《建筑结构设计原理》课件

建筑结构设计原理本课程旨在介绍建筑结构设计的基本原理，涵盖结构体系、荷载分析、设计方法、材料特性、结构设计规范等方面，帮助学生掌握建筑结构设计的基本知识，并具备一定的结构设计能力课程目标和学习要求目标要求

1.掌握建筑结构设计的基本原理和方法

1.认真听课，积极思考，完成作业

2.了解常见结构体系的设计要点

2.独立完成设计项目，并进行汇报

3.熟悉结构设计规范和相关标准

3.具备独立查阅资料的能力建筑结构设计的基本概念结构荷载强度123建筑物抵抗外力作用的骨架，主要作用于建筑结构上的各种力，包括材料抵抗破坏的能力，指材料所能包括基础、墙体、柱子、梁、楼板永久荷载、可变荷载、偶然荷载、承受的最大应力等承重构件环境荷载等刚度稳定性45材料抵抗变形的能力，指材料在受到外力作用时抵抗变形结构在受到外力作用时保持平衡的能力，指结构抵抗倾覆的能力和失稳的能力结构设计在建筑中的重要性安全性耐久性经济性保证建筑物安全可靠，确保建筑物具有足够的合理利用材料和资源，防止倒塌和事故发生耐久性，延长使用寿命控制造价成本适用性满足建筑功能要求，并符合建筑美学标准结构设计的发展历史古代1木结构、石结构，简单实用，以经验为主近代2砖石结构、钢结构，理论和实践并重，开始使用科学计算方法现代3钢筋混凝土结构、轻型钢结构，高强度材料应用，结构设计更加科学、合理未来4智能结构、绿色结构，将继续发展，满足更高效、更安全、更环保的需求建筑结构的基本类型框架结构由柱、梁、楼板组成的空间结构，具有较好的抗震性能剪力墙结构以剪力墙作为主要承重结构，抗震性能优良，适用于高层建筑混合结构结合框架结构和剪力墙结构的优点，综合应用，以满足不同的建筑需求其他结构包括钢结构、木结构、砌体结构等，根据材料和建筑功能选择结构体系的选择原则建筑功能根据建筑用途和使用要求，选择合适的结构体系荷载条件考虑各种荷载的影响，选择能够满足荷载要求的结构体系经济性选择经济合理的结构体系，控制建筑造价抗震性能选择抗震性能较好的结构体系，确保建筑物的安全施工条件考虑施工难度和技术要求，选择易于施工的结构体系荷载与作用概述永久荷载建筑物自重、固定设备等长期作用在结构上的荷载可变荷载随时间变化的荷载，如人流、家具、风荷载等偶然荷载突然发生的荷载，如地震、爆炸、撞击等环境荷载温度变化、湿度变化、土壤压力等对结构的影响永久荷载的定义与计算定义计算长期作用在结构上的荷载，一般由建筑物自重、固定设备、管道根据材料密度、体积等参数计算，并考虑各种因素的影响，如装等构成修、设备等可变荷载的类型活荷载1由人员、家具、物品等引起的荷载，一般根据使用功能确定雪荷载2积雪对屋顶产生的荷载，根据地区和气候条件确定风荷载3风力对建筑物产生的荷载，根据建筑物高度、形状、位置等因素确定地震荷载4地震对建筑物产生的荷载，根据地区的地震烈度确定偶然荷载的特点2强度大荷载强度大，对结构冲击力强突发性1偶然发生，无法预测发生时间和地点持续时间短作用时间短暂，一般持续时间很短3环境作用的考虑温度1温度变化会引起材料膨胀和收缩，影响结构尺寸和性能湿度2湿度变化会影响材料的强度和耐久性，如木材腐烂、钢材锈蚀等土壤压力3土壤对基础的压力，影响基础的稳定性和承载力水压力4水对结构的压力，影响结构的稳定性和安全性其他5如腐蚀性气体、土壤沉降等，也会对结构产生影响荷载组合方法基本荷载组合1考虑永久荷载和可变荷载的组合偶然荷载组合2考虑永久荷载、可变荷载和偶然荷载的组合环境荷载组合3考虑永久荷载、可变荷载和环境荷载的组合结构设计的基本原则安全性1保证建筑物安全可靠，防止倒塌和事故发生适用性2满足建筑功能要求，符合建筑美学标准耐久性3确保建筑物具有足够的耐久性，延长使用寿命经济性4合理利用材料和资源，控制造价成本安全性原则承载能力抗震能力防火能力结构必须能够承受各种荷载作用，并具结构必须能够抵抗地震作用，确保建筑结构必须具备一定的防火性能，防止火有足够的强度和稳定性物的安全灾事故的发生适用性原则功能分区美学设计不同功能区域需要不同的结构设计，满足使用需求结构设计应与建筑整体风格相协调，满足美观要求耐久性原则抗腐蚀防潮抗震选择抗腐蚀性能强的材采取措施防止潮湿对结设计抗震性能良好的结料，延长结构使用寿命构的影响，如防水层、构，抵抗地震的破坏通风等防风设计防风性能良好的结构，抵抗风力的影响经济性原则合理选材优化设计根据结构功能选择合适的材料采用科学的设计方法，优化结，避免过度追求高档材料构方案，降低材料消耗控制造价合理控制造价成本，提高工程效益容许应力法概述基本概念1根据材料的强度和弹性模量，确定一个容许应力值，作为结构设计和计算的依据主要特点2简单易懂，计算方法相对简便，适用于常规结构设计适用范围3适用于普通建筑结构的设计，对结构的安全性要求较低容许应力法的计算原理确定材料强度确定安全系数1通过试验或规范查阅确定材料的强度值根据结构的重要性、材料特性等因素确2定安全系数结构设计计算容许应力4根据容许应力值进行结构设计，确保结将材料强度除以安全系数得到容许应力3构安全值容许应力法的适用范围常规建筑结构适用于住宅、办公楼、商业建筑等普通建筑结构的设计安全性要求较低适用于对结构安全性能要求不太高的建筑结构结构形式简单适用于结构形式相对简单的建筑结构，如框架结构、剪力墙结构等破损阶段设计法介绍概念特点根据结构在破坏时的荷载能力进更加接近结构的实际破坏行为，行设计，考虑结构可能出现的破能够更准确地评估结构的安全性坏模式能应用适用于对结构安全性能要求较高的建筑结构，如桥梁、高层建筑等破损阶段设计的特点破坏模式承载能力考虑结构可能出现的各种破坏模式，如弯曲破坏、剪切破坏、拉根据结构在破坏时的承载能力进行设计，确保结构能够承受极限伸破坏等荷载极限状态设计法原理正常使用极限状态承载能力极限状态指结构由于过大的变形、振动或裂缝等，基本概念指结构因强度不足或失稳而无法承受荷载无法满足正常使用要求的状态将结构设计分为承载能力极限状态和正常，发生破坏的状态使用极限状态，进行分别设计承载能力极限状态强度不足1结构材料的强度不足以承受荷载，导致结构破坏失稳2结构失去平衡，发生倾覆或局部倒塌屈服3结构材料超过屈服强度，发生永久变形断裂4结构材料发生断裂，结构完全失去承载能力正常使用极限状态过大变形过度振动过大裂缝渗漏结构的变形超过允许范围，影结构的振动过大，影响建筑物结构出现过大的裂缝，影响建结构出现渗漏现象，影响建筑响建筑物的正常使用的舒适性和安全筑物的耐久性和美观物的使用功能结构可靠度分析定义目的结构可靠度是指结构在规定的使用期限内，能够满足使用功能和评估结构的安全性能，确保结构在设计和施工过程中满足可靠性安全要求的概率要求可靠度指标的确定目标可靠度1根据结构的重要性、使用条件等因素确定，一般由规范给出实际可靠度2通过计算分析获得，反映结构实际的安全性能失效概率的计算荷载效应考虑各种荷载作用对结构的影响1抵抗力2考虑结构材料强度、几何尺寸、构造等因素的影响失效概率3通过计算分析，得到结构在规定的使用期限内发生失效的概率材料强度设计值材料强度1通过试验或规范查阅确定材料的强度值设计值2将材料强度除以安全系数得到设计值，作为结构设计和计算的依据混凝土结构基础材料特性设计要点混凝土是一种复合材料，具有高强度、耐久性、易于施工等特点混凝土结构设计需考虑混凝土强度等级、配筋方式、构造措施等因素钢筋混凝土构件设计梁柱楼板钢筋混凝土梁用于承受弯矩和剪力，设计钢筋混凝土柱用于承受轴力，设计需考虑钢筋混凝土楼板用于承受荷载，设计需考需考虑配筋、截面尺寸等因素配筋、截面尺寸、构造措施等因素虑配筋、板厚、构造措施等因素钢结构设计要点强度稳定性变形控制选择合适的钢材，满足采取措施提高结构的稳控制结构的变形，满足结构强度要求定性，防止失稳正常使用要求连接方式选择合适的连接方式，确保结构连接牢固可靠钢结构连接方式焊接1将钢材熔化在一起，形成牢固的连接螺栓连接2使用螺栓将钢材连接在一起，方便拆卸铆接3使用铆钉将钢材连接在一起，传统连接方式其他连接4包括高强度螺栓连接、摩擦型连接等，根据实际情况选择砌体结构设计原则材料强度1选择强度等级合适的砖和砂浆，满足结构强度要求构造措施2采用合理的构造措施，提高结构的抗震性能和耐久性荷载分析3对砌体结构进行荷载分析，确定结构承受的荷载大小稳定性4考虑结构的稳定性，防止倾覆和失稳变形控制5控制结构的变形，满足正常使用要求木结构设计要点木材特性木材具有轻质、强度高、易于加工等特点，但易受潮腐烂防腐措施采取防腐措施，如防腐剂、木材烘干等，延长木结构的使用寿命防火措施采取防火措施，如防火涂料、防火隔板等，提高木结构的防火性能连接方式选择合适的连接方式，如榫卯连接、螺栓连接等，确保结构连接牢固地基与基础设计地基勘察进行地基勘察，了解地基土的性质，确定地基承载力基础类型选择根据地基土的性质、荷载大小、施工条件等因素选择合适的基础类型基础设计进行基础设计，确定基础尺寸、配筋、构造措施等施工质量控制严格控制基础施工质量，确保基础安全可靠地基承载力计算定义计算方法地基承载力是指地基土所能承受的最大压力，单位为kPa根据地基土的物理力学性质、基础类型、荷载大小等因素进行计算基础类型选择浅基础深基础12基础埋置深度较浅，适用于承基础埋置深度较深，适用于承载力较高的地基土载力较低的地基土桩基础3采用桩将荷载传递到深层地基土，适用于承载力低、地基土软弱的区域结构抗震设计原理地震荷载地震对建筑物产生的荷载，根据地区的地震烈度确定抗震性能结构抗震性能是指结构抵抗地震破坏的能力设计原则结构抗震设计需遵循抗震规范，确保建筑物在发生地震时能够安全可靠抗震设防标准设防烈度2根据地区的地震风险确定，一般选择小于等于地震烈度的等级地震烈度1根据地区的地震活动性确定，分为12个烈度等级抗震等级根据建筑物的重要性、结构类型等因素3确定，分为三个等级抗震构造要求基础基础应具有足够的强度、刚度和稳定性，能够抵抗地震作用墙体墙体应采用抗震性能良好的材料，并进行加固处理楼板楼板应具有足够的刚度，防止发生过大的变形连接结构连接应牢固可靠，能够抵抗地震作用结构动力分析基础振动频率结构在受到荷载作用时会产生振动，影响结构的稳定性和安结构的固有频率，决定结构的振动特性全性阻尼模态结构的阻尼特性，影响结构的振动衰减结构的振动模式，反映结构的振动特点结构稳定性分析概念失稳结构稳定性是指结构在受到外力作用时保持平衡的能力结构失去平衡，发生倾覆或局部倒塌结构变形控制变形控制规范要求结构在受到荷载作用时通过结构设计，控制结根据规范要求，确定结会产生变形，影响建筑构的变形，满足正常使构的允许变形值物的使用功能和安全用要求裂缝控制设计概念1裂缝是指结构中出现的细小裂纹，影响结构的耐久性和美观控制方法2通过结构设计，控制裂缝宽度，防止裂缝过大规范要求3根据规范要求，确定结构的允许裂缝宽度防火设计要求防火材料1选择具有防火性能的材料，如防火涂料、防火隔板等防火构造2采用合理的防火构造，如防火墙、防火门等，防止火灾蔓延消防设施3配置消防设施，如消防栓、灭火器等，确保火灾发生时能够及时扑灭疏散通道4设置安全疏散通道，确保人员能够安全撤离火灾现场建筑结构检测方法目测检查通过目测观察结构外观，发现可能存在的缺陷声波检测利用声波传播特性，检测结构内部的缺陷超声波检测利用超声波的反射特性，检测结构内部的缺陷应力测试测量结构内部的应力水平，评估结构的安全性能结构施工质量控制原材料检验对原材料进行严格检验，确保材料质量合格施工过程控制严格控制施工过程，确保施工质量符合规范要求中间验收在施工过程中进行中间验收，及时发现问题，并进行整改竣工验收工程竣工后，进行竣工验收，确保工程质量合格结构维护与加固维护加固定期对结构进行维护保养，延长结构的使用寿命对结构进行加固处理，提高结构的承载能力和抗震性能结构设计文件要求设计说明计算书详细阐述结构设计理念、设计对结构进行计算，并给出计算依据、设计方案等结果施工图用于指导结构施工，包含结构尺寸、配筋、构造措施等信息结构计算书编写荷载计算1对各种荷载进行计算，确定结构承受的荷载大小内力分析2对结构进行内力分析，确定结构内部的应力强度验算3对结构进行强度验算，确保结构能够承受各种荷载稳定性验算4对结构进行稳定性验算，确保结构能够抵抗倾覆和失稳变形验算5对结构进行变形验算，确保结构变形满足正常使用要求施工图设计要点尺寸标注配筋图准确标注结构尺寸、配筋尺寸等信息清晰绘制配筋图，包含钢筋种类、直径、间距等信息构造措施图例说明绘制构造措施，如节点构造、预埋件等对图纸中的图例进行详细说明，便于施工人员理解常见结构问题分析裂缝1混凝土结构常见的缺陷，可能由荷载过大、配筋不足、施工质量等因素引起沉降2地基不均匀沉降导致建筑物出现倾斜或局部变形腐蚀3钢材、木材等材料在潮湿环境中发生腐蚀，影响结构耐久性振动4结构受到外界振动影响，产生共振，可能导致结构破坏工程案例分析一案例背景问题分析改进措施某高层建筑工程，采用钢筋混凝土框架工程中出现楼板裂缝、柱子变形等问题对结构进行加固处理，提高结构抗震性结构，设计抗震等级为一级，经分析是由于地震荷载计算不足、配能，并对设计进行优化调整筋不足等原因导致工程案例分析二案例背景问题分析改进措施某跨河大桥工程，采用工程中出现桥面振动过对桥面进行加固处理，钢结构，设计为双向六大问题，经分析是由于提高桥面的刚度，并对车道风荷载计算不足、桥面风荷载进行重新计算刚度不足等原因导致工程案例分析三案例背景1某大型体育场工程，采用钢筋混凝土结构，设计为可伸缩看台问题分析2工程中出现看台伸缩机构故障，经分析是由于设计细节考虑不周、施工质量不达标等原因导致改进措施3对设计进行优化调整，加强施工质量控制，确保看台伸缩机构安全可靠结构设计软件应用SAP20001功能强大的结构分析软件，可以进行多种结构的分析和设计ANSYS2专业有限元分析软件，可以进行复杂结构的分析和模拟Autodesk Revit3建筑信息模型软件，可以进行建筑结构的建模、分析和设计Tekla Structures4钢结构设计和施工软件，可以进行钢结构的建模、分析和设计新材料在结构中的应用高强度钢强度高、重量轻，可减轻结构重量，提高结构效率碳纤维强度高、重量轻、耐腐蚀，可用于加固混凝土结构超高性能混凝土强度高、耐久性好，可用于高层建筑、桥梁等新型复合材料结合不同材料的优点，具有更高的强度、耐久性、可加工性等绿色建筑结构设计节能减排环保材料生态设计采用节能材料，优化结构设计，减少能使用环保材料，如再生材料、可回收材将建筑与环境融为一体，营造绿色生态源消耗和二氧化碳排放料等，减少对环境的污染环境。