建筑工程基本知识

第一章 建筑工程基本知识

第一节  建筑分类与构造

一、民用建筑的分类

（一）     按使用功能分

1. 居住建筑-----（如：住宅，别墅等等）

1.    公共建筑-----（如：商店，医院，写字楼，候车楼等等）

（二）     按建筑层数分

1.    低层建筑：1-3层

2.    多层建筑：4-6层

3.    中高层建筑：7-9层

4.    高层建筑：10层及10层以上（民用建筑通则：大于24米；高规：大于28米）

5.    超高层建筑：总高超过100米以上

（三）     按建筑物主要承重构件所使用的材料分

1.    砖木结构建筑-----（砖墙、砖柱、木楼屋盖）

2.    砖混结构建筑-----（砖墙、砖柱、钢筋混凝土屋盖）

3.    钢筋混凝土结构建筑-----（柱、墙、梁、板均为钢筋混凝土）

4.    钢结构建筑

5.    混合结构建筑-----(多指钢结构与钢筋混凝土结构组合结构)

（四）     按结构平面布置情况分

1.    框架结构

2.    全剪力墙结构

3.    框架-剪力墙结构

4.    框-筒结构

5.    筒体结构

6.    框支结构

7.    无梁楼盖结构-----（也称板柱结构）

二、民用建筑的构造组成

建筑物一般是由：基础、墙或柱、楼（屋）面、楼梯、和门窗等几部分组成。

                    

 

 

 

 

 

             

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

（一）基础

基础是位于建筑物最下部的承重构件，承受建筑物的全部荷载，并将这些荷载传给地基。

1.    地基基础设计应满足的基本条件

1）         应使地基有足够的强度和稳定性，不致产生过大的沉降与不均匀沉降；

2）         基础本身应有足够的强度、刚度和耐久性；

3）         在保证安全的前提下应满足一定的经济性；

2.    基础的类型

1）按基础所用材料及受力特点分类

分为： ■ 刚性基础：-----脆性材料，如：砖，素混凝土，灰土，石材等，其材料抗压强度虽较高，但基础在地基反力作用下受弯时底部受拉，且材料的抗拉强度很低，为防止底部出现拉应力，所以其剖面形状受材料刚性角要求控制。

          ■ 柔性基础：-----柔性材料，如：钢筋混凝土，剖面形状由受力计算要求控制。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2）按基础的构造形式分类

■独立基础：常用于柱下单独布置。

■条形基础：常用于墙下单独布置。

■柱下条形基础：为了增加基础的整体性，控制不均匀沉降，在柱间设置地基梁，地梁下布置条形基础。常在互相垂直二个方向同时设置，称为十字交叉梁基础。地梁应有一定的刚度，地梁高度常取柱距的1/4-1/8

■筏板基础：适用于上部结构荷载较大，地基软弱，承载力较低，用条形基础宽度较大而又互相接近时，或有地下室情况。有梁板式和平板式两种，类似于倒楼盖。整体性好，有利于控制不均匀沉降。

■箱形基础：由顶板、底板、隔板（钢筋混凝土墙）组成。箱形基础刚度很大，可兼做地下室或人防用，常用于高层建筑。

■桩基础等等。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

（二）墙体

1.墙体的类型和作用

墙体的类型分为：■承重墙------作用是将作用于墙上部的荷载通过墙体自身传至基础。因此要求具有足够的强度、稳定性和耐久性。

■非承重墙------作用是围护和分隔房间，不承受除墙体自重之外的其它荷载。但应具备良好的保温、隔热、隔音、防水、防火、耐久等性能。

2.    墙体材料

承重墙体材料常用的有：钢筋混凝土，粘土实心砖，粘土空心砖，石材，混凝土砌块，页岩砖等等；

非承重墙体材料常用的有：粉煤灰混凝土空心砌块，加气混凝土砌块，陶粒混凝土砌块，GRC抽孔预制板墙，龙骨石膏板墙，龙骨木板条墙等等。

（三）楼（屋）面

1.按材料不同，可分为：钢筋混凝土楼（屋）面，木楼（屋）面，轻钢-混凝土组合楼面，轻钢屋面等等。

2.按施工方式不同，可分为：现浇钢筋混凝土楼（屋）面，预制装配式楼（屋）面，预制装配整体式楼（屋）面等等。

楼（屋）面为受力构件，应具有足够的强度和刚度。

（四）楼梯

1.楼梯的分类

1）按建筑功能分为：单跑，双跑，双分，旋转楼梯等等。

2）按结构类型分为：板式楼梯，梁式楼梯。

2.楼梯的组成

楼梯主要由楼梯踏步板和休息平台组成。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

（五）门和窗

门和窗在房屋中的作用一般是交通，通风，采光，是建筑物中不可缺少的重要组成部分。属于非承重构件。

三、工业建筑的分类

（一）按层数分：

1. 单层厂房

2. 多层厂房

（二）按用途分：

1. 生产厂房

2. 生产辅助厂房

3. 动力用厂房

4. 仓储建筑（一般称仓库）

5. 运输用建筑

6. 其它建筑

（三）按跨度的数量分

1. 单跨厂房

2. 多跨厂房

  四、单层工业厂房

（一）单层工业厂房的组成

单层工业厂房的结构组成一般分为两种类型，即墙体承重结构和骨架承重结构。

■墙体承重结构是外墙采用砖砌体的承重结构。

■骨架承重结构是由钢筋混凝土构件或钢构件组成骨架的承重结构。墙体仅起围护作用。

厂房的骨架由下列构件组成：

1. 屋盖结构：包括屋面板、屋架（或屋面梁）及天窗架、托架等。

2. 吊车梁

3. 柱子

4. 基础

5. 支撑系统：支撑系统包括柱间支撑和屋面支撑两大部分。

外围护系统：它包括厂房四周的外墙、抗风柱、墙梁和基础梁等。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

（二）基础的类型

1. 独立基础（包括杯形基础）

2. 柱下条形基础（包括十字交叉梁基础）

3. 桩基础

（三）骨架承重体系类型

1. 排架承重体系

2. 刚架承重体系

3. 框架承重体系

4. 板柱承重体系

（四）单层厂房的外墙构造

1. 承重墙常设有壁柱；

2. 非承重墙与承重结构之间应有妥善的连结；

3. 在适当的位置应设置圈梁或连系梁；

4. 高大的山墙应设置抗风柱。

（五）屋盖类型

1. 无檩体系：在屋面梁或屋架上弦直接铺设大型屋面板

2. 有檩体系：在屋面梁或屋架上弦搁置檩条，在檩条上铺设小型屋面板或轻钢压型板。

 

第二节 建筑结构名词解释

一、建筑结构

建筑结构是在建筑中由若干构件，即组成结构的单元如梁、板、柱等，连接而构成的能承受作用（或称荷载）的平面或空间体系。建筑结构因所用的建筑材料不同，可分为钢筋混凝土结构、砌体结构、钢结构、轻型钢结构、木结构和组合结构等。

 

二、建筑结构的安全等级

建筑结构设计时，应根据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，采用不同的安全等级。它以结构重要性系数的形式反映在设计表达式中。《混凝土规范》GB50010-2002中第3.2.1条根据建筑结构破坏后果的严重程度，将建筑结构划分为三个安全等级。

一级：破坏后果很严重，指重要的建筑物-----设计使用年限100年

二级：破坏后果严重，指一般的建筑物-----设计使用年限50年

三级：破坏后果不严重，指次要的建筑物-----设计使用年限5-25年

三、结构可靠度

  ■建筑结构的可靠性包括安全性、适用性和耐久性三项要求。

■结构可靠度是结构可靠性的概率度量，其定义是：结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率，称为结构可靠度。

■其“规定的时间”与安全等级有关，如二级是指设计基准期50年，这个基准期只是在计算可靠度时，考虑各项基本变量与时间关系所用的基准时间，并非指建筑结构的寿命；

■“规定的条件”是指正常设计、正常施工和正常的使用条件，不包括人为的过失影响；

■“预定的功能”则是能承受在正常施工和正常使用时可能出现的各种作用的能力（即安全性）。

■《建筑结构可靠度设计统一标准》GB 50068-2001第3.0.11条给出了结构构件承载能力极限状态的可靠指标。

四、荷载代表值 

是结构或构件设计时采用的荷载取值，它包括标准值、准永久值和组合值等。设计时应根据不同极限状态的设计要求来确定采用哪一种荷载值。

1．荷载标准值：荷载的基本代表值，是结构设计按各类极限状态设计时所采用的荷载代表值。

2．荷载组合值：是当结构承受两个或两个以上可变荷载时，承载能力极限状态按基本组合设计及正常使用极限状态按短期效应组合设计所采用的荷载代表值。

3．准永久值：是正常使用极限状态长期效应组合设计时所采用的荷载代表值。

五、结构上的作用

 各种施加在结构上的集中或分布荷载，以及引起结构外加变形或约束变形的原因，均称为结构上的作用。引起结构外加变形或约束变形的原因系指地层、基础沉降、温度变化和焊接等作用。结构上的作用可按下列原则分类：

1. 按其随时间的变异性和出现的可能性可分为：

■永久作用，如结构自重、土压力、预应力等；

■可变作用，如楼面活荷载、风、雪荷载、温度等；

■偶然作用，如地震、爆炸、撞击等。

2. 按随空间位置的变异分为：

■固定作用，如楼面上的固定设备荷载、构件自重等；

■可动作用，如楼面上人员荷载、吊车荷载等。

3. 按结构的反应分为：

■静态作用，如结构自重、楼面活荷重等；

■动态作用，如地震、吊车荷载及高耸结构上的风荷载等。

 

六、结构的作用效应

作用引起的结构或构件的内力和变形即称为结构的作用效应。常见的作用效应有：

1．            内力

        ■轴向力：即作用引起的结构或构件某一正截面上的法向拉力或压力；

■剪力：即作用引起的结构或构件某一截面上的切向力；

■弯矩：即作用引起的结构或构件某一截面上的内力矩；

■扭矩，即作用引起的结构或构件某一截面上的剪力构成的力偶矩。

2．            应力：如正应力、剪应力、主应力等。

3．            位移：作用引起的结构或构件中某点位置改变（线位移）或某线段方向的改变（角位移）。

4．            挠度：构件轴线或中面上某点在弯矩作用平面内垂直于轴线或中面的线位移。

5．            变形：作用引起的结构或构件中各点间的相对位移。变形分为弹性变形和塑性变形。

6．            应变：如线应变、剪应变和主应变等。

七、抗力

          ■承载能力极限状态设计表达式：g_oS≤R

                           S----荷载效应组合设计值

                              R----结构构件抗力设计值

结构或构件承受作用效应的能力称为抗力，如强度、刚度和抗裂度等。

1．强度：材料或构件抵抗破坏的能力，其值为在一定的受力状态和工作条件下，材料所能承受的最大应力或构件所能承受的最大内力（承载能力）。

2．刚度：结构或构件抵抗变形的能力，包括构件刚度和截面刚度，按受力状态不同可分为轴向刚度、弯曲刚度、剪变刚度和扭转刚度等。

3. 抗裂度：结构或构件抵抗开裂的能力。

八、延性、延性破坏和脆性破坏

延性是指结构或构件屈服后强度或承载力没有显著降低时的塑性变形能力。

1．延性破坏：结构或构件在破坏前有明显变形或其它预兆的破坏类型。在冲击和振动荷载作用下，要求结构的材料能够吸收较大的能量，同时能产生一定的变形而不致破坏，即要求结构或构件有较好的延性。例如：

■钢结构材料延性好，可抵抗强烈地震而不倒塌；

■而砖石砌体结构变形能力差，在强烈地震下容易出现脆性破坏而倒塌。为此，砖石砌体结构房屋需按抗震规范要求设置构造柱和抗震圈梁，约束砌体的变形，以增加其在地震作用下的抗倒塌能力。

■钢筋混凝土材料具有双重性，如果设计合理，能消除或减少混凝土脆性性质的危害，充分发挥钢筋塑性性能，实现延性结构。

2．脆性破坏：结构或构件在破坏前无明显变形或其它预兆的破坏类型。

九、压杆稳定

细长的受压杆当压力达到一定值时，受压杆可能突然弯曲而破坏，即产生失稳现象。由于受压杆失稳后将丧失继续承受原设计荷载的能力，而失稳现象又常是突然发生的，所以，结构中受压杆件的失稳常造成严重的后果，甚至导致整个结构物的倒塌。工程上出现较大的工程事故中，有相当一部分是因为受压构件失稳所致，因此对受压杆的稳定问题绝不容忽视。所谓压杆的稳定，是指受压杆件其平衡状态的稳定性。工程中一般根据杆件支承条件用“计算长度”来反映压杆稳定的因素。不同材料的压杆，在不同支承条件下，其承载力的折减系数也不同，所用的名称也不同，例如钢压杆叫长细比，钢筋混凝土柱叫高宽比，砌体墙、柱叫高厚比，这些都是考虑压杆稳定问题。

十、地震及震源和震中

地壳是由各种岩层组成的。由于地球在其运动和发展过程中内部存在大量的能量，地壳中的岩层在这些能量所产生的巨力作用下，使原来成水平状态的岩层发生形变，出现褶皱；随着地应力的逐渐加剧，岩层构造变动也逐渐加剧，当岩层薄弱部位的岩石强度承受不了强大力作用时（或者说其应变已超过了岩石所能容忍的应变时），岩层发生了突然的断裂和猛烈的错动，此时，岩层在构造变动过程中累积起来的应变能突然得到释放，并以弹性波的形式传到地面，产生强烈的地面运动，此即为构造地震。因其在各种地震中占绝大多数，且影响最大，故一般把构造地震简称为地震。除构造地震外，还有由于火山爆发、溶洞塌陷、水库蓄水、核爆炸等原因引起的地震，这些地震和构造地震相比，其影响小、频度低。

■地壳岩层发生断裂产生剧烈的相对运动的地方叫震源。

■震源正上方向的地面位置叫震中。

■由震中到观测点的距离叫震中距。

■一般把震源距地面的深度小于60km的地震称为浅源地震，

■深度为60～300km的地震称为中源地震，

■深度大于300km的地震称为深源地震。

我国除黑龙江省和吉林省的个别地区有深度为400～600km的深源地震外，绝大部分属于浅源地震。一般说对于同样大小的地震，浅源地震波及面小而破坏程度大，深源地震则相反。多数破坏性地震发生于较浅的地方，深度大于100km的地震在地面上不致引起灾害。由于我国地震2／3发生在大陆地区，而且绝大多数是震源深度为20～30km的浅源地震，故对地面建筑物和工程设施的破坏较重，给人民生命财产和国民经济造成十分严重的损失。

十一、震级和地震烈度

■震级是衡量一次地震释放能量大小的等级。

■地震烈度是指地震时在一定地点震动的强烈程度。

  一次地震只有一个震级，而不同地点可能有多个不同的地震烈度。

  1976年7月28日唐山大地震，震级为7.8级，震中为唐山市丰南县，震源深度12公里，震中烈度十一度，天津市区烈度八度，北京烈度六度。

十二、基本烈度、众值烈度及罕遇烈度

1．基本烈度指某一地区今后50年期限内，在一般场地条件下可能遭遇超越概率为10%的地震烈度。其实质是某地区今后一定时间内的震害预报，同时也是抗震设防设计的依据。基本烈度的确定是地震主管部门以我国的地震危险区为基础，考虑了地震烈度随震中距增加而衰减的统计分析，结合历史地震调查，制定了我国的地震烈度区划图，烈度区划图中划定的烈度即为基本烈度。

2．众值烈度又称常遇烈度或多遇烈度，是该地区出现频度最高的烈度，相当于概率密度曲线上峰值时的烈度，故称众值烈度。具有超越概率为63％的保证率。多遇烈度（众值烈度）比基本烈度低1．55度。

3．罕遇烈度：在设计基准期内，遭遇大于基本烈度的大烈度震害的小概率事件还是可能发生的。随着基本烈度的提高，大震烈度增加的幅度有所减少，不同基本烈度对应的大震烈度的定量标准也不应相同。通过对43个城市地震危险性的分析，并结合我国经济实况，可粗略地将50年超越概率2％～3％的烈度作为罕遇地震的概率水平：当基本烈度为6度时为7度强，7度时为8度强，8度时为9度弱，9度时为9度强。

十三、场地

场地是指工程群体所在地，具有相似的反应谱特征。其范围相当于厂区、居民小区和自然村或不小于1平方公里的平面面积。

十四、地基液化

在地下水位以下的饱和的松砂和粉土在地震作用下，土颗粒之间有变密的趋势，但因孔隙水来不及排出，使土颗粒处于悬浮状态，形成如液体一样，这种现象就称为土的液化。

土产生液化一般具备以下条件：

1. 土饱和，即要有水，且无良好的排水条件；

2. 土要足够松散，即砂土或粉土的密实度不好；

3. 土承受的静载大小，主要取决于可液化土层的埋深大小，埋深大，土层所受正压力加大，有利于提高抗液化能力。此外，土颗粒大小，土中粘粒含量的大小，级配情况等也影响到土的抗液化能力。

在地震区，一般应避免用未经加固处理的可液化土层作天然地基的持力层。

十五、三水准的抗震设防目标

为贯彻执行地震工作以预防为主的方针，使建筑经抗震设防后，减轻建筑的地震破坏，避免人员伤亡，减少经济损失，结合我国目前的经济能力，《抗震规范》提出抗震设防“三个水准”的设计原则。

■第一水准：当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时，建筑一般不受损坏或不需修理仍可继续使用。即“小震不坏”。

■第二水准：当遭受相当于本地区抗震设防烈度的地震影响时，建筑可能损坏，经一般修理或不需修理仍可继续使用。即“中震可修”。

■第三水准：当遭受高于本地区抗震设防烈度的预估的罕遇地震影响时，建筑不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。即“大震不倒”。

十六、抗震的二阶段设计

在进行建筑抗震设计时，为满足三水准抗震设防目标的要求，在具体做法上，为了简化起见，《抗震规范》