《建筑结构设计原理》课件2

建筑结构设计原理欢迎来到建筑结构设计原理课程本课程旨在全面介绍建筑结构设计的基本理论、方法和实践应用，通过学习，学生将掌握结构设计的基本概念、荷载分析、材料力学性能、结构设计方法以及各种结构体系的设计要点课程内容涵盖钢结构、钢筋混凝土结构、砌体结构、地基基础、抗震设计、连接方式、预应力混凝土结构、特殊结构设计、应用、结BIM构计算软件、结构加固改造、结构耐久性设计以及绿色建筑结构设计等多个方面课程简介课程目标与内容概述课程目标内容概述本课程旨在培养学生掌握建筑结构设计的基本理论和方法，课程内容涵盖结构设计的基本概念、荷载分析、材料力学性具备对常见结构进行设计和分析的能力通过本课程的学习能、结构设计方法以及各种结构体系的设计要点具体包括，学生能够理解各种结构体系的特点和适用范围，掌握结构钢结构、钢筋混凝土结构、砌体结构、地基基础、抗震设计设计的流程和步骤，熟悉相关规范和标准，并能够运用、连接方式、预应力混凝土结构、特殊结构设计、应用BIM BIM等现代设计工具进行结构设计、结构计算软件、结构加固改造、结构耐久性设计以及绿色建筑结构设计等课程大纲章节安排与重点章节安排重点内容12本课程按照结构设计的逻辑课程的重点内容包括荷载分顺序进行章节安排，从基本析、材料力学性能、结构设概念入手，逐步深入到各种计方法、钢结构设计、钢筋结构体系的设计每个章节混凝土结构设计、抗震设计都包含理论讲解、案例分析以及应用这些内容是BIM和实践练习，帮助学生全面结构设计的基础和核心，也掌握结构设计的知识和技能是学生必须掌握的关键知识点难点解析3课程中会针对结构设计的难点进行重点解析，例如荷载组合、材料非线性、抗震构造措施等通过详细的讲解和案例分析，帮助学生克服学习中的困难，提高结构设计的水平结构设计的基本概念荷载、强度、刚度荷载强度刚度荷载是作用在结构上强度是指结构抵抗破刚度是指结构抵抗变的各种力，包括永久坏的能力，是结构设形的能力，是结构设荷载、可变荷载和偶计的重要指标结构计的重要指标结构然荷载荷载是结构强度必须满足设计要刚度必须满足设计要设计的基础，准确的求，才能保证结构在求，才能保证结构在荷载分析是保证结构荷载作用下不发生破使用过程中不发生过安全的关键坏大的变形荷载分类永久荷载、可变荷载、偶然荷载永久荷载永久荷载是指在结构使用期间长期存在的荷载，例如结构的自重、墙体荷载、楼面荷载等永久荷载的变化幅度较小，对结构的影响较为稳定可变荷载可变荷载是指在结构使用期间可能变化的荷载，例如人群荷载、家具荷载、设备荷载等可变荷载的变化幅度较大，对结构的影响具有一定的随机性偶然荷载偶然荷载是指在结构使用期间偶然发生的荷载，例如地震荷载、风荷载、爆炸荷载等偶然荷载的发生概率较低，但一旦发生，对结构的影响非常严重荷载组合设计中的荷载取值荷载取值结构设计中荷载的取值需要根据相关2规范和标准进行确定荷载的取值应荷载组合该考虑荷载的类型、大小、分布以及荷载组合系数等因素结构设计中需要考虑多种荷载同时1作用的情况，即荷载组合荷载组组合系数合的目的是找到最不利的荷载组合，以保证结构的安全荷载组合系数是指在荷载组合中对各种荷载进行调整的系数，用于反映荷3载同时发生的概率以及荷载对结构的影响程度材料力学回顾应力、应变、本构关系本构关系1应力与应变之间的关系应变2构件的变形程度应力3构件内部的力材料力学是结构设计的基础，理解应力、应变和本构关系对于结构分析至关重要应力是构件内部单位面积上的力，应变是构件的变形程度，本构关系描述了应力与应变之间的关系，不同的材料具有不同的本构关系掌握材料力学的基本概念和原理，能够更好地理解结构的受力特性，为结构设计提供理论依据钢材的性能强度、塑性、焊接性性能描述重要性强度钢材抵抗破坏的能力保证结构安全塑性钢材发生塑性变形的能力提高结构的延性焊接性钢材焊接连接的性能保证连接的可靠性钢材是常用的结构材料，具有强度高、塑性好、易于加工等优点钢材的强度是保证结构安全的重要指标，塑性可以提高结构的延性，焊接性则影响钢结构的连接质量在结构设计中，需要充分考虑钢材的各种性能，以保证结构的安全可靠混凝土的性能强度、耐久性、收缩徐变强度耐久性混凝土的强度是抵抗压力的能混凝土的耐久性是指抵抗各种力，是结构设计的重要指标环境侵蚀的能力，影响结构的混凝土强度等级越高，结构的使用寿命提高混凝土耐久性承载能力越强可以延长结构的使用寿命收缩徐变混凝土的收缩徐变是指在长期荷载作用下发生的变形，影响结构的稳定性和适用性需要采取措施减小收缩徐变的影响钢筋的性能强度、握裹力强度1钢筋的强度是抵抗拉力的能力，是钢筋混凝土结构设计的重要指标钢筋强度等级越高，结构的承载能力越强握裹力2钢筋的握裹力是指钢筋与混凝土之间的粘结力，保证钢筋与混凝土共同工作良好的握裹力是保证钢筋混凝土结构性能的关键钢筋是钢筋混凝土结构的重要组成部分，与混凝土共同承受荷载钢筋的强度和握裹力是保证结构安全的关键在结构设计中，需要充分考虑钢筋的各种性能，以保证结构的安全可靠选择合适的钢筋类型和直径，并采取有效的构造措施，可以提高结构的整体性能结构设计方法极限状态设计法极限状态结构或构件达到不能满足设计规定的某一功能要求的状态，包括承载能力极限状态和正常使用极限状态设计原则保证结构在规定的使用年限内，不发生超过极限状态的事件，即结构的可靠度满足要求设计表达式采用分项系数设计表达式，对荷载和材料强度进行调整，以保证结构的安全可靠极限状态分类承载能力极限状态、正常使用极限状态承载能力极限状态正常使用极限状态承载能力极限状态是指结构或构件达到最大承载能力或发生正常使用极限状态是指结构或构件达到影响正常使用的状态破坏的状态，例如强度破坏、稳定破坏、疲劳破坏等设计，例如变形过大、裂缝过宽、振动过大等设计时需要保证时需要保证结构在各种荷载作用下不发生承载能力极限状态结构在正常使用情况下不发生正常使用极限状态结构构件的设计要求安全性、适用性、耐久性安全性适用性耐久性安全性是结构构件设适用性是指结构构件耐久性是指结构构件计的最基本要求，必在使用过程中满足正在规定的使用年限内须保证结构在各种荷常使用功能的要求，，能够抵抗各种环境载作用下不发生破坏例如变形不宜过大、侵蚀，保持良好的工，满足承载能力极限裂缝宽度应满足规范作性能提高结构耐状态的要求要求等，满足正常使久性可以延长结构的用极限状态的要求使用寿命轴心受力构件受压、受拉轴心受压构件轴心受拉构件12轴心受压构件是指只承受轴向压力的构件，例如柱、轴心受拉构件是指只承受轴向拉力的构件，例如拉杆支撑等设计时需要考虑构件的强度和稳定性，防止、吊杆等设计时需要考虑构件的强度，防止发生拉发生压屈破坏断破坏钢筋混凝土轴心受压构件设计验算强度和稳定性选择钢筋对构件的强度和稳定性进行验算，保证确定截面尺寸根据计算结果，选择合适的钢筋类型和满足设计要求，防止发生破坏根据荷载大小和强度要求，确定构件的数量，满足强度和构造要求截面尺寸，例如矩形截面、圆形截面等钢结构轴心受压构件设计确定截面形式根据荷载大小和强度要求，选择合适的截面形式，例如H型钢、箱型截面等计算长细比计算构件的长细比，判断构件的稳定性，选择合适的稳定计算公式验算强度和稳定性对构件的强度和稳定性进行验算，保证满足设计要求，防止发生破坏受弯构件梁的设计选择材料根据设计要求，选择合适的材料，例2如钢筋混凝土、钢材等确定截面尺寸1根据荷载大小和强度要求，确定梁的截面尺寸，例如矩形截面、工字验算强度和刚度形截面等对梁的强度和刚度进行验算，保证满足设计要求，防止发生破坏或过大的3变形钢筋混凝土梁的设计正截面承载力计算确定计算简图计算弯矩计算钢筋面积根据梁的支承情况和荷载情况，确定根据计算简图和荷载情况，计算梁的根据弯矩值和材料强度，计算梁所需计算简图，例如简支梁、连续梁等正截面弯矩，确定最大弯矩值的钢筋面积，选择合适的钢筋类型和数量钢筋混凝土梁的设计斜截面承载力计算计算箍筋计算剪力根据剪力值和材料强度，计算梁所需的确定计算简图根据计算简图和荷载情况，计算梁的斜箍筋，选择合适的箍筋类型和数量根据梁的支承情况和荷载情况，确定计截面剪力，确定最大剪力值算简图，例如简支梁、连续梁等钢结构梁的设计强度、刚度、稳定性设计内容描述重要性强度梁抵抗弯曲和剪切保证结构安全的能力刚度梁抵抗变形的能力保证正常使用稳定性梁抵抗失稳的能力防止梁发生侧向弯扭屈曲钢结构梁的设计需要综合考虑强度、刚度和稳定性三个方面强度是保证结构安全的基础，刚度可以保证结构的正常使用，稳定性则可以防止梁发生侧向弯扭屈曲在设计中，需要根据具体情况，选择合适的截面形式和尺寸，并采取有效的构造措施，以满足各项设计要求剪力墙结构设计结构布置合理布置剪力墙，保证结构的整体性和抗震性能荷载分析进行荷载分析，确定剪力墙的受力情况强度验算对剪力墙的强度进行验算，保证满足设计要求高层建筑结构设计要点结构体系选择抗震设计根据建筑高度、功能和场地条高层建筑对抗震性能要求较高件，选择合适的结构体系，例，需要进行详细的抗震设计，如框架结构、剪力墙结构、框采取有效的抗震措施，保证结架剪力墙结构等构在地震作用下的安全-风荷载效应高层建筑受风荷载的影响较大，需要进行风荷载效应分析，采取措施减小风荷载对结构的影响砌体结构设计基本原则材料选择砂浆配合比砌筑质量选择合格的砌体材料确定合理的砂浆配合保证砌筑质量，提高，保证砌体的强度和比，保证砌体的整体砌体的整体性和抗震耐久性性和强度性能砌体结构强度设计计算确定计算简图根据砌体结构的支承情况和荷载情况，确定计算简图计算内力根据计算简图和荷载情况，计算砌体结构的内力，例如轴力、弯矩、剪力等验算强度对砌体结构的强度进行验算，保证满足设计要求，防止发生破坏砌体结构抗震设计措施提高延性采取措施提高砌体结构的延性，例如2采用延性较好的砌体材料加强整体性1采取措施加强砌体结构的整体性，例如设置圈梁、构造柱等减小震动采取措施减小地震作用对砌体结构的影响，例如设置隔震层、减震装置等3地基基础设计概述地基承载力、沉降设计内容描述重要性地基承载力地基抵抗压力的能保证结构的安全稳力定沉降地基在荷载作用下保证结构正常使用的变形地基基础是建筑结构的重要组成部分，其设计直接关系到建筑的安全和稳定地基承载力是地基抵抗压力的能力，是地基设计的重要指标；沉降是地基在荷载作用下的变形，过大的沉降会影响建筑的正常使用在设计中，需要根据地质条件和荷载情况，选择合适的地基类型和基础形式，并采取有效的措施，以满足各项设计要求桩基础设计类型、承载力计算类型选择根据地质条件和荷载情况，选择合适的桩类型，例如摩擦桩、端承桩等承载力计算根据相关规范和标准，计算桩的承载力，保证满足设计要求沉降计算对桩基础的沉降进行计算，保证满足设计要求浅基础设计类型、计算方法类型选择承载力计算根据地质条件和荷载情况，选根据相关规范和标准，计算浅择合适的浅基础类型，例如条基础的承载力，保证满足设计形基础、独立基础、筏板基础要求等沉降计算对浅基础的沉降进行计算，保证满足设计要求建筑抗震设计抗震设防目标小震不坏中震可修大震不倒在小地震作用下，结构不发生破坏，保在中等地震作用下，结构可能发生损坏在强烈地震作用下，结构可能发生严重证正常使用，但可以通过修复恢复使用功能损坏，但不应倒塌，保证人员安全地震作用的计算水平地震作用、竖向地震作用水平地震作用水平地震作用是地震对结构产生的主要作用，需要进行详细的计算分析竖向地震作用竖向地震作用在某些情况下也需要考虑，例如大跨度结构、高层建筑等地震作用是结构抗震设计的重要依据，准确计算地震作用对于保证结构安全至关重要水平地震作用是地震对结构产生的主要作用，需要进行详细的计算分析；竖向地震作用在某些情况下也需要考虑，例如大跨度结构、高层建筑等计算地震作用需要根据建筑的结构类型、场地条件、地震烈度等因素进行综合考虑，并按照相关规范和标准进行计算结构抗震措施概念设计、构造措施概念设计构造措施1在结构选型和布置时，考虑抗震要采取有效的构造措施，提高结构的求，选择合理的结构体系，保证结延性和抗震能力，例如设置抗震缝2构的整体性和抗震性能、加强连接等结构体系的选择框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结-构框架结构剪力墙结构由梁和柱组成的结构体系，具由剪力墙组成的结构体系，具有良好的抗震性能，适用于多有良好的抗侧力性能，适用于层和高层建筑高层建筑框架剪力墙结构-由框架和剪力墙共同组成的结构体系，综合了框架结构和剪力墙结构的优点，适用于高层建筑概念设计结构选型、布置的原则规则性对称性整体性结构布置应尽量规则，避免出现突变和结构布置应尽量对称，避免出现偏心和结构布置应保证结构的整体性，避免出不规则的形状，以减小地震作用的影响扭转，以提高结构的抗震性能现薄弱环节，以提高结构的抗震能力抗震构造措施提高延性、避免脆性破坏加强连接加强构件之间的连接，提高结构的整体性和抗震能力增加配筋增加构件的配筋量，提高构件的延性和抗震能力设置构造柱在砌体结构中设置构造柱，提高结构的整体性和抗震能力建筑结构的连接方式焊接、螺栓连接、铆钉连接连接方式描述特点焊接通过加热使连接件熔强度高、密封性好、合在一起但施工难度大螺栓连接通过螺栓将连接件连施工方便、可拆卸、接在一起但强度较低铆钉连接通过铆钉将连接件连强度较高、但施工效接在一起率低建筑结构的连接方式多种多样，不同的连接方式具有不同的特点和适用范围焊接连接强度高、密封性好，但施工难度大；螺栓连接施工方便、可拆卸，但强度较低；铆钉连接强度较高，但施工效率低在结构设计中，需要根据具体情况，选择合适的连接方式，以满足各项设计要求钢结构焊接连接设计计算焊缝强度2根据相关规范和标准，计算焊缝的强度，保证满足设计要求选择焊缝形式1根据连接件的类型和受力情况，选择合适的焊缝形式，例如对接焊缝、角焊缝等验算焊缝质量对焊缝的质量进行验算，保证焊缝的3可靠性钢结构螺栓连接设计选择螺栓类型根据连接件的类型和受力情况，选择合适的螺栓类型，例如普通螺栓、高强度螺栓等计算螺栓强度根据相关规范和标准，计算螺栓的强度，保证满足设计要求布置螺栓合理布置螺栓，保证连接的整体性和可靠性预应力混凝土结构设计预应力施加材料选择通过施加预应力，提高混凝土选择高强度的混凝土和预应力的抗拉强度，改善结构的受力钢材，保证结构的承载能力和性能耐久性设计计算进行详细的设计计算，包括预应力损失的计算、强度验算、刚度验算等预应力混凝土的特点与应用大跨度高承载力耐久性好适用于大跨度结构，例如桥梁、体育馆具有较高的承载能力，能够承受较大的具有良好的耐久性，能够抵抗各种环境等荷载侵蚀预应力损失的计算瞬时损失由于弹性变形、摩擦等原因引起的预应力损失长期损失由于混凝土收缩、徐变等原因引起的预应力损失计算方法根据相关规范和标准，采用合理的计算方法，准确计算预应力损失预应力损失是预应力混凝土结构设计中需要重点考虑的问题，准确计算预应力损失对于保证结构安全至关重要预应力损失分为瞬时损失和长期损失，瞬时损失是由于弹性变形、摩擦等原因引起的，长期损失是由于混凝土收缩、徐变等原因引起的计算预应力损失需要根据相关规范和标准，采用合理的计算方法，并充分考虑各种影响因素特殊结构设计大跨度结构、空间结构大跨度结构空间结构1指跨度较大的结构，例如桥梁、体指具有三维空间形态的结构，例如育馆等，设计时需要考虑结构的稳网架结构、膜结构等，设计时需要2定性和刚度考虑结构的整体性和稳定性膜结构设计材料选择找形分析荷载分析选择具有高强度、高耐久性的膜材料进行找形分析，确定膜结构的初始形进行荷载分析，确定膜结构在各种荷，例如膜、膜等态，保证结构的稳定性和美观性载作用下的受力情况PTFE ETFE索结构设计锚固设计索截面选择对索的锚固进行设计，保证连接的可靠索力确定根据索力大小和强度要求，选择合适的性根据荷载情况，确定索的初始索力，保索截面证结构的稳定性和刚度组合结构设计钢混凝土组-合梁协同工作通过连接件将钢梁和混凝土板连接在一起，使两者协同工作，共同承受荷载提高承载力与传统的钢结构或混凝土结构相比，钢混凝土组合梁具-有更高的承载能力节省材料能够有效利用材料的强度，节省钢材和混凝土的用量建筑信息模型（）在结构设计中的应用BIM协同设计2软件支持多专业协同设计，方便BIM各专业之间的信息交流和协调可视化设计1通过软件，可以实现结构的可视BIM化设计，提高设计效率和质量优化设计通过软件，可以进行结构优化设BIM3计，提高结构的性能和经济性软件介绍、BIM RevitTekla软件名称特点应用功能全面、易于上手、适用于各种类型的建建筑、结构、机电等专业的设计和协同Revit筑结构设计专注于钢结构设计，具有强大的钢结构建模钢结构深化设计、加工制造、施工安装等Tekla和分析功能BIM软件是建筑信息模型技术的核心，常用的BIM软件包括Revit和Tekla等Revit功能全面、易于上手，适用于各种类型的建筑结构设计；Tekla专注于钢结构设计，具有强大的钢结构建模和分析功能选择合适的BIM软件可以提高设计效率和质量，实现建筑的全生命周期管理在结构分析中的应用BIM模型建立利用软件建立结构模型，包括构件的几何信息、材料BIM信息、连接信息等导入分析软件将模型导入结构分析软件，例如、等BIM PKPM SAP2000结果分析利用结构分析软件进行结构分析，得到结构的内力、变形等结果，并进行校核和优化结构计算软件、PKPM SAP2000PKPMSAP2000国内常用的结构计算软件，适用于高层建筑、多层建筑等国际通用的结构计算软件，具有强大的分析功能，适用于各种类型的结构设计各种复杂的结构设计结构分析模型建立几何模型材料属性荷载施加准确建立结构的几何定义构件的材料属性准确施加各种荷载，模型，包括构件的尺，包括弹性模量、泊包括永久荷载、可变寸、形状、位置等松比、强度等荷载、偶然荷载等结构计算结果分析与校核内力分析分析结构的内力分布，包括轴力、弯矩、剪力等变形分析分析结构的变形情况，包括位移、转角等强度校核对结构的强度进行校核，保证满足设计要求结构计算结果的分析与校核是结构设计的重要环节，通过对计算结果进行分析，可以了解结构的受力性能和变形情况，发现结构中的薄弱环节，并进行相应的调整和优化强度校核是保证结构安全的重要措施，需要根据相关规范和标准，对结构的强度进行验算，确保结构满足设计要求结构加固与改造加固方法、材料加固方法加固材料1常用的加固方法包括增大截面法、常用的加固材料包括钢材、混凝土2外包钢法、粘贴碳纤维布法等、碳纤维布、植筋胶等碳纤维加固技术高强度轻质施工方便碳纤维具有较高的强度，能够有效提碳纤维具有较轻的重量，不会显著增碳纤维施工方便快捷，能够缩短工期高结构的承载能力加结构的自重植筋加固技术钻孔在混凝土结构上钻孔，用于植入钢筋注胶在孔内注入植筋胶，将钢筋与混凝土结构连接在一起养护对植筋进行养护，保证植筋胶的强度裂缝修补技术表面处理对裂缝表面进行处理，清除杂物和污染物灌浆将修补材料灌入裂缝中，填充裂缝表面封闭对裂缝表面进行封闭，防止水分和有害物质进入裂缝裂缝是混凝土结构中常见的缺陷，如果不及时修补，可能会影响结构的安全和耐久性裂缝修补技术包括表面处理、灌浆和表面封闭等步骤表面处理是清除裂缝表面的杂物和污染物，为后续的修补工作做好准备；灌浆是将修补材料灌入裂缝中，填充裂缝，恢复结构的整体性；表面封闭是对裂缝表面进行封闭，防止水分和有害物质进入裂缝，保护结构不受侵蚀结构耐久性设计耐久性影响因素环境条件环境条件对结构的耐久性有很大影响2，例如湿度、温度、化学侵蚀等材料质量1材料质量是影响结构耐久性的重要因素，需要选择高质量的材料设计方法合理的设计方法可以提高结构的耐久性，例如控制裂缝宽度、提高混凝土3密实度等混凝土耐久性设计选择耐久性好的混凝土控制水灰比加强养护选择抗渗性好、抗冻性好的混凝土，控制混凝土的水灰比，降低混凝土的加强混凝土的养护，促进混凝土的水提高混凝土的耐久性孔隙率，提高混凝土的密实度化反应，提高混凝土的强度和耐久性钢结构防腐设计定期检查涂装定期检查钢结构的防腐涂层，及时进行表面处理对钢结构表面进行涂装，形成保护层，维护和修补对钢结构表面进行处理，清除锈蚀和污防止钢材腐蚀染物绿色建筑结构设计可持续性材料、节能设计可持续性材料采用可再生、可循环利用的建筑材料，降低对环境的影响节能设计采用节能的设计方法，降低建筑的能耗，例如采用保温材料、优化建筑朝向等绿色建筑结构设计是未来建筑发展的重要方向，旨在通过采用可持续性材料和节能设计方法，降低建筑对环境的影响，提高建筑的资源利用效率可持续性材料包括可再生材料和可循环利用材料，例如竹材、木材、再生混凝土等；节能设计包括采用保温材料、优化建筑朝向、利用太阳能等措施绿色建筑结构设计需要综合考虑建筑的安全性、适用性、耐久性和环保性，实现建筑的可持续发展可持续性结构材料的应用木材木材是一种天然的建筑材料，具有良2好的保温性能和可加工性竹材1竹材具有较高的强度和韧性，是一种可再生的建筑材料再生混凝土再生混凝土是利用废弃混凝土制成的建筑材料，能够减少对自然资源的消3耗结构设计中的节能措施保温材料优化朝向采用保温材料可以减少建筑的优化建筑的朝向，可以充分利能量损失，提高建筑的节能效用自然采光和通风，降低建筑果的能耗太阳能利用利用太阳能可以提供建筑所需的能源，减少对传统能源的依赖。