《建筑结构设计原理》课件

《建筑结构设计原理》欢迎参加《建筑结构设计原理》课程！本课程将系统地介绍建筑结构设计的基本理论和方法，帮助学生掌握结构分析与设计的核心知识我们将深入探讨混凝土结构、砌体结构和钢结构等常见建筑结构类型的设计原理，学习如何确保建筑物的安全性、稳定性和耐久性通过本课程的学习，你将能够理解并应用现代建筑结构设计的关键概念，为未来的专业发展奠定坚实基础课程目标与学习要求掌握理论基础深入理解建筑结构设计的基本理论，包括力学原理、材料性能和结构分析方法，建立系统的知识框架熟练计算方法掌握各类结构构件的计算原理与方法，能够独立进行结构分析与设计计算规范应用能力熟悉相关设计规范，能够正确应用规范进行结构设计，确保建筑安全与适用实践操作技能通过课堂练习和项目设计，培养结构方案选择与设计实践能力第一章绪论基本概念介绍建筑结构的基本定义和要求发展历程结构设计理论的历史演变设计原则现代结构设计的核心原则应用领域结构设计在建筑中的广泛应用本章作为课程的入门部分，将帮助大家建立对建筑结构设计的整体认识我们将从基本概念出发，了解建筑结构设计的历史发展，探讨现代结构设计的核心原则，并介绍结构设计在各类建筑中的应用，为后续各章节的深入学习奠定基础建筑和建筑结构的定义建筑的定义建筑结构的定义建筑是为满足人们生活、工作等建筑结构是支撑建筑物，并保证需要而创造的空间环境，它既要其在各种作用下保持稳定和安全满足使用功能，又要具备艺术价的构件系统，是建筑物的骨架值和技术合理性建筑与结构的关系建筑与结构紧密相连，优秀的建筑设计必须基于合理的结构体系，而结构设计则需要服务于建筑功能和美学要求建筑结构作为建筑的核心支撑系统，需要满足安全性、适用性、耐久性和经济性的要求结构工程师需要在建筑设计的早期阶段就与建筑师密切合作，共同确定合理的结构方案，以确保建筑的整体性能建筑结构的类型和特点框架结构剪力墙结构框架剪力墙结构-由梁、柱等线性构件组成的结构体系，构件以承重墙为主要承重构件的结构体系，墙体结合框架和剪力墙的混合结构，兼具两者优主要承受弯曲变形，适用于多层建筑，施工承担竖向荷载和水平力，侧向刚度大，适用点，能有效抵抗水平力，是高层建筑常用结简便，空间灵活于高层建筑构形式除上述主要结构类型外，还有拱形结构、壳体结构、索膜结构等特殊形式，各具特点和适用范围结构类型的选择需要综合考虑建筑功能、高度、跨度、荷载条件和抗震要求等因素建筑结构构件体系承重构件基础构件包括柱、墙、梁、楼板等，主要承连接上部结构与地基的构件，包括担建筑的重力荷载和水平荷载独立基础、条形基础、筏形基础等围护构件连接构件如屋顶、外墙等，保护建筑内部空如楼梯、连廊等，用于连接建筑各间，提供适宜的使用环境部分，确保整体性建筑结构构件体系是一个有机整体，各类构件通过合理连接形成完整的结构体系在结构设计过程中，需要确保各构件之间的荷载传递路径清晰，连接方式可靠，以保证结构的整体稳定性和安全性结构设计理论的发展过程经验设计阶段古代建筑主要依靠工匠经验和传统规则进行设计，如中国古代木构建筑的营造法式和西方的比例法则力学理论阶段17-19世纪，随着力学理论的发展，如胡克定律、欧拉梁理论等，结构设计开始有了科学基础容许应力法阶段20世纪初，容许应力法成为主流设计方法，通过控制构件最大应力不超过材料强度的一定比例来确保安全极限状态设计法阶段20世纪中后期至今，基于可靠度理论的极限状态设计法逐渐取代容许应力法，更科学地考虑各种不确定因素第二章结构上的荷载及其取值类375%主要荷载类型设计参考值建筑结构设计中需考虑永久荷载、可变荷载和偶然荷载大部分荷载取值来自规范中的标准参考值年5095%设计参考期可靠度目标一般建筑结构的设计参考期为50年建筑结构设计的目标可靠度通常不低于95%本章将详细介绍建筑结构承受的各类荷载，包括重力荷载、风荷载、雪荷载、地震作用等，以及如何根据规范确定这些荷载的设计值正确的荷载分析是结构设计的第一步，也是确保结构安全的关键环节建筑结构设计基本规定可靠度目标结构设计应以满足规定的可靠度为目标，考虑结构重要性、失效后果和参考期等因素安全储备通过分项系数和调整系数为结构提供足够的安全储备，抵御各种不确定因素规范遵循设计必须严格遵循国家现行规范，包括《建筑结构荷载规范》和各类专项结构设计规范全寿命周期考虑设计时应考虑结构在全寿命周期内的性能表现，包括正常使用、维护和可能的改造需求建筑结构设计基本规定是确保结构安全的底线要求，工程实践中必须严格执行规定的制定基于大量的理论研究、试验数据和工程经验，体现了结构工程的科学性和严谨性建筑结构上的荷载分类偶然荷载如爆炸、撞击等罕见荷载可变荷载如活荷载、风荷载、雪荷载等永久荷载如结构自重、固定设备重量等根据作用性质，建筑结构上的荷载可分为永久荷载、可变荷载和偶然荷载三大类永久荷载在结构设计参考期内基本保持不变，是结构必须长期承受的荷载；可变荷载在时间上具有变异性，其大小和分布随时间变化；偶然荷载则是发生概率很小但后果严重的特殊荷载在结构设计中，需要根据不同荷载的特性，采用不同的分项系数和组合方式，确保结构在各种可能的荷载作用下都能保持安全永久荷载代表值荷载类型计算方法变异系数结构自重根据材料密度和构件体

0.05-

0.10积计算恒定设备重量根据设备技术规格确定

0.05-

0.15填充墙重量根据墙体材料和尺寸计

0.10-

0.15算装修层重量根据装修材料和厚度计

0.10-

0.20算永久荷载是指在结构设计参考期内，其大小基本保持不变的荷载它主要包括结构构件自重、固定设备重量、非结构构件重量（如填充墙）和永久性装修荷载等永久荷载的代表值通常取为平均值，其设计值通过乘以相应的分项系数获得结构自重可通过构件尺寸和材料密度准确计算，而其他永久荷载则需要根据具体条件确定，必要时应考虑可能的变化范围可变荷载代表值楼面活荷载风荷载雪荷载根据建筑使用功能确定，如住宅为

2.0kN/m²与建筑物所在地区的基本风压、高度、地形与建筑物所在地区的基本雪压、屋面形状和，办公室为

2.5kN/m²，商场为

3.5-

5.0kN/m²和自身形状有关高层建筑的风荷载设计尤保温条件有关北方地区的雪荷载设计需特，仓库根据存储物品可达

5.0-

10.0kN/m²为重要，可能需要进行风洞试验确定别注意，某些地区可达

1.0kN/m²以上可变荷载因其随机性，通常采用设计参考期内一定保证率对应的特征值作为代表值在计算不同极限状态时，还需考虑不同的组合值、频遇值和准永久值第三章建筑结构设计方法确定设计条件明确结构类型、材料、荷载条件和设计要求结构方案选择比较不同结构方案的优缺点，选择最优方案结构分析计算建立计算模型，分析内力和变形构件设计与验算按照极限状态设计方法进行各项验算构造设计与优化完成构造详图设计，并进行结构优化本章将介绍现代建筑结构设计的基本方法，尤其是极限状态设计法的理论基础和应用通过学习，学生将理解结构可靠度概念，掌握极限状态设计法的基本原理和设计步骤，为后续各类结构的具体设计奠定方法论基础结构的功能要求和极限状态功能要求承载能力极限状态正常使用极限状态•安全性抵抗各种荷载而不破坏•构件或结构整体丧失承载能力•过大的变形影响正常使用•适用性满足正常使用条件的要求•构件或连接处的破坏•裂缝宽度超过允许值•耐久性在设计使用年限内保持功能•结构失去平衡成为机构•结构振动影响使用或造成不适•经济性在满足其他要求的前提下经济•结构疲劳破坏•耐久性下降影响使用寿命合理极限状态是指结构或构件不能满足预定功能要求的状态在结构设计中，需要验算结构在各种极限状态下的性能，确保其满足设计要求极限状态设计方法是目前国际上广泛采用的结构设计方法，它通过考虑各种不确定因素，为结构提供合理的安全储备概率分布与保证率常用概率分布荷载的统计特性保证率概念结构设计中常用的概率分布包括正态荷载的随机性主要表现在其大小和分保证率是指随机变量不超过或不低于分布、对数正态分布、极值分布等布的不确定性通过大量统计数据，某一特定值的概率在结构设计中，不同的荷载和材料性能通常遵循不同可以确定各类荷载的概率分布特性，荷载的标准值通常取较高的保证率（的概率分布规律为荷载标准值的确定提供依据如95%），而材料强度的标准值则取较低的保证率（如5%）•永久荷载通常服从正态分布通过合理选择保证率，可以控制结构的安全水平，实现结构设计的经济性•风荷载、雪荷载通常服从极值和安全性的平衡分布•活荷载根据使用功能不同，分布类型也不同结构可靠度理论结构极限状态设计方法设计表达式荷载分项系数材料分项系数荷载组合结构设计的核心表达式永久荷载的分项系数通针对不同材料设置不同考虑多种荷载同时作用为设计效应≤设计承载常为

1.2-

1.35，可变荷载的分项系数，如混凝土的可能性，通过组合系力，即Ed≤Rd两侧均的分项系数通常为

1.4-

1.5为

1.4，钢材为

1.1，以考数对不同荷载的代表值考虑了相应的分项系数，反映了不同荷载的不虑材料性能的离散性进行调整，形成设计荷，以反映不确定性确定性程度载组合极限状态设计方法通过引入分项系数和荷载组合规则，为结构提供了合理的安全储备与传统的容许应力法相比，极限状态设计法能更准确地反映结构的实际工作状态，更合理地考虑各种不确定因素，实现结构安全性和经济性的更好平衡第四章混凝土结构材料的性能本章将深入介绍混凝土和钢筋的材料性能，包括强度特性、变形特性、耐久性能等混凝土作为当今最广泛使用的建筑材料，其性能对结构的安全性和耐久性至关重要通过本章学习，学生将了解混凝土的组成、分类和标号，掌握混凝土和钢筋的力学性能及其影响因素，为后续钢筋混凝土构件设计打下坚实基础混凝土的强度特性混凝土的变形特性弹性变形混凝土在低应力水平下（≤

0.3fc）表现为近似线性弹性，弹性模量与强度等级相关，一般为

0.8~

1.2×10^4MPa塑性变形应力超过

0.3fc后，混凝土开始产生不可恢复的塑性变形，应力-应变曲线呈非线性接近极限状态时，塑性变形显著增加徐变混凝土在长期荷载作用下，即使应力不变，变形也会随时间增加，这种现象称为徐变徐变变形可达到瞬时弹性变形的2-3倍收缩混凝土在硬化过程中因水分蒸发而产生收缩变形，与水灰比、环境湿度和构件尺寸有关收缩引起的应变可达300~500×10^-6混凝土的变形特性直接影响结构的刚度和位移，在结构设计中需要充分考虑尤其是对于大跨结构，变形控制往往成为控制设计的关键因素钢筋的力学性能钢筋类型屈服强度MPa抗拉强度MPa伸长率%HPB300（光圆钢筋）30042025HRB335（带肋钢筋）33545520HRB400（带肋钢筋）40054016HRB500（带肋钢筋）50063012钢筋是混凝土结构中的重要组成部分，主要用于承担拉力和提高混凝土结构的韧性钢筋的主要力学性能包括强度（屈服强度和抗拉强度）、变形能力（伸长率）和弹性模量根据生产工艺和表面形状，钢筋可分为热轧光圆钢筋和热轧带肋钢筋两大类现代建筑中广泛使用带肋钢筋，其与混凝土的黏结性能更好钢筋的弹性模量为

2.0×10^5MPa，泊松比为

0.3钢筋与混凝土的黏结性能黏结机理黏结滑移关系锚固长度-钢筋与混凝土的黏结力主要来源于三个钢筋与混凝土之间的黏结-滑移关系可用为确保钢筋能够充分发挥强度，需要提方面化学黏结力、摩擦力和机械锚固于描述两者之间的相互作用良好的黏供足够的锚固长度锚固长度与钢筋直力其中，带肋钢筋的机械锚固力是最结性能可以确保混凝土与钢筋共同工作径、强度、混凝土强度和构件中的位置主要的黏结力来源，充分发挥复合材料的优势有关钢筋与混凝土的黏结性能对于确保钢筋混凝土作为复合材料的整体工作至关重要良好的黏结性能可以确保应力的有效传递，减小裂缝宽度，提高结构的整体性能在结构设计中，需要通过合理的构造措施，如保证最小保护层厚度、控制钢筋间距、设置足够的锚固长度等，来确保黏结性能第五章钢筋混凝土受弯构件承载力计算变形验算验算构件在极限荷载下的抵抗能力控制构件的挠度满足使用要求构造设计裂缝控制确定配筋细节和连接方式限制裂缝宽度在允许范围内本章将系统介绍钢筋混凝土受弯构件（如梁、板）的设计理论和方法受弯构件是建筑结构中最常见的构件类型，主要承受弯矩和剪力作用通过本章学习，学生将掌握受弯构件正截面和斜截面承载力计算、变形计算和裂缝宽度计算的基本方法，了解受弯构件的破坏形式和配筋构造要求，为实际工程设计奠定基础正常截面承载力计算计算假定破坏形态计算步骤•平截面假定变形前平面的截面在变根据配筋情况，受弯构件的破坏可分为

1.确定材料参数和计算简图形后仍保持平面三种形态

2.按照平衡条件求解中和轴位置•混凝土不考虑抗拉强度•适筋破坏钢筋先屈服，混凝土后压

3.计算内力矩并与外力矩比较•混凝土的极限压应变为

0.0033碎，变形显著，有预警

4.验算相对受压区高度是否满足要求•钢筋的应力-应变关系采用理想弹塑•超筋破坏混凝土先压碎，钢筋未屈性模型服，脆性破坏，无预警•欠筋破坏钢筋应力达到极限前断裂，脆性破坏，无预警设计中应确保构件为适筋破坏，规范通过限制相对受压区高度来实现斜截面承载力计算受剪破坏特征箍筋的作用计算模型受弯构件斜截面承载力主要指抵抗剪力的为提高斜截面承载力，需要设置箍筋箍斜截面承载力计算采用桁架模型，将受能力剪力作用下，梁会产生斜裂缝，严筋的主要作用是跨越斜裂缝直接承担拉剪的梁模拟为由混凝土压杆、钢筋拉杆组重时导致斜截面破坏斜截面破坏往往突力；限制斜裂缝的发展；增强混凝土的约成的桁架剪力由混凝土和箍筋共同承担然发生，属于脆性破坏，设计中需特别重束作用；防止受拉钢筋的纵向裂缝发展，即V≤Vc+Vs，其中Vc为混凝土的贡献视，Vs为箍筋的贡献在实际设计中，需根据剪跨比、荷载情况和构件重要性，合理确定箍筋的配置方式和数量对于高剪力区域，可能需要加密箍筋或采用复合配置方式，以确保足够的剪切承载能力受弯构件的变形计算挠度来源荷载作用引起弯曲变形长期效应混凝土徐变和收缩增加变形裂缝影响裂缝降低结构刚度增大变形受弯构件的变形是正常使用极限状态设计的重要内容过大的变形会影响结构的正常使用功能，如造成装修开裂、设备运行不正常等设计规范对不同类型构件规定了最大允许挠度，一般为跨度的1/250至1/400钢筋混凝土受弯构件的变形计算较为复杂，需要考虑裂缝对刚度的影响以及混凝土的徐变和收缩影响实际计算中通常采用有效刚度法，即根据裂缝状态计算构件的有效刚度，再利用材料力学公式计算挠度对于长期荷载，还需要考虑徐变和收缩的附加变形裂缝宽度计算裂缝限值根据环境类别和结构功能，规范规定了不同条件下的最大允许裂缝宽度，一般为

0.2-

0.4mm计算方法裂缝宽度计算基于钢筋应力和混凝土保护层厚度等参数，主要采用统计回归公式控制措施通过增加配筋、减小钢筋间距、控制构件尺寸等措施可有效控制裂缝宽度环境影响腐蚀性环境对裂缝控制要求更高，可能需要采取特殊防护措施裂缝是钢筋混凝土结构的固有特性，合理控制裂缝是确保结构正常使用和耐久性的关键裂缝过大会加速钢筋锈蚀，影响结构的外观和使用功能在实际设计中，常通过增加配筋率、选用小直径钢筋、控制钢筋间距等措施来控制裂缝宽度第六章钢筋混凝土受压构件本章将介绍钢筋混凝土受压构件的设计理论和方法受压构件（如柱、墙）是建筑结构中的重要承重元素，主要承受轴向压力和弯矩的组合作用通过本章学习，学生将了解不同类型受压构件（偏心受压、轴心受压）的破坏特征和计算方法，掌握受压构件的稳定性分析和配筋设计要点，为实际工程中的柱、墙等构件设计打下基础偏心受压构件正截面承载力大偏心受压构件计算特点与破坏形态计算方法构造要求大偏心受压构件的特点是偏心距较大（e0/h计算步骤ξb·h0/h），截面部分受拉其破坏过程与受弯构

1.确定计算简图和材料参数件类似，通常是受拉钢筋先屈服，混凝土压区随后压碎

2.计算等效偏心距e0，考虑二阶效应

3.根据平衡条件求解中和轴位置破坏时截面呈明显弯曲变形，属于延性破坏，有

4.计算内力组合并与外力组合比较足够预警设计中应控制相对受压区高度不超过限值ξb，以确保延性破坏

5.验算相对受压区高度是否满足要求大偏心受压构件的计算本质上是一个N-M组合作用下的承载力问题，可以借助交互曲线或简化公式求解大偏心受压构件的构造要求包括•纵向受压和受拉钢筋的最小配筋率要求•箍筋的间距和直径要求•保护层厚度的规定小偏心受压构件计算应力分布特征稳定性分析配筋设计小偏心受压构件的特点是偏心距较小（小偏心受压构件需要进行稳定性分析，特别小偏心受压构件通常采用对称配筋，确保足e0/h≤ξb·h0/h），截面全部受压破坏时混是对于细长构件稳定性分析通常采用等效够的塑性变形能力纵向钢筋的最小配筋率凝土压区先压碎，压力钢筋可能已屈服，拉弯矩法或弯矩放大系数法，考虑几何非线性不应小于

0.6%，最大配筋率不宜超过5%箍力钢筋仍处于弹性阶段且受压这种破坏属效应对承载力的影响筋的布置应满足抗剪和约束要求于脆性破坏，变形较小，预警不足在实际设计中，需要根据构件的长细比、截面形状和荷载特性，合理选择计算方法对于重要构件或非常规情况，可能需要进行更精确的非线性分析，以确保设计的安全性轴心受压构件计算稳定性问题计算方法轴心受压构件是理想状态，实际工程中轴心受压构件的承载力计算公式为很少存在绝对的轴心受压即使初始为N≤φfc·Ac+fy·As轴心受压，由于材料不均匀性、施工误其中φ为稳定系数，与构件的长细比、差和偶然偏心等因素，构件仍会产生弯约束条件和配筋情况有关长细比越大曲变形，稳定系数越小，承载力越低随着轴力增大，弯曲变形逐渐增加，最规范中通常提供稳定系数表或计算公式终可能导致失稳破坏因此，轴心受压，设计人员可直接查表或计算得到构件的计算必须考虑稳定性问题构造要求轴心受压构件的主要构造要求包括•纵向钢筋最小配筋率不应小于

0.8%•纵筋直径不应小于12mm•箍筋间距不应大于纵筋直径的15倍或构件最小尺寸•对于高要求构件，应设置加密区箍筋第七章钢筋混凝土受拉构件材料特性分析理解混凝土开裂与钢筋应力分布规律受力分析确定轴心拉或偏心拉的受力特点承载力计算计算正截面承载力和锚固要求刚度验算分析裂缝对构件刚度的影响构造设计确定配筋细节和连接方式本章将介绍钢筋混凝土受拉构件的设计理论和方法受拉构件在建筑结构中虽然不如受弯和受压构件常见，但在特定结构中具有重要作用，如悬挂系统、拉杆、吊车梁下拉索等受拉构件的特点是混凝土在使用阶段就会开裂，荷载主要由钢筋承担因此，受拉构件的设计重点在于确保足够的承载能力和适当的裂缝控制轴心受拉构件计算工作特点承载力计算构造要求轴心受拉构件在荷载作用下，混凝土很快开裂，拉力主要由钢筋承轴心受拉构件的承载力主要由钢筋决定，计算公式为轴心受拉构件的主要构造要求包括担混凝土的作用主要是保护钢筋，传递钢筋与混凝土之间的黏结N≤fy·As•钢筋应均匀分布在截面周边应力，并通过拉硬化效应提高构件的刚度•钢筋直径一般不小于12mm其中fy为钢筋抗拉强度设计值，As为受拉钢筋总面积在实际设计轴心受拉构件的破坏通常是由于钢筋达到屈服强度而引起的，属于中，可能需要考虑连接部位的影响，采用适当的折减系数•钢筋间距应控制在一定范围内，以控制裂缝宽度延性破坏在某些情况下，如钢筋黏结不良或锚固不足，也可能发•钢筋锚固长度应满足规范要求，确保充分发挥强度生脆性破坏对于重要构件，可能需要进行疲劳验算和裂缝宽度验算偏心受拉构件计算应力分布特征计算方法配筋设计偏心受拉构件同时受到轴向拉力和弯矩的作用，根据偏心受拉构件的计算方法与受弯或偏心受压构件类似偏心受拉构件的配筋通常不对称，靠近偏心侧的钢筋偏心距的大小，截面可能出现全截面受拉或部分受压，基于平衡条件和变形协调条件进行分析根据偏心量较大配筋设计需要满足承载力要求，同时考虑裂的情况当偏心距较小时，截面全部受拉；当偏心距距的大小和截面受力状态，可以分为两种情况全截缝控制的需要对于裂缝控制要求高的构件，可能需较大时，截面靠近偏心一侧受拉，远离偏心一侧可能面受拉和部分截面受压要增加配筋或减小钢筋间距受压对于全截面受拉的情况，计算相对简单；对于部分截面受压的情况，计算方法与大偏心受压构件类似，需要求解中和轴位置在实际工程中，偏心受拉构件相对较少，但在特殊结构中有重要应用，如空间结构的拉杆、吊车梁的下弦等设计时需要特别注意构件的刚度和稳定性问题第八章钢筋混凝土受扭构件纯扭受力特性组合作用分析构件在纯扭矩作用下的应力分布和破坏特征弯曲、剪切和扭转的组合作用下的受力特点构造设计承载力计算受扭构件的箍筋和纵筋配置要求基于空间桁架模型的受扭构件承载力计算方法本章将介绍钢筋混凝土受扭构件的设计理论和方法扭转是一种特殊的内力形式，虽然在大多数结构中不是主要内力，但在某些情况下需要特别考虑，如L形梁、悬挑结构、刚性楼盖中的边梁等通过本章学习，学生将了解混凝土构件在扭转作用下的受力特点和破坏形式，掌握纯扭和组合作用下的构件计算方法，以及相应的配筋构造要求纯扭构件计算破坏特征纯扭构件在扭矩作用下，表面会产生呈45°螺旋状的裂缝这些裂缝是由主拉应力引起的，裂缝方向与主拉应力方向垂直随着扭矩增大，裂缝宽度和长度增加，最终导致构件破坏受力机制钢筋混凝土受扭构件的受力机制可用空间桁架模型解释在这个模型中，混凝土形成倾斜的压杆，纵向钢筋和箍筋形成拉杆，共同抵抗扭矩扭矩由混凝土和钢筋共同承担，即T≤Tc+Ts计算方法纯扭构件的承载力计算基于空间桁架模型，需要考虑混凝土和钢筋的贡献计算中需要确定有效截面尺寸、配筋面积和混凝土强度等参数对于薄壁截面和实心截面，计算方法有所不同构造要求纯扭构件需要沿截面周边配置闭合箍筋和纵向钢筋箍筋应形成封闭环，纵向钢筋应均匀分布在截面周边最小配筋率和最大间距应满足规范要求，以控制裂缝宽度和确保足够的承载力组合作用下的构件计算组合类型计算方法注意事项扭矩+弯矩分别计算扭矩和弯矩所需钢需验证截面承载力相互作用筋，叠加确定总配筋关系扭矩+剪力考虑扭矩和剪力对箍筋的共混凝土斜压杆承载力需特别同作用验算扭矩+弯矩+剪力综合考虑三种内力的相互影可能需要增大截面尺寸确保响足够强度扭矩+轴力考虑轴力对扭转承载力的影拉力不利，压力有利但需验响算稳定性实际工程中，构件通常同时受到多种内力的作用，如扭矩与弯矩、剪力的组合作用在组合作用下，各种内力之间存在相互影响，使计算变得复杂组合作用下的构件计算通常采用叠加原理，即分别计算各种内力所需的钢筋，然后叠加得到总的配筋要求同时，需要验证截面的综合承载能力是否满足要求，特别是混凝土斜压杆的承载力在设计实践中，对于组合作用明显的构件，可能需要增大截面尺寸或提高混凝土强度等级，以确保足够的承载能力第九章预应力混凝土构件本章将介绍预应力混凝土的基本原理和设计方法预应力混凝土是一种特殊的混凝土结构形式，通过在混凝土中预先施加压应力，抵消全部或部分外荷载引起的拉应力，从而提高结构的承载能力和使用性能预应力混凝土广泛应用于大跨度结构，如桥梁、屋盖、大型水池等，能够有效解决普通钢筋混凝土跨度受限、裂缝控制困难等问题通过本章学习，学生将了解预应力的基本概念、施工方法、预应力损失计算以及构件设计的基本方法预应力混凝土的基本概念预应力原理预应力方式预应力材料预应力混凝土的基本原理是在混凝土中预先施加压应力，以抵根据张拉时间，预应力可分为消全部或部分外荷载引起的拉应力这种预压应力可以通过拉•先张法先张拉钢筋或钢绞线，后浇筑混凝土，混凝土硬紧钢筋或钢绞线，然后锚固在混凝土上实现化后释放张拉力预应力可以显著提高构件的抗裂性能和刚度，减小变形，增大•后张法先浇筑混凝土，混凝土达到一定强度后张拉钢绞跨度，节约材料线并锚固根据与混凝土的粘结情况，可分为•粘结预应力预应力筋与混凝土直接粘结•非粘结预应力预应力筋与混凝土之间有隔离层，不直接粘结预应力筋通常采用高强度材料，如•钢绞线强度等级为1720MPa、1860MPa等•预应力钢丝强度等级为1470MPa、1570MPa等•预应力钢筋强度等级为835MPa、930MPa等锚具、夹具、波纹管等配套设备也是预应力系统的重要组成部分预应力损失计算初始损失张拉过程中的即时损失时间损失随时间变化产生的长期损失基本损失材料特性引起的不可避免损失预应力损失是指从张拉开始到结构服役期间，预应力筋中的应力逐渐减小的现象准确计算预应力损失对于确保结构安全和使用性能至关重要预应力损失可分为初始损失和时间损失两大类初始损失发生在预应力传递给混凝土之前，包括摩擦损失、锚具变形损失、钢绞线弹性变形损失等；时间损失发生在预应力传递后的使用阶段，包括混凝土徐变损失、收缩损失、钢绞线松弛损失等预应力损失的计算方法有精确法和简化法精确法需要详细计算各项损失，适用于重要结构；简化法采用经验公式，适用于一般结构实际工程中，预应力损失总值通常为初始预应力的15%~30%正常使用极限状态验算应力限制裂缝控制预应力混凝土构件在使用阶段需控制混凝预应力混凝土构件的裂缝控制要求比普通土应力和钢筋应力在允许范围内，避免过钢筋混凝土更严格根据环境类别和结构早开裂或永久变形混凝土压应力一般限要求，可分为三种控制等级不允许出现制在

0.5fc以内，钢绞线应力不超过裂缝、允许出现裂缝但要限制宽度、允许

0.75fpk出现短期裂缝但长期不允许挠度控制预应力混凝土构件的变形计算需考虑预应力的影响，包括预应力引起的初始反拱、长期荷载下的徐变变形、开裂对刚度的影响等规范对不同类型结构规定了最大允许挠度，一般为跨度的1/250至1/400正常使用极限状态设计是预应力混凝土构件设计的重要部分，对于确保结构的使用功能和耐久性至关重要与普通钢筋混凝土相比，预应力混凝土的正常使用性能更为突出，这也是采用预应力技术的主要目的之一在实际设计中，正常使用极限状态验算往往成为控制设计的关键因素，特别是对于大跨度结构通过合理布置预应力筋线形和确定预应力大小，可以有效控制构件在使用阶段的应力、裂缝和变形承载能力极限状态计算弯曲承载力剪切承载力锚固区设计预应力混凝土受弯构件的极限承载力计算与预应力混凝土构件的剪切承载力受预应力影预应力混凝土构件的锚固区是承载力设计的普通钢筋混凝土类似，基于平截面假定和应响显著预应力可以减小斜裂缝的发展，提重点之一锚固区承受高度集中的预应力，力-应变关系不同之处在于需要考虑预应高混凝土的抗剪能力剪切承载力计算需要易产生复杂的应力分布和开裂锚固区设计力筋的初应力和应变，以及预应力筋与普通考虑预应力的有利影响，同时确保足够的箍包括整体稳定验算和局部受压验算，必要时钢筋的不同特性筋配置需设置特殊的锚固区配筋预应力混凝土构件的极限承载力设计需要综合考虑预应力的影响，确保结构在极端荷载条件下仍能保持足够的安全储备在实际设计中，需要平衡正常使用性能和极限承载力的要求，通过合理确定预应力大小和配置普通钢筋，实现结构性能的最优化第十章砌体的力学性能基本材料强度特性变形特性砌体结构常用的块材包砌体的抗压强度是其最砌体的应力-应变关系呈括粘土砖、混凝土砌块主要的力学性能，受砌明显非线性，弹性模量、加气混凝土砌块、石块强度、砂浆强度、砌与抗压强度有关砌体材等，砂浆类型包括普筑方式和养护条件影响还具有显著的徐变和收通砂浆、混合砂浆和专抗拉和抗剪强度相对缩特性用砂浆较低各向异性由于灰缝的存在，砌体呈现出明显的各向异性，水平方向和垂直方向的力学性能有显著差异本章将介绍砌体材料的力学性能，包括各类砌块和砂浆的性能特点，以及砌体的强度、变形和耐久性能砌体结构是一种古老而经久不衰的结构形式，至今仍在建筑中广泛应用，特别是在低层住宅和非承重墙中通过本章学习，学生将了解影响砌体性能的关键因素，掌握砌体强度计算的基本方法，为后续砌体结构设计奠定基础砌体材料特性砌块特性砂浆特性材料组合效应常用砌块的分类和特点砂浆的作用和类型•粘土砖强度等级MU

7.5-MU25，耐久性好，•砂浆的主要作用是连接砌块，填充缝隙，分但重量大散应力•混凝土砌块强度等级MU

5.0-MU20，尺寸大•普通砂浆强度等级M5-M20，水泥砂浆或混，施工效率高合砂浆•加气混凝土砌块强度等级A

2.5-A

7.5，轻质•薄层砂浆用于精确尺寸砌块，厚度仅2-，保温隔热性能好3mm•灰砂砖强度等级MU10-MU25，尺寸精确，•轻质砂浆加入轻质骨料，改善保温性能但吸水率高砂浆强度对砌体整体强度有显著影响，但不是简砌体的性能是砌块和砂浆共同作用的结果，表现砌块的选择需综合考虑强度要求、保温隔热要求单的线性关系出复杂的组合效应、经济性和当地材料供应情况•砌块与砂浆的强度比对整体强度影响显著•砌块与砂浆的弹性模量差异导致复杂应力分布•砌筑方式和缝厚对砌体强度有重要影响砌体抗压强度砌体抗拉、抗剪强度强度类型影响因素典型数值MPa轴心抗拉强度砂浆强度、砌块表面质量

0.1-

0.3抗折拉强度砌块强度、砌筑方式

0.2-

0.5斜抗拉强度砌块强度、垂直压应力

0.3-

0.8抗剪强度砂浆强度、垂直压应力

0.1-

0.4+μσ砌体的抗拉和抗剪强度相对于抗压强度要低得多，通常仅为抗压强度的5%-15%这种强度的不平衡性是砌体结构设计需要特别注意的问题砌体的抗拉强度主要取决于砌块与砂浆的黏结强度，受砂浆质量和砌块表面特性影响显著抗拉强度又可分为轴心抗拉强度、抗折拉强度和斜抗拉强度，用于不同受力情况的分析砌体的抗剪强度与抗拉强度密切相关，同时受垂直压应力的显著影响在存在垂直压应力的情况下，抗剪强度会明显提高，这一特性在砌体结构抗震设计中有重要应用第十一章无筋砌体构件承载力受力分析确定构件受力类型与受力特点承载力计算根据构件类型选择适当的计算方法验算与调整检查计算结果并优化设计方案构造设计确定构造细节满足规范要求本章将介绍无筋砌体构件的承载力计算方法，包括轴心受压、偏心受压和局部受压等工况无筋砌体构件是砌体结构中最基本的构件类型，主要依靠砌体自身材料强度承受荷载通过本章学习，学生将掌握各类无筋砌体构件的受力特点、破坏形式和承载力计算方法，了解影响承载力的主要因素和提高承载力的构造措施，为砌体结构设计实践奠定基础轴心受压构件受力特点承载力计算轴心受压构件是指荷载作用在构件中心轴线上轴心受压构件的承载力计算公式相对简单的受压构件，如承重墙中间部分的墙段实际N≤φ·f·A工程中，完全轴心受压的情况很少，通常会存在一定的偏心轴心受压构件的主要失效模式其中，φ为稳定系数，与构件的高厚比和约束条件有关；f为砌体抗压强度设计值；A为构件是材料达到极限强度或稳定性破坏的横截面积当高厚比不大时，φ接近

1.0，承载力主要由材料强度决定；当高厚比较大时，φ明显小于

1.0，承载力受稳定性影响显著构造要求轴心受压构件的主要构造要求包括•墙体厚度不宜小于240mm（承重墙）•砌体强度等级不宜低于MU

5.0•砂浆强度等级不宜低于M5•高厚比不宜超过规范限值（通常为18-20）•需设置适当的水平拉结构造以提高整体性偏心受压构件受力特点计算方法破坏形式偏心受压构件是实际工程中最常见的砌体构件类型，偏心受压构件的承载力计算需要考虑偏心的影响和稳偏心受压构件的破坏形式主要有两种如受弯矩影响的墙体、开洞墙两侧的墙肢等偏心荷定性问题根据偏心距的大小，计算方法有所不同•材料破坏砌体受压边达到极限强度而压碎载会导致截面应力分布不均，一侧应力较大，另一侧•小偏心（e/h≤

0.33）采用截面核心区理论，假•稳定破坏构件因偏心和细长而失稳，导致过大侧应力较小或甚至出现拉应力定截面完全受压向变形•大偏心（e/h

0.33）考虑截面部分受压，忽略设计中应确保构件既不发生材料破坏，也不发生稳定拉应力区的贡献破坏对于细长构件，还需要考虑附加偏心的影响，通常采用弯矩放大系数法偏心受压构件的设计是砌体结构设计中最常见也最复杂的问题之一合理考虑偏心和稳定性的影响，对确保砌体结构的安全至关重要局部受压构件受力特点承载力计算构造措施局部受压是指荷载作用在砌体的局部区域，局部受压承载力计算公式为为提高局部受压区域的承载力，常采用以下如梁端支座、设备基座等局部受压区域会构造措施N≤ψ·f·A1产生高度集中的压应力，同时周围区域也会•在支座下设置砂浆垫层或混凝土垫块参与受力，形成应力扩散现象其中，为局部受压系数，考虑应力扩散效ψ•使用强度等级更高的砌块和砂浆应；f为砌体抗压强度设计值；A1为荷载实局部受压的主要失效形式是砌体在荷载作用际作用面积•增大支座接触面积，减小应力集中区域下方开裂或压碎，因此正确评估实际受•对于重要支座，可设置钢筋混凝土连系力区域的大小和应力分布至关重要局部受压系数的取值与多种因素有关，包ψ梁括•在高应力区域设置局部配筋加强•荷载作用面积与构件截面积的比值•荷载作用位置（中部或边缘）•荷载下方的有效扩散高度一般情况下，ψ值在

1.5-

2.5之间，表明局部受压承载力可以显著高于均匀受压第十二章配筋砌体构件承载力受弯承载力受压承载力配筋砌体梁的设计方法配筋砌体柱和墙的计算基本概念构造要求配筋砌体的类型和受力特点钢筋配置和连接方式本章将介绍配筋砌体构件的设计理论和方法配筋砌体是在普通砌体中加入钢筋，以改善其力学性能，特别是增强其抗拉、抗弯和抗剪能力，提高延性和抗震性能配筋砌体兼具普通砌体的经济性和钢筋混凝土的良好力学性能，广泛应用于各类建筑结构，特别是抗震设防区的低、多层建筑通过本章学习，学生将掌握配筋砌体的基本概念、受弯和受压构件的设计方法，为实际工程应用奠定基础配筋砌体的基本概念配筋方式根据钢筋的布置位置和方式，配筋砌体可分为水平配筋砌体、垂直配筋砌体、网状配筋砌体和组合配筋砌体不同配筋方式适用于不同的受力情况和结构要求材料要求配筋砌体中的砌块和砂浆强度等级一般应高于无筋砌体钢筋通常采用HPB300或HRB400级钢筋，配筋时应确保足够的保护层厚度和锚固长度性能优势与无筋砌体相比，配筋砌体具有更高的抗拉、抗弯和抗剪能力，更好的延性和抗震性能，以及更小的变形和裂缝这些优势使配筋砌体在要求较高的工程中具有广泛应用应用范围配筋砌体主要应用于抗震设防区的承重墙、大开间砌体墙、受弯构件（如过梁）、受到不均匀沉降影响的墙体，以及需要提高抗裂性能的构件配筋砌体的工作机理与钢筋混凝土类似，基于砌体与钢筋共同工作的原理砌体主要承担压力，钢筋主要承担拉力，两者通过黏结力协同工作合理的配筋方式和构造措施是确保配筋砌体性能的关键受弯构件承载力计算计算模型基于平截面假定和砌体不考虑抗拉强度正截面计算确定中和轴位置和极限承载力斜截面计算3验算抗剪能力和箍筋配置配筋砌体受弯构件包括砌体梁、过梁和砌体挑檐等其设计方法与钢筋混凝土受弯构件类似，但需要考虑砌体材料的特殊性受弯构件的计算包括正截面承载力计算和斜截面承载力计算两部分正截面承载力计算基于以下假定平截面假定成立；砌体不考虑抗拉强度；砌体的应力-应变关系采用矩形应力图；钢筋与砌体之间无相对滑移计算时需确定中和轴位置，然后计算内力矩并与外力矩比较斜截面承载力计算主要考虑构件的抗剪能力，需要计算斜截面上的剪力和砌体与箍筋的贡献配筋砌体受弯构件通常需要设置箍筋以提高抗剪能力，箍筋的布置应符合构造要求受压构件承载力计算垂直配筋构件水平配筋构件组合配筋构件垂直配筋砌体主要用于承重墙和柱，钢筋沿构水平配筋砌体主要用于抵抗水平荷载（如风荷组合配筋砌体同时设置垂直和水平钢筋，形成件轴向布置，主要起增强轴向承载力和改善延载、地震作用）和不均匀沉降引起的拉应力网状配筋，可以有效提高构件的整体性能和抗性的作用垂直钢筋可布置在灰缝中、专门设水平钢筋一般布置在水平灰缝中，采用钢筋砂震性能组合配筋多用于承受复杂荷载的重要置的竖向通孔内或边缘构造柱中浆带或专用配筋砌块砌体构件或抗震设防烈度高的地区配筋砌体受压构件的承载力计算需要考虑钢筋的贡献对于轴心受压构件，承载力计算公式为N≤φf·A+fy·As，其中φ为稳定系数，f为砌体抗压强度设计值，A为砌体截面积，fy为钢筋抗拉强度设计值，As为纵向钢筋总面积对于偏心受压构件，计算方法类似于钢筋混凝土偏心受压构件，需要确定中和轴位置并计算内力组合实际设计中，应根据构件的受力特点和设防要求，合理确定配筋方式和钢筋量第十三章钢结构基本知识本章将介绍钢结构的基本知识，包括钢材的力学性能、钢结构的连接方式和构件设计原则等钢结构因其强重比高、施工速度快、适应性强等优点，在大跨度、高层和超高层建筑中得到广泛应用通过本章学习，学生将了解建筑钢材的种类和性能特点，掌握钢结构常用的连接方式及其适用范围，理解钢结构设计的基本原则和方法，为后续深入学习钢结构设计奠定基础建筑钢材的性能钢材牌号屈服强度抗拉强度伸长率%主要用途MPa MPaQ235235375-460≥21一般结构Q345345470-630≥20重要结构Q390390490-650≥19高层建筑Q420420520-680≥18特殊结构建筑钢材是一种以铁为基础，含碳量一般不超过2%的铁碳合金材料其主要力学性能包括高强度（抗拉强度可达200-800MPa）、良好的延性和韧性、弹性模量大（约为

2.06×10^5MPa）、各向同性等根据化学成分和性能特点，建筑钢材可分为普通碳素结构钢、低合金高强度结构钢、耐候结构钢、耐火结构钢等在建筑结构中最常用的是Q235和Q345两种钢材，分别对应屈服强度235MPa和345MPa钢材的性能受温度影响显著，高温会降低强度和弹性模量，低温可能导致脆性破坏因此，在特殊环境条件下，需要选择适当的钢材并采取相应的防护措施钢结构连接方式螺栓连接焊接连接铆钉和销连接螺栓连接是钢结构中最常用的连接方式之一，焊接连接是通过熔化钢材和焊条（或焊丝）形铆钉连接曾广泛应用于钢结构中，现已基本被分为普通螺栓连接和高强螺栓连接普通螺栓成牢固连接的方法根据接头形式和焊缝位置螺栓和焊接取代，主要用于历史建筑的维修主要依靠螺栓杆身的抗剪能力传力，适用于一，常见的焊接类型包括对接焊、角焊、塞焊和销连接主要用于需要相对转动的节点，如铰支般连接；高强螺栓通过预紧力产生的摩擦力传咬边焊等焊接连接具有整体性好、密封性好座、拉杆端部等销连接的特点是可以传递力递荷载，适用于重要连接和动力荷载情况、外形美观等优点，但对焊接工艺和质量控制但允许连接部位有一定的转动要求较高钢结构连接方式的选择需要综合考虑结构类型、荷载特性、施工条件、经济性和美观性等因素在实际工程中，常采用多种连接方式的组合使用，发挥各自优势连接设计是钢结构设计中最复杂也最关键的环节之一，直接关系到结构的安全性和经济性钢结构构件设计基本原则强度设计确保构件在各种荷载作用下不发生材料屈服或断裂钢结构强度设计主要考虑拉伸、压缩、弯曲、剪切和组合应力等情况，采用极限状态设计法和容许应力法两种方法稳定性设计防止构件发生失稳破坏，包括整体稳定和局部稳定两方面整体稳定主要涉及压杆的屈曲和弯扭屈曲；局部稳定则关注板件的局部屈曲，如腹板屈曲和翼缘屈曲刚度设计控制结构和构件的变形在允许范围内，确保正常使用功能钢结构由于材料弹性模量大，一般情况下刚度不是控制设计的因素，但对于大跨度结构和高层建筑，刚度设计变得尤为重要连接设计保证构件之间的荷载传递和整体工作性能连接设计包括节点类型选择、连接件布置、承载力计算和构造设计等内容，是钢结构设计中最复杂的部分之一课程总结与展望章13系统内容全面介绍了建筑结构设计的基本理论与方法类3主要结构类型详细讲解了混凝土、砌体和钢结构的设计原理节60课程容量涵盖了结构设计的各个关键环节和知识点100%实践导向理论与工程实践紧密结合，注重应用能力培养通过本课程的学习，我们系统掌握了建筑结构设计的基本原理和方法，包括荷载分析、结构计算、构件设计和构造要求等方面的知识随着建筑技术的不断发展，结构设计理论和方法也在不断创新和完善，新材料、新技术的应用为结构设计带来了新的可能性和挑战希望同学们能够在掌握基础理论的同时，关注行业前沿发展，不断拓展知识面，提高实践能力，成为既懂理论又善实践的结构工程师结构设计是一门艺术与科学相结合的学科，需要我们终身学习和不断探索。