第1章速筑结构概念设计概述13 基本结构单元有楼（屋盖结构、墙体结构、筒体结构、拱面结构、壳面结构、顶结构、四角支 承结构、帐篷结构、悬杂结构、充气结构、基础结构等。 基本结构单元的集合形式有基本结构单元的线型集合、平面集合、立体集合、交叉集合、上下叠 合等 若以楼（屋）基本结构单元的受载和支承情况分类，还可归纳如表1-4所示。 表1-4基本结构单元以受载情况分类 共数受每结构单元 典型素状结单元 受粒和支承情况 单向构 足向构 性性 田 烧茶 ①表1-4选自Snt (4th Edition).Daaie 2001 本未经清华大学出版社书面认可 不允许在其他图书中使用
14 建筑结构凝念设计及案例 表1~4中分集中荷载(1个、3个和4个)和均布荷载，以及两边平行支承和四周连续支承两大类 情况，简示了典型的受弯基本结构单元（如梁、交叉梁、单双向板、圆形板）和奥型的索状基本结构单 元（如索、拱、折线梁、维形结构、亨顶结构、壳体结构、薄膜结构）在两种荷载作用下、两种支承条 件下的一版结构布置情况 1.5建筑结构的几个基本概念 建筑结构的基本概念，反映建筑结构中基本事物本质属性①的思维形式，它们是建筑结构知识中 基本的成分：人们对它们的获得和掌握，是对建筑洁构最基本的认识，也是人们在认识建筑结构过程中 的重要环节。这些基本概念是随着实践的发展、科技的进步、新事物的发现以及人们对自然和建筑工程 认识的不晰深人而变化的。它们的内涵不断在充实，外延不断在扩大，总的趋势是从具体到抽象、从模 糊到清晰、从个别到综合、从概念的形成到概念的同化。人]对它们的获得和掌播也因此面不断深人 不断同化、不断用已拳握的概念去学习新概念或修正原有概念。影响概念获得和掌握的因素是知识、智 力和经验，是比较和评价，是肯定例证与否定例证实践的积累。 下面列出在结构设计中常用到的一些基本概念，也可以认为它们是在结构设计中许多相关基本概念 之间形成相互联系又相互区别的概念系统，反唤着结构设计中的内在联系的关系。正确地应用这些基本 结构概念，再加上力学、建筑、工方面的基木概念，是做好结构概念设计的根本。 1.5,1荷载和作用 结构是建筑物的骨架，支承着自然的和人为的作用力，是建筑物能够存在的根本原因。这种作用力 有两类（图1-2）： 作用力 烤现象 人为藏象 重力 气家 材料 地质水力 内应力 件用工蓓荷医 位 力安甲 重载载 用化化 图1~2结构作月力的分类 ①事物的本质属性指事物的特征以及它与其他事物的联系
第1章建筑结构概含设计述15 (1)直接施加于结构上的集中力或分布力，使它产生内力效应的称荷载（也称直接作用）。如结构 构件自重：构件上构造层〔如地而等)的重力荷截：楼（屋）而上人群、设备等的使用荷载，雪荷截和 施工荷载：施期在外墙而上的风荷载：建筑物中机器转动：生的振动荷载：突加给建筑物的冲击荷载 (如爆炸力)等」 (2)由某种原因使结构产生约束变形或外加变形，从而产生内力效应，这种原因称作用（也称间接 作用)。如地基不均匀沉降的外加变形引起的沉降作用（图1-3(）)：温差或材料体积变化，但结构的 变形却受到约束而引起的温差或收维）作用（图】-3(b):地袭时地面运动和质点加速度反应引起 的惯性作用；因钢材焊接引起的热效应作用等。 国13结构上的作用举例 ()老基不均匀沉降的作用《化)温先的作用 进行结构概念设计时、应对该结构可能承受上述荷载和作用中的主要部分加以考感，不要有所遗 漏，这是最根本的一点。还要注意其中哪些是动载（也称动态作用，估算时要考虑动力系数），哪些是 静载（也称静态作用，无需考虑动力系数），根据荷载和作用的性质而异。应该说荷载和作用中的大多 数是动载，因为它们的值大多数随时间在变化。但是从它们对结构的影响看，则可分为两种情况：-是 这种变化很慢，它们产生的影响与静载差不多；一是这种变化很快，所产生的影响与静载相差较大。前 者可属于静载，这是荷载和作用中的大多数；后者属于动载，如冲击荷载、吊车荷载、地属作用等。这 里所谓快慢是相对于结构的自振周期而言。如果荷载在1$之内从0增加到其最大值，对于自振周期为 0.1s的结构来说，这种加载速度是缓慢的，可视作静载，面对于自振周期为10s的结构来说，这种加 载速度是较快的，它就是动载。例如，风荷载对于一般低层建筑来说是静载，而对高层建筑来说则是动 载，因为后者自振周期较长 荷载还可按它施加在结构上时间的变异来区分： (1）恒载《也称永久荷载或永久作用) 一是指建筑物中每一构配件的质量所引起的地心吸力，包 括结构构件、楼地而、墙面、固定设备等。它们在设计基准期（一般为50年）内的量值不随时间变化 或其变化与平均值相比可以忽略不计，它们都是随机变最。 (2)活载（也称可变荷载或可变作用） 一是指建筑物使用过程中所施加的可移动荷载，它们在设 计基准期内的量值随时间变化、且其变化与平均值相比不可以忽略不计；它们都是随机过程。例如楼面
16 逢筑结构颗念设计及案 活载实际是人体和家具加于楼面很小面积上的可移动荷载，在设计时利用等效原理将它们化算成全楼面 的等效均布荷载。 (3)偶然荷载（也称偶然作用）一是指在设计基准期内不一定出现，一旦出现它的量值很大、特 续时间很短的荷载，例如地震荷载、爆炸荷载等。 在结构设计中有时要考虑结构在承受恒载外还要承受两种或两种以上活载的情况。由于它们不可能同 时到达各自的最大值，因此为了使结构在承受恒载和两种或两种以上活载时的可靠度和该结构在恒载和单 活载作用下的可靠度一致起见，要考虑荷载的最不利组合问题、也就是说，在计算结构的内力效应（轴 力、弯炬、剪力等)或变形、装缝等时，要考虑各种活载的组合值系数（或颍数值系数、准永久值系数， 视结构设计的不同极限状态而异)。若只考虑该结构承受恒载和单一活载，则没有此荷载组合问题， 1.5.2结构失效和材料，结构受力和荷载 结构的根本功能有：(1)承受正常使用和施工时可能出现的作用力：(2)正常工作时有良好工作性 能；(3)正常维护下有足够耐久性；(4)偶然事件发生时保持必需的整体稳定性。结构的失效意味着上 述任一预定功能的丧失。防止结构失效则是结构概念设计要确保的任务。 结构失效包括下列5个方面： (1)破坏—指结构或其构件因所用材料的强度被超越，或应变大于其极限值而丧失承载力（图 1-4(a): (2)失稳指结构或其构件因裁面过小面被压屈或因连接处失效而形成可变体系（图1~4(6） 在不大的作用力下突然发生大变形的现象（图1-4(a),它同样也丧失承载力； (3)变形过大（含裂缝过宽） 指结构或其构件在施加作用力后发生影响使用的过大变形（图 1-4(c),含过宽裂缝)： （4)耐久性丧失一指结构所用材料在长期环境中受破坏因素的影响，丧失使用功能 (5)倾覆或滑移 指结构作为刚体失去平衡的现象（图1一4(d),(e)。 E宦餐 图1-4结构的失效 (a》构件破坏(b)结构形城可变体系《)变形△过大(d)短覆(c》滑移 与这些失效现象直接相关的是结构所用材料的性能。其主要方面是： (1)极限应力（钢材指屈服应力）和极限应变，与结构承载力有关； (2）应力应变关系中的弹性模量、弹性阶段、塑性阶段和延性性能，它们都与结构的变形（含裂
第1章速筑结构概念设计策述17 继)有关： (3)线膨胀系数，与结构的温度效应有关： (④)其他重要性能，如耐久性、耐火性、冷弯性、冲击韧性等 建筑结构采用的材料主要有钢材、混凝七、砌体（砌块、砖、石等）、木材等。它们应力应变关系、 极限应力、极限应变的比较，以及弹性、塑性和延性的表现，如图1-5(a)所示。 材料的应力应变关系也反骏了由材料组成结构构件的受力P和变形f的关系，如图1一5(b)所示。 从中可见在一般情况下结构受力和荷载的关系为： (1)在结构白重和各种构造做法等恒载作用时，结构的变形（竖向和侧向）都相对较小，结构处于 弹性阶段（图1-5(b)I处）： (2)结构承受使用活载时，变形有不大增值（图1-5(6）Ⅱ处，由于在一般情况下使用荷载只相当 于恒载的一小部分)； (3)结构受一般地震作用（或风荷载）时所发生的变形可能比仅有使用荷载时大得多，但二者同时 发生其最大值的概率很低，这时结构已快进入塑性阶段（图1-5(b)Ⅲ处）： (4)除承受规定的恒载、活载与风荷载、地熊荷载的组合内力外，结构还应具备足够的储备承载 力，而更重要的则是在正帝荷载组合下结构要保持在容许应力、容许变形的极限范围内，这些限值通常 是由材料的弹性性能界限所决定的： (⑤)在遭到大地震时，结构受力和变形可能比一般情况大2一4倍，这时允许结构进入塑性阶段 正如材料要有延性，结构也应该有足辖的延性（图1一5(b)中匪以后至V),它可以吸收地震能量，诚 小地震作用，保证结构不致倒塌，待簏后再行修复。 图1-5(b)所示P-f关系，应作为结构摄念设计时的重要概念。 2 HP25级材 〔受压) 70-150 一本材（新纹） 135-23， 上(C20~C40 a 图1-5 结构的失效 (©)不同料的应力应变关系对此（仙）不同待作用下的结构受力P与结构变形∫的关乘 1.5.3结构的可靠度和设计方法 建筑结构最主要的功能是确保使用者的生命、财产安全。以往曾经按安全系数来定量措述结构确保