第1章建筑工程技术（1A410000） 1.1建筑结构与构造（1A411000） 1.1.1建筑结构工程的可靠性（1A411010） 1. 账务建筑结构工程的安全性（1A411011） 知识点一： 结构的功能性要求 结构设计的主要目的是要保证所建造的结构安全适用，能够在规定的期限内满足各种预期的功能要求，并且要经济合理。 安全性、适用性、耐久性称为结构的可靠性。 安全性，例如： 厂房结构平时受自重、吊车、风和积雪等荷载作用时，均应坚固不坏，而在遇到强烈地震、爆炸等偶然事件时，允许有局部的损伤，但应保持结构的整体稳定而不发生倒塌。 适用性，例如： 吊车梁变形过大会使吊车无法正常运行，水池出现裂缝便不能蓄水等。 耐久性，例如： 不致因混凝土老化、腐蚀或钢筋的锈蚀等而影响结构的使用寿命。 知识点二： 两种极限状态 承载能力极限状态是对应于结构或构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形，它包括： ①结构构件或连接因强度超过而破坏； ②结构或其一部分作为刚体而失去平衡（如倾覆、滑移）； ③在反复荷载下构件或连接发生疲劳破坏等。对所有结构和构件都必须按承载力极限计算。 知识点三： 材料强度的基本概念 结构杆件所用材料在规定的荷载作用下，材料发生破坏时的应力称为强度，要求不被破坏的要求，称为强度要求。根据外力作用方式不同，材料有抗拉强度、抗压强度、抗剪强度等。对有屈服点的钢材还有屈服强度和极限强度的区别。 在相同条件下，材料的强度高，则结构杆件的承载力也高。 2. 建筑结构工程的适用性（1A411012） 知识点一： 建筑结构的适用性 建筑结构除了要保证安全外，还应满足适用性的要求，这在设计中称为正常使用的极限状态。 这种极限状态相应于结构或构件达到正常使用或耐久性的某项规定的限值，它包括构件在正常使用条件下产生过度变形，导致影响正常使用或建筑外观； 构件过早产生裂缝或裂缝发展过宽； 在动力荷载作用下结构或构件产生过大的振幅等。超过这种极限状态会使结构不能正常工作，使结构的耐久性受影响。 知识点二： 杆件刚度与梁的位移计算 梁的变形主要是由弯矩所引起的，叫弯曲变形。剪力所引起的变形很小，可以忽略不计。 图1-1梁由弯矩引起的变形图 通常计算梁的最大变形，如图1-1所示。 f=ql48EI 从式中可以看出，影响位移因素除荷载外，还有： （1） 材料性能： 与材料的弹性模量E成反比； （2） 构件的截面： 与截面的惯性矩I成反比，如矩形截面梁，其截面惯性矩Iz=bh312； （3） 构件的跨度： 与跨度l的n次方成正比，此因素影响最大。 知识点三： 混凝土结构的裂缝控制 裂缝控制分为三个等级： ①构件不出现拉应力； ②构件虽有拉应力，但不超过混凝土的抗拉强度； ③允许出现裂缝，但裂缝宽度不超过允许值。 3. 建筑结构工程的耐久性（1A411013） 知识点一： 结构设计使用年限 我国《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB 50068）首次提出了建筑结构的设计使用年限，见表1-1。设计使用年限是设计规定的一个时期，在这一时期内，只需正常维修（不需大修）就能完成预定功能，即房屋建筑在正常设计、正常施工、正常使用和维护下所应达到的使用年限。 表1-1设计使用年限分类 类别设计使用年限/年示例 15临时性结构 225易于替换的结构构件 350普通房屋和构筑物 4100纪念性建筑和特别重要的建筑结构 知识点二： 混凝土结构耐久性的环境类别 在不同环境中，混凝土的劣化与损伤速度是不一样的，因此应针对不同的环境提出不同的要求。根据《混凝土结构耐久性设计规范》（GB/T 50476）规定，结构所处环境按其对钢筋和混凝土材料的腐蚀机理，可分为如下五类，见表1-2。 表1-2环境类别 环境类别名称腐 蚀 机 理 Ⅰ一般环境保护层混凝土碳化引起钢筋锈蚀 Ⅱ冻融环境反复冻融导致混凝土损伤 Ⅲ海洋氯化物环境氯盐引起钢筋锈蚀 Ⅳ除冰盐等其他氯化物环境氯盐引起钢筋锈蚀 Ⅴ化学腐蚀环境硫酸盐等化学物质对混凝土的腐蚀 注： 一般环境系指无冻融、氯化物和其他化学腐蚀物质作用。 知识点三： 混凝土结构环境作用等级 根据《混凝土结构耐久性设计规范》（GB/T 50476）规定，环境对配筋混凝土结构的作用程度见表1-3。 表1-3环境作用等级 环境作用等级 环境类别A 轻微B 轻度C 中度D 严重E 非常严重F 极端严重 一般环境Ⅰ—AⅠ—BⅠ—C 冻融环境Ⅱ—CⅡ—DⅡ—E 海洋氯化物环境Ⅲ—CⅢ—DⅢ—EⅢ—F 除冰盐等其他氯化物环境Ⅳ—CⅣ—DⅣ—E 化学腐蚀环境Ⅴ—CⅤ—DⅤ—E 当结构构体受到多种环境类别共同作用时，应分别满足每种环境类别单独作用下的耐久性要求。 【真题剖析】 一般环境中，要提高混凝土结构的设计使用年限，对混凝土强度等级和水胶比的要求是（）。（2011年真题） A. 提高强度等级，提高水胶比 B. 提高强度等级，降低水胶比 C. 降低强度等级，提高水胶比 D. 降低强度等级，降低水胶比 【答案】 B 【解析】 本题考查的是一般环境中，混凝土结构设计使用年限与混凝土强度、水胶比的关系。 1.1.2建筑结构平衡的技术（1A411020） 1. 结构平衡的条件（1A411021） 知识点一： 力的基本性质 1） 力的作用效果 促使或限制物体运动状态的改变，称为力的运动效果； 促使物体发生变形或破坏，称为力的变形效果。 2） 力的三要素 力的大小、力的方向和力的作用点的位置称为力的三要素。 3） 作用与反作用原理 力是物体之间的作用，其作用力与反作用力总是大小相等、方向相反、沿同一作用线相互作用于两个物体。 4） 力的合成与分解 作用在物体上的两个力用一个力来代替称为力的合成。力可以用线段表示，线段长短表示力的大小、起点表示作用点、 图1-2力的合成与分解 箭头表示力的作用方向。力的合成可用平行四边形法则，见图1-2，P1与P2合成R。利用平行四边形法则也可将一个力分解为两个力，如将R分解为P1、P2。但是力的合成只有一个结果，而力的分解会有多种结果。 5） 约束与约束反力 工程结构是由很多杆件组成的一个整体，其中每一个杆件的运动都要受到相连杆件、节点或支座的限制或称约束。约束杆件对被约束杆件的反作用力，称约束反力。 知识点二： 平面力系的平衡条件及其应用 1） 物体的平衡状态 物体相对于地球处于静止状态或等速直线运动状态，力学上把这两种状态都称为平衡状态。 2） 平衡条件 物体在许多力的共同作用下处于平衡状态时，这些力（称为力系）之间必须满足一定的条件，这个条件称为力系的平衡条件。 （1） 二力的平衡条件 作用于同一物体上的两个力大小相等，方向相反，作用线相重合，这就是二力的平衡条件。 图1-3平面汇交力系 （2） 平面汇交力系的平衡条件 一个物体上的作用力系，作用线都在同一平面内，且汇交于一点，这种力系称为平面汇交力系。平面汇交力系的平衡条件是，∑X=0和∑Y=0，见图1-3。 （3） 一般平面汇交力系的平衡条件还要加上力矩的平衡，所以平面汇交力系的平衡条件是∑X=0,∑Y=0和∑M=0。 【真题剖析】 如图所示，P1、P2分别为两个相互垂直力的合力。关于P1、P2的关系，正确的是（）。（2010年真题） A. P1=P2 B. P2=3P1 C. P13P1 【答案】 C 【解析】 本题考查的是二力合力的计算。 P1=N2+F2，P2= N2+9F2，3P1= 9N2+9F2 2. 防止结构倾覆的技术要求（1A411022） 知识点一： 力偶、力矩的特性 1） 力矩的概念 力使物体绕某点转动的效果要用力矩来度量。力矩＝力×力臂，M＝P·a。转动中心称力矩中心，力臂是力矩中心O点至力P的作用线的垂直距离a，见图1-4。力矩的单位是N·m或kN·m。 2） 力矩的平衡 物体绕某点没有转动的条件是对该点的顺时针力矩之和等于逆时针力矩之和，即∑M=0，称力矩平衡方程。 3） 力矩平衡方程的应用 利用力矩平衡方程求杆件的未知力，见图1-5。 ∑MA＝0，求RB； ∑MB＝0，求RA。 4） 力偶的特性 两个大小相等、方向相反、作用线平行的特殊力系称为力偶，如图1-6。力偶矩等于力偶的一个力乘力偶臂，即M＝±P×d。力偶矩的单位是N·m或kN·m。 图1-4力矩 图1-5利用力矩平衡求未知力 图1-6力偶 5） 力的平移法则 作用在物体某一点的力可以平移到另一点，但必须同时附加一个力偶，使其作用效果相同，如图1-7。 图1-7力的平移法则 知识点二： 防止构件（或机械）倾覆的技术要求 对于悬挑构件（如阳台、雨篷、探头板等）、挡土墙、起重机械防止倾覆的基本要求是： 引起倾覆的力矩M（倾），应小于抵抗倾覆的力矩M（抗）。为了安全，可取M（抗）≥(1.2～1.5)M（倾）。 3. 结构抗震的构造要求（1A411023） 知识点一： 地震的震级及烈度 地震是由于某种原因引起的强烈地动，是一种自然现象。地震的成因有三种： 火山地 震、塌陷地震和构造地震。 地震的震级及烈度： 震级是按照地震本身强度而定的等级标度，用以衡量某次地震的大小，用符号M表示，一次地震只有一个震级。地震发生后，各地区的影响程度不同，通常用地震烈度来描述，多数国家采用12个等级划分的烈度表。M＜2微震、M＝2～5有震感地震、M＞5破坏性地震、M＞7强烈地震或大震、M＞8特大地震。一般情况下，抗震设防烈度可采用中国地震参数区划图的地震基本烈度。 基本烈度大体为在设计基准期超越概率为10%的地震烈度。以北京地区为例，抗震设防烈度为8度，超越8度的概率为10%左右。 知识点二： 抗震设防 抗震设防是指房屋进行抗震设计和采用抗震措施，来达到抗震效果。抗震设防的依据是抗震设防烈度。 1） 抗震设防的基本思想 现行抗震设计规范适用于抗震设防烈度为6、7、8、9度地区建筑工程的抗震设计、隔震、消能减震设计。抗震设防是以现有的科技水平和经济条件为前提的。 我国规范抗震设防的基本思想和原则是“三个水准”为抗震设防目标，简单地说就是“小震不坏、中震可修、大震不倒”。 “三个水准”的抗震设防目标是： 当遭受低于本地区抗震设防烈度的地震影响时， 建筑物一般不受损坏或不需修理仍可继续使用； 当遭受相当于本地区抗震设防烈度的地震 影响时，可能损坏，经一般修理或不需修理仍可继续使用； 当遭受高于本地区抗震设防烈 度预估的罕遇地震影响时，不会倒塌或发生危及生命的严重破坏。 2） 建筑抗震设防分类 建筑物的抗震设计根据其使用功能的重要性分为甲类、乙类、丙类、丁类四个抗震设 防类别。大多数的建筑物属于丙类，这类建筑的地震作用和抗震措施均应符合本地区抗震设 防烈度的要求。 3） 抗震结构的概念设计 在强烈地震作用下，建筑物的破坏机理和过程是十分复杂的，对一个建筑物要进行精确的抗震计算也是非常困难的。因此，在对建筑物进行抗震设防设计时，根据以往地震灾害的经验和科学研究的成果，首先进行“概念设计”，概念设计可以提高建筑物总体上的抗震能力。数值设计是对地震作用效应进行定量计算，而概念设计是根据地震灾害和工程经验所形成的基本设计原则和设计思想，进行建筑和结构总体布置并确定细部构造的过程。概念设计要考虑以下因素： （1） 选择对抗震有利的场地，避开不利的场地。开阔平坦、密实均匀的硬土地段是有利场地； 不利场地一般是指软弱土、易液化土、山嘴孤丘、陡坡河岸、采空区和土质不均匀的场地。 （2） 建筑物形状力求简单、规则，同一平面上的质量中心和刚度中心尽可能靠近，以避免地震时发生扭转和应力集中而形成薄弱部位。 （3） 选择技术先进又经济合理的抗震结构体系，地震力的传递路线合理明确，并有多道抗震防线。 （4） 保证结构的整体性，并使结构和连接部位具有较好的延展性。 （5） 选择抗震性能比较好的建筑材料。 （6） 非结构构件应与承重结构有可靠的连接以满足抗震要求。 【真题剖析】 关于非抗震设计的框架结构，不同部位震害程度的说法，正确的有（）。（2010年真题） A. 柱的震害轻于梁 B. 柱顶的震害轻于柱底 C. 角柱的震害重于内柱 D. 短柱的震害重于一般柱 E. 填充墙处是震害发生的严重部位之一 【答案】 CDE 【解析】 钢筋混凝土框架结构是我国工业与民用建筑较常用的结构形式。震害调查表明，框架结构震害的严重部位多发生在框架梁柱节点和填充墙处； 一般是柱的震害重于梁，柱顶的震害重于柱底，角柱的震害重于内柱，短柱的震害重于一般柱。 4. 荷载对结构的影响（1A411024） 知识点一： 荷载的分类 1） 按时间的变异分类 永久作用（永久载荷或恒载），如结构自重、预加应力、焊缝变形等； 可变作用（可变载荷或活载），安装载荷、雪载荷、风载荷、吊车载荷、积灰载荷等； 偶然作用（偶然载荷、特殊载荷），如爆炸力、雪崩、严重腐蚀、地震、台风等。 2） 按结构反应分类 静态作用（静力作用），如结构自重、楼面活荷载、雪荷载，不产生加速度可忽略不计； 动态作用（动力作用），如地震作用，产生加速度不能忽略不计。 3） 按载荷作用面大小分类： 均布面载荷、线载荷、集中载荷。 知识点二： 荷载对结构的影响 荷载对结构的影响主要是安全性和适用性，对于结构形式、构造及经济性也有很大影响。 1） 永久荷载对结构的影响 永久荷载也可称为恒载，它的特点是在设计基准期内，荷载值的大小及其作用位置不随时间的变化而变化，并且作用时间长。它会引起结构的徐变，致使结构构件的变形和裂缝加大，引起结构的内力重新分布。在预应力混凝土结构中，由于混凝土的徐变，钢筋的预应力会有相应的损失。只有全面并准确计算钢筋的预应力损失值，才会在混凝土中建立相应的有效预应力。 2） 可变荷载对结构的影响 可变荷载的特点是，在设计基准期内，其荷载值的大小和作用位置等经常变化，对结构构件的作用时有时无。荷载对构件作用位置的变化，可能引起结构各部分产生不同影响，甚至产生完全相反的效应。所以在连续梁的内力计算中，在框架结构的框架内力计算中，在单层排架的内力计算中都要考虑活荷载作用位置的不利组合，找出构件各部分最大内力值，以求构件的安全。 3） 偶然荷载对结构的影响 偶然荷载的特点是在设计基准期内，可能发生也可能不发生，而一旦发生其值可能很大，而持续时间很短。另一方面这种荷载发生的概率较小，对于结构是瞬时作用，结构的可靠度可适当地取的小一点。 地震荷载与风荷载也有不同的特点。 地震力是地震时，地面运动加速度引起的建筑质量的惯性力。地震力的大小与建筑质量的大小成正比。所以抗震建筑的材料最好选用轻质高强的材料，这样不仅可以降低地震力，结构的抗震能力还强。 在非地震区，风荷载是建筑结构的主要水平力。建筑体型直接影响风的方向和流速，改变着风压的大小。实验证明，平面为圆形的建筑，比方形或矩形建筑其风压可减小近40%。所以在高层建筑中，常看到圆形建筑。它不仅风压小，而且各向的刚度比较接近，有利于抵抗水平力的作用。 4） 地面的大面积超载对结构的影响 在土质不太好的地区，地面上堆土和砂、石等重物时，不要靠近已有建筑，且不可堆得太重，以免造成大面积超载，致使地面下沉，给邻近已建房屋的地基造成很大的附加应力。如若靠得太近，还有可能造成严重不良后果。 5） 装修对结构的影响及对策 （1） 装修时不能自行改变原来的建筑使用功能。如若必需改变时，应取得原设计单位的许可。 （2） 在进行楼面和屋面装修时，新的装修构造做法产生的荷载值不能超过原有建筑装修构造做法的荷载值。如若超过，应对楼盖和屋盖结构的承载能力进行分析计算，将其控制在允许的范围内。 （3） 在装修施工中，不允许在原有承重结构构件上开洞凿孔，降低结构构件的承载能力。如果实在需要，应该经原设计单位的书面有效文件许可，方可施工。 （4） 装修时，不得自行拆除任何承重构件或改变结构的承重体系，更不能自行做夹层或增加楼层。如果必须增加面积，使用方应委托原设计单位或有相应资质的设计单位进行设计。改建结构的施工也必须有相应的施工资质。 （5） 装修施工时，不允许在建筑内楼面上堆放大量建筑材料，如水泥、砂石等，以免引起结构的破坏。 （6） 在装修施工时，应注意建筑结构变形缝的维护。 ① 变形缝间的模板和杂物应该清除干净，确保结构的自由变形。 ② 关于沉降缝现在常采用后浇带的处理方式来解决沉降差异的问题，但有时仍会产生微小的沉降差。为了防止装修做法的开裂，最好还设缝。 ③ 防震缝的宽度应满足相邻结构单元可能出现方向相反的振动而不致相撞的要求。当房屋高度在15m以下时，其宽度也不应小于5cm。 建筑结构变形缝的装修构造，必须满足建筑结构单元的自由变形，以防结构的破坏。 【真题剖析】 在非地震区，最有利于抵抗风荷载作用的高层建筑平面形状是（）。（2011年真题） A. 圆形B. 正方形 C. 十字形D. 菱形 【答案】 A 【解析】 在非地震区，风荷载是建筑结构的主要水平力。建筑体型直接影响风的方向和流速，改变着风压的大小。实验证明，平面为圆形的建筑比方形或矩形建筑，其风压可减小近40%。所以在高层建筑中，常看到圆形建筑。它不仅风压小，而且各向的刚度比较接近，有利于抵抗水平力的作用。 5. 常见建筑结构体系和应用（1A411025） 知识点一： 混合结构体系 混合结构房屋一般是指楼盖和屋盖采用钢筋混凝土或钢木结构，而墙和柱采用砌体结 构建造的房屋，大多用在住宅、办公楼、教学楼建筑中。因为砌体的抗压强度高而抗拉强度很低，所以住宅建筑最适合采用混合结构，一般在6层以下。混合结构不宜建造大空间的房屋。混合结构根据承重墙所在的位置，划分为纵墙承重和横墙承重两种方案。纵墙承重方案的主要特点是楼板支承于梁上，梁把荷载传递给纵墙，横墙的设置主要是为了满足房屋刚度和整体性的要求，其优点是房屋的开间相对大些，使用灵活； 横墙承重方案的主要特点是楼板直接支承在横墙上，横墙是主要承重墙，其优点是房屋的横向刚度大，整体性好，但平面使用灵活性差。 知识点二： 框架结构体系 框架结构是利用梁、柱组成的纵、横两个方向的框架形成的结构体系。它同时承受竖 向荷载和水平荷载。其主要优点是建筑平面布置灵活，可形成较大的建筑空间，建筑立面 处理也比较方便； 主要缺点是侧向刚度较小，当层数较多时，会产生过大的侧移，易引起 非结构性构件（如隔墙、装饰等）破坏，而影响使用。在非地震区，框架结构一般不超过 15层。框架结构的内力分析通常使用计算机进行精确分析。常用的手工近似法是： 竖向 荷载作用下用分层计算法； 水平荷载作用下用反弯点法； 风荷载和地震力可简化成节点上 的水平集中力进行分析。 框架结构梁和柱节点的连接构造直接影响结构安全、经济及施工的方便。因此，对梁 与柱节点的混凝土强度等级，梁与柱纵向钢筋伸入节点内的长度，梁与柱节点区域的钢筋 的布置等，都应符合规范的构造规定。 知识点三： 剪力墙体系 剪力墙体系是利用建筑物的墙体（内墙和外墙）做成剪力墙来抵抗水平力。剪力墙一般为钢筋混凝土墙，厚度不小于140mm。剪力墙的间距一般为3～8m，适用于小开间的住宅和旅馆等。剪力墙结构的优点是侧向刚度大，水平荷载作用下侧移小； 缺点是剪力墙的间距小，结构建筑平面布置不灵活，不适用于大空间的公共建筑，另外结构自重也较大。 【真题剖析】 对作用于框架结构体系的风荷载和地震力，可简化成（）进行分析。（2011年真题） A. 节点间的水平分布力 B. 节点上的水平集中力 C. 节点间的竖向分布力 D. 节点上的竖向集中力 【答案】 B 【解析】 风荷载和地震力可简化成节点上的水平集中力进行分析。 1.1.3建筑结构构造要求（1A411030） 1. 结构构造要求（1A411031） 知识点一： 混凝土结构的受力特点及其构造 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、延展性好，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。 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 我国普通钢筋混凝土中配置的钢筋主要是热轧钢筋，预应力筋常用中、高强钢丝和钢绞线。 ① 热轧钢筋的种类： 热轧钢筋是普通低碳钢（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。其常用种类、代表符号和直径范围见表1-4。 表1-4钢筋常用种类、代表符号和直径范围 强度等级代号钢种符号d/mm HPB235Q2358~20 HRB33520MnSi6~50 HRB40020MnSiV,20MnSiNb,20MnTi6~50 RRB400K20MnSiR8~40 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，另一类为无明显流幅的钢筋。 有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