《建筑结构设计》课件2

建筑结构设计课程目标和学习内容课程目标学习内容•掌握建筑结构的基本概念和设计原则•建筑结构概论•熟悉常用结构材料的特性和应用•结构荷载与作用•了解不同结构体系的特点和适用范围•结构材料介绍•能够进行简单的结构计算和设计•结构体系概述•培养创新思维和解决实际问题的能力•结构布置原则•结构计算基本理论•抗震设计基本概念•基础设计概述建筑结构的基本概念结构结构构件结构是指能够承受荷载并保持自身结构构件是组成结构的最小单元，稳定的系统建筑结构是建筑物的例如梁、柱、板、墙等不同的结骨架，承受着建筑物自身的重量以构构件承担着不同的受力任务，共及外部施加的各种荷载，保证建筑同构成一个完整的结构体系物的安全和正常使用结构体系建筑结构的功能和要求安全性适用性耐久性经济性结构必须能够承受各种荷载，结构必须满足建筑物的使用功结构必须具有足够的耐久性，保证在正常使用条件下不发生能要求，例如空间的开阔性、能够在设计使用年限内保持其破坏或倒塌层高的限制等性能，抵抗环境因素的侵蚀结构设计的基本原则安全可靠经济合理耐久适用结构设计必须保证结构结构设计应考虑经济因的安全可靠性，满足国素，选择合理的结构方家规范和标准的要求案和材料，降低工程造价结构荷载与作用荷载作用荷载是指作用在结构上的各种力，包括永久荷载、可变荷载、风荷作用是指荷载对结构产生的影响，例如内力（弯矩、剪力、轴力）、载、地震作用等荷载是结构设计的基础，结构的安全性直接取决变形、应力等结构设计的目标是控制结构的作用，使其不超过结于其承受荷载的能力构的承载能力永久荷载和可变荷载永久荷载可变荷载12永久荷载是指在结构使用期间可变荷载是指在结构使用期间始终存在的荷载，例如结构自可能发生变化的荷载，例如人重、墙体重量、固定设备重量群荷载、家具荷载、积雪荷载等永久荷载的大小相对稳定，等可变荷载的大小具有不确不易发生变化定性，需要根据实际情况进行估算荷载组合3结构设计需要考虑各种荷载的组合，以确定最不利的荷载情况荷载组合应根据国家规范和标准的要求进行风荷载和地震作用风荷载地震作用风荷载是指风对结构产生的压力或地震作用是指地震对结构产生的惯吸力风荷载的大小与风速、结构性力地震作用的大小与地震烈度、形状、结构高度等因素有关高层结构自重、结构刚度等因素有关建筑和大型屋盖结构需要特别考虑处于地震高发地区的建筑物需要进风荷载的影响行抗震设计抗震设计抗震设计是指采取一系列措施，提高结构抵抗地震作用的能力，防止结构在地震中发生破坏或倒塌抗震设计是保证建筑物安全的重要手段结构材料介绍钢筋混凝土钢筋混凝土是由钢筋和混凝土组成的复合材料钢筋混凝土具有良好的抗压和抗拉性能，是应用最广泛的结构材料之一钢材钢材具有强度高、延性好、易于加工等优点，适用于高层建筑、大跨度结构等钢结构的连接方式包括焊接、螺栓连接、铆钉连接等其他材料除了钢筋混凝土和钢材，常用的结构材料还包括砌体、木材、新型复合材料等不同的材料具有不同的特性和适用范围，需要根据实际情况进行选择钢筋混凝土材料特性抗压强度高抗拉强度低混凝土具有较高的抗压强度，能够承受较1混凝土的抗拉强度较低，容易开裂大的压力2耐久性好可模性好4混凝土具有良好的耐久性，能够抵抗环境混凝土可以根据需要浇筑成各种形状3因素的侵蚀钢筋混凝土是由钢筋和混凝土组成的复合材料钢筋承担拉力，混凝土承担压力，两者共同作用，使钢筋混凝土具有良好的承载能力钢材特性及应用强度高1延性好2易于加工3钢材具有强度高、延性好、易于加工等优点，适用于高层建筑、大跨度结构等钢结构的连接方式包括焊接、螺栓连接、铆钉连接等钢材需要进行防腐处理，以提高其耐久性其他常用结构材料砌体结构木结构新型复合材料砌体结构是由砖、石等砌块砌筑而成的结构木结构是由木材构件组成的结构木结构具新型复合材料是由两种或两种以上不同材料砌体结构的抗压强度较高，但抗拉强度较低，有轻质、环保、施工方便等优点，适用于低复合而成的材料新型复合材料具有强度高、适用于低层建筑层建筑和景观建筑重量轻、耐腐蚀等优点，在结构工程中的应用越来越广泛结构体系概述筒体结构1框架剪力墙结构-2剪力墙结构3框架结构4结构体系是指结构构件之间的连接方式和整体布置形式常见的结构体系包括框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构、筒体结构等不同的结构体系具有不同的特点和适用范围，需要根据建筑物的具体情况进行选择框架结构系统定义特点框架结构是由梁和柱组成的结构体系梁和柱通过节点连接，形成•空间开阔一个整体的框架，共同承受荷载框架结构的优点是空间开阔，但•刚度较小刚度较小，适用于低层和多层建筑•抗震性能较好•适用于低层和多层建筑剪力墙结构系统定义1剪力墙结构是由剪力墙组成的结构体系剪力墙是指承受水平荷载的墙体，具有较大的刚度和承载能力剪力墙结构的优点是抗震性能好，但空间分隔较多，适用于高层建筑特点2•抗震性能好•刚度大•空间分隔较多•适用于高层建筑框架剪力墙结构系统-定义1框架-剪力墙结构是由框架和剪力墙共同组成的结构体系框架和剪力墙协同工作，共同承受荷载框架-剪力墙结构兼具框架结构和剪力墙结构的优点，适用于高层建筑特点2•抗震性能好•刚度适中•空间分隔适中•适用于高层建筑筒体结构系统定义特点筒体结构是由一个或多个筒体组成•刚度极高的结构体系筒体是指由密集的柱•承载能力强和梁或剪力墙组成的空心结构筒•适用于超高层建筑体结构具有极高的刚度和承载能力，适用于超高层建筑类型•外筒结构•内筒结构•束筒结构结构布置原则对称性均匀性简洁性结构布置应尽量对称，结构布置应尽量均匀，结构布置应尽量简洁，以减少扭转效应以避免应力集中以方便施工和维护平面布置要点避免平面不规则尽量避免平面形状过于复杂，例如凹凸不平、开洞过多等控制长宽比控制建筑物的长宽比，避免过大的长宽比，以提高结构的整体稳定性设置防震缝对于体型复杂的建筑物，应设置防震缝，将建筑物分隔成多个相对独立的单元竖向布置要点控制高宽比控制建筑物的高宽比，避免过大的高宽比，2以提高结构的整体稳定性避免竖向不规则1尽量避免竖向刚度突变，例如底层架空、中间层错层等保证连续性保证竖向构件的连续性，避免构件中断或3错位结构及其影响irregularity定义影响结构irregularity是指结构在平面或竖向上的不规则性结构•扭转效应irregularity会导致结构的受力复杂化，降低结构的抗震性能•应力集中•抗震性能降低•设计难度增加结构计算基本理论材料力学结构力学12材料力学是研究材料在荷载作结构力学是研究结构在荷载作用下的变形和应力的学科，是用下的内力和变形的学科，是结构计算的基础结构计算的核心有限元方法3有限元方法是一种将连续体离散成有限个单元进行分析的数值计算方法，适用于复杂结构的计算极限状态设计法基本概念设计表达式极限状态设计法是以结构达到某种极限状态设计法的基本设计表达式极限状态为设计依据的设计方法为荷载效应≤结构抗力荷载效极限状态包括承载能力极限状态和应是指荷载对结构产生的影响，结正常使用极限状态构抗力是指结构抵抗荷载效应的能力分项系数极限状态设计法采用分项系数来考虑荷载和结构抗力的不确定性分项系数分为荷载分项系数和材料分项系数弹性分析方法线性弹性叠加原理适用范围假设材料的应力应变关系为线性关系，结构可以应用叠加原理进行计算，简化计算过程适用于荷载较小、结构变形较小的情况的变形较小塑性分析方法塑性铰结构在荷载作用下，某些截面达到塑性状态，形成塑性铰塑性内力重分布结构达到塑性状态后，内力会发生重分布，使结构能够承受更大的荷载极限荷载结构能够承受的最大荷载，是塑性分析的目标结构动力分析基础固有频率振动1结构自由振动的频率，是结构的重要动力结构在时变荷载作用下产生的运动特性2阻尼振型4结构振动能量的耗散，对结构的动力响应结构自由振动的形状，也是结构的重要动3有重要影响力特性抗震设计基本概念强柱弱梁1延性设计2多道防线3抗震设防4抗震设计是指采取一系列措施，提高结构抵抗地震作用的能力，防止结构在地震中发生破坏或倒塌抗震设计是保证建筑物安全的重要手段抗震设防烈度和设计地震分组抗震设防烈度设计地震分组抗震设防烈度是指根据地震发生的概率和可能造成的损失确定的地设计地震分组是指根据地震震级和场地条件将地震划分为不同的组震烈度，是抗震设计的基本依据别，以便进行更精细的抗震设计结构抗震构造措施加强连接设置构造柱12加强构件之间的连接，提高结在砌体结构中设置构造柱，提构的整体性高结构的抗震性能设置圈梁3在砌体结构中设置圈梁，提高结构的整体性基础设计概述作用基础是将建筑物上部的荷载传递到地基的结构基础的安全性直接影响着整个建筑物的安全要求•足够的承载能力•足够的稳定性•足够的耐久性基础类型及选择独立基础条形基础筏板基础适用于柱下基础，构造适用于墙下基础，承载适用于地基承载力较低简单，经济实用能力较强的情况，整体性好天然地基与处理地基天然地基未经处理的地基，适用于地基承载力较高的情况处理地基经过处理的地基，适用于地基承载力较低的情况，例如软土地基、湿陷性黄土地基等处理方法常用的地基处理方法包括换填土、强夯、预压、注浆等桩基础设计要点桩的承载力桩的承载力是桩基础设计的关键，需要根2据地质条件和桩的类型进行计算桩的类型根据桩的材料和施工方法，桩可以分为1混凝土桩、钢桩、木桩、钻孔灌注桩、预制桩等桩的布置桩的布置应根据建筑物的荷载和地基条件3进行确定，保证桩基础的整体稳定性梁板设计抗弯设计1抗剪设计2挠度验算3裂缝验算4梁板是楼盖结构的主要承重构件，梁板设计需要满足强度、刚度和耐久性的要求梁的受力分析与设计受力分析设计梁的受力分析包括计算梁的弯矩、剪力、挠度等常用的受力分析•抗弯设计方法包括静力法、力法、位移法等•抗剪设计•挠度验算•裂缝验算板的受力分析与设计受力分析1板的受力分析包括计算板的弯矩、剪力、挠度等常用的受力分析方法包括弹性理论、塑性理论等设计2•抗弯设计•抗剪设计•挠度验算•裂缝验算楼盖结构设计类型常见的楼盖结构类型包括钢筋混凝土楼板、预制混凝土楼板、钢结构楼板等设计•荷载计算•结构选型•构件设计•构造设计柱的设计轴心受压柱偏心受压柱稳定验算柱只承受轴向压力柱同时承受轴向压力和防止柱发生失稳弯矩轴心受压柱设计计算截面面积根据荷载和材料强度计算柱的截面面积选择截面尺寸根据截面面积选择合适的截面尺寸稳定验算进行稳定验算，保证柱的稳定性偏心受压柱设计计算弯矩计算偏心距1计算柱的弯矩计算柱的偏心距2稳定验算配筋计算4进行稳定验算，保证柱的稳定性3根据荷载和偏心距进行配筋计算剪力墙设计基础抗剪设计1抗弯设计2稳定验算3剪力墙是承受水平荷载的重要构件，剪力墙设计需要满足强度、刚度和稳定性的要求框架节点设计作用设计要点框架节点是梁和柱的连接部位，是结构的重要组成部分框架节点•保证节点的强度的安全性直接影响着整个结构的安全•保证节点的刚度•保证节点的延性楼梯设计要点梯段平台12梯段的宽度、高度、数量等应平台的宽度、长度应满足规范满足规范要求要求栏杆3栏杆的高度、强度应满足规范要求结构构造详图作用结构构造详图是指导施工的重要技术文件，应详细、准确地表达结构的构造细节内容•构件尺寸•配筋•连接方式•材料钢筋混凝土结构施工图立面图平面图剖面图表达建筑物的外观形状表达建筑物的平面布置表达建筑物的内部构造钢结构设计基础材料常用的钢材包括Q

235、Q345等连接钢结构的连接方式包括焊接、螺栓连接、铆钉连接等设计钢结构设计需要满足强度、刚度和稳定性的要求钢结构连接方式螺栓连接螺栓连接具有施工方便、易于拆卸等优点2焊接1焊接连接具有强度高、整体性好等优点铆钉连接铆钉连接具有连接可靠、抗剪能力强等优3点，但施工较为复杂高层建筑结构设计特点抗风设计1抗震设计2整体稳定3竖向荷载4高层建筑结构设计需要考虑竖向荷载、抗风设计、抗震设计、整体稳定等因素高层建筑的结构选型框架结构剪力墙结构框架剪力墙结构筒体结构-适用于高度较低的高层建筑适用于高度较高的高层建筑适用于高度适中的高层建筑适用于超高层建筑超高层建筑结构设计要点结构体系材料12应选择刚度大、承载能力强的应选择强度高、耐久性好的材结构体系，例如筒体结构、巨料，例如高强度混凝土、高强型框架结构等度钢材等抗风设计3应进行精细化的抗风设计，考虑风振效应大跨度结构设计概述类型•网架结构•桁架结构•悬索结构•膜结构特点•跨度大•自重轻•受力复杂网架结构设计球节点杆件稳定性常用的网架结构节点网架结构的组成单元网架结构设计的关键桁架结构设计上弦下弦腹杆桁架是由杆件组成的结构，杆件主要承受轴向力桁架结构具有跨度大、自重轻等优点空间结构设计悬索结构21网壳结构膜结构3空间结构是指具有空间曲面的结构，例如网壳结构、悬索结构、膜结构等空间结构具有造型美观、跨度大等优点建筑结构抗火设计防火材料1耐火极限2防火分隔3防火等级4建筑结构抗火设计是指采取一系列措施，提高结构在火灾中的安全性，防止结构发生破坏或倒塌结构耐久性设计耐久性影响因素结构耐久性是指结构在设计使用年限内保持其性能的能力•材料•环境•荷载•施工绿色建筑结构设计节能环保可持续123采用节能的结构材料和结构形式采用环保的结构材料和结构形式结构设计应考虑可持续发展技术在结构设计中的应用BIMBIMBIM是指建筑信息模型，是一种包含建筑物所有信息的数字化模型应用•结构建模•结构分析•施工模拟•碰撞检查结构设计新趋势和发展方向智能化绿色化高性能化课程总结与展望通过本课程的学习，我们了解了建筑结构设计的基本概念、功能要求、设计原则，掌握了结构荷载的计算方法，熟悉了常用结构材料的特性，并能运用所学知识进行简单的结构设计希望同学们在未来的学习和工作中，能够不断探索、勇于创新，为建筑结构设计事业做出更大的贡献。