建筑结构设计原理.pdf

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书籍描述

内容简介
全书分为四篇,共15章。第一篇为结构设计原理基础;第二篇为混凝土结构构件,详细介绍了混凝土结构材料的性能,混凝土构件(受弯构件、受压构件、受拉构件、受扭构件)的受力特点、构造要求和承载力计算,以及预应力混凝土构件等;第三篇为砌体结构构件,主要内容包括砌体的力学性能、无筋砌体构件承载力、配筋砌体构件承载力;第四篇为钢结构构件,介绍了建筑钢材的性能、钢结构连接和钢结构构件计算。
本书可作为土木工程专业建筑工程方向(工民建方向)本科生教材,也可作为相关专业如工程管理、工程造价、建筑学等专业学生的参考书,还可供进一步学习及准备参加国家注册考试的工程技术人员参考。

目录
第一篇结构设计原理基础
第1章绪论2
1.1建筑和建筑结构2
1.1.1建筑2
1.1.2建筑结构2
1.2建筑结构的类型和特点3
1.2.1按材料分类3
1.2.2按结构受力性能分类6
1.3建筑结构构件体系8
1.3.1基本构件及传力途径8
1.3.2基本构件受力分类9
1.4结构设计理论的发展过程9
1.4.1容许应力法10
1.4.2破损阶段设计法10
1.4.3极限状态设计法10
1.5课程的性质和学习要求11
思考题12
选择题12
第2章结构上的荷载及其取值14
2.1建筑结构设计基本规定14
2.1.1结构的安全等级14
2.1.2结构的设计基准期14
2.1.3结构的设计使用年限14
2.2建筑结构上的荷载及其分类15
2.2.1按随时间的变异分类15
2.2.2按空间位置的变异分类16
2.2.3按结构的反应特点分类16
2.3永久荷载代表值16
2.4可变荷载代表值18
2.4.1可变荷载代表值的概念18
2.4.2可变荷载取值19
思考题22
选择题22
计算题23
第3章建筑结构设计方法24
3.1结构的功能要求和极限状态24
3.1.1结构的功能要求24
3.1.2结构功能的极限状态25
3.1.3结构的设计状况26
3.2概率分布与保证率27
3.2.1随机变量的统计参数27
3.2.2正态分布28
3.2.3保证率29
3.3结构可靠度理论30
3.3.1结构的极限状态方程30
3.3.2结构的可靠度30
3.3.3按可靠指标的设计准则31
3.4结构极限状态设计方法32
3.4.1承载能力极限状态设计32
3.4.2正常使用极限状态设计35
思考题36
选择题36
计算题37

第二篇混凝土结构构件
第4章混凝土结构材料的性能40
4.1混凝土的力学性能40
4.1.1混凝土的强度试验40
4.1.2混凝土的变形性能44
4.2混凝土的性能指标取值47
4.2.1混凝土的强度标准值47
4.2.2混凝土的强度设计值49
4.2.3混凝土的弹性模量49
4.3钢筋的种类及其性能50
4.3.1钢筋的种类50
4.3.2钢筋的力学性能52
4.4钢筋的性能指标取值54
4.4.1钢筋强度标准值54
4.4.2钢筋强度设计值54
4.4.3钢筋代换55
4.5混凝土结构对材料的要求56
4.5.1混凝土结构对混凝土的要求56
4.5.2混凝土结构对钢筋质量的要求57
4.6钢筋与混凝土的黏结57
4.6.1黏结强度57
4.6.2保证黏结强度的措施58
思考题61
选择题62
计算题63
第5章钢筋混凝土受弯构件64
5.1钢筋混凝土受弯构件的一般构造规定64
5.1.1截面形式和尺寸64
5.1.2板的配筋构造65
5.1.3梁的配筋构造66
5.1.4截面的有效高度68
5.2钢筋混凝土受弯构件正截面受力特点69
5.2.1适筋梁纯弯曲试验69
5.2.2梁的正截面破坏特征71
5.2.3受弯构件正截面承载能力计算方法71
5.3钢筋混凝土受弯构件正截面承载力74
5.3.1单筋矩形截面74
5.3.2单筋T形截面77
5.3.3双筋矩形截面82
5.4钢筋混凝土受弯构件斜截面承载力85
5.4.1钢筋混凝土受弯构件斜截面受力特点85
5.4.2钢筋混凝土受弯构件斜截面受剪承载力计算88
5.4.3钢筋混凝土受弯构件斜截面受弯承载能力94
5.5钢筋混凝土受弯构件裂缝宽度验算98
5.5.1裂缝的出现和开展98
5.5.2平均裂缝宽度99
5.5.3最大裂缝宽度验算100
5.6钢筋混凝土受弯构件挠度验算101
5.6.1混凝土结构受弯构件挠度限值101
5.6.2截面的抗弯刚度102
5.6.3挠度验算104
思考题105
选择题106
计算题108
第6章钢筋混凝土受压构件110
6.1钢筋混凝土受压构件及其构造要求110
6.1.1钢筋混凝土受压构件简介110
6.1.2钢筋混凝土受压构件的材料和截面110
6.1.3钢筋混凝土受压构件的配筋构造111
6.2钢筋混凝土轴心受压构件正截面承载力计算113
6.2.1钢筋混凝土轴心受压构件的破坏特征113
6.2.2普通箍筋柱正截面承载力计算115
6.2.3螺旋箍筋柱正截面承载力计算117
6.3钢筋混凝土偏心受压构件正截面承载力计算119
6.3.1偏心受压构件的破坏特征119
6.3.2偏心受压构件挠曲二阶效应121
6.3.3对称配筋矩形截面偏心受压构件正截面承载力计算124
6.3.4非对称配筋矩形截面偏心受压构件承载力计算132
6.3.5I形截面偏心受压构件承载力计算136
6.4钢筋混凝土偏心受压构件斜截面承载力计算137
6.4.1轴向压力对斜截面受剪承载力的影响137
6.4.2偏心受压构件斜截面受剪承载力计算137
6.5钢筋混凝土偏心受压构件裂缝宽度验算138
思考题140
选择题140
计算题141
第7章钢筋混凝土受拉构件143
7.1钢筋混凝土受拉构件的受力特点及构造要求143
7.1.1轴心受拉构件的受力特点143
7.1.2偏心受拉构件的受力特点144
7.1.3钢筋混凝土受拉构件的构造要求145
7.2钢筋混凝土轴心受拉构件承载力计算145
7.3钢筋混凝土偏心受拉构件承载力计算146
7.3.1偏心受拉构件正截面承载力计算146
7.3.2偏心受拉构件斜截面承载力计算149
7.4钢筋混凝土受拉构件裂缝宽度验算149
思考题151
选择题151
计算题152
第8章钢筋混凝土受扭构件153
8.1受扭构件的受力特点及构造要求153
8.1.1混凝土纯扭构件的受力特点153
8.1.2钢筋混凝土弯剪扭构件的受力特点158
8.1.3钢筋混凝土受扭构件的配筋构造要求159
8.2钢筋混凝土矩形截面纯扭构件承载力计算159
8.3钢筋混凝土矩形截面弯剪扭构件承载力计算161
8.3.1剪扭构件承载力计算161
8.3.2弯扭构件承载力计算164
8.3.3弯剪扭构件承载力计算164
8.4钢筋混凝土T形、I形截面受扭构件承载力计算166
8.4.1T形和I形截面划分和内力分配166
8.4.2T形和I形截面受扭承载力计算方法167
思考题168
选择题168
计算题168
第9章预应力混凝土构件170
9.1预应力混凝土概述170
9.1.1预应力混凝土基本原理170
9.1.2预应力混凝土的分类、特点及应用170
9.1.3预应力混凝土构件的构造要求173
9.2预应力施工工艺176
9.2.1预应力施加方法176
9.2.2锚具和夹具178
9.2.3预加应力的其他设备182
9.3张拉控制应力与预应力损失183
9.3.1张拉控制应力183
9.3.2各项预应力损失184
9.3.3预应力损失值组合189
9.4预应力混凝土轴心受拉构件计算190
9.4.1轴心受拉构件各阶段应力分析190
9.4.2轴心受拉构件设计计算192
思考题200
选择题200
计算题201

第三篇砌体结构构件
第10章砌体的力学性能204
10.1砌体结构材料204
10.1.1块体的种类及强度等级204
10.1.2砂浆的种类及强度等级206
10.1.3砌体结构材料选用要求208
10.2砌体的类型209
10.2.1无筋砌体209
10.2.2配筋砌体210
10.2.3墙板211
10.3砌体的受压性能212
10.3.1砖砌体轴心受压试验212
10.3.2砌体的抗压强度214
10.3.3砌体的变形性能215
10.4砌体的其他受力性能215
10.4.1砌体的轴心受拉性能216
10.4.2砌体的弯曲受拉性能217
10.4.3砌体的受剪性能217
10.5砌体的强度指标取值218
10.5.1砌体强度标准值218
10.5.2砌体强度设计值218
10.5.3砌体强度设计值的调整系数219
思考题219
选择题219
计算题220
第11章无筋砌体构件承载力221
11.1无筋砌体构件整体受压承载力计算221
11.1.1无筋砌体整体受压的受力特点221
11.1.2受压构件偏心影响系数221
11.1.3受压构件承载力计算224
11.2无筋砌体构件局部受压承载力计算226
11.2.1局部受压的受力特点和破坏形态226
11.2.2砌体局部均匀受压承载力计算227
11.2.3砌体局部非均匀受压承载力计算229
11.3无筋砌体构件受弯承载力计算234
11.3.1受弯承载力计算234
11.3.2受弯构件的受剪承载力计算235
11.4无筋砌体构件受拉受剪承载力计算235
11.4.1轴心受拉构件承载力计算235
11.4.2受剪构件承载力计算236
思考题237
选择题237
计算题239
第12章配筋砌体构件承载力240
12.1网状配筋砖砌体受压构件承载力240
12.1.1网状配筋砖砌体的受力特点和破坏过程240
12.1.2网状配筋砖砌体的适用范围和构造要求240
12.1.3网状配筋砖砌体受压承载力计算241
12.2组合砖砌体受压构件承载力244
12.2.1砖砌体和钢筋混凝土面层或钢筋砂浆面层组合砌体构件244
12.2.2砖砌体和钢筋混凝土构造柱组合墙249
12.3配筋砌块砌体构件承载力251
12.3.1配筋砌块砌体基本构造要求251
12.3.2配筋砌块砌体构件正截面受压承载力计算252
12.3.3配筋砌块砌体构件斜截面受剪承载力计算254
12.4配筋砌体中钢筋的耐久性要求254
12.4.1钢筋耐久性选择255
12.4.2钢筋的保护层厚度255
思考题256
选择题256
计算题257
第四篇钢结构构件
第13章建筑钢材的性能260
13.1建筑结构钢的品种和规格260
13.1.1钢材的种类和牌号260
13.1.2钢材品种和规格261
13.2建筑钢材的力学性能263
13.2.1钢材的静态力学性能263
13.2.2钢材的冷弯性能和冲击韧性265
13.2.3钢材的可焊性266
13.2.4影响钢材性能的主要因素266
13.3钢结构选材要求271
13.3.1钢结构对材料的要求271
13.3.2钢材的选用272
13.4钢材及其连接的强度取值273
13.4.1材料强度取值方法273
13.4.2钢材及其连接的强度设计值274
思考题275
选择题275
计算题276
第14章钢结构连接277
14.1钢结构的连接方法277
14.1.1焊缝连接277
14.1.2螺栓连接278
14.1.3铆钉连接279
14.2焊缝连接的特性和构造要求279
14.2.1焊缝连接形式和焊缝形式279
14.2.2焊缝缺陷和质量等级281
14.2.3焊缝符号及标注方法282
14.2.4焊缝连接的构造要求283
14.3焊缝连接计算285
14.3.1对接焊缝计算285
14.3.2直角角焊缝计算288
14.3.3斜角角焊缝计算294
14.4普通螺栓连接295
14.4.1螺栓连接的构造295
14.4.2普通螺栓连接计算297
14.5高强度螺栓连接303
14.5.1高强度螺栓连接的性能303
14.5.2摩擦型高强度螺栓连接计算304
14.5.3承压型高强度螺栓连接计算305
思考题305
选择题306
计算题306
第15章钢结构构件计算308
15.1钢结构轴心受力构件308
15.1.1轴心受力构件截面形式308
15.1.2轴心受力构件强度计算309
15.1.3轴心受力构件刚度计算310
15.1.4轴心受压构件的整体稳定性312
15.1.5轴心受压构件的局部稳定性315
15.2钢结构受弯构件319
15.2.1钢结构受弯构件的形式319
15.2.2钢梁的强度和刚度320
15.2.3钢梁的整体稳定323
15.2.4钢梁的局部稳定326
15.2.5钢梁截面设计328
15.3钢结构偏心受力构件333
15.3.1偏心受力构件概述333
15.3.2偏心受力构件的强度和刚度计算334
15.3.3实腹式压弯构件的稳定验算335
思考题339
选择题339
计算题339
附录计算用表
附表1混凝土强度标准值342
附表2混凝土强度设计值342
附表3混凝土的弹性模量342
附表4普通钢筋强度标准值342
附表5预应力筋强度标准值342
附表6普通钢筋强度设计值343
附表7预应力筋强度设计值343
附表8钢筋弹性模量343
附表9混凝土保护层的最小厚度c344
附表10纵向受力钢筋的最小配筋百分率ρmin344
附表11混凝土受弯构件挠度限值344
附表12结构构件的裂缝控制等级及最大裂缝宽度的限值345
附表13每米板宽内的钢筋截面面积345
附表14钢筋的公称直径、公称截面面积及理论质量346
附表15钢绞线的公称直径、公称截面面积及理论质量346
附表16钢丝的公称直径、公称截面面积及理论质量346
附表17烧结普通砖和烧结多孔砖砌体的抗压强度设计值346
附表18混凝土普通砖和混凝土多孔砖砌体的抗压强度设计值347
附表19蒸压灰砂普通砖和蒸压粉煤灰普通砖砌体的抗压强度设计值347
附表20单排孔混凝土砌块和轻集料混凝土砌块对孔砌筑砌体的抗压强度设计值347
附表21双排孔或多排孔轻集料混凝土砌块砌体的抗压强度设计值347
附表22毛料石砌体的抗压强度设计值347
附表23毛石砌体的抗压强度设计值348
附表24沿砌体灰缝截面破坏时砌体的轴心抗拉强度设计值、弯曲抗拉强度设计值
和抗剪强度设计值348
附表25砌体的弹性模量349
附表26无筋砌体受压构件承载力影响系数φ349
附表27钢材的强度设计值350
附表28钢铸件的强度设计值351
附表29焊缝的强度设计值351
附表30螺栓连接的强度设计值351
附表31铆钉连接的强度设计值352
附表32钢材和钢铸件的物理性能指标352
附表33钢结构轴心受压构件截面分类352
附表34钢结构轴心受压构件的稳定系数354
附表35各种截面惯性半径的近似值356
附表36截面塑性发展系数 γx、γy357
附表37钢结构受弯构件挠度容许值358
附表38轧制普通工字钢简支梁的φb358
附表39H型钢和等截面工字形简支梁的系数βb359
附表40等边角钢截面尺寸、截面面积、理论质量及截面特性(GB/T 706—2008)360
附表41不等边角钢截面尺寸、截面面积、理论质量及截面特性(GB/T 706—2008)363
附表42槽钢截面尺寸、截面面积、理论质量及截面特性(GB/T 706—2008)367
附表43工字钢截面尺寸、截面面积、理论质量及截面特性(GB/T 706—2008)369
附表44热轧H型钢截面尺寸、截面面积、理论质量及截面特性(GB/T 11263—2005)372

选择题答案376

计算题答案378

参考文献381

序言
土木工程是工科中最古老的专业之一,也是颇具活力的专业。土木工程专业内细分为若干个专业方向,而不同专业方向的结构设计采用不同的国家标准。结构设计原理属于专业知识体系中的“结构基本原理和方法”知识领域,《建筑结构设计原理》冠以“建筑”二字是区别于桥梁结构、港口码头结构、水工结构等专业方向的结构设计原理。本书讲述建筑结构基本构件的设计计算和构造要求,内容包括荷载与极限状态设计理论,混凝土结构基本原理,砌体结构基本原理和钢结构基本原理,可以作为土木工程专业建筑工程方向(工民建方向)本科生教材,或作为相关专业如工程管理、工程造价、建筑学等专业学生的参考书,也可供工程技术人员进一步学习及准备参加国家注册考试的参考。
第二版按照现行荷载规范和各结构设计规范重新编写、修订,保留了第一版的特点。全书分为四个模块,即相对独立的四篇,第一篇结构设计原理基础、第二篇混凝土结构构件、第三篇砌体结构构件、第四篇钢结构构件,不同的教学需要,可采用不同的模块组合。比如结构设计原理课程,可以全部讲授;混凝土结构基本原理课程,可以选讲第一、二两篇;砌体结构基本原理,可选讲第一、三两篇;钢结构基本原理,可选讲第一、四两篇。“建筑结构设计原理”在土木工程专业知识体系中是一门承上启下的课程。相对于数学、力学等基础课程,它有着极强的专业背景;而对后续的专业课程而言,它又承担着理论基础的角色。因此,本书首先强调课程的基础性,系统地讲述理论体系;其次强调它的应用性,各类结构构件都给出了其应用背景,书中插入了大量的工程图片以提高初学者的感性认识。书中还安排了大量的实际问题的计算案例,并配有相当数量的思考题、选择题和计算题,帮助学生掌握概念、熟悉计算方法。
与第一版相比,充实、增加以下内容:结构设计状况的概念、钢筋的代换、钢筋混凝土I形截面受压构件、砌体结构双向偏心受压构件、配筋砌体中钢筋的耐久性要求,扩大了知识点;书末给出了选择题和计算题答案,以便于检查自己的学习效果。
学然后知不足,教然后知困。作者学识和见识都十分有限,本书不可避免地存在着不足,恳请读者提出宝贵的意见,达到教学相长之目的,也利于将来修改、完善。谢谢!

编者
甲午年丙寅月(2014年2月)· 川大江安

第一版前言
土木工程是工科中最古老的专业,也是最具活力的专业。长达两百年的发展使其人才培养体系日趋完善并与时俱进,各类课程既保留了基本理论又不断引入创新成果。众所周知,“建筑结构设计原理”是土木工程专业最重要的课程之一,它研究建筑结构的构成规律、各类外在荷载作用以及结构的承载能力,讲述不同材料构件的设计方法和构造要求。长久以来它被分为三门课程:“钢筋混凝土结构”、“钢结构”以及“砌体结构”,其中不乏重复和交叉的内容,学时要求特别长。随着高教改革的不断深入,目前国内大多数院校都在向强基础、宽专业方向发展,压缩专业课已成为一种趋势。事实上,高等教育并非终身教育,学生毕业后面临不断的技术创新,只有继续学习方可跟上时代的步伐。从这个意义上来说,高等教育只是学生职业生涯的基础,掌握专业基本理论是今后继续教育的根基。在这样的背景下,我们重新编写了“建筑结构设计原理”,将原有的三大结构课程整合,分离出基本理论,将共有的内容如结构上的荷载作用和结构设计统一方法集中编写,然后将各类材料构件设计原理独立成篇。整个体系既互相呼应以加强结构设计方法的贯通,又突出不同材料的特点,为工程应用打下了基础。
“建筑结构设计原理”在土木工程专业知识体系中是一门承上启下的课程。相对数学、力学等基础课程,它有着强烈的专业背景,而对后续的专业课程它又承担着理论基础的角色。因此,本书在编排上抓住这一特点。首先,强调它的基础性,除了系统地讲述理论体系,还安排了大量的习题,帮助学生掌握概念,熟悉计算方法;其次,强调它的工程性,书中插入了大量的工程图片,包括512汶川大地震中建筑结构的破坏,使学生在学习基础理论的过程中结合工程实践,了解可能的应用,同时也加深了对书本知识的理解。
编者长期从事土木工程专业的教学、科研与工程项目咨询工作,对如何传授建筑结构设计知识有一定的体会,因此集多年的思考编写了该教材。作为课程体系和教学方法改革的一种探索,本书不可避免地存在着缺点和不足,恳请读者提出宝贵意见,在此致以衷心的感谢!

编者
2009年元月于四川大学

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