《建筑结构设计案例》课件

建筑结构设计案例课程概述与学习目标本课程旨在深入探讨建筑结构设计的基本理论与实践应用，并通学习目标包括过案例分析来提升学生的专业技能•掌握建筑结构设计的基本原则和规范•熟练运用结构计算软件进行结构设计•能够独立完成建筑结构设计案例分析•提升解决结构设计问题的能力建筑结构设计基本原则1安全性确保结构能够安全地承受2经济性合理选择材料和施工方案3适用性根据建筑物的功能和使用各种荷载和作用，并满足抗震、抗，控制结构造价，并追求经济效益要求，设计符合使用要求的结构形风等安全要求最大化式和构造，满足建筑功能和使用需求4耐久性选择耐久性高的材料和施工工艺，并采取有效的5美观性注重结构形式的美观和协调性，与建筑物的整体防腐蚀和防潮措施，保证结构的长期使用寿命风格相协调，体现建筑物的整体美感结构设计流程概述初步设计阶段收集资料、确定建筑功能、确定结构形1式、进行初步计算2方案设计阶段优化结构方案，进行初步的结构计算和分析，绘制初步设计图纸施工图设计阶段深化结构设计，进行详细的结构计算3和分析，绘制施工图纸，并进行招标4施工阶段按照施工图纸进行施工，并进行质量控制和监督管理竣工验收阶段完成结构施工后，进行竣工验收，并进5行结构检测和评估案例分析方法论了解案例背景包括建筑物的功能、规模、地理位置、地质条件等，并确定设计目标分析建筑荷载与作用确定各种荷载和作用的大小、方向和分布，并进行荷载组合选择结构形式根据建筑物的功能、规模、造价等因素，选择合适的结构形式，并进行初步的结构计算和分析优化结构方案根据结构计算结果和分析，进行结构方案的优化，并进行深化设计进行结构验算对结构进行各种荷载和作用下的强度、刚度和稳定性验算，确保结构安全绘制结构图纸根据结构设计结果，绘制结构图纸，并进行图纸审查总结案例经验总结案例分析过程中的经验教训，并为以后的设计工作提供参考建筑荷载与作用分析恒荷载活荷载建筑物自身重量，包括墙体、楼板、屋顶、楼梯、门窗等建筑物使用过程中产生的可变荷载，例如人员、家具、设备、堆放的物品等风荷载地震荷载风力对建筑物产生的作用力，主要作用于屋顶、外墙等地震时地面运动对建筑物产生的作用力，主要作用于建筑物的地基和上部结构雪荷载温度荷载积雪对建筑物产生的作用力，主要作用于屋顶温度变化对建筑物产生的作用力，主要作用于建筑物的钢结构和混凝土结构结构计算软件介绍AutoCAD STAADPro SAP2000Autodesk公司开发的二Bentley公司开发的结构Computers and维绘图软件，主要用于绘分析与设计软件，可用于Structures公司开发的三制结构图纸进行结构力学计算、设计维结构分析与设计软件，和优化可用于进行各种结构的分析和设计ETABSComputers andStructures公司开发的有限元分析软件，主要用于进行高层建筑的结构分析和设计常见结构体系比较框架结构剪力墙结构框架-剪力墙结构钢结构主要由梁、柱、板等构件组主要由剪力墙、梁、柱等构结合框架结构和剪力墙结构采用钢材作为主要材料，适成，适用于层数较低的建筑件组成，适用于高层建筑，的优点，适用于高层建筑，用于跨度较大、荷载较重的物，造价较低，但抗震性能抗震性能较好，但造价较高抗震性能好，造价适中建筑物，造价较高，但施工一般速度快高层建筑结构设计概述方案选择1根据建筑功能、场地条件、经济成本等因素，选择合适的结构体系，并进行方案设计结构分析2进行结构力学分析，确定结构的承载能力、稳定性和变形等性能，并进行抗震、抗风等验算构件设计3根据分析结果，设计梁、柱、板、墙等结构构件的尺寸、形状、材料、配筋等节点设计4设计结构构件之间的连接节点，确保结构的整体性和安全性施工图绘制5根据设计结果，绘制详细的施工图纸，并进行图纸审查和审批高层建筑抗震设计要点地震烈度根据建筑物所在地区的抗震设防烈度，确定抗震设计要求结构体系选择选择抗震性能好的结构体系，例如框架-剪力墙结构结构抗震措施采取措施提高结构的抗震性能，例如设置抗震墙、设置抗震支撑等构件抗震设计对结构构件进行抗震设计，例如提高钢筋强度、增加箍筋等节点抗震设计对结构节点进行抗震设计，确保结构的整体性和安全性框架结构设计案例导入案例背景1该案例为某高校图书馆的结构设计，建筑高度为30米，共6层设计要求2满足抗震、抗风等安全要求，并保证建筑物的整体美观设计目标3设计经济、安全、美观的框架结构，满足图书馆的使用功能框架结构布置原则满足功能框架结构的布置应满足建筑物的功能要求，2例如设置门窗的位置和尺寸合理布置1框架结构的布置应尽量对称，以提高结构的整体稳定性控制造价3框架结构的布置应尽量简化，以控制结构造价框架节点设计要点12梁柱节点梁梁节点梁柱节点是框架结构中最重要的节点之梁梁节点的连接方式应确保梁之间的相一，其设计应确保梁柱之间的良好连接互支撑，并能有效地传递荷载，并能承受各种荷载和作用3柱柱节点柱柱节点的连接方式应确保柱之间的相互支撑，并能有效地传递荷载框架构件截面选择梁300×500C304Φ20柱400×400C358Φ25板100C30Φ12@200框架结构施工要点剪力墙结构案例导入案例背景1该案例为某高层住宅的结构设计，建筑高度为100米，共25层设计要求2满足抗震、抗风等安全要求，并保证建筑物的整体美观设计目标3设计经济、安全、美观的剪力墙结构，满足住宅的使用功能剪力墙布置原则抗震方向剪力墙的布置应考虑抗震方向，并在主要抗震方向设置较多的剪力墙均匀分布满足功能剪力墙应尽量均匀分布于建筑物四周，以剪力墙的布置应满足建筑物的功能要求，提高结构的整体稳定性例如设置门窗的位置和尺寸213剪力墙厚度与配筋设计1厚度剪力墙的厚度应根据其承受的荷载和抗震要求确定，一般为120-240mm2配筋剪力墙的配筋应满足抗震要求，并根据其厚度和荷载进行设计，一般采用Φ12-Φ18的钢筋剪力墙结构验算要点强度验算剪力墙应满足其强度要求，确保其能够承受各种荷载和作用刚度验算剪力墙应满足其刚度要求，确保其能够抵抗地震作用和风荷载稳定性验算剪力墙应满足其稳定性要求，确保其能够抵抗倾覆和失稳变形验算剪力墙应满足其变形要求，确保其能够满足建筑物的使用功能剪力墙施工质量控制框架剪力墙结构案例-案例背景1该案例为某商业综合体的结构设计，建筑高度为150米，共35层设计要求2满足抗震、抗风等安全要求，并保证建筑物的整体美观设计目标3设计经济、安全、美观的框架-剪力墙结构，满足商业综合体的使用功能框剪结构的优缺点优点缺点•抗震性能好•空间利用率较低•刚度和承载能力强•结构形式较为复杂•施工工艺成熟•施工周期较长•造价相对合理框剪结构的受力特点框架1主要承受水平荷载，如风荷载和地震荷载，并通过梁柱传递至基础剪力墙2主要承受竖向荷载，如楼层荷载和屋顶荷载，并通过基础传递至地基框架与剪力墙共同作用3共同抵抗各种荷载和作用，确保结构的整体稳定性框剪结构构件设计框架梁400×600C356Φ25框架柱500×500C4010Φ32剪力墙200C35Φ16@200框剪结构节点处理梁柱节点剪力墙节点梁柱节点设计应确保梁柱之间的良好连接，并能承受各种荷载和剪力墙节点设计应确保剪力墙与其他结构构件的良好连接，并能作用有效地传递荷载钢结构设计案例导入案例背景1该案例为某体育馆的结构设计，跨度为100米，屋顶采用钢结构设计要求2满足抗震、抗风等安全要求，并保证建筑物的整体美观设计目标3设计经济、安全、美观的钢结构，满足体育馆的使用功能钢结构材料选择Q235钢普通低碳钢，强度较Q345钢高强度低合金钢，强低，造价低廉，适用于一般钢度较高，造价较高，适用于承结构载能力要求较高的钢结构Q460钢高强度低合金钢，强度更高，造价更高，适用于承受更大荷载的钢结构钢结构构件设计截面选择1根据荷载和作用，选择合适的钢结构构件截面尺寸和形状强度计算2对钢结构构件进行强度计算，确保其能够承受各种荷载和作用稳定性计算3对钢结构构件进行稳定性计算，确保其能够抵抗各种荷载和作用下的失稳变形计算4对钢结构构件进行变形计算，确保其能够满足建筑物的使用功能钢结构连接节点焊接连接螺栓连接采用焊接方法将钢结构构件连接在一起，连接强度高，但施工要采用螺栓方法将钢结构构件连接在一起，连接强度较低，但施工求较高便捷钢结构防火设计设置防火涂层对钢结构构件表面涂刷防火涂层，提高其耐火性能设置防火隔断在钢结构构件之间设置防火隔断，阻止火势蔓延设置自动喷淋系统设置自动喷淋系统，在火灾发生时及时灭火设置火灾报警系统设置火灾报警系统，及时发现火灾并报警大跨度结构案例分析案例背景1该案例为某展览馆的结构设计，跨度为60米，屋顶采用网架结构设计要求2满足抗震、抗风等安全要求，并保证建筑物的整体美观设计目标3设计经济、安全、美观的网架结构，满足展览馆的使用功能网架结构设计要点1空间形式网架结构可以形成多种空间形式，例如球形、圆锥形、圆柱形等，可以满足各种建筑物的空间要求2受力特点网架结构的受力比较均匀，整体稳定性较高，能够承受较大的荷载3节点设计网架结构的节点设计非常重要，需要保证节点的连接牢固，并能有效地传递荷载4施工工艺网架结构的施工工艺较为复杂，需要专业的施工队伍进行施工桁架结构设计要点节点设计2桁架节点设计应确保杆件之间的连接牢固，并能有效地传递荷载受力分析1桁架结构是由杆件组成的三角形体系，各杆件主要承受轴向力稳定性桁架结构应满足稳定性要求，确保其能3够抵抗各种荷载和作用下的失稳网壳结构设计要点空间曲面1网壳结构通常采用双曲抛物面、悬链面等空间曲面，具有良好的受力性能节点设计2网壳结构的节点设计非常重要，需要保证节点的连接牢固，并能有效地传递荷载施工工艺3网壳结构的施工工艺较为复杂，需要专业的施工队伍进行施工膜结构设计要点材料选择形状设计支架设计膜结构材料应具有良好的强度、刚度、耐膜结构的形状设计应根据建筑物的功能、膜结构的支架设计应确保膜结构的稳定性久性、防水性和透光性等性能规模和美观要求，并满足力学性能要求和安全性，并能有效地传递荷载地下建筑结构案例案例背景1该案例为某地下车库的结构设计，地下车库位于地下2层，总面积为5000平方米设计要求2满足防水、防潮、抗震等安全要求，并保证建筑物的整体美观设计目标3设计经济、安全、美观的地下车库结构，满足车库的使用功能地下室防水设计1做好防水层采用多层防水材料，2设置排水系统设置完善的排水系3做好防潮措施采取有效的防潮措确保地下室的防水性能统，及时排除地下室积水施，防止地下室潮湿基础设计要点地质勘察荷载计算进行地质勘察，了解场地的地质条件，确定计算建筑物荷载和作用，确定基础的承载能基础的类型和深度12力结构设计基础形式43设计基础的尺寸、形状、材料、配筋等，确根据场地条件和荷载情况，选择合适的基础保基础的强度、刚度和稳定性形式，例如桩基础、筏板基础等桩基础设计案例案例背景1该案例为某高层建筑的桩基础设计，建筑高度为120米，共30层地质条件2场地地质条件较差，地下存在软弱土层，需要采用桩基础桩型选择3选择预制桩，并根据荷载和地质条件确定桩径、桩长和桩间距桩基设计4进行桩基的承载能力计算、稳定性计算和沉降计算，确保桩基的安全性和稳定性筏板基础设计案例设计图施工过程根据建筑物荷载和地质条件，设计筏板基础的厚度、尺寸、配筋筏板基础的施工过程包括开挖、垫层、钢筋绑扎、混凝土浇筑等等结构抗震加固案例案例背景1该案例为某老旧房屋的抗震加固，房屋建于20世纪80年代，抗震等级较低加固目标2提高房屋的抗震等级，使其满足现行抗震规范的要求加固方案3采用加固措施，例如增设抗震墙、增设钢筋混凝土柱等建筑结构检测方法目视检查通过目视观察建筑物的结敲击检查通过敲击建筑物的结构构钻芯取样对建筑物的结构构件进行构构件，判断其是否存在裂缝、腐蚀件，判断其内部是否存在空洞、松动钻芯取样，进行强度、密度等指标的、变形等现象等现象检测超声波检测利用超声波探测建筑物结构构件内部的缺陷裂缝测绘对建筑物结构构件的裂缝进行测绘，分析裂缝的宽度、长度、方向等信息加固方案设计原则安全可靠经济合理12加固方案应确保加固后的结构安全可靠，能加固方案应经济合理，尽量减少加固成本够满足现行抗震规范的要求施工方便技术可行加固方案应施工方便，尽量减少对建筑物使加固方案应技术可行，能够采用现有的技术43用功能的影响和材料进行施工加固施工技术要点钢筋绑扎混凝土浇筑加固钢筋的绑扎应牢固可靠，并应符合施工规范的要求加固混凝土的浇筑应充分振捣，确保混凝土的密实度和强度加固效果评估检测方法1采用各种检测方法，例如目视检查、敲击检查、钻芯取样等，对加固效果进行评估评估指标2根据加固目标，选择合适的评估指标，例如强度、刚度、稳定性等指标评估结果3根据评估结果，判断加固效果是否达到预期目标绿色建筑结构案例案例背景该案例为某办公楼的结构设计，建筑高度为80米，共20层，采用绿色建筑设计理念1设计目标2设计经济、安全、环保的办公楼结构，满足办公楼的使用功能设计理念3采用节能材料、节能技术，并优化结构设计，降低建筑物的能耗和碳排放节能结构设计要点采用轻质材料例如轻质混凝土、钢结构等，减轻建筑物重量，降低能耗优化结构形式选择合理的结构形式，例如框架-剪力墙结构，提高空间利用率，降低材料消耗设置自然通风设置自然通风系统，减少空调的使用，降低能耗采用太阳能等可再生能源采用太阳能等可再生能源，降低建筑物的能耗可持续材料应用再生材料环保材料节能材料例如回收利用的废弃钢材、木材等，降例如竹材、木材、石材等，降低环境污例如保温材料、隔热材料等，降低建筑低资源消耗染物的能耗结构环保性能评估环境影响评估评估建筑物对环境的影响能源消耗评估评估建筑物在生命周期内，例如空气污染、水污染、噪音污染等碳排放评估评估建筑物在生命周期内产的能源消耗，包括空调、照明、热水等生的碳排放，包括材料生产、施工、运营、拆除等阶段技术在结构设计中的应用BIM模型建立1利用BIM软件建立建筑物的三维模型，包括结构、建筑、机电等信息结构分析2在BIM模型上进行结构分析，模拟各种荷载和作用下的结构行为，并进行优化设计碰撞检测3进行碰撞检测，避免结构构件与其他构件之间的碰撞，提高设计效率施工模拟4进行施工模拟，提前预判施工过程中的问题，并优化施工方案成本控制5通过BIM模型进行成本控制，优化材料选型，减少材料浪费建筑结构设计创新案例轻型结构智能结构采用轻质材料和新型结构体系，采用智能材料和技术，提高结构降低建筑物重量，减少材料消耗的抗震性能、防火性能和自修复能力可拆卸结构采用可拆卸的结构体系，方便建筑物的改造和重建，提高建筑物的可持续性新材料应用案例超高强度混凝土碳纤维材料高性能钢材提高结构的承载能力和抗震性能，减少提高结构的强度和刚度，并减轻建筑物提高结构的强度和刚度，并减轻建筑物结构构件的尺寸和重量重量，具有良好的抗腐蚀性能重量，具有良好的抗震性能新工艺应用案例预制装配式建筑3D打印建筑采用预制构件进行施工，提高施工效率，降低施工成本，减少现采用3D打印技术进行施工，提高建筑效率，降低成本，并实现复场污染杂结构的建造设计优化案例分析结构优化功能优化1优化结构形式和材料选型，降低材料消优化建筑功能和空间布局，提高空间利2耗，减少施工成本用率，满足使用需求环保优化成本优化4采用环保材料和技术，降低环境污染，3优化设计方案和施工方案，降低成本，提高建筑的可持续性提高经济效益结构设计常见问题荷载计算不准确荷载计算错误会导致结构安全问题结构形式选择不合理结构形式选择不合理会导致结构强度、刚度和稳定性不足节点设计缺陷节点设计缺陷会导致结构的整体性和安全性问题施工质量问题施工质量问题会导致结构的安全性和耐久性问题设计图纸错误设计图纸错误会导致施工过程中的错误，并造成返工等问题质量控制要点1加强设计审查对结构设计进行严格审查，确保设计方案符合规范要求2严格控制材料质量对结构材料进行严格检验，确保材料质量符合规范要求3加强施工管理对结构施工进行严格管理，确保施工质量符合规范要求4定期进行结构检测对结构进行定期检测，及时发现结构问题，并进行处理成本控制策略12优化设计方案控制材料消耗选择经济合理的结构形式和材料，降采用合理的材料选型和施工工艺，减低设计成本少材料浪费3提高施工效率采用先进的施工技术和管理方法，提高施工效率，降低施工成本施工配合要点沟通协调信息共享现场指导设计人员与施工人员之间要进行密切沟设计人员要及时将设计图纸和技术资料设计人员要定期到施工现场进行指导，通，及时解决设计和施工过程中的问题提供给施工人员，确保施工人员能够准及时解决施工过程中的技术问题确地理解设计意图设计文件管理建立设计文件数据库建立设计文件数据库，方便设计文件的管理和查询规范文件格式规范设计文件格式，确保设计文件的统一性和可读性定期备份文件定期备份设计文件，防止文件丢失总结与展望建筑结构设计是一个不断发展和创新的领域，未来将继续朝着以下方向发展•智能化采用智能材料和技术，提高结构的抗震性能、防火性能和自修复能力•绿色化采用环保材料和技术，降低建筑物的能耗和碳排放，实现可持续发展•数字化采用BIM技术等数字化技术，提高设计效率，降低成本，并实现精细化管理。