專業(yè)工程管理與實務(建筑工程)(一級建造師)精講班第2講講義
第一章 建筑工程技術
1A410000建筑工程技術
1A411000房屋結構工程技術
1A411010房屋結構工程的可靠性技術要求
lA411011掌握房屋結構的安全性要求
一、結構的功能要求
結構設計的主要目的是要保證所建造的結構安全適用，能夠在規(guī)定的期限內(nèi)滿足各種預期的功能要求，并且要經(jīng)濟合理。具體說來，結構應具有以下幾項功能：
(1)安全性。在正常施工和正常使用的條件下，結構應能承受可能出現(xiàn)的各種荷載作用和變形而不發(fā)生破壞；在偶然事件發(fā)生后，結構仍能保持必要的整體穩(wěn)定性。例如，廠房結構平時受自重、吊車、風和積雪等荷載作用時，均應堅固不壞，而在遇到強烈地震、爆炸等偶然事件時，容許有局部的損傷，但應保持結構的整體穩(wěn)定而不發(fā)生倒塌。
(2)適用性。在正常使用時，結構應具有良好的工作性能。如吊車梁變形過大會使吊車無法正常運行，水池出現(xiàn)裂縫便不能蓄水等，都影響正常使用，需要對變形、裂縫等進行必要的控制。
(3)耐久性。在正常維護的條件下，結構應能在預計的使用年限內(nèi)滿足各項功能要求，也即應具有足夠的耐久性。例如，不致因混凝土的老化、腐蝕或鋼筋的銹蝕等而影響結構的使用壽命。
安全性、適用性和耐久性概括稱為結構的可靠性。
二、兩種極限狀態(tài)
為了使設計的結構既可靠又經(jīng)濟，必須進行兩方面的研究：一方面研究各種“作用”在結構中產(chǎn)生的各種效應；另一方面研究結構或構件抵抗這些效應的內(nèi)在的能力。這里所謂的“作用”主要是指各種荷載，如構件自重、人群重量、風壓和積雪重等；此外還有外加變形或約束變形，如溫度變化、支座沉降和地震作用等。后者中有一些往往被簡化為等效的荷載作用，如地震荷載等。本書主要討論荷載以及荷載所產(chǎn)生的各種效應，即荷載效應。荷載效應是在荷載作用下結構或構件內(nèi)產(chǎn)生的內(nèi)力(如軸力、剪力、彎矩等)、變形(如梁的撓度、柱頂位移等)和裂縫等的總稱。所謂抵抗能力是指結構或構件抵抗上述荷載效應的能力，它與截面的大小和形狀咀及材料的性質和分布有關。為了說明這兩方面的相互關系，現(xiàn)舉一個中心受拉構件的例子(輔導用書圖1A411011一1)。
這里，荷載效應是外荷載在構件內(nèi)產(chǎn)生的軸向拉力s。設構件截面積為A，構件材料單位面積的抗拉強度為f1，則構件對軸向拉力的抵抗能力為R= f1／A。顯然：
若S>R，則構件將破壞，即屬于不可靠狀態(tài)；
若S 若s＝R，則構件處于即將破壞的邊緣狀態(tài)，稱為極限狀態(tài)。
很明顯，S>R是不可靠的，R比S超出很多是不經(jīng)濟的。我國的設計就是基于極限狀態(tài)的設計。
推廣到一般情況，如結構或構件超過某一特定狀態(tài)就不能滿足上述某項規(guī)定的功能要求時，稱這一狀態(tài)為極限狀態(tài)。極限狀態(tài)通?？煞譃槿缦聝深悾撼休d力極限狀態(tài)與正常使用極限狀態(tài)。
承載能力極限狀態(tài)是對應于結構或構件達到大承載能力或不適于繼續(xù)承載的變形，它包括結構構件或連接因強度超過而破壞，結構或其一部分作為剛體而失去平衡(如傾覆、滑移)，在反復荷載下構件或連接發(fā)生疲勞破壞等。這一極限狀態(tài)關系到結構全部或部分的破壞或倒塌，會導致人員的傷亡或嚴重的經(jīng)濟損失，所以對所有結構和構件都必須按承載力極限狀態(tài)進行計算，施工時應嚴格保證施工質量，以滿足結構的安全性。
三、掌握桿件的受力形式
結構桿件的基本受力形式按其變形特點可歸納為以下五種：拉伸、壓縮、彎曲、剪切和扭轉。
實際結構中的構件往往是幾種受力形式的組合，如梁承受彎曲與剪力；柱子受到壓力與彎矩等。
四、材料強度的基本概念
結構桿件所用材料在規(guī)定的荷載作用下，材料發(fā)生破壞時的應力稱為強度，要求不破壞的要求，稱為強度要求。根據(jù)外力作用方式不同，材料有抗拉強度、抗壓強度、抗剪強度等。對有屈服點的鋼材還有屈服強度和極限強度的區(qū)別。
在相同條件下，材料的強度高，則結構的承載力也高。
五、桿件穩(wěn)定的基本概念
在工程結構中，受壓桿件如果比較細長，受力達到一定的數(shù)值(這時一般未達到強度破壞)時，桿件突然發(fā)生彎曲，以致引起整個結構的破壞，這種現(xiàn)象稱為失穩(wěn)。因此，受壓桿件要有穩(wěn)定性要求。 輔導用書 圖1A41101l-3為一個細長的壓桿，承受軸向壓力P，當壓力P增加到Pu時，壓桿的直線平衡狀態(tài)失去了穩(wěn)定。Pu具有臨界的性質，因此稱為 臨界力。兩端鉸接的壓桿，臨界力的計算公式 見考試用書, 臨界力Pu的大小與下列因素有關：
(1)壓桿的材料：鋼柱的Pu比木柱大，因為鋼柱的彈性模量E大；
(2)壓桿的截面形狀與大?。航孛娲蟛灰资Х€(wěn)，因為慣性矩大；
(3)壓桿的長度L：長度大，Pu小，易失穩(wěn)；
(4)壓桿的支承情況：兩端固定的與兩端鉸接的比，前者Pu大。
不同支座情況的l臨界力的計箅公式為 見輔導用書。
當構件長細比過大時，常常會發(fā)生失穩(wěn)破壞，我們在計算這類柱子的承載能力時，引入一個小于1的系數(shù) 來反映其降低的程度。系數(shù)值可根據(jù)長細比算出來，也可查表得出來。
1A411012掌握房屋結構的適用性要求
一、房屋結構適用性
房屋結構除了要保證安全外，還應滿足適用性的要求，在設計中稱為正常使用的極限狀悉。
這種極限狀態(tài)相應于結構或構件達到正常使用或耐久性的某項規(guī)定的限值，它包括構件在正常使用條件下產(chǎn)生過度變形，導致影響正常使用或建筑外觀{構件過早產(chǎn)生裂縫或裂縫發(fā)展過寬；在動力荷載作用下結構或構件產(chǎn)生過大的振幅等。超過這種極限狀態(tài)會使結構不能正常工作，使結構的耐久性受影響。
二、桿件剛度與梁的位移計算
結構桿件在規(guī)定的荷載作用下，雖有足夠的強度，但其變形也不能過大，如果變形超過了允許的范圍，也會影響正常的使用。限制過大變形的要求即為剛度要求，或稱為正常使用下的極限狀態(tài)要求。
梁的變形主要是彎矩所引起的，叫彎曲變形。剪力所引起的變形很小，可以忽略不計。
三、混凝土結構的裂縫控制
裂縫控制主要針對混凝土梁(受彎構件)及受拉構件。裂縫控制分為三個等級：
(1)構件不出現(xiàn)拉應力；
(2)構件雖有拉應力，但不超過混凝土的抗拉強度；
(3)允許出現(xiàn)裂縫，但裂縫寬度不超過允許值。
對(1)、(2)等級的混凝土構件，一般只有預應力構件才能達到。
1 A410lOl3熟悉房屋結構的耐久性要求
一、房屋結構耐久性的含義
房屋結構在自然環(huán)境和人為環(huán)境的長期作用下，發(fā)生著極其復雜的物理化學反應而造成損傷，隨著時間的延續(xù)，損傷的積累使結構的性能逐漸惡化，以致不再能滿足其功能要求。
所謂結構的耐久性是指結構在規(guī)定的工作環(huán)境中，在預期的使用年限內(nèi)，在正常維護條件下不需進行大修就能完成預定功能的能力。房屋結構中，混凝土結構耐久性是一個復雜的多因素綜合問題，我國規(guī)范增加了混凝土結構耐久性設計的基本原則和有關規(guī)定，現(xiàn)簡述如下。
二、結構設計使用年限
我周《建筑結構可靠度設計統(tǒng)一標準》(GB 50068—2001)首次提出了建筑結構的設計使用年限，見輔導用書表lA411013-1。設計使用年限是設計規(guī)定的一個時期，在這一時期內(nèi)，只需正常維修(不需大修)就能完成預定功能，即房屋建筑在正常設計、正常施工、正常使用和維護下所應達到的使用年限。
三、混凝土結構耐久性的環(huán)境類別
在不同環(huán)境中，混凝土的劣化與損傷速度是不一樣的，因此應針對不同的環(huán)境提出不同要求?；炷两Y構的環(huán)境類別見輔導用書表1A411013 -2的規(guī)定。
四、混凝土結構的耐久性要求
保護層厚度
混凝土保護層厚度是一個重要參數(shù)，它不僅關系到構件的承載力和適用性，而且對結構構件的耐久性有決定性的影響，因此，要求設計使用年限為50年的鋼筋混凝土及預應力混凝土結構，其縱向受力鋼筋的混凝土保護層厚度不應小于鋼筋的公稱直徑，且應符合輔導用書表1A411013-3的規(guī)定。
2水灰比、水泥用量的一些要求
對于一類、二類和三類環(huán)境中，設計使用年限為50年的結構混凝土，其大水灰比、小水泥用量、低混凝土強度等級、大氯離子含量以及大堿含量，按照耐久性的要求應符合輔導用書表1A411013—4的規(guī)定。
第一章 建筑工程技術
1A410000建筑工程技術
1A411000房屋結構工程技術
1A411010房屋結構工程的可靠性技術要求
lA411011掌握房屋結構的安全性要求
一、結構的功能要求
結構設計的主要目的是要保證所建造的結構安全適用，能夠在規(guī)定的期限內(nèi)滿足各種預期的功能要求，并且要經(jīng)濟合理。具體說來，結構應具有以下幾項功能：
(1)安全性。在正常施工和正常使用的條件下，結構應能承受可能出現(xiàn)的各種荷載作用和變形而不發(fā)生破壞；在偶然事件發(fā)生后，結構仍能保持必要的整體穩(wěn)定性。例如，廠房結構平時受自重、吊車、風和積雪等荷載作用時，均應堅固不壞，而在遇到強烈地震、爆炸等偶然事件時，容許有局部的損傷，但應保持結構的整體穩(wěn)定而不發(fā)生倒塌。
(2)適用性。在正常使用時，結構應具有良好的工作性能。如吊車梁變形過大會使吊車無法正常運行，水池出現(xiàn)裂縫便不能蓄水等，都影響正常使用，需要對變形、裂縫等進行必要的控制。
(3)耐久性。在正常維護的條件下，結構應能在預計的使用年限內(nèi)滿足各項功能要求，也即應具有足夠的耐久性。例如，不致因混凝土的老化、腐蝕或鋼筋的銹蝕等而影響結構的使用壽命。
安全性、適用性和耐久性概括稱為結構的可靠性。
二、兩種極限狀態(tài)
為了使設計的結構既可靠又經(jīng)濟，必須進行兩方面的研究：一方面研究各種“作用”在結構中產(chǎn)生的各種效應；另一方面研究結構或構件抵抗這些效應的內(nèi)在的能力。這里所謂的“作用”主要是指各種荷載，如構件自重、人群重量、風壓和積雪重等；此外還有外加變形或約束變形，如溫度變化、支座沉降和地震作用等。后者中有一些往往被簡化為等效的荷載作用，如地震荷載等。本書主要討論荷載以及荷載所產(chǎn)生的各種效應，即荷載效應。荷載效應是在荷載作用下結構或構件內(nèi)產(chǎn)生的內(nèi)力(如軸力、剪力、彎矩等)、變形(如梁的撓度、柱頂位移等)和裂縫等的總稱。所謂抵抗能力是指結構或構件抵抗上述荷載效應的能力，它與截面的大小和形狀咀及材料的性質和分布有關。為了說明這兩方面的相互關系，現(xiàn)舉一個中心受拉構件的例子(輔導用書圖1A411011一1)。
這里，荷載效應是外荷載在構件內(nèi)產(chǎn)生的軸向拉力s。設構件截面積為A，構件材料單位面積的抗拉強度為f1，則構件對軸向拉力的抵抗能力為R= f1／A。顯然：
若S>R，則構件將破壞，即屬于不可靠狀態(tài)；
若S
很明顯，S>R是不可靠的，R比S超出很多是不經(jīng)濟的。我國的設計就是基于極限狀態(tài)的設計。
推廣到一般情況，如結構或構件超過某一特定狀態(tài)就不能滿足上述某項規(guī)定的功能要求時，稱這一狀態(tài)為極限狀態(tài)。極限狀態(tài)通?？煞譃槿缦聝深悾撼休d力極限狀態(tài)與正常使用極限狀態(tài)。
承載能力極限狀態(tài)是對應于結構或構件達到大承載能力或不適于繼續(xù)承載的變形，它包括結構構件或連接因強度超過而破壞，結構或其一部分作為剛體而失去平衡(如傾覆、滑移)，在反復荷載下構件或連接發(fā)生疲勞破壞等。這一極限狀態(tài)關系到結構全部或部分的破壞或倒塌，會導致人員的傷亡或嚴重的經(jīng)濟損失，所以對所有結構和構件都必須按承載力極限狀態(tài)進行計算，施工時應嚴格保證施工質量，以滿足結構的安全性。
三、掌握桿件的受力形式
結構桿件的基本受力形式按其變形特點可歸納為以下五種：拉伸、壓縮、彎曲、剪切和扭轉。
實際結構中的構件往往是幾種受力形式的組合，如梁承受彎曲與剪力；柱子受到壓力與彎矩等。
四、材料強度的基本概念
結構桿件所用材料在規(guī)定的荷載作用下，材料發(fā)生破壞時的應力稱為強度，要求不破壞的要求，稱為強度要求。根據(jù)外力作用方式不同，材料有抗拉強度、抗壓強度、抗剪強度等。對有屈服點的鋼材還有屈服強度和極限強度的區(qū)別。
在相同條件下，材料的強度高，則結構的承載力也高。
五、桿件穩(wěn)定的基本概念
在工程結構中，受壓桿件如果比較細長，受力達到一定的數(shù)值(這時一般未達到強度破壞)時，桿件突然發(fā)生彎曲，以致引起整個結構的破壞，這種現(xiàn)象稱為失穩(wěn)。因此，受壓桿件要有穩(wěn)定性要求。 輔導用書 圖1A41101l-3為一個細長的壓桿，承受軸向壓力P，當壓力P增加到Pu時，壓桿的直線平衡狀態(tài)失去了穩(wěn)定。Pu具有臨界的性質，因此稱為 臨界力。兩端鉸接的壓桿，臨界力的計算公式 見考試用書, 臨界力Pu的大小與下列因素有關：
(1)壓桿的材料：鋼柱的Pu比木柱大，因為鋼柱的彈性模量E大；
(2)壓桿的截面形狀與大?。航孛娲蟛灰资Х€(wěn)，因為慣性矩大；
(3)壓桿的長度L：長度大，Pu小，易失穩(wěn)；
(4)壓桿的支承情況：兩端固定的與兩端鉸接的比，前者Pu大。
不同支座情況的l臨界力的計箅公式為 見輔導用書。
當構件長細比過大時，常常會發(fā)生失穩(wěn)破壞，我們在計算這類柱子的承載能力時，引入一個小于1的系數(shù) 來反映其降低的程度。系數(shù)值可根據(jù)長細比算出來，也可查表得出來。
1A411012掌握房屋結構的適用性要求
一、房屋結構適用性
房屋結構除了要保證安全外，還應滿足適用性的要求，在設計中稱為正常使用的極限狀悉。
這種極限狀態(tài)相應于結構或構件達到正常使用或耐久性的某項規(guī)定的限值，它包括構件在正常使用條件下產(chǎn)生過度變形，導致影響正常使用或建筑外觀{構件過早產(chǎn)生裂縫或裂縫發(fā)展過寬；在動力荷載作用下結構或構件產(chǎn)生過大的振幅等。超過這種極限狀態(tài)會使結構不能正常工作，使結構的耐久性受影響。
二、桿件剛度與梁的位移計算
結構桿件在規(guī)定的荷載作用下，雖有足夠的強度，但其變形也不能過大，如果變形超過了允許的范圍，也會影響正常的使用。限制過大變形的要求即為剛度要求，或稱為正常使用下的極限狀態(tài)要求。
梁的變形主要是彎矩所引起的，叫彎曲變形。剪力所引起的變形很小，可以忽略不計。
三、混凝土結構的裂縫控制
裂縫控制主要針對混凝土梁(受彎構件)及受拉構件。裂縫控制分為三個等級：
(1)構件不出現(xiàn)拉應力；
(2)構件雖有拉應力，但不超過混凝土的抗拉強度；
(3)允許出現(xiàn)裂縫，但裂縫寬度不超過允許值。
對(1)、(2)等級的混凝土構件，一般只有預應力構件才能達到。
1 A410lOl3熟悉房屋結構的耐久性要求
一、房屋結構耐久性的含義
房屋結構在自然環(huán)境和人為環(huán)境的長期作用下，發(fā)生著極其復雜的物理化學反應而造成損傷，隨著時間的延續(xù)，損傷的積累使結構的性能逐漸惡化，以致不再能滿足其功能要求。
所謂結構的耐久性是指結構在規(guī)定的工作環(huán)境中，在預期的使用年限內(nèi)，在正常維護條件下不需進行大修就能完成預定功能的能力。房屋結構中，混凝土結構耐久性是一個復雜的多因素綜合問題，我國規(guī)范增加了混凝土結構耐久性設計的基本原則和有關規(guī)定，現(xiàn)簡述如下。
二、結構設計使用年限
我周《建筑結構可靠度設計統(tǒng)一標準》(GB 50068—2001)首次提出了建筑結構的設計使用年限，見輔導用書表lA411013-1。設計使用年限是設計規(guī)定的一個時期，在這一時期內(nèi)，只需正常維修(不需大修)就能完成預定功能，即房屋建筑在正常設計、正常施工、正常使用和維護下所應達到的使用年限。
三、混凝土結構耐久性的環(huán)境類別
在不同環(huán)境中，混凝土的劣化與損傷速度是不一樣的，因此應針對不同的環(huán)境提出不同要求?；炷两Y構的環(huán)境類別見輔導用書表1A411013 -2的規(guī)定。
四、混凝土結構的耐久性要求
保護層厚度
混凝土保護層厚度是一個重要參數(shù)，它不僅關系到構件的承載力和適用性，而且對結構構件的耐久性有決定性的影響，因此，要求設計使用年限為50年的鋼筋混凝土及預應力混凝土結構，其縱向受力鋼筋的混凝土保護層厚度不應小于鋼筋的公稱直徑，且應符合輔導用書表1A411013-3的規(guī)定。
2水灰比、水泥用量的一些要求
對于一類、二類和三類環(huán)境中，設計使用年限為50年的結構混凝土，其大水灰比、小水泥用量、低混凝土強度等級、大氯離子含量以及大堿含量，按照耐久性的要求應符合輔導用書表1A411013—4的規(guī)定。