13年注册资产评估师《建筑工程评估》精讲笔记四

　　第三章建设工程的组成与构造

　　知识点一、建筑结构荷载

　　(一)荷载的概念

　　建筑结构通常由不同类型结构构件组成(梁、柱、板、墙等)。作用在这些结构构件上的力可划分为两大类。

　　一类是直接施加在结构上，并使结构内部产生内力效应的力，称为荷载。这类荷载包括建筑结构自重(屋面、楼面、墙、板、柱和梁的自重)、屋顶上的雪荷载和楼层内人群、家具、设备重量及风荷载等。

　　另一类是由于某种原因使结构产生约束和位移，从而使结构内部产生内力效应，称为作用。作用包括：

　　1.沉降作用：由于基础发生不均匀下沉，使结构产生变形，引起了内力变化。

　　2.温差作用：由于温度变化，使组成结构杆件材料热胀冷缩发生变形，引起内力变化。

　　3.地震作用：又称为地震荷载。由于地震造成地面运动，使结构产生加速度反应和震动变形，引起惯性力，从而使结构产生内力效应。

　　(二)荷载的分类及表示方法

　　1.按是否随时间变化分。

　　(1)永久荷载，又称恒载。这类荷载的大小一般不随时间变化，或变化很慢几乎可以忽略不计，如建筑结构自重、构造层自重及不均匀下沉产生的作用等。

　　(2)可变荷载。这类荷载是随时间而变化的。如建筑安装过程发生的施工荷载，屋面、楼面上的活荷载、雪荷载、风荷载，厂房中的吊车荷载及温度变化产生的作用等。

　　(3)偶然荷载。这类荷载平时可能不发生，一旦发生，作用强烈。如爆炸力、撞击力、雪崩、大地震等。

　　2.按作用位置分。

　　(1)固定荷载。荷载在空间分布上具有固定的位置。这类荷载包括建筑物的自重、固定设备荷载等。

　　(2)移动荷载。可在结构空间位置上的一定范围内任意分布、移动的荷载。包括：楼上的人群、家具、吊车荷载和车辆荷载等。

　　3.按分布范围分。

　　(1)集中荷载。荷载在结构上的作用面积很小，可近似为作用于一点。荷载一般用荷载简图表示，即把一个构件抽象成一条粗实线，把构件上所受荷载抽象成一个或多个箭杆，并标出其大小、方向及作用点位置。

　　(2)分布荷载。指连续分布在结构上的荷载。分布荷载有均布荷载和非均布荷载两种。均匀分布在结构上的荷载称为均布荷载。分布不均匀的荷载称为非均布荷载。

　　知识点二、结构构件的强度、刚度和稳定性

　　建筑构件的力学要求如下：

　　1.强度要求。强度是指材料或构件抵抗破坏的能力。在一定荷载作用下，强度高的材料比较坚固，不易破坏;强度低的材料则不够坚固，容易破坏。

　　2.刚度要求。刚度是指构件抵抗变形的能力。某构件在荷载作用下不易变形，则说明该构件的刚度大;相反，构件在荷载作用下易于变形，则刚度小。

　　任何物体在外力作用下，都要或大或小地产生变形。如果变形过大，即使满足强度要求，也会影响其正常使用。因此，在工程中要求某些构件在荷载的作用下产生的变形不能超过一定的范围。

　　3.稳定性要求。有些构件在荷载作用下，其原有形状的平衡可能丧失“稳定性”。例如，受压的细长杆，当压力F不太大时，杆可以保持原来直线形状的平衡;而当压力增加并超过一定限度时，杆就不能继续保持直线形状，而突然变成弯曲形状并破坏，这种现象称为丧失稳定或简称失稳。由于构件失稳后将丧失继续承受原设计荷载的能力，所以其后果往往是很严重的。例如，房屋中承重的柱子、砖墙，如果它过细、过高，就可能由于柱子、墙的失稳而导致整个房屋的倒塌。因此，细长的受压构件，必须保证其具有足够的稳定性。

　　知识点三、建筑工程构件的基本变形和受力分析

　　(一)建筑工程构件的基本变形

　　构件在外力作用下的变形有以下四种基本形式，如图3-3所示。

　　1.轴向拉伸或压缩变形[见图3-3(a)、(b)].在一对方向相反、作用线与构件轴心重合的外力作用下，构件发生长度改变(伸长或缩短)。

　　2.剪切[见图3-3(c)].在一对相距很近、方向相反的横向外力作用下，构件的横截面沿外力方向发生的错动变形。

　　3.扭转[见图3-3(d)].在一对方向相反、位于垂直杆轴线的两平面内的力偶作用下，构件的任意两横截面发生相对转动。

　　4.弯曲[见图3-3(e)].在一对方向相反、位于杆轴的纵向平面内的力偶作用下，杆件在纵向平面内发生的弯曲变形。

　　构件的变形是多种多样的，按其变形特点可归纳为以上四种基本变形形式。但工程中的实际构件变形更多的是上述几种基本变形的组合。

　　(二)建筑构件的受力分析

　　构件在上述基本变形状态下能否安全工作，主要取决于三个方面：

　　①作用在构件上力的大小。其他条件不变的情况下，施加外力越大，构件越不安全。

　　②构件的横截面面积(又称截面积)的大小。荷载相同、材料相同的情况下，构件截面越大越安全。

　　③构件本身材料的力学性能(材质)的好坏。材料强度越高，材质越好，构件越安全。同样粗细的铁棒比木棒结实。

　　上述三个因素中，外力是破坏因素，而构件截面面积和材质是抵抗破坏的因素，三者之间数量关系的合理，是构件安全工作的保障。

　　此外，受压杆件还有一个失稳问题，例如，相同截面的长杆和短杆，同时受轴向压力时，随外力逐渐增大，长杆会先弯曲失稳而遭破坏。

　　分析构件受力状态，也就是分析在外力作用下构件内部产生的效应及这些效应是否会使构件遭受破坏。

　　1.轴向拉(压)构件受力状态分析。

　　在杆件AB的轴线上施加一对拉力P(如图3-4所示)，假设用一个平面m-m垂直于杆件轴线方向把杆件切断，在隔离体的全断面上必然有均布的内力与外力P平衡，则P和N必然大小相等，方向相反，也就是说外力有多大，杆件截面上的内力就有多大。在相同拉力P作用下，杆件截面越小，单位面积承受的力越大，杆件更易破坏。

　　作用在杆件单位横截面面积上的内力称为轴向受拉(压)杆件的内应力，拉力产生的应力称为拉应力(规定为正)，轴向压力产生的应力称为压应力(规定为负)。内应力可用公式表示：

　　σ=N/A

　　依据每种材料自身的强度，国家规范都规定了相应的允许强度指标。在拉(压)外力作用下，只要一定截面尺寸的杆件内产生的最大应力σmax小于杆件材料所允许的拉(压)强度指标，杆件就不会破坏。

　　构件截面尺寸由构件本身的材质所决定。

　　2.剪切构件受力状态分析。常见铆钉、螺栓、销钉等连接件，都是发生剪切变形的构件，称为剪切构件。工程中的梁、板、柱有时也。处于受剪切状态。

　　以铆钉破坏情况为例，研究受剪构件的剪力和剪应力。如图3-5所示，板A以P/3的力(外力P平均加在每一根铆钉上的力是P/3)作用于铆钉下半段右侧，板B作用于铆钉上半段左侧，为分析内力：

　　杆件的截面面积为A，剪力为Q，将单位截面上的剪力称为剪应力，用符号τ表示：

　　τ=Q/A

　　剪应力的单位是N/mm2或(MPa)(兆帕斯卡)。

　　同样，要保证构件有足够的抗剪强度，必须满足：τ小于构件材料的容许抗剪强度指标。

　　3.受弯构件(梁)的受力状态分析。

　　在建筑工程中，两端搭在墙体上的梁及预制空心板、门窗过梁、悬挑的阳台板和雨棚等构件，都是以弯曲变形为主的构件，从受力角度分析均可称为梁。

　　实际工程中，梁、板、柱等构件，都有其各自的形状和尺寸，但在构件受力分析时，把一个构件抽象简化成一条粗实线，把构件之间的连接也抽象成不同连接形式的结点和支座。

　　(1)结点。结构构件互相连接的地方称为结点。结点的实际构造方式很多，在选取计算简图时，常将其归纳为铰结点和刚结点两种。

　　①铰结点。铰结点所连接的各个杆件在结点处不能移动，但可以绕结点自由转动。

　　②刚结点。刚结点所连接的各个杆件在结点处既不能相对移动也不能相对转动，在此点各杆端结为整体，即在结点处各个杆件之间的夹角保持不变。刚结点处除产生杆端轴力和剪切力之外，还有防止相对转动的约束力矩存在。实际工程中，现浇钢筋混凝土刚架中的结点常属于这类情形，。

　　(2)支座。将结构构件与基础或支承部分相连接的装置称为构件的支座。它的作用是将结构、构件的位置固定，并将作用于结构上的荷载传递到基础或支承物上。

　　在实际工程中，支座的类型不同，所产生的约束力也不同。建筑结构中常用的支座可以简化和抽象为以下四种类型。

　　①可动铰支座。如图3-8(a)所示。可动铰支座既允许构件绕着铰支座任意转动，又允许构件沿着铰支座水平方向移动，但垂直方向不可有任何移动。因此，产生与支承平面垂直的支座反力Fy.这种支座的计算简图如图3-8(b)所示，即可动铰支座只用一根链杆表示。

　　②固定铰支座。如图3-9(a)所示。固定铰支座只允许构件绕着铰轴任意转动，而不允许构件沿着水平与垂直方向移动。因此，它可以产生通过铰结点A的任意方向的支座反力，一般将其分解为相互垂直的两个方向的分力Fx和Fy.这种支座的计算简图如图3-9(b)、(e)所示，即固定铰支座用两根相交的支杆表示。

　　③固定支座。固定支座所支承韵部分完全被固定，如图3-11(a)所示。它既不允许构件发生转动，也不允许构件发生任何方向的位移。因此，它可以产生三个约束反力，即水平和竖向分力Fx、Fy和反力矩MA.固定支座的计算简图如图3-11(b)所示。

　　④定向支座。如图3-12(a)所示，定向支座允许构件沿着一个方向即支承面方向平行滑动，但不允许结构转动，也不允许结构沿垂直于支承面方向移动。因此，它可以产生竖向反力F，和反力矩MA.定向支座的计算简图如图3-12(b)所示，即用两根平行的链杆表示。

　　(3)梁的受力分析。不同的支座形式，结构与构件受力状态不一样。按照支座情况的不同，梁被分为简支梁[如图3-13(a)所示]、悬臂梁[如图3-13(b)所示]、外伸梁[如图3-13(C)所示]、连续梁[如图3-13(d)所示]等。

　　下面以简支梁为例来分析梁的受力状态。

　　均布荷载作用下的简支梁，其结构简图如图3-14(a)所示，梁长为l，荷载为q.梁在荷载作用下发生弯曲，任意截面受的内力可用弯矩Me和剪力Qc来表示[如图3-14(b)、(c)所示].我们可用图3-15来说明梁受力破坏的实质。设想梁是由无数纵向纤维组成，梁受力发生弯曲变形时，凹的一侧纤维缩短，凸的一侧纤维被拉长。对简支梁而言，发生弯曲变形后，梁的上部受压，下部受拉，而且越靠近梁截面的上边缘，压应力越大，越靠近梁截面的下边缘，拉应力越大。当上、下边缘的最大压、拉应力σmax超过梁所用材料本身的压、拉容许强度指标时，梁就会遭到破坏。

　　梁上、下边缘压拉应力大小与截面处弯矩Mc成正比。截面弯矩M.越大，梁上下边缘压、拉应力也越大。对于均布荷载作用下的简支梁，在跨中处弯矩最大;在支座处剪力最大。

　　知识点四、建筑工程的基本组成

　　建筑工程一般由基础、墙(柱)、楼盖、楼梯、门窗和屋顶等六大部分所组成(如图3-16所示)。各个部分在建筑中所处的位置不同，发挥着各自的功能，共同构成有机的整体。由于建筑形式的多样性，决定了各个组成部分在不同类型的房屋中表现形式的灵活性。如屋顶的形式就有坡屋顶、平屋顶和各种曲面屋顶等很多类型。

　　1.基础。基础是建筑物最下面的部分，埋在地面以下、承受建筑物全部荷载，并将其传递到地基上。基础应当坚固、稳定、能够抵抗冰冻、地下水与化学侵蚀等，基础的大小、形式取决于荷载的大小、土壤性能、材料性质和承重方式。

　　2.墙(柱)。墙是建筑物的承重、围护和分隔构件。按其位置不同可分为外墙和内墙，按其作用不同可分为承重墙和自承重墙。承重墙是垂直方向的承重构件，承受着由屋顶、楼层等传来的荷载。因此要求它坚固、稳定和耐久，且应充分利用其所具有的强度、保温、隔热、隔声等物理特性。

　　外墙应能抵抗风、雨、雪、太阳辐射热的作用并具有保温性能。内墙用于分隔建筑物每层的内部空间，除承重外，还能增加建筑物的坚固性、稳定性和刚性。自承重的内墙为隔墙。有时为了扩大空间或结构上的要求，也可不用墙做承重构件，而用柱承重。

　　在砖木结构和砖混结构的房屋中，屋顶、楼盖、楼梯等重量都要传递到支承着这些构件的墙(柱)上，再由墙(柱)传递到基础。所以墙(柱)是房屋结构中的重要承重构件。

　　3.楼盖。楼盖直接承受着各种家具、设备、人员的重量，并把这些重量传给支承它的墙(柱)上。楼盖又是楼房中划分空间的水平分隔构件，与竖向分隔构件(内墙)共同组成各个独立的房间。同时楼盖对房屋还起着水平支撑的作用，增强房屋的整体性能和抗震能力。

　　4.楼梯。楼梯是楼房建筑的垂直交通设施，供人们上下楼层和紧急疏散之用。故要求楼梯具有足够的通行能力以及防水、防滑的功能。

　　5.屋顶。屋顶是建筑物顶部的外围护构件和承重构件。抵御着自然界雨、雪及太阳热辐射等对顶层房间的影响;承受着建筑物顶部荷载，并将这些荷载传给垂直方向的承重构件。作为屋顶必须具有足够的强度、刚度以及防水、保温、隔热等的能力。

　　6.门窗。门主要供人们内外交通和隔离房间之用;窗则主要是采光和通风，同时也起分隔和围护作用。门和窗均属自承重构件。对某些有特殊要求的房间，则要求门、窗具有保温、隔热、隔声的能力。

　　一座建筑物除上述基本组成构件外，对不同使用功能的建筑，还有各种不同的构件和配件，如阳台、雨篷、烟囱、散水、垃圾井等。除一般建筑工程外，其他土木工程包括桥梁、隧道、公路、铁路、水塔、烟囱等的构造也是资产评估人员应当了解的内容。

　　知识点五、地基基础概述

　　基础是建筑物的组成部分，它与土层直接接触，承受房屋墙、柱传来的荷载，连同自重传给土层。基础下面承受建筑物全部荷载的土层称为地基。

　　基础是房屋建筑的重要组成部分，而地基是地球的一部分，两者概念完全不同，但却相互作用，共同保证房屋的坚固、耐久与安全。建筑物的强度、稳定性和耐久性如何，在很大程度上取决于地基与基础的强度和耐久性。基础强度不够或地基不均匀下沉都会引起房屋建筑出现裂缝和倾斜。地基与基础又是埋在地下的隐蔽工程，一旦开裂、沉陷，很难加固或重建。实践证明，建筑工程事故的发生，很多与地基问题有关。因此，必须在经济合理的原则下，对地基、基础的质量提出严格要求。

　　建筑工程地基条件的好坏，对基础影响很大，地基承受荷载是有一定限度的，地基每单位面积能承受的基础传下荷载的能力，称为地基的承载能力或称地基允许承载力。为了保证房屋的稳定与安全，必须保证基础传给地基的压力不超过地基的允许承载力。

　　当天然土层承载能力较差，而上部荷载较大时，可以通过加固、打桩等办法来改善地基的承载能力。所以地基分为两种：天然地基和人工地基。

　　1.天然地基。凡是天然土层具有足够的承载力，不需经过人工加固，可直接在其上建造房屋的地基称天然地基。天然地基就是由岩石风化破碎成松散颗粒的土层或是呈连续整体状的岩层。作为建筑地基的土的概念与我们通常所说的土的概念不同，地基土是包括岩石、碎石土、砂土、粉土等在内的总称。地基土一般分为六大类。

　　(1)岩石类：是整体或具有节理裂缝的岩层。地基承载力高，按岩石的种类和风化程度确定承载力。如花岗岩、石灰岩等硬质岩石，属微风化程度，其地耐力可达4000kPa以上。

　　(2)碎石土：粒径大于2mm的颗粒含量超过了50%的土。根据粒径大小和占全重百分率分为漂石、块石、卵石、碎石、圆砾及角砾六种。碎石土抗冲刷力强，含水率增加时不影响其物理性能。允许承载力因密实程度的不同而变化。

　　(3)砂土：是粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重50%，粒径大于0.075mm的颗粒超过全重50%的土。砂土又分为砾砂、粗砂、中砂、细砂、粉砂五种。

　　(4)黏性土：主要由粒径小于0.05mm的颗粒所组成，且其中粒径小于0.O05mm的颗粒超过全重的3%～6%的土，叫黏性土。粒径小于0.O05mm的颗粒在化学性质上具有内聚力，与水相互作用时表现出黏性，故称为黏粒。黏性土的含水量对其工程性质有重要影响。对于同一种黏性土，当其含量小于某一限度时，黏结力很强，呈坚硬的固态或半固态，强度很大。随着含水量增加，黏结力减弱，呈可塑状态。如果含水量增大到饱和则不再具有塑性，而开始呈流动状，力学强度急剧下降，甚至完全丧失。

　　(5)粉土：粉土是性质介于黏性土和砂土之间的一种土。粉土的允许承载力与其孔隙比及含水量有关。孔隙比小和天然含水量小的粉土承载力高;反之承载力低。

　　(6)人工填土：是经人工搬动后，又重新推填而形成的土。土层分布不规律、不均匀，压缩性高、浸水后湿陷，其承载力较低。人工填土分素填土、杂填土、冲填土三种。素填土是由碎石土、砂土、黏性土等组成的填土;杂填土含有垃圾杂物;冲填土是由水力冲填泥沙形成的沉积土。

　　此外，某些土类由于不同的地理环境、气候条件、地质成因、物质成因等原因，又具有与一般土类不同的特殊性质。如西北、山西、河南西部的湿陷性黄土(又称大孔土)，东北的季节性冻土、东南沿海的软黏土，广西、湖南、安徽等地的膨胀土等等，这类土统称为特殊土，当以这类土作为建筑地基时，必须注意其特殊性质，采取相应的措施。

　　2.人工地基。当土层的承载力差，缺乏足够的坚固性和稳定性时，必须经过人工处理使其提高承载力后才能承受房屋全部荷载的地基，称为人工地基。

　　人工加固地基的方法通常有压实法、换土法、打桩等。

　　建筑物对地基的要求主要有：地基应有足够的强度，即足够的承载力;其次，地基应满足变形的要求，即在建筑物荷载作用下，地基发生下沉，其总沉降量和不均匀沉降量要限定在规定范围内，以保证建筑物的正常使用。

　　对于基础，则主要要求其能承受上部的全部荷载，并把它均匀地传到地基上去;同时应有较强的防潮、防冻能力和耐腐蚀性能，使其与上部建筑的耐久性等级相适应。

　　知识点六、基础的设计

　　基础设计的主要目的是在地基状况(承载力、地下水位、冻土深度)一定的条件下，选择合理的基础底面积、埋置深度，使之满足建筑物地基承载力与变形的要求。

　　(一)基础底面积大小的确定

　　房屋荷载一定的情况下，基础底面积的大小，取决于地基承载力。保证基底单位面积压力小于地基承载力是确定基础底面积的根本原则。地基土层坚硬，承载力大，基础底面积可设计小一些;反之，应加大基底面积。其原因在于当建筑物重量一定时，传力面积增大，单位面积上承受的压力(即压强)就会减小;相反，传力而积减小，单位面积上承受的压力就会增大。

　　(二)基础断面形式

　　基础底面积的确定与地基承载力大小有关，而基础断面形式却取决于基础所用材料本身的性能。

　　对于图3-17所示的三种砖基础断面形式，在上部荷载相同，基础底面积也相同的情况下，合理的断面应该是乙断面。原因在于砖、石、混凝土这一类材料具有抗压强度高而抗拉强度很低的特性，当基础扩大时，为了保证基础底面不受拉，必须保证基础放大部分在压力传递角α(又称刚性角)范围内，刚性角α可用h/d表示(h为基础放宽部分高度，d为基础挑出墙外宽度)。在确定刚性材料基础断面尺寸时，必须考虑刚性角α问题。刚性角的取值为：砖基础h/d一般取1.5～2.0，混凝土基础取1.0。

　　在图3-17中，甲断面刚性角以外的砖会遭破坏，使实际基底面积变小引起基础下沉，丙断面刚性角以外的基础砌砖是多余浪费的，最经济断面为乙断面。

　　因此，工程中把凡是采用砖、石、混凝土等抗压能力高，抗拉、抗剪能力差的材料构筑的基础，也即受刚性角限制的基础称为刚性基础。由于刚性基础受刚性角限制，当房屋的荷载较大而地基承载力较小时，在增加基础底宽的同时要加大基础高度，势必要相应加大基础的埋置深度，这样就要增加基础用料和开挖土方的工程量，同时基础埋置深度的增加，还会给施工带来困难。

　　如果在混凝土基础中配置钢筋(钢筋是抗拉能力很强的一种材料)，利用钢筋来承受拉力，基础就能够承受弯曲，就可以不受刚性角的限制，所以，钢筋混凝土基础又称柔性基础。

　　在基础底宽相同的情况下，钢筋混凝土基础相对混凝土等刚性基础可以减小基础的高度和埋置深度，如图3-18所示。