结构设计第一章概论.ppt

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1、第第1章章 结构设计概论结构设计概论1.1 1.1 建筑结构的类型建筑结构的类型按用途按用途工工业业建筑建筑民用建筑民用建筑按按层层数数单层单层多多层层高高层层超高超高层层按按结结构材料构材料木结构砌体结构砌体结构砼结构砼结构钢结构钢结构组合结构组合结构按按结结构形式构形式排架结构排架结构框架结构框架结构剪力墙结构剪力墙结构筒体结构筒体结构大跨结构框架框架剪力墙结构剪力墙结构高高规规以以10层层 或或28m作作为为界限界限1dd大跨结构桁架结构拱结构2四角锥体网架四角锥体网架三角锥体网架三角锥体网架网架结构大跨结构3平面桁架系网架两向正交两向正交三向三向平面桁架系网架两向正交两向正交三向三向4

2、壳壳体体圆顶圆顶筒壳筒壳折板折板双曲扁壳双曲扁壳双曲抛物面壳双曲抛物面壳大跨结构5大跨结构索、膜结构6上海上海东东方明珠游船方明珠游船码头码头虹口足球虹口足球场场上海体育上海体育馆馆昆明宝海公园昆明宝海公园71.2 1.2 结构设计的基本内容结构设计的基本内容工程工程设计设计基本要求基本要求功能要求功能要求美美观观要求要求经济经济要求要求环环保要求保要求1.2.1结构设计过程：方案方案设计设计结结构分析构分析构件构件设计设计绘绘施工施工图图建建筑筑设设备备工工艺设计艺设计建筑工程建筑工程设计设计内容内容建筑建筑设计设计结结构构设计设计给给排水排水设计设计暖通暖通设计设计电电气气设计设计强强电电

3、弱弱电电8结构选型结构选型上部上部结结构构类类型型下部下部结结构（基构（基础础）选选型型结构布置结构布置定位定位轴线轴线构件布置构件布置设设置置变变形形缝缝一、方案设计一、方案设计截面尺寸估算截面尺寸估算水平位置水平位置竖竖向位置向位置伸伸缩缝缩缝沉降沉降缝缝防震防震缝缝设计概论1.1 结构类型1.2 设计设计内容内容1.2.1 设计过设计过程程应应体体现现科学性、先科学性、先进进性、性、经济经济性、可性、可实实施性施性9计算简图计算简图二、结构分析二、结构分析简简化三原化三原则则尽可能反映尽可能反映实际实际受力特性受力特性偏于安全偏于安全简单简单数学方法数学方法解析解解析解数数值值解解计算理

4、论计算理论线弹线弹性性塑性塑性非线性非线性材料非材料非线线性性几何非几何非线线性性设计概论1.1 结构类型1.2 设计设计内容内容1.2.1 设计过设计过程程10截面截面设计设计节节点点设计设计三、构件设计三、构件设计四、绘制施工图四、绘制施工图正确正确规规范范简洁简洁美美观观设计概论1.1 结构类型1.2 设计设计内容内容1.2.1 设计过设计过程程构件构件设计设计工作内容：工作内容：计计算和构造算和构造111.2.2 1.2.2 结构计算的一般要求结构计算的一般要求1 计算内容计算内容承载能力极承载能力极限状态计算限状态计算正常使用极正常使用极限状态计算限状态计算承载力承载力(强度、稳定）

5、强度、稳定）倾覆倾覆滑移滑移漂浮漂浮变形变形抗裂和裂缝宽度抗裂和裂缝宽度耐久性耐久性疲劳疲劳设计概论1.1 结构类型1.2 设计内容设计内容1.2.1 设计过程1.2.2 计算要求计算要求122 荷载效应组合荷载效应组合设计概论1.1 结构类型1.2 设计设计内容内容1.2.1 设计过程1.2.2 计计算要求算要求由可变荷载效应控制由可变荷载效应控制。效。效应应最大的一最大的一项项可可变变荷荷载载以以标标准准值为值为代表代表值值，其余可，其余可变变荷荷载载（伴随荷（伴随荷载载）以）以组组合合值为值为代表代表值值。由永久荷载效应控制由永久荷载效应控制。所有的可。所有的可变变荷荷载载均以均以组组合

6、合值为值为代表代表值值，永久荷永久荷载载分分项项系数取系数取1.35。承载能力极限状态的一般组合：承载能力极限状态的一般组合：13仅仅考考虑虑荷荷载载效效应应最大的一最大的一项项可可变变荷荷载载，以，以标标准准值为值为代表代表值值 所有可所有可变变荷荷载载以以组组合合值为值为代表代表值值，组组合系数取合系数取0.9设计概论1.1 结构类型1.2 设计设计内容内容1.2.1 设计过程1.2.2 计计算要求算要求承载能力极限状态的简化组合（排架、框架结构）：承载能力极限状态的简化组合（排架、框架结构）：由可变荷载效应控制由可变荷载效应控制由永久荷载效应控制同一般组合。由永久荷载效应控制同一般组合。

7、14准永久准永久组组合：（所有可合：（所有可变变荷荷载载均以准永久均以准永久值为值为代表代表值值）标标准准组组合：（荷合：（荷载载效效应应最大的一最大的一项项可可变变荷荷载载取取标标准准值值，其余可，其余可变变荷荷载载取取组组合合值值）频频遇遇组组合：（一合：（一项项可可变变荷荷载载取取频频遇遇值值，其余可，其余可变变荷荷载载取准永久取准永久值值）设计概论1.1 结构类型1.2 设计设计内容内容1.2.1 设计过程1.2.2 计计算要求算要求正常使用极限状态的组合153 3 内力组合内力组合水平构件水平构件竖竖向构件向构件最大弯矩（扭矩）及相最大弯矩（扭矩）及相应应的剪力的剪力最大剪力及相最大

8、剪力及相应应的弯矩（扭矩）的弯矩（扭矩）最大最大轴轴力及相力及相应应的弯矩和剪力的弯矩和剪力（最小（最小轴轴力及相力及相应应的弯矩和剪力）的弯矩和剪力）最大弯矩及相最大弯矩及相应应的剪力和的剪力和轴轴力力设计概论1.1 结构类型1.2 设计设计内容内容1.2.1 设计过程1.2.2 计计算要求算要求16设计概论1.1 结构类型1.2 设计设计内容内容1.2.1 设计过程1.2.2 计算要求1.2.3 抗震抗震设计设计1.2.3 1.2.3 抗震设计抗震设计1 1 我国的抗震设防烈度为我国的抗震设防烈度为6 69 9度，称为基本烈度。度，称为基本烈度。2 2 抗震设防有三个水准目标：抗震设防有三

9、个水准目标：“小震不坏、中震可修、大震不倒小震不坏、中震可修、大震不倒”第一水准烈度：众第一水准烈度：众值值烈度，比基本烈度烈度，比基本烈度约约低一度半，低一度半，50年超年超越概率越概率约为约为63%，结结构构处处于正常使用状于正常使用状态态；第二水准烈度：基本烈度，第二水准烈度：基本烈度，50年超越概率年超越概率约为约为10%，结结构构进进入入非非弹弹性工作性工作阶阶段；段；第三水准烈度：罕遇地震，第三水准烈度：罕遇地震，50年超越概率年超越概率约为约为23%，结结构有构有较较大的非大的非弹弹性性变变形，但在一定的控制范形，但在一定的控制范围围内，不致倒塌。内，不致倒塌。173 3 抗震设

10、计内容抗震设计内容抗震构造；抗震构造；多遇地震下的承多遇地震下的承载载力力计计算和算和变变形形验验算；算；罕遇地震下的薄弱罕遇地震下的薄弱层弹层弹塑性塑性变变形形计计算。算。设计概论1.1 结构类型1.2 设计设计内容内容1.2.1 设计过程1.2.2 计算要求1.2.3 抗震抗震设计设计4 4 抗震承载力计算公式抗震承载力计算公式5 5 抗震等级的划分抗震等级的划分钢钢筋混凝土筋混凝土结结构根据构根据设设防烈度、防烈度、结结构构类类型和房屋高度划分型和房屋高度划分为为一一四四级级抗震等抗震等级级，抗震，抗震计计算和抗震构造均与抗震等算和抗震构造均与抗震等级级有关。有关。18设计概论1.1 结

11、构类型1.2 设计内容设计内容1.2.1 设计过程1.2.2 计算要求1.2.3 抗震设计抗震设计混凝土结构的抗震等级混凝土结构的抗震等级191.3 1.3 建筑结构的作用建筑结构的作用1.3.1建筑作用的种类建筑作用的种类楼（屋）面可变荷载楼（屋）面可变荷载风荷载风荷载吊车荷载吊车荷载永久荷载（重力荷载、土压力等）永久荷载（重力荷载、土压力等）可变荷载可变荷载偶然作用（如爆炸、撞击）偶然作用（如爆炸、撞击）直接作用直接作用间接作用（如地震作用、地基变形、材料收缩、间接作用（如地震作用、地基变形、材料收缩、焊接应力、温度变化等。）焊接应力、温度变化等。）作用作用201.3.2 1.3.2 荷载

12、代表值荷载代表值1 1 永久荷载：以标准值（特征值）为代表值永久荷载：以标准值（特征值）为代表值标准值：在结构使用期间可能出现的最大荷载值标准值：在结构使用期间可能出现的最大荷载值2 2 可变荷载：根据设计要求分别以标准值、组合值、频遇值、准永可变荷载：根据设计要求分别以标准值、组合值、频遇值、准永久值为代表值久值为代表值设计概论1.1 结构类型1.2 设计内容1.3 结构作用结构作用1.3.1 作用种类1.3.2 荷载代表值荷载代表值组合值组合值 使组合后的荷载效应在设计基准期内的超越概率与该荷载使组合后的荷载效应在设计基准期内的超越概率与该荷载单独出现时相应的概率一致的荷载值。单独出现时相

13、应的概率一致的荷载值。不同的设计内容，荷载以不同的代表指出现21设计概论1.1 结构类型1.2 设计内容1.3 结构作用结构作用1.3.1 作用种类1.3.2 荷载代表值荷载代表值可变荷载的组合值取标准值乘以组合值系数可变荷载的组合值取标准值乘以组合值系数频遇值是指在结构上时而出现的较大荷载，计频遇值是指在结构上时而出现的较大荷载，计算时取可变荷载标准值乘以荷载组合值系数算时取可变荷载标准值乘以荷载组合值系数 准永久值指在结构上经常作用的荷载值，准永久值指在结构上经常作用的荷载值，计计算时取可变荷载标准值乘以荷载组合值系数算时取可变荷载标准值乘以荷载组合值系数 221.3.4 1.3.4 楼面

14、和屋面可变荷载楼面和屋面可变荷载1.1.楼面均布可变荷载楼面均布可变荷载设计概论1.1 结构类型1.2 设计内容1.3 结结构作用构作用1.3.1 作用种类1.3.2 荷载代表值1.3.4 楼屋面荷楼屋面荷载载1.3.3 活载特性可分可分为为持久性可持久性可变变荷荷载载LiLi和和临时临时性可性可变变荷荷载载LrsLrs。前者前者p=1p=1，取取r=5r=5；后者取后者取m=5m=5。对对于于办办公楼，公楼，调查调查、统计统计得到：得到：(1-5)23设计概论1.1 结构类型1.2 设计内容1.3 结结构作用构作用1.3.1 作用种类1.3.2 荷载代表值1.3.4 楼屋面荷楼屋面荷载载1.

15、3.3 活载特性基准期基准期T T年内最大可年内最大可变变荷荷载载是持久性可是持久性可变变荷荷载载和和临时临时性可性可变变荷荷载载的的组组合，取其中一个合，取其中一个T T年最大年最大值值和另一个瞬和另一个瞬时值时值之和，即之和，即或或标标准准值值按下式按下式计计算：算：荷荷载规载规范范对对楼面可楼面可变变荷荷载标载标准准值值分分为为8 8级级，见见表表1-41-4。当当设计设计基准期不等于基准期不等于5050年年时时，可乘以修正系数，可乘以修正系数K KL L。24屋面可屋面可变变荷荷载载均按水平投影面均按水平投影面积计积计算；屋面均布可算；屋面均布可变变荷荷载载与雪与雪荷荷载载不同不同时时

16、考考虑虑。设计概论1.1 结构类型1.2 设计内容1.3 结结构作用构作用雪荷雪荷载载雪荷雪荷载标载标准准值值；屋面屋面积积雪分布系数，与屋面形状有关；雪分布系数，与屋面形状有关；基本雪基本雪压压，根据当地空，根据当地空旷旷平坦地面平坦地面统计统计所得所得5050年一遇年一遇最大最大积积雪的自重确定。雪的自重确定。雪荷雪荷载载的的组组合合值值系数取系数取0.7。确定。确定频频遇遇值值系数和准永久系数和准永久值值系数系数时时全国分全国分为为三个地区。三个地区。2.2.屋面可变荷载屋面可变荷载屋面均布可屋面均布可变变荷荷载载（表（表1-7）屋面屋面积积灰荷灰荷载载（表（表1-8）1.3.1 作用种

17、类1.3.2 荷载代表值1.3.4 楼屋面荷楼屋面荷载载1.3.3 活载特性251.3.5 1.3.5 风荷载风荷载1.风荷载标准值计算公式风荷载标准值计算公式设计概论1.1 结构类型1.2 设计内容1.3 结结构作用构作用1.3.5 风风荷荷载载基本基本风压风压，根据当地空，根据当地空旷旷平坦地面离地高平坦地面离地高10米米10分分钟钟平均平均风风速速换换算而来算而来，取，取50年一遇最大年一遇最大值值风压风压高度系数；高度系数；风载风载体形系数；体形系数；风风振系数；振系数；1.3.1 作用种类1.3.2 荷载代表值1.3.4 楼屋面荷载1.3.3 活载特性重重现现期期调调整系数。整系数。

18、风荷载：风遇到建筑物时在其表面产生的一种压力或吸力风荷载：风遇到建筑物时在其表面产生的一种压力或吸力 （基本（基本风风速）速）换换算而来；算而来；26设计概论1.1 结构类型1.2 设计内容1.3 结结构作用构作用1.3.5 风风荷荷载载1.3.1 作用种类1.3.2 荷载代表值1.3.4 楼屋面荷载1.3.3 活载特性一、基本风压一、基本风压 风压风压由由风风速速换换算而成。算而成。风风速的年极速的年极值值分布不拒分布不拒绝绝极极值值I I型型分布。基准期分布。基准期T T年的极年的极值值分布分布为为 基本基本风风速可在速可在T T年的极年的极值值分布上取某一分位分布上取某一分位值值。但荷。

19、但荷载规载规范范是以平均重是以平均重现现期期为为5050年来年来规规定定风风速的基准速的基准值值的。的。重重现现期期T TT T(x)(x)是指是指连续连续两次超两次超过过x x的的时间间时间间隔。若隔。若T TT T(x)(x)=n n，则则表表示在示在连续连续n n年中有一年的年中有一年的XxXx，其它其它n-1n-1年中的年中的XxXx。因此因此27设计概论1.1 结构类型1.2 设计内容1.3 结结构作用构作用1.3.5 风风荷荷载载1.3.1 作用种类1.3.2 荷载代表值1.3.4 楼屋面荷载1.3.3 活载特性平均重平均重现现期是随机期是随机变变量量T TT T(x)(x)的数学

20、期望，即的数学期望，即根据基本根据基本风风速可速可换换算成基本算成基本风压风压 。当重。当重现现期不等于期不等于T T时时乘以乘以修正系数修正系数u ur r。282.2.风压高度系数风压高度系数在梯度在梯度风风高度范高度范围围内，任意高度内，任意高度z z的的风风速与速与H H高度高度风风速的关系速的关系为为为为地面粗糙指数，地面粗糙指数，对对于于A A、B B、C C、D D类类，分分别为别为0.120.12、0.160.16、0.220.22、0.30.3。设计概论1.1 结构类型1.2 设计内容1.3 结结构作用构作用(1-12)基本基本风风速是速是B B类类地面上空地面上空1010m

21、 m高度高度处处的的风风速，速，因而因而B B类类地面任意高度地面任意高度处处的的风风速速为为(1-13)1.3.5 风风荷荷载载1.3.1 作用种类1.3.2 荷载代表值1.3.4 楼屋面荷载1.3.3 活载特性29风压风压与与风风速的速的平方成正比平方成正比同一地区不同粗糙程度地面上空的同一地区不同粗糙程度地面上空的梯度梯度风风速相同。速相同。（1-13a）设计概论1.1 结构类型1.2 设计内容1.3 结结构作用构作用1.3.5 风风荷荷载载1.3.1 作用种类1.3.2 荷载代表值1.3.4 楼屋面荷载1.3.3 活载特性30建筑物表面的建筑物表面的实际压实际压力与其形状有关，与力与其

22、形状有关，与来流来流风压风压的比的比值值用用 表示，表示，见见表表1-111-11。3.风载体型系数风载体型系数设计概论1.1 结构类型1.2 设计内容1.3 结结构作用构作用由由风风速速换换算得到的算得到的风压风压是所是所谓谓来流来流风压风压（风风速速压压）。）。房屋将房屋将对对气流形成某种干气流形成某种干挠挠。为为正正时时代表代表风压风压，即靠近表面；，即靠近表面；为负时为负时代表代表风风吸，即离开表面。吸，即离开表面。风风向向风压风压垂直于建筑物表面。垂直于建筑物表面。1.3.5 风风荷荷载载1.3.1 作用种类1.3.2 荷载代表值1.3.4 楼屋面荷载1.3.3 活载特性314.4.

23、风振系数风振系数时间时间风压风压长长周期周期风风振系数定振系数定义为义为考考虑虑脉脉动动效效应应的的总风压总风压与静与静风压风压（平均（平均风压风压）之比。之比。设计概论1.1 结构类型1.2 设计内容1.3 结结构作用构作用风风的的长长周期比一般周期比一般结结构的构的自振周期大得多，因而自振周期大得多，因而对对结结构的作用相当于静力作构的作用相当于静力作用；而用；而风风脉脉动动周期只有几周期只有几秒，与高秒，与高层层和高和高耸结耸结构的构的的自振周期相当。的自振周期相当。所以，所以，规规范范规规定：定：对对于高度大于于高度大于30m且高且高宽宽比比H/B大于大于1.5的房的房屋屋结结构，以及

24、自振周期构，以及自振周期T1大于大于0.25s高高耸结耸结构必构必须须考考虑虑脉脉动动效效应应。1.3.5 风风荷荷载载1.3.1 作用种类1.3.2 荷载代表值1.3.4 楼屋面荷载1.3.3 活载特性32（1-15）脉脉动动增大系数，按表增大系数，按表1-121-12取用；取用；脉脉动动影响系数，影响系数，对对于均匀于均匀结结构可按表构可按表1-1-1313取用；取用；结结构振型系数构振型系数,对对于于规则结规则结构可取构可取z/Hz/H。zH设计概论1.1 结构类型1.2 设计内容1.3 结结构作用构作用对对于多高于多高层层房屋，通常将分布房屋，通常将分布风风荷荷载转换载转换成作用在每成

25、作用在每层层楼面楼面处处的集中的集中风风荷荷载载。1.3.5 风风荷荷载载1.3.1 作用种类1.3.2 荷载代表值1.3.4 楼屋面荷载1.3.3 活载特性331.4 1.4 结构的耐火设计结构的耐火设计不燃不燃烧烧体：在空气中受到火体：在空气中受到火烧烧或高温作用或高温作用时时，不起火、不燃，不起火、不燃烧烧、不碳化。不碳化。1.4.1 1.4.1 结构构件的耐火性能结构构件的耐火性能一、一、构件的燃构件的燃烧烧性能性能难难燃燃烧烧体：在空气中受到火体：在空气中受到火烧烧或高温作用或高温作用时时，难难起火、起火、难难燃燃烧烧、难难碳化，当火源移走后，燃碳化，当火源移走后，燃烧烧或微燃立即停

26、止。或微燃立即停止。燃燃烧烧体：在明火或高温作用体：在明火或高温作用时时，能立即着火燃，能立即着火燃烧烧，且火源移走，且火源移走后，仍能后，仍能继续继续燃燃烧烧或微燃。或微燃。建材高温性能指标：燃烧性能、力学性能、发烟性能、毒气性、隔热性建材高温性能指标：燃烧性能、力学性能、发烟性能、毒气性、隔热性34 是指在是指在标标准的耐火准的耐火试验试验中，从构件受到火的作用，到失去中，从构件受到火的作用，到失去稳稳定性或完整性或定性或完整性或绝热绝热性性为为止的止的时间时间，以小，以小时计时计。与升温。与升温过过程、程、受火条件有关受火条件有关二、二、结构构件的耐火极限结构构件的耐火极限标标准升温曲准

27、升温曲线线梁：两梁：两侧侧和底面共三面受火；和底面共三面受火；受火条受火条件件板：下面受火；板：下面受火；柱：所有垂直面受火；柱：所有垂直面受火；墙墙：一面受火。：一面受火。设计概论1.1 结构类型1.2 设计内容1.3 结构作用1.4.1 耐火性能1.4 耐火耐火设计设计35判别条件判别条件失去失去稳稳定性：指失去支撑能力或抗定性：指失去支撑能力或抗变变形能力；形能力；失去完整性：指当构件一面受火失去完整性：指当构件一面受火时时，出，出现现穿透性裂穿透性裂缝缝或穿火孔隙；或穿火孔隙；失去失去绝热绝热性：指失去隔性：指失去隔绝过绝过量量热传导热传导的性能。的性能。分隔构件以完整性和分隔构件以完

28、整性和绝热绝热性两个控制条件作性两个控制条件作为为判判别别依据；依据；承重构件以承重构件以稳稳定性定性单单一条件作一条件作为为判判别别依据；依据；承重分隔构件以承重分隔构件以稳稳定性、完整性和定性、完整性和绝热绝热性三个控制条件作性三个控制条件作为为判判别别依据。依据。设计概论1.1 结构类型1.2 设计内容1.3 结构作用1.4.1 耐火性能1.4 耐火耐火设计设计361.4.2 1.4.2 耐火设计方法耐火设计方法确定建确定建筑物耐筑物耐火等火等级级确定构确定构件耐火件耐火极限极限值值选择选择耐耐火措施火措施分分4 4个等级，与建个等级，与建 筑物的重要性、筑物的重要性、火灾的危险性、火灾的危险性、建筑物高度、建筑物高度、火灾荷载火灾荷载有关有关 以楼板为参照构以楼板为参照构 件，根据各构件的件，根据各构件的 重要性确定其它构重要性确定其它构 件的耐火极限值件的耐火极限值包括设计构包括设计构 造和防护层造和防护层设计概论1.1 结构类型1.2 设计内容1.3 结构作用1.4.1 耐火性能1.4 耐火耐火设计设计1.4.2 设计方法3738