建筑结构安全专篇课件

建筑结构安全专篇第一章建筑结构安全概述建筑结构安全等级划分一级安全等级二级安全等级三级安全等级重要建筑物一般建筑物次要建筑物破坏后果严重常见工业建筑临时性建筑•••危及人民生命安全普通民用建筑影响范围较小•••造成重大经济损失破坏后果中等破坏后果轻微•••产生严重社会影响应用范围最广造价相对较低•••安全等级决定设计强度建筑结构安全等级是结构设计的根本依据直接决定了结构的设计强度、材料选用和施工,标准不同安全等级的建筑物采用不同的安全系数和设计参数确保结构在使用期限内满,足安全性要求重要建筑物如医院、学校、体育场馆等公共建筑必须按照一级安全等级进行设计采用更,,高的安全储备以应对各种极端情况和突发灾害,建筑结构安全的核心目标12保证结构可靠性平衡经济与安全确保建筑结构在设计使用年限内具有在保证结构安全的前提下合理优化设,足够的安全性能够承受各种荷载作用计方案选用经济适用的材料和构造措,,而不发生破坏同时保证结构的耐久施避免过度设计造成的资源浪费实,性抵抗自然环境的侵蚀以及满足正现安全性与经济性的最佳平衡提高投,,,常使用条件下的适用性要求资效益3全过程质量控制结构安全不仅取决于设计阶段还涉及施工质量控制和使用维护管理必须建立覆,盖设计、施工、验收、使用全生命周期的质量保证体系确保结构安全目标的实,现第二章建筑结构类型及特点建筑结构类型的选择直接影响建筑物的安全性能、使用功能和经济效益不同结构类型具有各自的优缺点和适用范围设计时需要根据建筑高度、使用功能、地质条件等因素综,合确定常见建筑结构类型砖木结构砖混结构传统农村建筑的主要形式采用砖墙承重、木材作为楼板和屋架住宅建筑中最普遍的结构形式由砖墙承重、钢筋混凝土楼板组,,造价低廉施工简便但抗震性能差耐久性有限现已逐步被淘汰仅成承重墙体较厚室内空间布局受限但造价适中施工技术成熟,,,,,,,,,在部分文物建筑和特色民居中保留适合层以下的多层住宅建筑6钢筋混凝土结构钢结构大型公共建筑和高层住宅的首选结构形式整体性好抗震性能优采用钢材制作的结构体系具有轻质高强的显著特点特别适合超,,良可塑性强适应各种复杂建筑造型耐久性好维护成本低是现高层建筑和大跨度空间结构施工速度快抗震性能好但造价较高,,,,,,,,代建筑的主流结构体系需要良好的防腐防火措施框架结构与框架剪力墙结构-框架结构框架-剪力墙结构结构特点:•框架与剪力墙协同工作结构特点:•抗侧力性能显著提升•由梁柱组成承重体系•兼顾空间灵活性•空间布局灵活自由•整体刚度大幅增强•便于实现大开间设计适用范围:高层住宅、高层办公建筑等对抗震和抗风性能要求较高的建筑•施工工艺相对简单优势:结合了框架结构和剪力墙结构的优点,是目前高层建筑最常采用的结构形式适用范围:多层及小高层建筑,办公楼、商业建筑等对空间灵活性要求高的场所抗震性能提升的关键框架剪力墙结构通过合理布置剪力墙使结构在地震作用下具有良好的延性和能量耗-,散能力是现代高层建筑抗震设计的重要突破,剪力墙的设置位置、数量和布局对结构抗震性能有决定性影响设计时应遵循均匀、对称、周边的布置原则避免产生扭转效应剪力墙与框架的刚度比例需要精心控制确保,,两者协同工作充分发挥各自的承载能力,第三章建筑结构设计基本原理建筑结构设计是一项系统性工程需要遵循科学的设计理论和严格的技术规范本章将介,绍结构设计的基本流程、规范依据以及主要结构构件的设计要点结构设计流程与规范依据方案设计结构分析确定结构体系、材料选型、初步构件尺寸荷载计算、内力分析、变形验算构件设计施工图绘制截面设计、配筋计算、节点设计详图设计、材料表、设计说明主要设计规范《建筑结构可靠性设计统一标准》•GB50068-2018《混凝土结构设计规范》年版•GB50010-20102015《建筑抗震设计规范》年版•GB50011-20102016《钢结构设计标准》•GB50017-2017采用极限状态设计法承载能力极限状态与正常使用极限状态相结合通过分项系数法保证结构安全:,钢筋混凝土构件设计要点受力构件设计01受弯构件梁板设计,正截面和斜截面承载力计算02受剪构件箍筋和弯起钢筋配置,抗剪承载力验算03轴心受力构件柱截面设计,长细比控制,稳定性验算04偏心受力构件大小偏心判别,配筋计算,裂缝控制钢结构设计特点轻质高强节点关键施工快速钢材强度高、自重轻可以实现大跨度和超高节点设计是钢结构设计的核心焊接、螺栓钢结构构件工厂化生产、现场装配施工速度,,层建筑相同承载力下钢结构自重仅为混凝连接等节点形式需要精心设计确保节点承载是混凝土结构的倍特别适合工期紧张,,2-3土结构的至大幅减轻基础负担力不低于构件承载力实现强节点、弱构件的项目和工业化建筑可实现装配式建筑的快1/31/5,,,的设计理念速发展设计规范《钢结构设计标准》对钢结构的材料选用、构件设计、连接设计、稳定性分析等做出了详细规定是钢结构设计的根本依据:GB50017-2017,注意事项钢结构需要采取有效的防腐措施和防火保护措施在高温环境下钢材强度快速降低必须采用防火涂料或外包混凝土等方式提高耐火等级:,,第四章建筑结构抗震设计地震是对建筑结构安全威胁最大的自然灾害之一抗震设计是保障建筑物在地震作用下不发生倒塌、减轻人员伤亡的关键措施本章将系统介绍抗震设计的基本原理和技术方法抗震设计的重要性与基本原则地震灾害的巨大威胁地震造成的建筑物破坏是人员伤亡的主要原因历史上多次大地震造成了巨大的生命财产损失如唐山大地震、汶川大地震等通过科学的抗震设计可以显著降低地震灾害损,,失保障人民生命安全,抗震设防烈度抗震设防目标根据建筑所在地区的地震危险性确定小震不坏、中震可修、大震不倒是,抗震设防烈度我国划分为度、我国抗震设防的三水准目标小震下67度、度、度四个主要设防区不同烈结构处于弹性状态中震下允许部分损89,,度采用不同的抗震措施和计算方法坏但可修复大震下避免倒塌保证人员,安全结构延性设计通过合理的构造措施和配筋设计使结构具有良好的塑性变形能力和能量耗散能,力延性设计是实现大震不倒的关键能够通过塑性变形耗散地震能量,抗震结构体系介绍框架结构剪力墙结构框架-剪力墙结构通过强节点、弱构件设计形成梁铰机制框架柱依靠剪力墙的抗侧刚度和承载力抵抗地震作用框架与剪力墙协同工作框架主要承受竖向荷载,,,按强柱弱梁原则设计梁端首先屈服形成塑性铰剪力墙应均匀对称布置避免平面不规则造成的扭剪力墙承受大部分水平地震作用两者刚度匹配,,,保证竖向承重体系的完整性转效应确保结构整体抗震性能合理是高层建筑最优的抗震结构形式,,先进抗震技术基础隔震技术消能减震技术在基础与上部结构之间设置隔震层通过橡胶支座等隔震装置延长结构自在结构中设置消能阻尼器通过阻尼器的滞回变形耗散地震能量减小结构,,,振周期减小地震作用传递到上部结构的能量隔震效率可达地震响应包括金属阻尼器、摩擦阻尼器、粘滞阻尼器等多种形式,,60%-80%汶川地震后的改进汶川地震暴露了学校等重要建筑的抗震薄弱环节震后修订的规范大幅提高了教育建筑、医疗建筑的抗震设防标准强化了构:,,造措施要求抗震设计保障生命安全科学的抗震设计不仅是技术问题更是关系人民生命安全的重大责任每一位结构工程师都应牢记使命严格按照规范要求进行设计确保建筑物在地震,,,中发挥生命保护作用抗震设计需要综合考虑场地条件、结构体系、材料性能、施工质量等多方面因素设计时应进行多遇地震、设防地震、罕遇地震三个水准的验算确保结,构在不同强度地震作用下均能满足设防目标要求第五章建筑结构防灾设计除地震外建筑结构还需要抵御风荷载、火灾等多种灾害威胁本章将介绍抗风设计和抗,火设计的基本原理与技术措施全面提升建筑结构的防灾能力,抗风设计风荷载作用机理风荷载是高层建筑和大跨度结构的主要水平荷载之一风压大小与风速的平方成正比,随建筑高度增加而增大风荷载包括平均风压和脉动风压两部分,脉动风压引起结构的动力响应风荷载计算方法根据《建筑结构荷载规范》GB50009,风荷载标准值按基本风压、风压高度变化系数、风荷载体型系数等参数计算不同地区、不同高度、不同体型的建筑,风荷载差异显著抗火设计火灾对结构的影响高温环境下建筑材料的力学性能显著降低钢材在℃时强度降低约一半混凝土在高温下产生爆裂和强度损失火灾还可能造成结构构件的热膨胀变,600,形导致次生破坏,010203确定耐火等级计算耐火极限采取防火措施根据建筑高度、使用功能、火灾危险性确定建筑不同构件类型和耐火等级对应不同的耐火极限要通过增加保护层厚度、外包防火材料、喷涂防火耐火等级分为

一、

二、

三、四级求如一级耐火等级柱的耐火极限为小时涂料等措施满足耐火极限要求,,

3.00钢筋混凝土结构耐火设计钢结构耐火设计主要通过控制保护层厚度实现保护层厚度越大钢筋在火灾中升温越慢裸露钢结构耐火性能差必须采取防火保护措施常用方法包括外包混凝,,,:耐火性能越好规范对不同耐火等级规定了最小保护层厚度土或砌体、喷涂防火涂料、包覆防火板材等使钢材在火灾中保持较低温,度第六章结构施工质量控制与安全管理再完善的设计也需要优质的施工来保证施工阶段是确保结构安全的关键环节必须建立,严格的质量控制体系和安全管理制度从源头上消除安全隐患,施工阶段安全风险12材料质量风险构件安装风险钢筋、混凝土、钢材等原材料质量不合格如钢筋强度不足、混凝土配合比不当将直预制构件吊装、钢结构安装等环节操作不当可能造成构件损坏、连接不牢、位置偏差,,,接影响结构承载力造成严重安全隐患等问题影响结构整体性能,,34关键节点风险施工荷载风险梁柱节点、钢筋连接、预应力张拉等关键工序施工质量直接关系结构安全节点连接施工期间的堆载、施工机械荷载可能超过设计考虑的施工荷载,或者在结构未达到设计不可靠是结构倒塌的主要原因之一强度时提前加载,造成结构损伤典型施工安全事故案例案例一某在建高层建筑因混凝土强度未达到要求即拆除模板导致楼板坍塌造成多人伤亡事故原因是施工单位违规操作未按规范要求进行混凝土强度检测和养护:,,,案例二某钢结构厂房因焊接质量不合格节点连接强度不足在使用期间发生局部倒塌事故暴露了施工过程中焊接质量控制不严、检测流于形式的问题:,,施工安全事故往往是管理缺失和技术违规共同作用的结果必须从制度和技术两方面加强管控,质量检测与验收标准结构检测方法与技术混凝土强度检测钢筋检测钢结构检测包括标准养护试块抗压试验、回弹法、超声回弹综合法、原材料力学性能试验、保护层厚度检测、钢筋间距和直径焊缝质量检测超声波探伤、射线探伤、磁粉探伤,高强螺钻芯法等其中钻芯法是最直接准确的检测方法,可直接测检测、钢筋连接质量检测采用钢筋探测仪、游标卡尺等栓连接检测,钢材厚度和防腐涂层检测,整体变形和垂直度检定结构实体混凝土强度专用仪器进行无损或微损检测测等施工质量验收规范体系《混凝土结构工程施工质量验收规范》•GB50204-2015《钢结构工程施工质量验收规范》•GB50205-2020《建筑地基基础工程施工质量验收规范》•GB50202-2018《砌体结构工程施工质量验收规范》•GB50203-2011质量验收采用主控项目和一般项目分类管理主控项目必须全部合格一般项目按规定比例抽检验收程序包括检验批验收、分项工程验收、分部工程验收和单位工程验收四个层次,,使用期维护与监测建筑物交付使用后应建立定期检查和维护制度重要建筑应进行结构健康监测通过传感器实时监测结构变形、应力、裂缝等参数及时发现安全隐患保障长期使用安全,,,,质量是结构安全的生命线百年大计质量第一施工质量是确保结构安全的最后一道防线任何一个环节的疏忽,,都可能酿成安全事故施工单位、监理单位、建设单位必须各负其责严格执行质量,标准把好质量关,施工质量控制需要全过程、全方位管理从原材料进场检验到施工工艺控制从隐蔽工程,验收到实体检测每一个环节都不能放松建立质量责任追溯机制实现质量问题可追,,溯、可查询形成质量管理的闭环系统,第七章建筑结构安全典型案例分析通过实际工程案例的深入分析可以更好地理解结构设计理论在实践中的应用总结经验,,教训为今后的设计和施工提供借鉴本章选取两个典型案例进行剖析,案例一某高层建筑框架剪力墙结构抗震设计实践:-工程概况某城市层住宅楼总高度米抗震设防烈度度采用框架剪力墙结构体系建筑平面呈矩形长宽比适中竖向规则是典型的高层住宅建筑30,98,8,-,,,设计方案与抗震措施施工难点与解决方案结构布置剪力墙沿周边和电梯井布置形成稳定的抗侧力体系难点一高强度混凝土施工质量控制方案严格配合比加强养护多点取样:,::,,检测刚度控制剪力墙与框架刚度比为实现合理的刚度分配:3:7,难点二剪力墙边缘构件钢筋密集方案优化配筋方案采用定位筋确保钢筋延性设计框架梁端设置塑性铰柱采用高强度混凝土::,:,位置构造措施加强边缘构件配筋提高剪力墙延性:,难点三高空大模板施工安全方案采用爬模系统加强安全监控措施::,性能目标中震弹性大震不倒:,结构安全性能评估通过时程分析法进行罕遇地震作用下的弹塑性分析结果显示结构在罕遇地震下层间位移角满足规范限值要求塑性铰主要出现在梁端柱和剪力墙保持弹,:,,性实现了预期的性能目标竣工后经过第三方检测机构的实体检测各项指标均满足设计要求,,案例二砖混结构住宅抗震性能不足导致的安全隐患:工程背景某老旧小区6层砖混结构住宅楼,建于1990年代,设计时按7度设防经过20多年使用,结构出现多处裂缝,经鉴定抗震性能不满足现行规范要求,存在严重安全隐患结构缺陷分析•承重墙体存在竖向裂缝,部分墙体砂浆强度不足•楼板与墙体连接不可靠,圈梁构造柱缺失•原设计未考虑扭转效应,平面布置不规则•基础存在不均匀沉降,导致上部结构开裂•按旧规范设计,抗震构造措施不符合现行标准改进建议与加固措施裂缝处理:灌浆封闭裂缝,恢复墙体整体性增设圈梁:在楼板标高处增设圈梁,提高整体性加固墙体:采用钢筋网砂浆面层加固承重墙基础加固:扩大基础底面积,注浆加固地基增设抗震墙:局部增加钢筋混凝土抗震墙政策与规范更新:汶川地震后,我国大幅提高了住宅建筑的抗震设防标准老旧砖混结构住宅普遍存在抗震性能不足问题,各地陆续开展老旧小区抗震加固改造工程,这对保障人民生命财产安全具有重要意义本案例警示我们,结构安全需要全生命周期管理既有建筑应定期进行安全性鉴定,及时发现和消除安全隐患,必要时进行加固改造,确保结构安全可靠第八章建筑结构安全未来发展趋势随着科技进步和社会发展建筑结构安全领域正在经历深刻变革智能化、数字化、绿色,化成为未来发展的主要方向为提升建筑结构安全水平提供了新的技术手段和理念,智能化与数字化设计BIM技术在结构设计虚拟仿真与结构健康绿色建筑与可持续结中的应用监测构设计建筑信息模型技术实基于数字孪生技术的虚拟仿可持续发展理念深入建筑结BIM现了结构设计的三维可视真可以在设计阶段模拟结构构领域采用高性能材料减,化、参数化和协同化通过在各种极端条件下的响应预少材料用量应用装配式建筑,,平台设计、施工、运维测潜在问题物联网和传感技术降低施工能耗设计可拆BIM,,各方可以在统一模型上工作器技术的发展使得结构健康卸可循环的结构体系延长建,,,及时发现和解决设计冲突提监测系统可以实时采集结构筑使用寿命绿色建筑不仅,高设计质量和效率还变形、应力、振动等数据通关注结构安全更追求经济效BIM,,可以进行结构性能模拟优化过大数据分析和人工智能算益、社会效益和环境效益的,设计方案实现全生命周期的法实现结构状态的智能评估统一代表着建筑结构发展的,,,信息管理和预警未来方向总结与展望安全基石三位一体科技创新建筑结构安全是保障人民生命财产安全的基石是设计、施工、维护三个环节环环相扣缺一不可未来将依托、物联网、人工智能等先进技术,,BIM,建筑工程的首要目标从设计、施工到使用维护只有建立覆盖全生命周期的质量保证和安全管理实现更高效、更精准、更安全的建筑结构设计、,全过程都必须把安全放在第一位体系才能持续提升建筑结构安全水平施工和管理推动建筑业高质量发展,,让我们共同筑牢建筑安全防线,守护美好生活!每一位建筑工程从业者都肩负着重大责任我们要不断学习新知识、掌握新技术、应用新方法以精益求精的工匠精神创造更多安全可靠、经济适用、绿色环保的建筑,,精品为人民创造更加安全舒适的生活环境为国家建设贡献专业力量,,!。