲构造。土木工程概论 2）刚接柱脚：传递轴压力和剪力和弯矩。柱下焊底板，设靴梁、隔板、肋板等加劲构造。底板再与四面设立的预埋入基础的锚栓连接。当格构柱分肢距离较大时，可采取分离式柱脚。土木工程概论二.梁1.截面形式：一般采用工字钢或H型钢等实腹式型钢梁，截面尺寸很大时，也可采用钢板焊接组合梁。框架结构中按主、次梁的排列，分为单向梁格、复向梁格和复合梁格。2.主、次梁的连接：1）叠接：次梁搁于主梁之上用焊缝或螺栓连接。土木工
18、程概论2）平接：次梁顶面与主梁相平，次梁腹板与主梁加劲肋，或次梁底部与设于主梁翼缘上的支托，采用焊缝或螺栓连接。土木工程概论3.梁的拼接：1）直接焊接；2）加拼接板焊接；3）加拼接板的高强螺栓连接：由于现场施工时焊缝质量不能保证。土木工程概论4.梁支座1）支于砌体或砼上：平板、弧形、铰轴式支座。2）支于钢柱上：a.梁柱刚接：梁端与柱采用焊接，增强结构整体刚度，减少跨中弯矩。土木工程概论 b.梁柱铰接：梁可支承在柱顶上，顶板与柱焊接；或连于柱侧，加腹板螺栓连接。梁下可设支托，以方便施工时就位。土木工程概论三.空间结构1.钢桁架：在厂房钢屋架、托架或钢廊道、桥梁中，采用型钢组合形成整体桁架。2.钢
19、网架：在展览馆、体育馆建筑中，与拱、壳等组合形成网架。3.纯钢的高层结构及大跨度结构土木工程概论巴黎蓬皮杜文化艺术中心土木工程概论3.砌体结构一.砖混结构1.结构布置形式：1）纵墙承重空间较大，横墙较少或间距大，纵墙传递荷载，通常适用于工厂、仓库等建筑。2）横墙承重开间较小，楼板直接搁置于横墙上，通常适用于宿舍、住宅等建筑。土木工程概论3）纵横墙承重空间大小变化较多时，纵横墙同时承重，通常适用于学校、医院等建筑。4）内框架承重楼板铺于梁上，梁端搁于外墙上，中间支承于柱上，外墙与内柱同时承重。通常适用于厂房里的车间、底层商店上部住宅的建筑。土木工程概论二.砖墙构造1.过梁门窗等洞口以上承担荷载的
20、梁1）砖砌过梁 砖强度等级MU10，砂浆强度等级M5。砖砌平拱跨度1.2m，竖砖砌筑高度 240mm。钢筋砖过梁跨度1.5m，钢筋直径5mm，间距120mm，伸入砌体长度240mm。砂浆厚度30mm。2）钢筋砼过梁土木工程概论2.圈梁墙体内沿水平方向布置的封闭的钢筋砼梁。通常在檐口处及基础顶面处设置，多层结构时需隔层或每层设置。构造要求：连续的设于同一平面上，并形成封闭。被洞口截断时，增设的附加圈梁与圈梁的搭接长度不小于两者中心线垂直距离的2倍。圈梁宽度宜等于墙厚，高度120mm，纵向配筋410，箍筋间距300mm。土木工程概论土木工程概论 3.墙梁 上部砌体不能落地时，用于承托横墙自重的梁。
21、构造要求：砼强度等级C30，纵向筋宜用二级筋，底部纵筋应通长布置，顶部支座处配筋跨中配筋量的1/3。高度500mm时，应设置直径12mm，间距200mm的腰筋。上部块材强度MU10，砂浆强度等级M10。土木工程概论4.悬挑件一段嵌入墙内，一段挑出的梁或板。包括挑梁、阳台、雨棚等。构造要求：纵向受力筋至少应用1/2的面积伸入梁尾端，且不少于212。其余钢筋伸入支座的长度不小于2/3的埋入砌体的长度。土木工程概论一.板、梁结构1.特点：板与梁在水平面内共同承担荷载，面荷载由板传给梁，再由梁传给竖向受力构件。2.装配式楼盖现浇梁与预制板组成，整体性较差。3.现浇楼盖结构主要型式：平板楼盖、密肋楼盖、
22、交叉梁楼盖、主次梁楼盖、无梁楼盖等。4.水平结构体系土木工程概论土木工程概论土木工程概论二.桁架结构1.特点：结构高度大，侧向刚度小。主要承受竖向轴力，需要增设支承以承受水平荷载。2.平面桁架屋架的结构及支撑：1）桁架：压杆与拉杆。2）屋架垂直支撑：隔跨设置，跨度较小时可只在厂房端部与中部设置。土木工程概论3）水平系杆：连接相邻两榀屋架，每跨设置。4）上弦水平支撑：设置于厂房两端。5）下弦横向水平支撑：设置于厂房两端。6）下弦横向水平支撑：设置于厂房首末节间。土木工程概论平面桁架屋架土木工程概论三.网架结构1.特点：三维受力结构，整体空间刚度大，稳定、抗震性能好。网格尺寸小，杆件螺栓连接，便于
23、施工。节省材料。采光通风方便，管道设置及施工方便。相当于桁架在空间上的延伸。土木工程概论2.结构型式：1）平板网架：交叉桁架体系 角锥体系2）壳形网架3.杆件截面：角钢与钢管4.杆件结点：板结点、焊接空心球结点、螺栓球结点。土木工程概论平板网架结构土木工程概论一.独立柱结构相当于竖向悬臂梁，柱底为固定端。抗侧抗压能力对较差。二.框架结构-排架1.柱梁铰接，竖向承载力较高，但水平向承载力较低。2.由于柱梁铰接，比较方便装配式施工，因此适合于单层厂房，排架间需要设置水平和竖向支撑。5.竖向结构体系土木工程概论三.框架结构-刚架1.特点：1）柱梁刚接，同时承受水平荷载和竖向荷载。2）抗侧刚度小，水平
24、荷载下侧向变形大，抗震性能差，建筑高度不宜太高。3）底层框架的层间变形最大，向上逐步减少。4）空间布置灵活，具有较大的室内空间。土木工程概论2.设计要求：1）结构开间、进深和层高等尽量采用标准尺寸，构件类型尽量采用标准件，且规格不宜过于复杂。2）施工时尽量采用现浇框架体系，以提高整体刚度。3）设计应符合“强柱弱梁、强剪弱弯、强压弱拉、强节点弱构件”的抗震设计原则。4）一级抗震等级时，混凝土强度不宜低于C30，二四级时，不宜低于C20。土木工程概论3.截面尺寸：1）截面形式宜为矩形，也可根据建筑需要设置。2）框架柱高度400mm，宽度350mm，高宽比1.5。3）框架柱应考虑剪力作用，截面尺寸应
25、满足剪压比，高度应满足剪跨比。抗震框架中，还应满足轴压比。4）变截面柱设计应避免偏心受压。土木工程概论4.结构布置：1）柱网宜按矩形布置，也可按建筑需要不规则布置。柱网尺寸应尽量采用建筑模数。2）平面布置应力求简单、规则、匀称。尽量减少刚度中心与质量中心的偏差。3）结构布置时应尽量考虑双向抗侧力均衡。梁柱连接不宜为铰接。4）异形柱框架受力体系，其柱间填充墙应与体壁同厚，室内不出现柱楞。土木工程概论四.剪力墙结构1.特点：1）由现浇的钢筋混凝土墙体相互连接来承担竖向荷载和水平荷载。2）结构整体刚度大，侧向变形小。3）抗震性能好。4）结构自重大，墙体过密，不宜分隔空间。土木工程概论2.分类：整体墙
26、，小开口整体墙，联肢墙，壁式框架（暗梁暗柱）。3.设计要求：1）混凝土强度等级不宜低于C20。2）剪力墙厚度一级抗震等级时不小于层高的1/20，且不小于160mm。二、三级抗震等级时不小于层高的1/25，且不小于140mm。土木工程概论4.结构布置：1）平面上应沿主轴方向布置。2）平面布置应力求简单、规则、匀称。尽量减少刚度中心与质量中心的偏差。3）墙体应沿竖向通高，厚度应沿竖向逐渐减小。4）结构不宜设置过多的错层或夹层。土木工程概论板式剪力墙结构联合国总部大厦 美国纽约，1946-1952 建筑师：哈里森。大厦建筑群包括秘书处大楼，联合国大会堂和安理会会议楼等，秘书处大楼为板片式建筑，地上3
27、9层，高165.8M，其东西两面为蓝绿色玻璃幕墙，两个端面为狭窄的实墙。其功能的复杂性和构图的创新性是已往建筑都无法与之相比的。土木工程概论五.框架剪力墙结构1.特点：由框架和剪力墙一起承重，既可以灵活布置空间，同时又具有良好的抗震性能。2.结构布置：1）剪力墙应沿两个主轴方向，按“匀称、分散、周边”的原则布置。2）剪力墙适宜布置在电梯间、楼梯间、建筑物端部等位置。不宜布置在伸缩缝、沉降缝、防震缝两侧以及建筑物尽端。土木工程概论六.筒体结构1.特点：抗侧刚度大，空间受力性能强。2.分类：框筒、筒中筒、桁架筒、成束筒等。3.结构布置：1）结构平面尽量对称，矩形平面长宽比不宜大于2。2）筒体设置：
28、由建筑物核心部位的电梯、竖井等剪力墙构成薄壁筒。或由外围的密排柱深裙梁构成框筒。土木工程概论6.结构新体系一.拱结构1.受力分析：以轴向受压为主，抗弯能力差，自由变形小。2.拱轴形状：双折线拱、抛物线拱、圆弧形拱、马蹄形拱等。3.主要应用：飞机库、展览馆、体育馆等需要大空间的建筑；拱桥；涵洞；隧道等。土木工程概论拱结构桥梁上海卢浦大桥土木工程概论拱结构桥梁上海卢浦大桥土木工程概论二.张拉索结构1.受力分析：只承受拉力，抗弯能力为零。2.分类：斜拉索结构：悬索结构：悬链线索、抛物线索、圆形索3.主要应用：桥梁，大跨度建筑土木工程概论斜拉索结构南京长江二桥土木工程概论悬索结构江阴长江大桥土木工程概
29、论三.壳体结构1.受力分析：承受压力和沿壳体表面的剪力。2.壳体形式：双曲面、球面、柱曲面、折板等。3.主要应用：大跨度建筑的屋盖。土木工程概论壳体结构罗马小体育宫土木工程概论壳体结构悉尼歌剧院土木工程概论四.膜结构1.受力分析：承受拉力和膜面张力。2.结构形式：充气式：悬挂式：骨架支撑式：3.主要应用：临时建筑、大跨度建筑的屋盖。土木工程概论谢谢观看/欢迎下载BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES.BY FAITH I BY FAITH