建筑结构构造要求

　　【教材解读】

　　一、混凝土结构的受力特点及其构造

　　1.混凝土结构的优点与缺点

　　(1)混凝土结构的优点：

　　1)强度较高，钢筋和混凝土两种材料的强度都能充分利用;

　　2)可模性好，适用面广;

　　3)耐久性和耐火性较好，维护费用低;

　　4)现浇混凝土结构的整体性好，延性好，适用于抗震抗爆结构，同时防振性和防辐射性能较好，适用于防护结构;

　　5)易于就地取材。

　　(2)混凝土结构的缺点：自重大，抗裂性较差，施工复杂，工期较长。由于钢筋混凝土结构有很多优点，适用于各种结构形式，因而在房屋建筑中得到广泛应用。

　　2.钢筋和混凝土的材料性能

　　(1)钢筋。

　　1)热轧钢筋的种类：热轧钢筋由普通低碳钢(含碳量不大于0.25%)和普通低合金钢(合金元素不大于5%)制成。

　　2)钢筋的力学性能：建筑钢筋分两类，一类为有明显流幅的钢筋，另一类为没有明显流幅的钢筋。明显流幅的钢筋含碳量少，塑性好，延伸率大。无明显流幅的钢筋含碳量多，强度高，塑性差，延伸率小，没有屈服台阶，脆性破坏。

　　对于有明显流幅的钢筋，其性能的基本指标有屈服强度、延伸率、强屈比和冷弯性能四项。冷弯性能是反映钢筋塑性性能的另一个指标。

　　3)钢筋的成分：铁是主要元素，还有少量的碳、锰、硅、钒、钛等;另外，还有少量有害元素，如硫、磷。

　　(2)混凝土。

　　1)抗压强度：立方体强度fcu。作为混凝土的强度等级。单位是MPa，C20表示抗压强度为20MPa。规范共分14个等级，C15～C80，级差为5MPa。

　　2)棱柱体抗压强度fc，该强度是采用150mm×150mm×300mm的棱柱体作为标准试件试验所得。

　　3)抗拉强度ft，是计算抗裂的重要指标。混凝土的抗拉强度很低。

　　(3)钢筋与混凝土的共同工作。

　　钢筋与混凝土的相互作用叫黏结。钢筋与混凝土能够共同工作是依靠它们之间的黏结强度。混凝土与钢筋接触面的剪应力称黏结应力。影响黏结强度的主要因素有混凝土的强度、保护层的厚度和钢筋之间的净距离等。

　　3.极限状态设计方法的基本概念

　　我国现行规范采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，其基本原则如下。

　　(1)结构功能：建筑结构必须满足安全性、适用性和耐久性的要求。

　　(2)可靠度：结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能要求的能力，称为结构的可靠性，可靠度是可靠性的定量指标。

　　(3)极限状态设计的实用表达式：为了满足可靠度的要求，在实际设计中采取如下措施。

　　1)一般情况下在计算杆件内力时，对荷载标准值乘以一个大于1的系数，称荷载分项系数。

　　2)在计算结构的抗力时，将材料的标准值除以一个大于1的系数，称材料分项系数。

　　3)对安全等级不同的建筑结构，采用一个重要性系数进行调整。在采用上述措施后，可靠度指标便得到了满足。这就是以分项系数表达的极限状态设计方法。

　　4.梁、板的受力特点及构造要求

　　(1)单向板与双向板的受力特点。

　　两对边支承的板是单向板，一个方向受弯;而双向板为四边支承，双向受弯。当长边与短边之比小于或等于2时，应按双向板计算;当长边与短边之比大于2但小于3时，宜按双向板计算;当按沿短边方向受力的单向板计算时，应沿长边方向布置足够数量的构造筋;当长边与短边长度之比大于或等于3时，可按沿短边方向受力的单向板计算。

　　(2)连续梁、板的受力特点。

　　现浇肋形楼盖中的板、次梁和主梁，一般均为多跨连续梁(板)。连续梁(板)的内力计算是主要内容，配筋计算与简支梁相同。内力计算有两种方法。主梁按弹性理论计算，次梁和板可考虑塑性变形内力重分布的方法计算。弹性理论的计算是把材料看成弹性的，用结构力学的方法，考虑荷载的不利组合，计算内力，画出包络图，进行配筋计算。均布荷载下，等跨连续板和连续次梁的内力计算，可考虑塑性变形的内力重分布。允许支座出现塑性铰，将支座截面的负弯矩调低，即减少负弯矩，调整的幅度，必须遵守一定的原则。连续梁、板的受力特点是，跨中有正弯矩，支座有负弯矩。因此，跨中按最大正弯矩计算正筋，支座按最大负弯矩计算负筋。钢筋的截断位置按规范要求截断。

　　(3)梁、板的构造要求。梁最常用的截面形式有矩形和T形。梁的截面高度一般按跨度来确定，宽度一般是高度的1/3。梁的支承长度不能小于规范规定的长度。纵向受力钢筋宜优先选用HRB335、HRB400钢筋，常用直径为10～25mm，钢筋之间的间距不应小于25mm，也不应小于直径。保护层的厚度与梁所处环境有关，一般为25～40mm。板的厚度与计算跨度有关，屋面板一般不小于60mm，楼板一般不小于80mm，板的支承长度不能小于规范规定的长度，板的保护层厚度一般为15～30mm。受力钢筋直径常用6mm、8mm、10mm、12mm。间距不宜大于250mm。

　　梁、板混凝土的强度等级～般采用C20以上。

　　二、掌握砌体结构的受力特点及其构造

　　1.砌体材料及砌体的力学性能

　　(1)砌块。

　　砖、砌块根据其原料、生产工艺和孔洞率来分类。由黏土、石岩、煤矸石或粉煤灰为主要原料，经焙烧而成的实心或孔洞率不大于规定值且外形尺寸符合规定的砖，称为烧结普通砖;孔洞率大于25%，孔的尺寸小而数量多，主要用于承重部位的砖称为烧结多孔砖，简称多孔砖。烧结普通砖又分为烧结黏土砖、烧结页岩砖、烧结煤矸石砖和烧结粉煤灰砖。以石灰和砂为主要原料，或以粉煤灰、石灰并掺石膏和骨料为主要原料，经坯料制备、压制成型、高压蒸汽养护而成的实心砖，称为蒸压灰砂砖或蒸压粉煤灰砖，简称灰砂砖或粉煤灰砖。

　　(2)砂浆。

　　砂浆可使砌体中的块体和砂浆之间产生一定的黏结强度，保证两者能较好地共同工作，使砌体受力均匀，从而具有相应的抗压、抗弯、抗剪和抗拉强度。砂浆按组成材料的不同，可分为：水泥砂浆，水泥混合砂浆，石灰、石膏、黏土砂浆。

　　(3)砌体。

　　按照标准的方法砌筑的砖砌体试件，轴压试验分三个阶段。第1阶段，从加载开始直到在个别砖块上出现初始裂缝，该阶段属弹性阶段，出现裂缝时的荷载约为 0.5～0.7倍极限荷载。第Ⅱ阶段，继续加载后个别砖块的裂缝陆续发展成少数平行于加载方向的小段裂缝，试件变形增加较快，此时的荷载不到极限荷载的 0.8倍。第Ⅲ阶段，继续加载时小段裂缝会较快沿竖向发展成上下贯通整个试件的纵向裂缝。试件被分割成若干个小的砖柱，直到小砖柱因横向变形过大发生失稳，体积膨胀，导致整个试件破坏。由于砂浆铺砌不均，砖块不仅受压，而且还受弯、剪、局部压力的联合作用;由于砖和砂浆受压后横向变形不同，还使砖处于受拉状态;此外，由于有竖缝存在，使砖块在该处又有一个较高的应力区。因此，砌体中砖所受的应力，十分复杂，特别是拉、弯作用产生的内力，使砖较早出现竖向裂缝。这正是砌体抗压强度比砖抗压强度小得多的原因。规范根据试验资料给出了不同砌体的强度设计值。影响砖砌体抗压强度的主要因素包括：砖的强度等级;砂浆的强度等级及其厚度;砌筑质量，包括饱满度、砌筑时砖的含水率、操作人员的技术水平等。

　　3.砌体房屋结构的主要构造要求

　　砌体结构的构造是确保房屋结构整体性和结构安全的可靠措施。墙体的构造措施主要包括三个方面，即伸缩缝、沉降缝和圈梁。

　　三、掌握钢结构构件的受力特点及其连接类型

　　1.钢结构的连接

　　(1)焊缝连接：焊缝连接是目前钢结构的主要连接方法。其优点是构造简单，节约钢材，加工方便，易于采用自动化操作，不宜采用于直接承受动力荷载的结构，其他情况均可采用焊缝连接。

　　(2)铆钉连接：铆接由于构造复杂，用钢量大，现已很少采用。因为铆钉连接的塑性和韧性较好，传力可靠，易于检查，在一些重型和直接承受动力荷载的结构中，有时仍然采用。

　　(3)螺栓连接：螺栓连接又分为普通螺栓和高强度螺栓两种。普通螺栓施工简单，拆、装方便。普通螺栓一般由Q235制成。高强度螺栓用合金钢制成，高强度螺栓制作工艺精准，操作工序多，要求高。目前，在我国桥梁及大跨度结构房屋及工业厂房中已广泛采用。

　　2.钢结构构件制作、焊接、运输、安装、防火与防锈

　　(1)制作：钢结构制作包括放样、号料、切割、校正等诸多环节。高强度螺栓处理后的摩擦面、抗滑移系数应符合设计要求。制作质量检验合格后进行除锈和涂装。一般安装焊缝处留出30～50mm暂不涂装。

　　(2)焊接：焊工必须经考试合格并取得合格证书且必须在其考试合格项目及其认可范围内施焊。焊缝施焊后须在工艺规定的焊缝及部位打上焊工钢印。焊接材料与母材应匹配，全焊透的一、二级焊缝应采用超声波探伤进行内部缺陷检验，超声波探伤不能对缺陷作出判断时，采用射线探伤。施工单位首次采用的钢材、焊接材料、焊接方法等，应进行焊接工艺评定。

　　(3)运输：运输钢构件时，要根据钢构件的长度和重量选用车辆。钢构件在车辆上的支点、两端伸出的长度及绑扎方法均应保证构件不产生变形，不损伤涂层。

　　(4)安装：钢结构安装要按施工组织设计进行，安装程序须保证结构的稳定性和不导致永久性变形。安装柱时，每节柱的定位轴线须从地面控制轴线直接引上。钢结构的柱、梁、屋架等主要构件安装就位后，须立即进行校正、固定。由工厂处理的构件摩擦面，安装前须复验抗滑移系数，合格后方可安装。

　　(5)防火与防锈。

　　1)钢结构防火性能较差。当温度达到550℃时，钢材的屈服强度大约降至正常温度时屈服强度的0.7，结构即达到它的强度设计值而可能发生破坏。设计时应根据有关防火规范的规定，使建筑结构能满足相应防火标准的要求。在防火标准要求的时间内使钢结构的温度不超过临界温度，以保证结构正常承载能力。

　　2)外露的钢结构可能会受到大气，特别是被污染的大气严重腐蚀，最常见的是生锈。这就必须对构件的表面进行防腐蚀处理，以保证钢结构的正常使用。防腐处理方法根据构件表面条件及使用寿命的要求决定。在进行构造设计时，应对构造做法妥善处理，避免诸如将槽钢槽口朝上放置，造成积水等情况;大型构件应有人能进入的观察口，以便检查、维护构件内部情况等。

　　【命题考点】

　　混凝土结构的受力特点及其构造;热轧钢筋的种类;钢筋的力学性能;混凝土;极限状态设计方法的基本原则;梁、板的受力特点及构造要求;砌体材料及力学性能;砂浆;钢结构;防火与防锈。

　　【分析预测】

　　(1)根据所提供的材料，分析判断钢筋混凝土梁的原理及构造要求。

　　(2)根据所提供的材料，分析判断梁、板的受力特点及构造要求。

　　(3)根据所提供的材料，分析判断影响斜截面受力性能的主要因素。

　　(4)根据所提供的材料，分析判断砌体房屋结构的主要构造要求。