结构设计砌体结构钢结构.ppt

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1、注册建筑师考试建筑结构复习概要结构设计原理；砌体结构；钢结构CSUST 付涛 编写制作建筑结构设计方法概要11、设计基准期与设计使用年限2、承载能力极限状态与正常使用极限状态3、结构的三种设计状况及其验算4、建筑结构的安全等级、结构重要性系数5、结构构件承载能力的可靠指标CSUST 付涛 编写制作建筑结构设计方法概要26、作用及其分类7、荷载及其分类8、荷载的代表值9、两种极限状态的荷载效应计算公式10、分项系数及其取值依据CSUST 付涛 编写制作建筑结构设计概要：设计基准期l结构的功能：安全性、适用性、耐久性l设计基准期：可变作用和与时间有关的材料性能等取值所对应的时间参数（通常取为50年

2、）CSUST 付涛 编写制作结构的设计使用年限l设计使用年限：结构或结构构件不需大修即可按其预定目的使用的时期。类别 设计使用年限（年）示例15临时性结构225易于替换的结构构件350普通房屋和构筑物4100纪念性建筑和特别重要的建筑CSUST 付涛 编写制作结构设计的两种极限状态l正常使用极限状态：结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值如：影响正常使用的变形、裂缝、振动等l承载能力极限状态：结构或结构构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形如：结构破坏、倾覆、压屈、失稳等 以吊车梁为例，挠跨比超标为超过正常使用极限状态，吊车梁失稳或破坏为超过承载能力极限状态CSUST 付涛 编

3、写制作设计状况的验算与两种极限状态设计状况（承载情况）是否需要验算出现概率 持续时间 状况名称承载能力极限状态正常使用极限状态100%设计使用年限持久状况较大很短短暂状况(按需)很小很短偶然状况CSUST 付涛 编写制作安全等级、重要性系数及设计使用年限建筑物类型 破坏后果 安全等级结构重要性系数0设计使用年限重要的房屋很严重一级1.1100年及以上一般的房屋严重二级1.050年次要的房屋不严重三级0.95年设计使用年限为25年的，0按各自情况取值CSUST 付涛 编写制作结构承载能力极限状态的可靠指标破坏类型建筑结构的安全等级一级二级三级延性破坏3.73.22.7脆性破坏4.23.73.2记

4、住普通二级建筑结构延性破坏时可靠指标为3.2CSUST 付涛 编写制作作用及其分类l作用：使结构产生内力、变形的原因l作用分为直接作用和间接作用l直接作用：力（各种荷载）l间接作用：产生内力和变形的其他因素 如：混凝土收缩徐变、焊接变形、温度变化、地基沉降、地震等CSUST 付涛 编写制作荷载的分类如：结构自重为恒载、固定静载 吊车荷载为活载、自由动载 楼面荷载为活载、自由静载永久荷载可变荷载偶然荷载 按随时间变异分静态荷载动态荷载 按动力反应分固定荷载自由荷载按空间位置变化分 CSUST 付涛 编写制作荷载的代表值及材料的强度值l荷载各代表值的大小关系：设计值标准值组合值频遇值准永久值l材料

5、强度数值关系：强度标准值强度设计值CSUST 付涛 编写制作极限状态荷载效应组合荷载代表值荷载效应计算公式是否乘分项系数 承载 能力 极限 状态 SR基本组合设计值两者取大G=1.2Q=1.4G=1.35Q=1.4偶然组合代表值加入偶然荷载作用效应/正常使用极限状态SC标准组合标准值/频遇组合频遇值/准永久组合准永久值/荷载的代表值与两种极限状态CSUST 付涛 编写制作材料强度分项系数的取值l材料强度设计值=标准值/材料分项系数l混凝土c=1.4l一般钢材c=1.1l砌体c=1.5l材料强度标准值具有不低于95%的保证率CSUST 付涛 编写制作荷载分项系数的取值恒载分项系数G活载分项系数Q

6、恒载对结构不利 恒载对结构有利恒载控制设计活载控制设计一般情况倾覆/滑移/漂浮等一般情况活载标准值4kN/m21.351.21.00.91.41.3CSUST 付涛 编写制作砌体结构概要11、砌体的分类和强度等级2、砂浆的分类、强度等级和性能3、砌体受压破坏特征4、砌体抗压强度的影响因素5、砌体受拉/弯/剪破坏形态及比较6、砌体房屋承重方案CSUST 付涛 编写制作砌体结构概要27、砌体房屋静力计算方案8、上柔下刚和上刚下柔房屋9、墙、柱的高厚比10、砌体房屋伸缩缝的最大间距11、圈梁的作用及其应用12、过梁、墙梁、挑梁CSUST 付涛 编写制作砌体的分类CSUST 付涛 编写制作砂浆的种类、

7、强度等级和性能砂浆品种 强度 和易性耐水性耐久性适用范围水泥砂浆高差好好水中或潮湿环境中混合砂浆 较高 较好差较好防潮层以上非水泥砂浆低好无差低层建筑物CSUST 付涛 编写制作砌体受压破坏特征阶段现象出现裂缝裂缝开展形成通缝压力/破坏压力50%70%80%90%100%砌体抗压强度砌体抗压强度抗拉、弯、剪强度抗拉、弯、剪强度CSUST 付涛 编写制作砌体抗压强度的影响因素 砌体强度随块材/砂浆强度提高而提高 提高块材强度比提高砂浆强度更有效 块材强度恒大于砌体强度，砂浆则不 砂浆强度较低时砌体强度高于砂浆强度 砂浆强度较高时砌体强度低于砂浆强度块材块材+砂浆砂浆砌体砌体=CSUST 付涛 编

8、写制作使砌体抗压强度高的各因素 块材强度块材强度砂浆强度砂浆强度 块材强度高块材强度高砂浆强度高砂浆强度高块材形状块材形状 块材尺寸块材尺寸块材表面平整块材表面平整 块材高度大块材高度大砌筑质量砌筑方法砌筑质量砌筑方法 块材含水率块材含水率 错缝错缝 水平灰缝饱满；水平灰缝饱满；砖含水率砖含水率10%15%10%15%砌体抗压砌体抗压 强度高强度高CSUST 付涛 编写制作砌体受拉/弯/剪破坏形态砌体受弯破坏形态：砌体受剪破坏形态：CSUST 付涛 编写制作砌体受拉/弯/剪破坏形态比较l砌体（轴心/弯曲）受拉破坏形式：沿通缝、沿齿缝、沿直缝（贯穿块体）l砌体受剪破坏形式：沿通缝、沿齿缝、沿阶梯

9、形缝 （均沿灰缝破坏）砌体的抗剪强度随砂浆强度而提高、随灰缝饱满度和块材含水率而提高CSUST 付涛 编写制作砌体房屋承重墙（柱）布置方案承重方案内横墙开间整体刚度抗震性能适用建筑类型横墙承重密小大好住宅、宿舍纵横墙承重较密 较小 较大 较好教学楼、办公楼纵墙承重稀大较小 较差 食堂、商店、厂房内框架承重无很大小差非抗震地区的房屋CSUST 付涛 编写制作砌体房屋静力计算方案 根据横墙间距和楼（屋）盖结构刚度可将砌体结构房屋的静力计算划分为：刚性方案刚弹性方案弹性方案房屋空间刚度大中小墙/柱内力计算模型顶端具有不动铰支座的竖向结构顶端为弹性支承的平面排架有侧移的平面排架计算简图CSUST 付涛

10、 编写制作上柔下刚和上刚下柔房屋l 房屋是指 横墙间距超过刚性方案的限值，而其余各层横墙间距均在刚性方案限值范围内的房屋。l共同点：均只有一层房屋横墙间距超过限值。上柔下刚上柔下刚 顶层顶层上刚下柔上刚下柔 底层底层CSUST 付涛 编写制作砌体房屋墙/柱的容许高厚比l高厚比：墙/柱的计算高度与其相应边长的比值l高厚比越大，抗压承载力越小。l墙/柱的容许高厚比值如下：砂浆强度等级墙柱M2.52215M5.02416M7.52617CSUST 付涛 编写制作砌体房屋伸缩缝的最大间距（m）屋盖或楼盖类别间距整体式或装配整体式砼结构无保温层或隔热层的屋盖40有保温层或隔热层的屋/楼盖50装配式无檩体

11、系砼结构无保温层或隔热层的屋盖50有保温层或隔热层的屋/楼盖60装配式有檩体系砼结构无保温层或隔热层的屋盖60有保温层或隔热层的屋盖75瓦材屋盖、木屋/楼盖、轻钢屋盖100CSUST 付涛 编写制作整体式砼 装配无檩式砼 装配有檩式砼 非砼40 50 60 75 100l变形量大则伸缩缝间距小l整体式无保温层钢筋混凝土屋/楼盖变形量最大砌体房屋伸缩缝的最大间距图示CSUST 付涛 编写制作圈梁的作用l增强房屋整体刚度，与构造柱一起提高房屋的抗震性能，防止和减轻地基不均匀沉降和较大振动荷载的不利影响。l房屋中部沉降较两端为大时位于基础顶面的圈梁作用大；l房屋两端沉降较中部为大时位于檐口部位的圈梁

12、作用大；CSUST 付涛 编写制作过梁、墙梁、挑梁l砖拱过梁1.2m，钢筋砖过梁1.5m；有振动、抗震或沉降时须用钢筋混凝土过梁l墙梁可分为简支墙梁/连续墙梁/框支墙梁l挑梁设计的重点为抗倾覆验算。l挑梁根部长度l1与挑出长度l之比：挑梁上有墙时：l1/l1.2 挑梁上无墙时：l1/l2CSUST 付涛 编写制作钢结构概要1、钢结构的特点及应用范围2、钢材的机械性能、化学成分及其影响3、钢材的规格及表示方法4、钢结构构件计算内容5、钢屋盖体系6、钢结构的连接7、钢结构房屋温度区段长度值CSUST 付涛 编写制作钢结构的特点及应用轻质高强 结构自重小、跨度大 高层、大跨塑性韧性好 适宜承担动力荷

13、载 重型动力厂房可加工性好 焊接要求含碳量0.2%安装工期短 适宜于工期紧/加层/补强 活动房屋密闭性好 适宜作为压力管道 密闭容器稳定问题突出 多数构件存在稳定问题耐热而不耐火 150以上需进行防护耐腐蚀性差 需涂刷防锈蚀涂层CSUST 付涛 编写制作钢材的主要机械性能指标钢材的机械性能指标内涵强度 抗拉强度反映材料极限应力 屈服强度 钢材标号/结构静力计算的依据变形性能伸长率衡量钢材在静荷载下的塑性性能 冷弯性能衡量钢材塑性和检验钢材质量 冲击韧性 衡量钢材在动荷载下的变形性能CSUST 付涛 编写制作钢结构的缺点及典型表现钢结构的缺点典型表现控制因素实例稳定问题突出结构/构件失稳破坏压应

14、力受压/弯构件、压弯构件的稳定问题耐热而不耐火高温下钢材失去强度温度150以上表面需防护；600强度为0耐腐蚀性差钢材易锈蚀潮湿、侵蚀性介质钢构件表面需刷放腐涂料CSUST 付涛 编写制作钢材中的化学成分及其影响成分碳脱氧剂有害元素对钢材性能的影响使钢材强度提高，塑性韧性降低硅Si 锰Mn硫S磷P氧O氮N不影响钢材强度消除硫的热脆影响使钢材在高温下变脆使钢材在低温下变脆与硫相似与磷相似CSUST 付涛 编写制作钢材的规格及表示方法钢材规格表示方法单位备注热轧钢板 60081200mm5mm，与强度成反比热轧型钢角钢1008100808mm焊接 454或56364栓接 505工字钢30acma型

15、腹板最薄槽钢 36acma型腹板最薄H型钢HM340250914mm 剖分成T型钢钢管40016mmt3mmCSUST 付涛 编写制作钢结构构件计算内容汇总强度计算用净截面强度计算用净截面稳定计算用毛截面稳定计算用毛截面CSUST 付涛 编写制作轴心受压构件的稳定性l截面设计：宽肢薄壁，等稳定性l格构式轴压杆对虚轴应采用换算长细比代入验算刚度和稳定问题l实腹式工字形构件局部稳定要求：l翼缘满足l腹板满足CSUST 付涛 编写制作受弯构件的稳定性l受弯构件的适宜截面形式：两端大中间细l加强受压翼缘有助于保持其稳定性l常见受弯构件稳定性比较：a最差d最好CSUST 付涛 编写制作受弯构件局部稳定构

16、造要求l受压翼缘要求：（按弹性设计）（容许发展塑性）l腹板要求（根据腹板的高厚比h0/tw）：按构造 按计算 按计算配置 配横肋 配置纵横肋 80 170 250CSUST 付涛 编写制作钢屋盖体系（桁架=挖空腹板的梁）屋盖体系由屋架、支撑和屋面组成。有檩体系：轻型屋面板+檩条+屋架无檩体系：钢筋混凝土大型屋面板+屋架CSUST 付涛 编写制作屋架设计及构造l屋架选型：考虑建筑立面、排水要求、与结构内力（弯矩图）相适应l屋架腹杆布置：使短杆受压、长杆受拉l节点板厚度：由腹杆最大内力确定CSUST 付涛 编写制作屋盖支撑类型及作用l支撑的类型：上/下弦横向水平支撑、纵向水平支撑、竖直（垂直）支撑

17、、系杆l支撑体系的作用：l形成屋盖结构的空间骨架l保证施工安装时的稳定性l承担和传递水平荷载l减小弦杆的平面外计算长度CSUST 付涛 编写制作支撑空间骨架图CSUST 付涛 编写制作钢结构的连接焊接连接对接焊缝视为母材的延续；三级抗拉强度较低（取母材强度的85%）角焊缝施工方便，应用广泛螺栓连接普通螺栓连接粗制螺栓用于安装和重复使用高强螺栓摩擦型连接靠板件间的摩擦力承载承压型连接 只适用于承受静载，变形较大铆钉连接塑性韧性、动力性能好CSUST 付涛 编写制作焊缝的质量等级及检查方法l焊缝分三级，一级焊缝质量最好l焊缝质量检查方法有三种：l外观检查l超声波检查l射线检查l焊条与钢号的对应关系：l Q235E43型；l Q345E50型；l Q390E55型CSUST 付涛 编写制作焊缝的代号及其含义CSUST 付涛 编写制作钢结构的温度区段长度值（m）结构情况纵向温度区段(垂直于屋架的跨度方向)横向温度区段(沿屋架跨度的方向)柱顶为刚接柱顶为铰接采暖房屋和非采暖地区的房屋220120150热车间和采暖地区的非采暖房屋180100125露天结构120CSUST 付涛 编写制作