建築結構與選型(第二版)

第1章建築結構與選型概論1
1.1建築師與結構選型1
1.1.1建築結構綜述1
1.1.2現代結構的特徵6
1.1.3學習結構選型的意義7
1.1.4建築結構基本構件類型8
1.2建築結構的體系13
1.2.1基本水準分體系13
1.2.2基本豎向分體系13
1.2.3基礎體系13
1.3建築結構的設計標準和設計方法14
1.3.1建築結構荷載及設計方法14
1.3.2材料強度標準值、材料強度設計值15
1.3.3建築結構構件極限狀態設計方法15
1.4結構構件的設計原理與設計運算式16
1.4.1概率極限狀態設計方法16
1.4.2實用設計運算式17
1.5建築材料的性能及選用19
1.5.1混凝土19
1.5.2鋼筋20
1.5.3鋼筋與混凝土的黏結性能24
1.5.4砌體、塊體及砂漿種類27
1.5.5塊體及砂漿的強度等級27
1.5.6鋼結構材料和鋼結構的連接27
思考題28

第2章混凝土結構30
2.1混凝土的強度30
2.1.1混凝土的立方體抗壓強度30
2.1.2混凝土的軸心抗壓強度31
2.1.3混凝土的軸心抗拉強度32
2.1.4側向壓應力對混凝土軸心抗壓強度的影響32
2.2混凝土軸心受拉構件36
2.2.1混凝土軸心受拉構件的受力特點36
2.2.2軸心受拉構件正截面承載力計算38
2.2.3混凝土軸心受拉構件的構造要求38
2.3混凝土軸心受壓構件39
2.3.1短柱的受力、破壞過程39
2.3.2長柱的縱向彎曲影響40
2.3.3普通箍筋柱正截面承載力計算40
2.3.4螺旋式箍筋柱軸心受壓時的正截面承載力計算41
2.3.5軸心受壓柱的構造要求43
2.4混凝土受彎構件——梁和板45
2.4.1鋼筋混凝土受彎構件正截面承載力計算45
2.4.2雙筋矩形截面梁承載力計算54
2.4.3T形截面梁承載力計算57
2.5鋼筋混凝土受彎構件斜截面承載力計算64
2.5.1剪跨比的概念及斜截面破壞形態65
2.5.2斜截面受剪承載力計算公式67
2.5.3斜截面受剪承載力的計算截面69
2.5.4保證斜截面受彎承載力的構造措施71
2.6鋼筋混凝土受扭構件78
2.6.1變角度空間桁架模型79
2.6.2矩形截面受扭構件承載力計算79
2.7裂縫寬度和變形驗算85
2.7.1裂縫寬度驗算86
2.7.2變形驗算88
2.8混凝土偏心受壓構件——柱91
2.8.1偏心受壓構件正截面的破壞特徵91
2.8.2彎矩增大係數（二階效應）93
2.8.3偏心受壓截面承載力MN相關關係94
2.8.4矩形截面偏心受壓構件正截面承載力基本計算公式95
2.8.5偏心受壓柱斜截面受剪承載力計算99
2.9混凝土偏心受拉構件——柱99
2.9.1小偏心受拉正截面承載力計算100
2.9.2大偏心受拉正截面承載力計算100
2.9.3偏心受拉構件斜截面受剪承載力計算101
2.10預應力混凝土結構的一般知識101
2.10.1預應力混凝土的基本概念101
2.10.2預應力混凝土的分類103
2.10.3施加預應力的方法103
2.10.4預應力混凝土結構材料104
2.10.5預應力混凝土結構的發展105
2.10.6預應力錨具和夾具105
2.10.7張拉控制應力和預應力損失106
2.10.8預應力混凝土構件的截面形式和尺寸108
2.10.9預應力混凝土整體結構108
2.10.10中心張拉預應力梁112
2.10.11偏心張拉預應力梁113
2.10.12體外張拉預應力梁113
思考題與習題115

第3章砌體結構121
3.1概述121
3.2砌體力學性能122
3.2.1砌體材料及其強度122
3.2.2砌體的分類124
3.2.3砌體的力學性能125
3.3無筋砌體受壓構件承載力計算128
3.4局部受壓承載力的計算131
3.4.1局部均勻受壓承載力131
3.4.2梁端支承處砌體的局部受壓133
3.4.3梁下設有剛性墊塊時砌體的局部受壓承載力計算134
3.4.4梁下設有長度大於πh0的鋼筋混凝土墊梁135
3.5軸心受拉、受彎和受剪構件136
3.5.1軸心受拉構件136
3.5.2受彎構件136
3.5.3受剪構件137
3.6砌體結構與結構選型有關的構造要求137
3.6.1砌體建築的結構形式137
3.6.2砌體結構的靜力計算方案139
3.7混合結構牆柱設計141
3.7.1剛性方案單層房屋141
3.7.2多層剛性房屋承重縱牆的計算142
3.7.3多層剛性房屋承重橫牆的計算144
3.8過梁、挑梁144
3.8.1過梁144
3.8.2挑梁146
3.9牆、柱高厚比的驗算及構造措施148
3.9.1矩形截面牆、柱的高厚比驗算148
3.9.2牆、柱的基本構造措施151
3.9.3防止或減輕牆體開裂的主要措施153
3.10砌體抗震要求155
3.10.1砌體房屋結構的震害155
3.10.2砌體房屋的抗震概念設計155
思考題與習題161

第4章鋼結構163
4.1鋼結構的特點和應用範圍163
4.1.1鋼結構的特點163
4.1.2鋼結構的應用範圍164
4.2鋼結構的材料164
4.2.1鋼材的主要機械性能指標164
4.2.2鋼材的種類、選擇和規格165
4.3鋼結構的基本構件的設計167
4.3.1軸心受力構件167
4.3.2鋼受彎構件（梁）176
4.3.3鋼拉彎和壓彎構件183
4.4鋼結構的連接189
4.4.1鋼結構的連接方法189
4.4.2焊接連接的構造和計算190
4.4.3螺栓連接的構造和計算199
思考題與習題202

第5章混凝土樓蓋結構205
5.1概述205
5.1.1單向板與雙向板205
5.1.2樓蓋的類型206
5.2單向板肋梁樓蓋207
5.2.1結構平面佈置207
5.2.2按彈性方法計算連續梁、板內力208
5.3雙向板肋形樓蓋218
5.3.1單跨雙向板內力計算218
5.3.2多跨連續雙向板218
5.3.3雙向板樓蓋支承梁設計220
5.4無梁樓蓋221
5.4.1概述221
5.4.2受力特點與構造要求222
5.4.3無梁樓蓋按彈性理論計算223
5.5密肋樓蓋和井式樓蓋224
5.5.1密肋樓蓋和井式樓蓋的形式224
5.5.2井式樓蓋受力特點225
5.5.3密肋樓蓋設計計算要點225
5.6無黏結預應力混凝土樓蓋226
5.6.1無黏結預應力混凝土樓蓋的特點226
5.6.2無黏結預應力混凝土樓蓋的結構佈置227
5.6.3無黏結預應力梁板的跨高比限值227
5.7樓梯227
5.7.1板式樓梯227
5.7.2梁式樓梯228
思考題230

第6章地基與基礎結構231
6.1結構與地基的關係231
6.1.1土的工程分類和地基承載力231
6.1.2土層的壓縮和建築物的沉降232
6.2基礎234
6.2.1無筋擴展基礎235
6.2.2擴展基礎236
6.3建築物有過大不均勻沉降時的處理246
6.3.1設置沉降縫246
6.3.2相鄰建築物基礎間淨距的考慮247
6.3.3基礎和上部結構的施工程式247
思考題248

第7章建築抗震設計基本知識249
7.1地震常用術語249
7.1.1地震波249
7.1.2震級和烈度250
7.2工程抗震設防251
7.2.1基本術語251
7.2.2抗震設防烈度和地震影響251
7.2.3抗震設防目標252
7.2.4抗震設計方法253
7.2.5抗震設防類別和設防標準253
7.3建築抗震概念設計254
7.3.1建築場地254
7.3.2建築體型和結構總體佈置255
7.3.3結構體系257
7.3.4非結構構件259
7.3.5抗震框架設計的一般原則259
7.4建築結構的抗震構造措施260
7.4.1框架結構抗震構造措施260
7.4.2抗震牆結構抗震構造措施266
思考題270

第8章桁架、門式剛架及排架結構271
8.1桁架結構271
8.1.1桁架結構的特點271
8.1.2屋架的結構形式274
8.1.3立體桁架279
8.1.4屋架的選型279
8.1.5屋架的結構佈置280
8.1.6屋架的支撐280
8.2門式剛架280
8.2.1單層剛架結構的受力特點281
8.2.2單層剛架結構的形式與佈置282
8.2.3單層剛架的構造286
8.3排架結構289
8.3.1排架結構的特點289
8.3.2排架結構的類型289
8.3.3排架結構的組成290
8.4工程實例292
8.4.1桁架結構292
8.4.2剛架結構294
思考題296

第9章拱、薄殼結構298
9.1拱結構298
9.1.1概述298
9.1.2拱結構的受力特點298
9.1.3拱腳水準推力的平衡300
9.1.4拱的截面形式與主要尺寸301
9.1.5拱式結構的選型與佈置301
9.1.6拱結構設計實例303
9.2薄殼結構308
9.2.1概述308
9.2.2薄殼結構的曲面形式308
9.2.3旋轉曲面薄殼結構311
9.2.4移動曲面薄殼結構313
9.2.5雙曲扁殼315
9.2.6雙曲抛物面扭殼結構317
9.2.7薄殼結構工程實例319
思考題322

第10章網架和網殼結構323
10.1網架結構323
10.1.1網架的特點與使用範圍323
10.1.2網架結構的形式及選型324
10.1.3網架結構的支承方式325
10.1.4平板網架的受力特點327
10.1.5網架結構主要尺寸的確定328
10.1.6網架結構的構造330
10.1.7網架結構的工程實例336
10.2網殼結構337
10.2.1概述337
10.2.2單曲面網殼結構338
10.3雙曲面網殼結構340
10.3.1球網殼結構340
10.3.2扭網殼結構343
10.3.3雙曲扁網殼結構345
10.4組合網殼結構345
10.4.1柱面與球面組合的網殼結構345
10.4.2組合橢圓抛物面網殼結構346
10.5網殼結構的選型346
10.6工程實例347
10.6.1北京體育學院體育館347
10.6.2浙江黃龍體育中心主體育場347
思考題348

第11章懸索和膜結構349
11.1懸索結構349
11.1.1概述349
11.1.2懸索結構的受力特點350
11.1.3懸索結構的形式351
11.1.4懸索結構的剛度355
11.1.5懸索結構的工程實例355
11.2膜結構359
11.2.1概述359
11.2.2膜結構的形式360
11.2.3膜結構材料361
11.2.4膜結構的設計362
11.2.5工程實例363
思考題365

第12章多、高層建築結構366
12.1多層框架結構366
12.1.1框架結構的組成與佈置366
12.1.2框架結構截面尺寸的確定368
12.1.3框架結構的受力分析369
12.2異形柱框架結構371
12.2.1異形柱371
12.2.2異形柱結構體系371
12.2.3異形柱結構的優點與缺點372
12.2.4異形柱結構的選型373
12.2.5異形柱結構的佈置374
12.3剪力牆結構374
12.4框架剪力牆結構體系377
12.5筒體結構379
12.5.1框筒結構380
12.5.2桁架筒結構380
12.5.3筒中筒結構380
12.5.4束筒結構382
12.5.5巨型框架結構383
12.6巨型框架結構工程實例384
12.6.1深圳新華大廈384
12.6.2香港中國銀行大廈384
思考題386

附錄387
參考文獻400

建築中的梁、板、牆、柱等結構構件，既是土木工程專業關注的物件，也是建築學專業關注的物件。土木工程專業主要關注結構佈置及受力計算，建築學專業則更多從適用、美觀等方面進行設計研究。事實上，無論是古代建築還是現代建築，不管它們是否經過工程師或建築師的設計計算，結構對於它們都是客觀存在的。

全書按新近頒佈的《鋼結構設計標準》（GB 50017—2017）、《建築結構可靠性設計統一標準》（GB 50068—2018）、《低合金高強度結構鋼》（GB/T 1591—2018）、《混凝土結構設計規範》（GB 50010—2010）局部修訂等相關的新國家標準編寫，以適應課堂教學和工程應用的需要，供高等院校建築學專業作教材使用，也可供工程技術人員參考。

建築結構選型是建築學專業和土木工程專業共同關注的內容。隨著建築的發展，新材料、新技術及新結構類型的不斷湧現，使得建築結構“選型”的內容大為豐富，也使建築與結構的設計合作不斷跨上新的臺階，歷史上產生的眾多的結構類型，在建築設計不只是僅供選擇的“功能表”，而是創新建築設計的基礎。優秀的建築總是建築空間環境與結構形式的完美統一，結構構件既是傳力構件也是建築空間環境的造型元素，建築結構既是物質的技術手段也是建築的意義載體。

結構的安全性建立在受力實驗、理論分析及設計計算的基礎之上，對結構體系的理論分析及設計計算訓練有利於強化結構概念的理解，對於初學者來說主要學習基本構件的受力分析及設計計算。本書包括第1章建築結構與選型概論，第2章混凝土結構，第3章砌體結構，第4章鋼結構，第5章混凝土樓蓋結構，第6章地基與基礎結構，第7章建築抗震設計基本知識，第8章桁架、門式剛架及排架結構，第9章拱、薄殼結構，第10章網架和網殼結構，第11章懸索和膜結構，第12章多、高層建築結構等章節。全書由崔欽淑任主編，單魯陽、聶洪達任副主編，由崔欽淑統稿，其中第1章1.1節、1.2節，第8章、第9章、第10章、第11章由聶洪達編寫，第12章由崔欽麗編寫，第4章由單魯陽編寫，第1章1.3節、1.4節、1.5節，第2章、第3章、第5章、第6章及附錄由崔欽淑編寫，第7章由聶澈編寫。

全書由天津大學康谷貽教授主審，在此表示衷心感謝。

本書為浙江工業大學校級重點建設教材。

由於編者水準有限，難免有疏漏和不足之處，衷心希望廣大讀者批評指正。

編者
2022年1月