建

筑

力

學

與

建

筑

結

構第三章

鋼筋混凝土結構§3-1鋼筋混凝土結構的材料性能一、鋼筋的品種和級別

混凝土結構中的鋼材按化學成分，可分為碳素鋼及普通低合金鋼兩大類。預應力筋宜采用預應力鋼絲、鋼絞線和預應力螺紋鋼筋。冷加工的目的是為了提高鋼筋的強度，節約鋼材。但經冷加工后，鋼筋的延伸率降低。4008~40RRB400、KL400(K20MnSi)4006~50HRB400(20MnSiV,20MnSiNb,20MnTi)3356~50HRB335(20MnSi)2358~20HPB235、R235(Q235)fyk、

fsk/(N/mm2)d/(mm)符號種類熱軋鋼筋二、鋼筋的強度與變形1、有明顯屈服點的鋼筋

對于有屈服臺階的熱軋鋼筋來說，有兩個屈服點，即屈服上限和屈服下限。一般取屈服下限作為屈服強度。sessfufy0aabcedf2、沒有明顯屈服點的鋼筋sebs0.2s0.2%強度設計指標—條件屈服點：殘余應變為0.2%所對應的應力。

《規范》取σ0.2=0.85fu3、鋼筋的塑性變形能力

通常用伸長率和冷彎性能兩個指標衡量鋼筋的塑性。伸長率：冷彎是將直徑為d的鋼筋繞直徑為D的彎芯彎曲到規定的角度后無裂紋斷裂及起層現象，則表示合格。三、混凝土的組成結構1、立方體抗壓強度標準值fcu,k

：

混凝土強度等級應按立方體抗壓強度標準值確定。邊長150mm立方體標準試件，在標準條件下（20±3℃，≥90%濕度）養護28天，用標準試驗方法（加載速度0.15～0.3N/mm2/sec，兩端不涂潤滑劑）測得的具有95%保證率的立方體抗壓強度。混凝土強度等級

：

《規范》是根據混凝土立方體抗壓強度標準值來劃分的：從C15～C80共劃分為14個強度等級。（C30表示fcu,k=30N/mm2），級差為5N/mm2。

C50以上為高強混凝土。

2、軸心抗壓強度fc

：

棱柱體試件的抗壓強度比立方體試件的強度低，棱柱體試件的高度與截面邊長之比越大，則強度越低。我國采用混凝土棱柱體標準試件：b=150mm；h=300mmbbh3、軸心抗拉強度ft：

混凝土試件在軸向拉伸情況下的極限強度稱為軸心抗拉強度。混凝土軸心抗拉強度比抗壓強度低得多，一般只有抗壓強度的1/18~1/8。4、混凝土的收縮和徐變收縮：混凝土在凝結硬化的過程中體積減小的現象。徐變：混凝土在長期不變荷載作用下，應變隨著時間的增加而增長的現象。防止徐變措施：適當的水灰比；增加混凝土骨料的含量，徐變將變小；養護條件好，水泥水化作用充分，徐變就小；混凝土加荷前，混凝土強度愈高，徐變就愈小；控制截面應力。無粘結梁受荷前ss=0無粘結梁受荷后相對滑移受力性能同素混凝土梁四、鋼筋與混凝土的共同工作有粘結梁受荷前有粘結梁受荷后

dx

粘結錨固作用

由膠結力、摩阻力、咬合力和機械錨固力組成。影響粘結強度的因素混凝土強度、澆注位置、保護層厚度及鋼筋凈間距等。§3-2鋼筋混凝土基本構件的基本計算一、鋼筋混凝土受彎構件承載力計算適筋梁加載全過程

：第Ⅰ階段（彈性工作階段）第Ⅱ階段（帶裂縫工作階段）第Ⅲ階段（破壞階段）受彎構件正截面的破壞形式：適筋梁超筋梁少筋梁適筋破壞超筋破壞少筋破壞1、受彎構件正截面承載力計算以等效矩形應力分布圖來代替曲線應力分布圖，等效原則：等效前后合力C的大小、作用點位置保持不變。CTsZMM=C·z

fcxn

ycCTsZMM=C·z

a1fc

ycx=b1

xn基本計算公式C=a1

fcbxTs=fyAsM

a1

fcx=b1

xn基本計算公式適用條件1)或意義：為了防止發生超筋的脆性破壞。意義：為了防止發生少筋的脆性破壞。2)

2、斜截面的破壞形式斜壓破壞剪壓破壞斜拉破壞鋼筋混凝土受壓構件按其軸向力作用線與構件截面形心軸線之間相互位置的不同，可分為軸心受壓構件和偏心受壓構件。(a)軸心受壓

(b)單向偏心受壓

(c)雙向偏心受壓二、鋼筋混凝土受壓構件承載力1、偏心受壓構件的類型與判別鋼筋混凝土偏心受壓構件的破壞形態可分為大偏心受壓破壞和小偏心受壓破壞兩類。

b

為大偏心受壓

>

b

為小偏心受壓大偏心受壓小偏心受壓承受軸向拉力，且軸向拉力起控制作用的構件；或受軸心拉力和彎矩共同作用的構件。三、鋼筋混凝土受拉構件承載力1、大偏心受拉構件軸向拉力N不作用在As與A’s之間。

截面雖開裂，但截面不會裂通，還有受壓區。2、小偏心受拉構件軸向拉力N作用在As與A’s之間。臨破壞前，一般情況是截面全裂通，拉力完全由鋼筋承擔。§3-3鋼筋混凝土基本構件的構造要求一、梁的構造1、梁的截面尺寸

：

一般根據剛度條件由設計經驗決定，根據跨度的1/10~1/15確定梁的高度。

《高層建筑混凝土結構技術規程》規定框架結構主梁的高跨比為1/10~1/18。矩形截面梁高寬比取2~3.5，T形截面梁取2.5~4.0。2、梁的配筋

：

由縱向鋼筋、彎起鋼筋、縱向構造鋼筋（腰筋）、架立鋼筋和箍筋組成。縱向鋼筋

：

縱向鋼筋的強度等級一般宜采用HRB400或RRB400級和HRB335級鋼筋，根數一般不少于3根。箍筋：梁中箍筋加密區的間距一般是100mm，且應做成封閉式。二、板的構造1、板的厚度

：

《混凝土結構設計規范》規定了現澆鋼筋混凝土板的最小厚度為60mm。2、板的配筋：板中一般配置有兩種鋼筋—受力鋼筋和分布鋼筋。板內分布鋼筋不僅可使主筋定位，分擔局部荷載，還可承受收縮和溫度應力。hh0c15mm

d分布鋼筋三、柱的構造1、軸心受壓構件的縱向受力鋼筋要求

：

沿截面的四周均勻放置，根數不得少于4根。直徑不宜小于12mm，通常為16~32mm宜采用較粗的鋼筋。全部縱筋配筋率≯5%。2、偏心受壓構件的縱向受力鋼筋

放置在偏心方向截面的兩邊。當截面高度h≥600mm時，在側面應設置直徑為10~16mm的縱向構造鋼筋，并相應地設置附加箍筋或拉筋。四、混凝土保護層1、混凝土保護層的作用

：

保護縱向鋼筋不被銹蝕（防銹）。在火災等情況下，使鋼筋的溫度上升緩慢（防火）。使縱向鋼筋與混凝土有較好的粘結（粘結力）。五、鋼筋的錨固1、基本錨固長度應按下列公式計算

：當錨固鋼筋保護層厚度不大于5d時，錨固長度范圍內應配置橫向構造筋，其直徑不應小于d/4。當縱向受拉普通鋼筋末端采用彎鉤或機械錨固措施時，包括彎鉤或錨固端頭在內的錨固長度（投影長度）可取為基本錨固長度lab的60%。混凝土結構中的縱向受壓鋼筋，當計算中充分利用其抗壓強度時，錨固長度不應小于相應受拉錨固長度的70%。§3-4預應力混凝土結構一、預應力混凝土的概念預應力混凝土是為了避免鋼筋混凝土結構的裂縫過早的出現，充分利用高強度鋼筋及高強度混凝土。

《混凝土結構設計規范》規定，預應力混凝土構件的混凝土強度等級不應低于C30。二、施加預應力的方法1、先張法：先張法是指先在臺座上或鋼模內張拉鋼筋，然后澆筑混凝土的一種施工方法。當混凝土達到設計強度的75%及以上時切斷鋼筋。先張法預應力的傳遞依靠鋼筋和混凝土之間的粘結強度完成。2、后張法：后張法是指先澆筑混凝土構件，然后直接在構件上張拉預應力筋的一種施工方法。3、預應力損失：

σl1錨具變形和鋼筋回縮所引起的預應力損失。

σl2預應力鋼筋與孔道壁之間的摩擦引起的預應力損失。

σl3加熱養護時預應力鋼筋與臺座之間溫差引起的預應力損失。

σl4預應力鋼筋應力松弛引起的預應力損失。

σl5混凝土收縮、徐變引起的預應力損失。

σl6混凝土的局部擠壓引起的預應力損失。§3-5鋼筋混凝土樓蓋、樓梯和雨篷一、鋼筋混凝土樓蓋的分類

鋼筋混凝土樓蓋按施工方法可分為現澆式、裝配式和裝配整體式三種形式。整體現澆式樓蓋結構按樓板受力和支承條件的不同，又分為肋梁樓蓋、井式樓蓋、密肋樓蓋和無梁樓蓋。二、現澆單向板肋梁樓蓋

肋梁樓蓋由板、次梁和主梁組成。單向板：四邊支承板，當板的長邊L2與短邊L1之比L2/L1>2時。雙向板：四邊支承板，當板的長邊L2與短邊L1之比L2/L1≤2時。1、結構平面布置

：

主梁的跨度一般為5m~8m，次梁為4m~6m。為增強房屋橫向剛度，主梁一般沿房屋的橫向布置，并與柱構成平面內框架或平面框架，這樣可使整個結構具有較大的側向剛度，這就是通常所說的“短主梁、長次梁”。2、計算簡圖

：

計算時對于板和次梁不論其支座是墻還是梁，均將其支座視為鉸支座。由此引起的誤差可在計算時所取的荷載、跨度和彎矩值加以調整。

折算荷載：采用調整荷載（即加大恒載、減少活載）的方法加以考慮鉸支座引起的誤差——反映在支座處的轉角比鉸接支座的轉角小，其實際效果是減少了跨中的最大正彎矩和支座的最大負彎矩（絕對值），即減弱了活載的不利影響。

計算跨度與跨數：對于多跨連續板、梁（跨度相等或相差不超過10%），若跨數超過五跨時，可按五跨來計算。3、截面設計與構造要求

：

單向板短向布置受力筋，在長向布置分布筋。受力鋼筋的間距：一般不小于70mm。當h≤150mm時，不應大于200mm，當h＞150mm時，不應大于250mm，且不應大于1.5h。連續板的鋼筋布置可采用彎起式（一端彎起式和兩端彎起式）、分離式。單向板中單位長度上分布鋼筋的截面面積不宜小于單位寬度上受力筋截面面積的15%，間距不宜大于250mm，直徑不宜小于6mm。在主梁與次梁交接處設置附加箍筋或附加吊筋。三、雙向板肋梁樓蓋

板的配筋形式類似于單向板，有彎起式與分離式。四、裝配式混凝土樓蓋預制鋪板以空心板應用最為廣泛。裝配式混凝土樓蓋板與板的連接

：

一般采用強度不低于C20的細石混凝土或砂漿灌縫。當樓面有振動荷載或房屋有抗震設防要求時，板縫內應設置拉接鋼筋。此時，板間縫應適當加寬。板與墻和板與梁的連接

：

板與其支承墻和梁的連接，一般采用在支座上坐漿（厚度為10~20mm）。板在磚墻上支承寬應不小于100mm在鋼筋混凝土梁上支承寬應不小于60~80mm。五、樓梯的結構形式及構造幻燈片501、板式樓梯

：

由梯段板、休息平臺和平臺梁組成2、梁式樓梯：由踏步板、斜梁和平臺板、平臺梁組成。六、雨篷1、雨篷計算

：

雨篷板的正截面承載力計算。雨篷梁在彎矩、剪力、扭矩共同作用下的承載力計算。雨篷抗傾覆驗算。第四章

砌體結構§4-1砌體結構材料1、磚：

普通磚的尺寸為240×115×53mm，其強度等級為MU30、MU25、MU20、MU15、MU10。2、砌塊：強度等級為MU20、MU15、MU10、MU7.5MU5。3、石材：強度等級為MU100、MU80、MU60、MU50MU40、MU30、MU20。一、塊材粘土多孔磚粘土實心磚粘土空心磚陶粒混凝土空心磚加氣混凝土砌塊二、砂漿1、分類

：

純水泥砂漿、混合砂漿、非水泥砂漿2、強度等級：

M15、M10、M7.5、M5和M2.5；砌塊專用砂漿強度等級用符號Mb表示。§4-2砌體的種類及力學性能1、砌體的受壓性能：砌體的抗壓強度一般都低于單塊塊材的抗壓強度。2、影響砌體抗壓強度的因素：塊體與砂漿的強度等級；塊體的尺寸與形狀；砂漿的流動性、保水性及彈性模量的影響；砌筑質量與灰縫的厚度。一、砌體的力學性能3、砌體的受拉：

破壞形態：砌體沿齒狀灰縫截面軸心受拉破壞、砌體沿塊體（及灰縫）截面的軸心受拉破壞、砌體沿水平通縫截面軸心受拉破壞。砌體抗拉強度主要取決于塊材與砂漿連接面的黏結強度。即砌體的軸心抗拉強度可由砂漿的強度等級來確定。§4-3砌體結構墻、柱1、縱墻承重體系荷載傳遞路線：樓（屋）面荷載→縱墻→基礎→地基。一、混合結構房屋的結構布置方案2、橫墻承重體系荷載傳遞路線：樓（屋）面荷載→橫墻→基礎→地基。3、縱橫墻承重體系4、內框架承重體系荷載傳遞路線：板→梁→外縱墻→外縱墻基礎→地基或板→梁→柱→柱基礎→地基。

《砌體規范》規定：房屋的靜力計算，根據房屋的空間工作性能分為剛性方案、剛彈性方案和彈性方案。二、房屋的靜力計算方案三、受壓構件的計算：高厚比β和軸向力的偏心距e對受壓構件承載力的影響系數。

A：截面面積，對各類砌體均按毛截面計算。四、無筋砌體局部受壓承載力計算1、破壞形態

因縱向裂縫發展而引起的破壞；劈裂破壞；與墊板直接接觸的砌體局部破壞。五、墻、柱的高厚比墻、柱的高厚比驗算是保證砌體房屋施工階段和使用階段穩定性與剛度的一項重要構造措施。式中γβ—不同砌體材料的高厚比修正系數；

H0—墻、柱計算高度；

h—矩形截面軸向力偏心方向的邊長，當

軸心受壓時為截面較小邊長；

hT—T形截面的折算厚度；

1、高厚比驗算：六、墻、柱的一般構造要求跨度大于6m的屋架，跨度大于4.8m（對磚砌體）、4.2m（對砌塊和料石砌體）以及3.9m（對毛石砌體）的梁，其支承面下的砌體應設置混凝土或鋼筋混凝土墊塊，當墻中設有圈梁時，墊塊與圈梁宜澆成整體。§4-4過梁、挑梁與圈梁1、圈梁的設置：鋼筋混凝土圈梁的寬度宜與墻厚相同，當墻厚＞240mm時，其寬度不宜小于2h/3其高度應等于每皮磚厚度的倍數，并不應小于120mm。縱向鋼筋不應少于4φ10，綁扎接頭的搭接長度按受拉鋼筋考慮，箍筋間距不應大于300mm。一、圈梁2、圈梁作用：增強房屋的空間剛度和整體性，加強縱橫墻的聯系。防止由于基礎的不均勻沉降、振動荷載等引起的墻體開裂。過門窗洞口的圈梁，若配筋不少于過梁時，可兼做過梁。1、磚砌過梁鋼筋磚過梁的跨度不宜超過1.5m，砂漿強度等級不宜低于M5。磚砌平拱過梁的跨度不宜超過1.2m，砂漿強度等級不宜低于M5。磚砌弧拱過梁豎磚砌筑的高度不應小于115mm弧拱最大跨度一般為2.5~4m。2、鋼筋混凝土過梁其截面高度一般不小于180mm，截面寬度與墻體厚度相同，端部支承長度不應小于240mm。二、過梁3、過梁的破壞形式過梁跨中正截面的受彎承載力不足而破壞；過梁支座附近截面受剪承載力不足沿灰縫產生45°方向的階梯形斜裂縫不斷擴展而破壞；過梁支座端部墻體長度不夠，引起水平灰縫的受剪承載力不足發生支座滑動而破壞。挑梁埋入墻體的長度l1與挑出長度l之比宜大于1.2；當挑梁上無砌體時，l1與l之比宜大于2。三、挑梁第五章

多層與高層房屋結構簡介§5-1多層與高層房屋結構的類型《高層建筑混凝土結構技術規程》JGJ3-2010規定10層及10層以上或房屋高度大于28m的住宅建筑以及房屋高度大于24m的其他高層民用建筑為高層建筑結構。

《民用建筑設計通則》規定，10層及10層以上的住宅建筑以及高度超過24m的公共建筑和綜合性建筑為高層建筑。多高層建筑的結構體系：框架結構體系：按照框架布置方向的不同，框架結構體系可分為橫向布置、縱向布置和雙向布置三種。在有抗震要求的房屋設計中，要求框架必須縱橫向布置，形成雙向框架結構形式。剪力墻結構體系框架-剪力墻結構體系：框架往往只承受并傳遞豎向荷載，而水平荷載及地震作用主要由剪力墻承擔。筒體結構體系、混合結構體系§5-2多高層建筑結構體系的總體布置原則10層以下的建筑通常采用框架結構，10層以上的建筑常選擇框架-剪力墻結構形式，而30層以上的建筑宜選擇框筒結構體系等。變形縫包括伸縮縫、沉降縫和防震縫。第六章

鋼結構強度高，自重輕；結構安全可靠（材質均勻、接近于各向同性，彈性模量大，具有良好的塑性和韌性）；工業化程度高；密封性好；耐熱性較好，耐火性差；耐腐蝕性差，易于銹蝕。一、鋼結構的特點§6-1鋼結構的特點及應用范圍§6-2鋼結構材料鋼結構因其所使用的鋼材具有良好的吸能能力和延性而具有良好的抗震性能。鋼材的機械性能主要指屈服強度、抗拉強度、伸長率、冷彎性能及沖擊韌性等。一、鋼材的機械性能鋼材在各種荷載作用下發生兩種性質完全不同的破壞形式，即塑性破壞和脆性破壞二、鋼材的破壞形式1、化學成分：碳：含量提高，鋼材強度提高，但同時鋼材的塑性、韌性、冷彎性能、可焊性及抗銹蝕能力下降。錳、硅、釩有益元素。硫、氧能使鋼熱脆；磷、氮能使鋼冷脆三、影響鋼材力學性能的各種因素2、冶煉、澆注及軋制：澆注過程中因脫氧程度不同，分為鎮靜鋼、半鎮靜鋼和沸騰鋼。3、鋼材硬化：硬化有時效硬化和冷作硬化兩種。§6-3鋼結構連接

鋼結構的連接通常有焊接、鉚接和螺栓連接三種方式。1、焊接連接：焊接連接有氣焊、接觸焊和電弧焊等方法。當焊件厚度t＜10mm時可采用直邊焊；t=10~20mm時可采用帶鈍邊單邊V形縫或帶鈍邊V形縫；t＞20mm時應采用U形縫、K形縫和X形縫。一、連接方法種類和特點1、焊接連接：焊縫符號由基本符號、輔助符號和引出線組成，必要時還可以加上補充符號和焊接尺寸符號。

《鋼結構設計規范》對焊縫的質量要求分為一級、二級和三級，其中一級質量最好。2、螺栓連接：螺栓連接分為普通螺栓連接和高強度螺栓連接。高強度螺栓連接可分為摩擦型和承壓型兩種。摩擦型連接：外力僅依靠部件接觸面的摩擦力來傳遞。主要用于直接承受動力荷載的結構、構件的連接。承壓型連接：僅適用于承受靜力荷載或間接承受動力荷載的結構、構件的連接。2、螺栓連接：按構造要求的螺栓數目不宜少于2個。螺栓排列有并列和錯列式，并滿足受力、構造、施工三方面的要求。§6-4鋼結構基本構件1、截面形式：軸心受力構件的截面形式主要有實腹式及格構式兩類。格構式又分為綴板式和綴條式。受壓柱由柱頭、柱身、柱腳三部分組成。柱身截面有實腹式、綴板式和綴條式三種。一、軸心受力構件受彎構件可能會發生整體失穩與局部失穩，其中的整體失穩是彎扭屈曲。實腹式鋼梁按材料和制作方法可分為型鋼梁和組合梁兩大類。二、受彎構件第七章

地基與基礎土的三相，即土粒為固相；土中的水為水相；土中的氣為氣相。主要指標有：比重、天然密度、含水率（這三個指標需用實驗室實測）和由它們三位計算得出的指標干密度、飽和密度、孔隙率、孔隙比和飽和度。一、土的組成§7-1土的工程性質及分類實測指標土的密度ρ---土的單位體積質量(g/cm3或t/m3)

測定方法:環刀法土的含水率ω---土中水的質量與土顆粒質量之比，用百分比表示(%)土的含水量是標志土含水程度的一個重要物理指標。天然土層含水量變化范圍較大，與土的種類、埋藏條件及其所處的自然地理環境等有關。

測定方法：烘干法，亦可用酒精燃燒法

土粒比重Gs---土粒質量與同體積4℃時純水的質量之比由于ρω=1.0g/cm3,故土粒比重在數值上等于土粒的密度但無量綱。測定方法：比重瓶法

其它指標孔隙比e---土中孔隙體積與土顆粒體積之比孔隙度n---指土體中空隙體積占土體總體積之比,用百分數表示，土的飽和度Sr---表示土空隙中被水充滿的程度,也即土中水的體積與空隙體積之比,用百分數表示，

粘性土的物理狀態指標固態半固態可塑狀態流動狀態

縮限ws

塑限wp

液限wL含水量

液限ωL：土由可塑狀態轉到流動狀態的界限含水量（或塑性上限）。

塑限ωp：土由半固態轉到可塑狀態的界限含水量（或塑性下限）。

縮限ωs：土由半固體狀態不斷蒸發水分，則體積繼續逐漸縮小，直到體積不再收縮時，對應土的界限含水量叫縮限。液限測試---圓錐液限儀法76g5s下沉10mm或17mm塑限測試---搓條法直徑約3mm

粘性土的塑性指數---塑性指數是指液限和塑限的差值，即土處在可塑狀態的含水量變化范圍。

Ip=ωL-ωp

Ip越大→土的可塑范圍越廣，土中含有的結合水越多，土與水之間的作用越強。土中粘粒含量越大，塑性指數Ip越大。粘性土的液性指數---指粘性土的天然含水量和塑限的差值與塑性指數之比。IL值愈大，土質愈軟；反之，土質愈硬根據《建筑地基基礎設計規范》，作為建筑地基的巖土，可分為巖石、碎石土、砂土、粉土、粘性土和人工填土。按我國“土的分類標準”，碎石土和砂土屬于粗粒土，粉土和粘性土屬于細粒土。粗粒土按粒徑級配分類，細粒土則按塑性指數分類。二、地基土（巖）的工程分類按顆粒級配與塑性指數分類的分類標準a.巖石的分類

顆粒間牢固粘結,呈整體或具有節理隙的巖體稱為巖石，堅硬程度可根據巖塊的飽和單軸抗壓強度frk分類。堅硬程度類別飽和單軸抗壓強度frk(MPa)堅硬巖較硬巖較軟巖軟巖極軟巖30＜frk≤60frk＞6015＜frk≤305＜frk≤15frk≤5土的名稱漂石塊石卵石碎石圓礫角礫顆粒形狀圓形及亞圓形為主棱角形為主圓形及亞圓形為主棱角形為主圓形及亞圓形為主棱角形為主顆粒級配粒徑大于200mm的顆粒含量超過全重50％粒徑大于20mm的顆粒含量超過全重50％粒徑大于2mm的顆粒含量超過全重50％注：定名時應根據顆粒級配由大到小以最先符合者確定碎石土的分類b.碎石土的分類

粒徑大