《建筑结构设计原理》课件

建筑结构设计原理欢迎来到建筑结构设计原理课程！在本课程中，我们将深入探讨建筑结构设计的核心原理，并结合实际案例，帮助您掌握结构设计的基本知识和技能课程概述与学习目标课程概述学习目标本课程旨在帮助学生深入了解建筑结构设计的原理，并掌握基本通过本课程的学习，学生将能够的结构计算方法，为学生从事建筑结构设计工作奠定坚实的基础•掌握建筑结构设计的基本原理•了解建筑结构的类型和特点•运用结构计算软件进行简单的结构分析与设计•具备一定的结构施工图识读能力结构设计基本概念结构荷载强度123建筑结构是指建筑物中承受各种荷荷载是指作用在建筑结构上的各种结构的强度是指结构抵抗破坏的能载并保证建筑物安全和使用性能的外力，包括永久荷载、可变荷载、力，即结构在承受荷载时不发生断构件体系建筑结构的设计目标是偶然荷载等结构设计必须考虑各裂或破坏的能力确保建筑物的安全、稳定和耐久性种荷载的作用，并确保结构能够承，并满足建筑物的功能需求受这些荷载刚度稳定性45结构的刚度是指结构抵抗变形的能力，即结构在承受荷载结构的稳定性是指结构抵抗倾覆或失稳的能力，即结构在时不发生过大变形的的能力承受荷载时不发生倾覆或失稳的能力建筑结构的发展历史古代近代早期建筑主要采用石材、木材等自然材料，结构形式简单，如工业革命后，钢铁、混凝土等新型材料开始应用于建筑结构，石砌建筑、木结构建筑等结构形式更加多样化，例如钢结构建筑、混凝土结构建筑1234中世纪现代随着技术的进步，出现了拱券、穹顶等结构形式，例如哥特式现代建筑结构设计更加注重科学性和合理性，利用计算机辅助建筑的尖拱和飞扶壁设计软件进行结构分析和优化设计，例如超高层建筑、跨度较大的桥梁等结构设计与建筑功能的关系功能决定结构结构影响功能建筑物的功能决定了结构的类型、形式和尺寸例如，住宅建筑结构形式和尺寸也会影响建筑物的功能，例如柱子的间距会影响的结构形式可以采用框架结构、剪力墙结构等，而大型体育场馆空间布局，梁的尺寸会影响建筑物的高度和层高则需要采用桁架结构或网架结构力学基础知识概述静力学动力学研究物体在力的作用下保持静止研究物体在力的作用下运动规律或匀速直线运动时的平衡条件，的学科，主要包括运动学和动力主要包括力的合成与分解、力矩学两部分，涉及速度、加速度、、力偶等概念动量、能量等概念材料力学研究材料在外力作用下的变形和破坏规律，主要包括应力、应变、弹性模量、屈服强度等概念受力分析基础力的概念力的作用效果力的分解与合成力矩力是物体间的相互作用，可以力的作用效果包括使物体发生将一个力分解为几个力的过程力矩是力对某一点或轴的转动使物体发生形变或改变运动状形变和使物体运动状态发生改称为力的分解，将几个力合成效应，用力的量值乘以力臂计态变一个力的过程称为力的合成算应力与应变应力应变应力是指作用在物体内部单位面积上的力，通常用表示，单位应变是指物体在受力作用下发生的形变程度，用表示，是无量σε为帕斯卡（Pa）纲量材料的力学性能强度刚度延展性韧性材料所能承受的最大应力，即材料抵抗变形的能力，用弹性材料在断裂前所能承受的塑性材料在断裂前吸收能量的能力材料发生破坏时的应力值模量E表示，单位为帕斯卡（变形量，用伸长率表示，是无，用冲击韧性表示，单位为焦Pa）量纲量耳（J）结构计算基本原理受力分析1确定结构的受力情况，包括荷载类型、大小、方向等平衡条件2应用静力学平衡条件，建立结构的平衡方程材料力学3应用材料力学理论，计算结构内部的应力、应变和变形结构计算方法4选择合适的结构计算方法，如力法、位移法等，求解结构的内力、变形和稳定性荷载与作用概述2可变荷载随时间变化的荷载，如人员、家具、积雪、风力等，通常是动态的荷载永久荷载1结构自身的重量、永久性设备的重量等，通常是稳定的荷载偶然荷载可能发生的特殊荷载，如地震、爆炸等，通常需要进行特殊的设计考虑3永久荷载分析自重荷载固定设备荷载结构自身材料的重量，根据材料的密度和体积计算，通常是主要固定在建筑物上的设备的重量，如电梯、空调、水箱等，需要根的永久荷载据设备的类型和规格确定可变荷载分析活荷载雪荷载由于人员、家具等活动造成的积雪造成的荷载，根据地域和荷载，根据使用功能确定，通气候条件确定，通常采用标准常采用标准值进行计算值进行计算风荷载风力造成的荷载，根据建筑物的高度和形状确定，通常采用标准值进行计算偶然荷载分析地震荷载1地震造成的荷载，根据建筑物所在地的地震烈度和建筑物类型确定，需要进行抗震设计爆炸荷载2爆炸造成的荷载，根据爆炸物的类型和距离确定，需要进行特殊的设计考虑撞击荷载3车辆、飞机等撞击造成的荷载，根据撞击物体的类型和速度确定，需要进行特殊的设计考虑荷载组合原则基本组合考虑永久荷载和可变荷载的组合，用于正常使用状态下的结构设计偶然组合考虑永久荷载、可变荷载和偶然荷载的组合，用于特殊情况下的结构设计，如地震、爆炸等特殊组合考虑特殊荷载的组合，例如考虑风荷载和雪荷载的组合，用于特殊环境下的结构设计建筑材料概述1混凝土应用最广泛的建筑材料，具有强度高、耐久性好、可塑性强等特点2钢材强度高、延展性好，常用于大型结构、桥梁等，但造价相对较高3砌体以砖、石等材料砌筑成的结构，造价低廉，但强度和抗震性能相对较差4木材可再生资源，具有良好的隔热保温性能，但强度和耐久性不如混凝土和钢材混凝土材料特性强度耐久性可塑性混凝土的强度是指其抵抗破坏的能力，通混凝土的耐久性是指其抵抗外界环境因素混凝土的可塑性是指其在一定时间内可以常用抗压强度表示影响的能力，如抗冻融、抗腐蚀、抗渗透保持形状，便于施工和造型等钢材的力学性能砌体材料性能砖石材混凝土砌块常见的砌体材料，具有良好的强度和耐天然材料，具有良好的强度和装饰效果强度高，耐久性好，具有保温隔热性能久性，价格相对低廉，但价格较高，但价格相对较高木材及其应用结构构件设计原理梁柱板123主要承受弯矩和剪力的构件，用于主要承受轴向压力和弯矩的构件，主要承受横向荷载和弯矩的构件，支撑楼板、屋顶等用于支撑梁、楼板等用于构成楼板、屋顶等墙体基础45主要承受水平荷载和竖向荷载的构件，用于围护建筑物将建筑物的荷载传递给地基的构件，用于保证建筑物的稳定性梁的受力分析集中荷载1作用在梁上某一点的荷载，如房屋的家具等均布荷载2均匀分布在梁上的荷载，如楼板的重量等弯矩3梁在外力作用下产生的内力，导致梁发生弯曲剪力4梁在外力作用下产生的内力，导致梁发生剪切柱的受力分析弯矩作用在柱子上使柱子发生弯曲的力矩，2通常是由于梁的荷载传递到柱子上造成的轴向压力1作用在柱子上垂直于截面的力，通常是主要的荷载剪力作用在柱子上使柱子发生剪切的力，通常是由于梁的荷载传递到柱子上造成的3板的受力分析横向荷载作用在板面上垂直于板面的荷载，如楼板的重量等弯矩板在外力作用下产生的内力，导致板发生弯曲剪力板在外力作用下产生的内力，导致板发生剪切扭矩板在外力作用下产生的内力，导致板发生扭转墙体结构设计承重墙非承重墙承受楼层荷载的墙体，需要进行不承受楼层荷载的墙体，主要起强度和稳定性设计到围护和隔断的作用，但仍需考虑其稳定性墙体材料常用的墙体材料包括砖、石材、混凝土砌块等，需要根据建筑物的功能和要求选择合适的材料基础设计原理12荷载传递地基承载力将建筑物的荷载传递给地基，确保建地基所能承受的最大荷载，根据地质筑物的稳定性条件和基础类型确定3基础类型常用的基础类型包括浅基础、深基础等，需要根据地基条件和建筑物的荷载选择合适的类型地基与基础类型浅基础基础埋置深度较浅，适用于地基承载力较高的地质条件12深基础基础埋置深度较深，适用于地基承载力较低的地质条件，如桩基础、筏板基础等基础设计要点荷载传递稳定性沉降控制基础的设计要能够将建基础的设计要确保其稳基础的设计要控制其沉筑物的荷载安全有效地定性，能够抵抗倾覆、降量，避免对建筑物造传递给地基滑动和沉降等成不良影响混凝土结构设计钢筋混凝土预应力混凝土利用钢筋的拉伸性能和混凝土的抗压性能，提高结构的强度和刚在混凝土浇筑前，对钢筋施加预应力，提高结构的强度和抗裂性度，是应用最广泛的结构体系钢筋混凝土基本原理协同作用1钢筋和混凝土之间相互协同，共同抵抗荷载抗拉抗压2钢筋承受拉力，混凝土承受压力，共同抵抗荷载应力分布3钢筋和混凝土之间的应力分布满足力学平衡条件受弯构件设计弯矩受弯构件主要承受弯矩，需要进行抗弯强度和抗裂性设计钢筋布置钢筋的布置要根据弯矩的大小和方向确定，保证受弯构件的抗弯强度和抗裂性截面尺寸截面尺寸要根据荷载大小和材料强度确定，保证受弯构件的强度和刚度受压构件设计轴向压力截面尺寸钢筋布置123受压构件主要承受轴向压力，需要截面尺寸要根据荷载大小和材料强钢筋的布置要根据轴向压力的大小进行抗压强度和稳定性设计度确定，保证受压构件的强度和稳和方向确定，保证受压构件的强度定性和稳定性受拉构件设计钢筋数量钢筋的数量要根据轴向拉力的大小和材2料强度确定，保证受拉构件的强度和抗轴向拉力裂性1受拉构件主要承受轴向拉力，需要进行抗拉强度和抗裂性设计截面尺寸截面尺寸要根据荷载大小和材料强度确3定，保证受拉构件的强度和刚度剪力设计剪力1剪力是指作用在构件截面上平行于截面的力，会使构件发生剪切破坏抗剪强度2构件抵抗剪切破坏的能力，根据材料强度和截面尺寸确定抗剪设计3设计要保证构件的抗剪强度能够抵抗剪力的作用，防止构件发生剪切破坏裂缝控制裂缝形成裂缝控制混凝土结构在荷载作用下会产生裂缝，主要原因是混凝土的抗拉通过合理的设计和施工，控制裂缝的宽度和数量，保证结构的安强度较低全和耐久性钢结构设计基础材料性能连接方式设计原则钢材具有强度高、延展性好、重量轻常用的钢结构连接方式包括焊接、螺钢结构的设计要遵循力学原理、材料等优点，适用于大型结构和跨度较大栓连接、铆接等，需要根据结构的要性能和施工工艺等原则，保证结构的的结构求选择合适的连接方式安全性和耐久性钢结构连接方式焊接螺栓连接铆接将钢板或型钢通过熔化和凝固连接在一起用螺栓将钢板或型钢连接在一起，具有施用铆钉将钢板或型钢连接在一起，具有强，具有强度高、密封性好的优点，但焊接工方便、拆卸容易的优点，但强度和密封度高、密封性好的优点，但施工过程较为过程需要严格控制性不如焊接复杂钢结构构件设计钢梁钢柱常用的钢梁类型包括工字梁、常用的钢柱类型包括工字柱、槽钢梁、H型钢梁等，需要根槽钢柱、H型钢柱等，需要根据荷载大小和跨度选择合适的据荷载大小和高度选择合适的类型类型钢桁架由钢杆组成的三角形结构，具有轻巧、跨度大等优点，常用于屋顶和桥梁等结构钢结构节点设计节点类型钢结构节点是指构件连接处的结构形式，常用的节点类型包括刚接节点、铰接节点等节点设计节点的设计要保证连接处的强度和稳定性，能够承受荷载的传递，并防止发生失效节点细节节点的设计要考虑连接方式、板厚、孔径、螺栓规格等细节，确保节点的可靠性防腐与防火设计防腐设计防火设计钢结构容易受到腐蚀，需要进行防腐设计，延长结构的使用寿命钢结构在高温环境下会发生强度降低，需要进行防火设计，保证结构的安全性和稳定性砌体结构设计构造设计2砌体结构的构造设计要遵循力学原理，保证结构的强度和稳定性材料选择1根据建筑物的功能和要求选择合适的砌体材料，如砖、石材、混凝土砌块等施工工艺砌体结构的施工要遵循规范要求，保证3砌体的质量和安全砌体材料选择强度1砌体材料的强度要满足建筑物的荷载要求，保证结构的安全性和稳定性耐久性2砌体材料的耐久性要满足建筑物的使用寿命要求，能够抵抗外界环境的影响，如风化、腐蚀等保温隔热3砌体材料的保温隔热性能要满足建筑物的节能要求，保证建筑物的舒适性砌体结构构造砌筑方式砂浆配合比构造措施常用的砌筑方式包括水泥砂浆砌筑、粘土砂浆的配合比要根据砌体材料和建筑物的在砌体结构的构造设计中，要采取一些措砖砌筑等，根据建筑物的功能和要求选择功能确定，保证砌体的强度和耐久性施，提高结构的强度和稳定性，例如设置合适的砌筑方式钢筋、构造柱等承重墙设计荷载传递承重墙要能够将楼层的荷载安全有效地传递给地基，保证建筑物的稳定性墙体厚度墙体厚度要根据荷载大小和材料强度确定，保证承重墙的强度和稳定性构造设计承重墙的构造设计要考虑其抗压强度、抗剪强度和抗震性能，保证其安全性和耐久性砌体结构加固加固方法加固目的常用的砌体结构加固方法包括粘钢加固、碳纤维加固、植筋加固砌体结构加固的目的是提高结构的强度、刚度、抗震性能或耐久等，根据建筑物的具体情况选择合适的加固方法性，延长建筑物的使用寿命结构抗震设计地震烈度抗震措施抗震构造根据建筑物所在地的地震烈度确定抗在结构设计中要采取一些抗震措施，抗震构造是抗震设计的重要组成部分震设计等级，保证结构能够抵抗地震提高结构的抗震性能，如设置抗震墙，要遵循抗震规范的要求，保证结构的破坏、抗震梁、抗震节点等的抗震性能抗震设计基本要求强度要求刚度要求结构的强度要满足抗震设计的要结构的刚度要满足抗震设计的要求，能够抵抗地震荷载的破坏求，能够抵抗地震荷载的变形，保证建筑物的完整性延性要求结构的延性要满足抗震设计的要求，能够在承受地震荷载时发生较大的塑性变形，而不发生脆性破坏抗震构造措施抗震墙1在结构中设置抗震墙，提高结构的抗侧力性能抗震梁2采用抗震梁，提高结构的抗剪强度和抗弯强度抗震节点3采用抗震节点，保证连接处的强度和稳定性，防止节点发生失效结构动力分析动力荷载动力分析方法地震荷载、风荷载等属于动力荷载，会使结构发生振动，需要进常用的动力分析方法包括模态分析、响应谱分析、时程分析等，行动力分析根据荷载类型和结构类型选择合适的分析方法结构耐久性设计耐久性目标设计要保证结构能够抵抗外界环境的影响，如腐蚀、冻融、渗透等，延长建筑物的使用寿命材料选择选择具有良好耐久性的材料，如耐腐蚀钢材、抗冻融混凝土等构造措施采取一些构造措施，提高结构的耐久性，如设置防腐层、排水层、通风层等建筑结构防火设计防火等级根据建筑物的功能和重要性确定建筑物的防火等级，并进行相应的防火设计防火材料选择具有良好的防火性能的材料，如防火涂料、防火门、防火墙等防火措施采取一些防火措施，提高建筑物的防火性能，如设置消防通道、消防水源、消防设施等结构设计软件应用软件介绍PKPM功能强大操作简便PKPM软件是一款功能强大的PKPM软件的操作界面友好，建筑结构设计软件，涵盖了结功能易于掌握，适合各种水平构设计、计算、绘图、施工图的设计人员使用等各个方面应用广泛PKPM软件被广泛应用于各种建筑结构的设计，如高层建筑、桥梁、隧道等基础应用ANSYS有限元分析模型建立结果可视化ANSYS是一款基于有限元方法的结构分ANSYS软件可以建立各种复杂的结构模ANSYS软件可以将分析结果以图形化的析软件，可以进行结构的静力分析、动型，并进行相应的分析和计算方式展示，便于用户理解分析结果力分析、热分析等使用方法SAP2000模型建立荷载输入1使用SAP2000软件建立结构模型，包输入结构的荷载情况，包括永久荷载、2括节点、杆件、荷载等可变荷载等结果查看分析计算4查看结构分析计算结果，并进行相应的3进行结构分析计算，得到结构的内力、调整和优化设计变形、稳定性等结果结构施工图识读图纸种类结构施工图包括平面图、立面图、剖面图、节点图等，需要根据图纸的类型进行识读图纸内容结构施工图包含结构的尺寸、材料、构造等信息，需要仔细阅读图纸上的标注图纸符号结构施工图中使用了一些特殊的符号，需要了解这些符号的含义，才能正确理解图纸内容结构计算书编写计算步骤计算方法结构计算书需要按照一定的步骤结构计算书需要采用合理的计算进行编写，包括荷载计算、结构方法，并进行必要的说明，保证分析、内力计算、变形计算、稳计算结果的准确性和可靠性定性计算等结果展示结构计算书需要将计算结果以表格、图形等方式展示，并进行必要的解释和说明工程案例分析高层建筑桥梁隧道分析高层建筑结构的设计特点，如抗风性分析桥梁结构的设计特点，如跨度大、荷分析隧道结构的设计特点，如地质条件复能、抗震性能等载重等杂、施工难度大等结构质量控制材料检验施工监理验收测试对结构使用的材料进行检验，确保材料对结构施工过程进行监理，保证施工质对结构工程进行验收测试，确保结构的的质量符合规范要求量符合规范要求安全性和耐久性结构检测与维护定期检测对结构进行定期检测，发现潜在的安全隐患维修加固对发现的安全隐患进行维修加固，延长结构的使用寿命安全管理建立健全结构安全管理制度，保证结构的安全使用。