结构设计第一章概论ppt课件

1、第第1 1章章 构造设计概论构造设计概论1.1 1.1 建筑构造的类型建筑构造的类型按用途按用途工业建筑工业建筑民用建筑民用建筑按层数按层数单层单层多层多层高层高层超高层超高层按构造资料按构造资料木构造砌体构造砌体构造砼构造砼构造钢构造钢构造组合构造组合构造按构造方式按构造方式排架构造排架构造框架构造框架构造剪力墙构造剪力墙构造筒体构造筒体构造大跨构造框架框架剪力墙构造剪力墙构造高规以高规以10层层 或或28m作为界限作为界限大跨构造桁架构造拱构造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构造大跨构造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壳体壳体

2、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构造大跨构造索、膜构造上海东方明珠游船码头上海东方明珠游船码头虹口足球场虹口足球场上海体育馆上海体育馆昆明宝海公园昆明宝海公园1.2 1.2 构造设计的根本内容构造设计的根本内容工程设计工程设计根本要求根本要求功能要求功能要求美观要求美观要求经济要求经济要求环保要求环保要求1.2.1构造设计过程：方案设计方案设计构造分析构造分析构件设计构件设计绘施工图绘施工图建筑设备建筑设备工艺设计工艺设计建筑工程建筑工程设计内容设计内容建筑设计建筑设计构造设计构造设计给排水设计给排水设计暖通设计暖通设计电气设计电气设计强电强电弱电弱电构造选

3、型构造选型上部构造类型上部构造类型下部构造根底选型下部构造根底选型构造布置构造布置定位轴线定位轴线构件布置构件布置设置变形缝设置变形缝一、方案设计一、方案设计截面尺寸估算截面尺寸估算程度位置程度位置竖向位置竖向位置伸缩缝伸缩缝沉降缝沉降缝防震缝防震缝设计概论1.1 构造类型1.2 设计内容设计内容1.2.1 设计过程设计过程应表达科学性、先进性、应表达科学性、先进性、经济性、可实施性经济性、可实施性计算简图计算简图二、构造分析二、构造分析简化三原那简化三原那么么尽能够反映实践受力特性尽能够反映实践受力特性偏于平安偏于平安简单简单数学方法数学方法解析解解析解数值解数值解计算实际计算实际线弹性线弹

4、性塑性塑性非线性非线性资料非线性资料非线性几何非线性几何非线性设计概论1.1 构造类型1.2 设计内容设计内容1.2.1 设计过程设计过程截面设计截面设计节点设计节点设计三、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范规范简约简约美观美观设计概论1.1 构造类型1.2 设计内容设计内容1.2.1 设计过程设计过程构件设计任务内容：计算和构造构件设计任务内容：计算和构造1.2.2 1.2.2 构造计算的普通要求构造计算的普通要求1 计算内容计算内容承载才干极承载才干极限形状计算限形状计算正常运用极正常运用极限形状计算限形状计算承载力承载力( (强度、稳定强度、稳定倾覆倾覆滑移滑移

5、漂浮漂浮变形变形抗裂和裂痕宽度抗裂和裂痕宽度耐久性耐久性疲劳疲劳设计概论1.1 构造类型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2 荷载效应组合荷载效应组合设计概论1.1 构造类型1.2 设计内容设计内容1.2.1 设计过程1.2.2 计算要求计算要求由可变荷载效应控制。效应最大的一项可变荷载以规范值为由可变荷载效应控制。效应最大的一项可变荷载以规范值为代表值，其他可变荷载伴随荷载以组合值为代表值。代表值，其他可变荷载伴随荷载以组合值为代表值。11111miiKciQiQiKQQKGGQCQCGCS由永久荷载效应控制。一切的可变荷载均以组合值为代表值，由永久荷载

6、效应控制。一切的可变荷载均以组合值为代表值，永久荷载分项系数取永久荷载分项系数取1.35。miiKciQiQiKGGQCGCS1承载才干极限形状的普通组合：承载才干极限形状的普通组合：iKQiQiKGGQCGCS仅思索荷载效应最大的一项可变荷载，以规范值为代表值仅思索荷载效应最大的一项可变荷载，以规范值为代表值miiKQiQiKGGQCGCS190. 0 一切可变荷载以组合值为代表值，组合系数取一切可变荷载以组合值为代表值，组合系数取0.9设计概论1.1 构造类型1.2 设计内容设计内容1.2.1 设计过程1.2.2 计算要求计算要求承载才干极限形状的简化组合排架、框架构造：承载才干极限形状的

7、简化组合排架、框架构造：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普通组合。由永久荷载效应控制同普通组合。1111miiKciQiKQKGsQCQCGCS准永久组合：一切可变荷载均以准永久值为代表值准永久组合：一切可变荷载均以准永久值为代表值miiKqiQiKGlQCGCS1规范组合：荷载效应最大的一项可变荷载取规范值，其他可规范组合：荷载效应最大的一项可变荷载取规范值，其他可变荷载取组合值变荷载取组合值频遇组合：一项可变荷载取频遇值，其他可变荷载取准永久频遇组合：一项可变荷载取频遇值，其他可变荷载取准永久值值ijjKqjQjiKQfiKGsQCQCGCSi设计概论1.1 构造类

8、型1.2 设计内容设计内容1.2.1 设计过程1.2.2 计算要求计算要求正常运用极限形状的组合3 3 内力组合内力组合程度构件程度构件竖向构件竖向构件最大弯矩扭矩及相应的剪力最大弯矩扭矩及相应的剪力最大剪力及相应的弯矩扭矩最大剪力及相应的弯矩扭矩最大轴力及相应的弯矩和剪力最大轴力及相应的弯矩和剪力最小轴力及相应的弯矩和剪力最小轴力及相应的弯矩和剪力最大弯矩及相应的剪力和轴力最大弯矩及相应的剪力和轴力设计概论1.1 构造类型1.2 设计内容设计内容1.2.1 设计过程1.2.2 计算要求计算要求设计概论1.1 构造类型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

9、抗震设计抗震设计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6969度，称为根本烈度。度，称为根本烈度。2 2 抗震设防有三个水准目的：抗震设防有三个水准目的：“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：众值烈度，比根本烈度约低一度半，第一水准烈度：众值烈度，比根本烈度约低一度半，50年超年超越概率约为越概率约为63%，构造处于正常运用形状；，构造处于正常运用形状；第二水准烈度：根本烈度，第二水准烈度：根本烈度，50年超越概率约为年超越概率约为10%，构造进入，构造进入非弹性任务阶段；非弹性任务阶段；第三水准烈度：罕遇地震

10、，第三水准烈度：罕遇地震，50年超越概率约为年超越概率约为23%，构造有较，构造有较大的非弹性变形，但在一定的控制范围内，不致倒塌。大的非弹性变形，但在一定的控制范围内，不致倒塌。3 3 抗震设计内容抗震设计内容抗震构造；抗震构造；多遇地震下的承载力计算和变形验算；多遇地震下的承载力计算和变形验算；罕遇地震下的薄弱层弹塑性变形计算。罕遇地震下的薄弱层弹塑性变形计算。设计概论1.1 构造类型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RERS/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筋混凝土构造根据设防烈度

11、、构造类型和房屋高度划分为一钢筋混凝土构造根据设防烈度、构造类型和房屋高度划分为一四级抗震等级，抗震计算和抗震构造均与抗震等级有关。四级抗震等级，抗震计算和抗震构造均与抗震等级有关。设计概论1.1 构造类型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 抗震设计抗震设计烈 度结构类型6789高度（m）30303030303025框架四三三二二一一框架结构大跨度公共建筑三二一一高度（m）60606060606050框架四三三二二一一框剪结构剪力墙三二一一高度（m）80808080808060剪力墙结构剪力墙四三三二二一一框架三二一一框筒结构核心筒二二一一外筒三二一一筒

12、体结构筒中筒结构内筒三二一一混凝土构造的抗震等级混凝土构造的抗震等级1.3 1.3 建筑构造的作用建筑构造的作用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尔作用如爆炸、撞击偶尔作用如爆炸、撞击直接作用直接作用间接作用如地震作用、地基变形、资料收缩、间接作用如地震作用、地基变形、资料收缩、焊接应力、温度变化等。焊接应力、温度变化等。作用作用1.3.2 1.3.2 荷载代表值荷载代表值1 1 永久荷载：以规范值特征值为代表值永久荷载：以规范值特征值为代表值规范值：在构造运用期间

13、能够出现的最大荷载值规范值：在构造运用期间能够出现的最大荷载值2 2 可变荷载：根据设计要求分别以规范值、组合值、频遇值、准永可变荷载：根据设计要求分别以规范值、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 构造类型1.2 设计内容设计内容1.3 构造作用构造作用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设计概论1.1 构造类型1.2 设计内容设计内容1

14、.3 构造作用构造作用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规范值乘以组合值系数可变荷载的组合值取规范值乘以组合值系数c频遇值是指在构造上时而出现的较大荷载，计频遇值是指在构造上时而出现的较大荷载，计算时取可变荷载规范值乘以荷载组合值系数算时取可变荷载规范值乘以荷载组合值系数 准永久值指在构造上经常作用的荷载值，计准永久值指在构造上经常作用的荷载值，计算时取可变荷载规范值乘以荷载组合值系数算时取可变荷载规范值乘以荷载组合值系数 fq1.3.4 1.3.4 楼面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 构造类型1.

15、2 设计内容设计内容1.3 构造作用构造作用1.3.1 作用种类1.3.2 荷载代表值1.3.4 楼屋面荷载楼屋面荷载1.3.3 活载特性可分为耐久性可变荷载可分为耐久性可变荷载LiLi和暂时性可变荷载和暂时性可变荷载LrsLrs。前者。前者p=1p=1，取，取r=5r=5；后者取；后者取m=5m=5。对于办公楼，对于办公楼，调查、统计调查、统计得到：得到：22/178/386mNmNiiLL22/244/355mNmNrsrsLL190ln190245expexp)(139ln139360expexp)(mxxFrxxFrsTiTLL(1-5)设计概论1.1 构造类型1.2 设计内容设计内容

16、1.3 构造作用构造作用1.3.1 作用种类1.3.2 荷载代表值1.3.4 楼屋面荷载楼屋面荷载1.3.3 活载特性基准期基准期T T年内最大可变荷载是耐久性可变荷载和暂时性可变荷年内最大可变荷载是耐久性可变荷载和暂时性可变荷载的组合，取其中一个载的组合，取其中一个T T年最大值和另一个瞬时值之和，即年最大值和另一个瞬时值之和，即或或rsiTTLLLrsTiTLLL规范值按下式计算：规范值按下式计算：TTLLKL5 . 1荷载规范对楼面可变荷载规范值分为荷载规范对楼面可变荷载规范值分为8 8级，见表级，见表1-41-4。当设计基准期不等于当设计基准期不等于5050年时，可乘以修正系数年时，可

17、乘以修正系数KLKL。屋面可变荷载均按程度投影面积计算；屋面均布可变荷载与雪屋面可变荷载均按程度投影面积计算；屋面均布可变荷载与雪荷载不同时思索。荷载不同时思索。设计概论1.1 构造类型1.2 设计内容设计内容1.3 构造作用构造作用雪荷载雪荷载0SSrkkS雪荷载规范值；雪荷载规范值；r屋面积雪分布系数，与屋面外形有关；屋面积雪分布系数，与屋面外形有关；0S根本雪压，根据当地空阔平坦地面统计所得根本雪压，根据当地空阔平坦地面统计所得5050年一遇年一遇最大积雪的自重确定。最大积雪的自重确定。雪荷载的组合值系数取雪荷载的组合值系数取0.7。确定频遇值系数和准永久值系数时。确定频遇值系数和准永久

18、值系数时全国分为三个地域。全国分为三个地域。2. 2. 屋面可变荷载屋面可变荷载屋面均布可变荷载表屋面均布可变荷载表1-7屋面积灰荷载表屋面积灰荷载表1-81.3.1 作用种类1.3.2 荷载代表值1.3.4 楼屋面荷载楼屋面荷载1.3.3 活载特性1.3.5 1.3.5 风荷载风荷载1. 风荷载规范值计算公式风荷载规范值计算公式0wwrzszk设计概论1.1 构造类型1.2 设计内容设计内容1.3 构造作用构造作用1.3.5 风荷载风荷载0w根本风压，根据当地空阔平坦地面离地高根本风压，根据当地空阔平坦地面离地高10米米10分钟分钟平均风速换算而来平均风速换算而来 ，取，取50年一遇最大值年

19、一遇最大值0v20021vwz风压高度系数；风压高度系数；s风载体形系数；风载体形系数；z风振系数；风振系数；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r重现期调整系数。重现期调整系数。 风荷载：风遇到建筑物时在其外表产生的一种压力或吸力风荷载：风遇到建筑物时在其外表产生的一种压力或吸力 根本风速换算而来；根本风速换算而来；设计概论1.1 构造类型1.2 设计内容设计内容1.3 构造作用构造作用1.3.5 风荷载风荷载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、根本风压一、根本风压 风压由风速换算而成。风速的

20、年极值分布不回绝极值风压由风速换算而成。风速的年极值分布不回绝极值I I型型分布。基准期分布。基准期T T年的极值分布为年的极值分布为)(expexp)(TTxxFTTln 根本风速可在根本风速可在T T年的极值分布上取某一分位值。但年的极值分布上取某一分位值。但 是以平均重现期为是以平均重现期为5050年来规定风速的基准值的。年来规定风速的基准值的。 重现期重现期TT(x)TT(x)是指延续两次超越是指延续两次超越x x的时间间隔。假设的时间间隔。假设TT(x)=nTT(x)=n，那么表示在延续那么表示在延续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。

21、因此。因此 )(1)()()()(11xFxFxXPxXPnxTPnnT0w设计概论1.1 构造类型1.2 设计内容设计内容1.3 构造作用构造作用1.3.5 风荷载风荷载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 活载特性平均重现期是随机变量平均重现期是随机变量TT(x)TT(x)的数学期望，即的数学期望，即 )(1)()()(11xFxFxXPxXPnxTPnnT)(11)()(1xFnxTPnxTnTT)(11)(xTxFT98. 05011)(0vF)98. 0(10 Fv根据根本风速可换算成根本风压根据根本风速可换算成根本风压 。当重现期不等于。当重现

22、期不等于T T时乘以时乘以修正系数修正系数urur。0w2. 2. 风压高度系数风压高度系数在梯度风高度范围内，恣意高度在梯度风高度范围内，恣意高度z z的风的风速与速与H H高度风速的关系为高度风速的关系为HzvvHzz为地面粗糙指数，对于为地面粗糙指数，对于A A、B B、C C、D D类，类，分别为分别为0.120.12、0.160.16、0.220.22、0.30.3。设计概论1.1 构造类型1.2 设计内容设计内容1.3 构造作用构造作用0501001502002503003504004500.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.91A类B类C类D类(1-12)根本风速是

23、根本风速是B B类地面上空类地面上空10m10m高度处的风速，高度处的风速，因此因此B B类地面恣意高度处的风速为类地面恣意高度处的风速为016. 016. 00692. 010vzzvvBz(1-13)1.3.5 风荷载风荷载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 活载特性风压与风速的风压与风速的平方成正比平方成正比同一地域不同粗糙程度地面上空的同一地域不同粗糙程度地面上空的梯度风速一样。梯度风速一样。DCBAvvvv4504003503001-13a030. 0022. 0012. 0283. 0473. 0891. 0vzvvzvvzvDzCzAz设计

24、概论1.1 构造类型1.2 设计内容设计内容1.3 构造作用构造作用12. 0300300zvvAAzBAvv35030016. 0035010350 vvB012. 0891. 0vzvAz060. 0044. 0032. 0024. 0080. 0224. 0479. 0794. 0wzwwzwwzwwzwCzCzBzAz1.3.5 风荷载风荷载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NoImage建筑物外表的实践压力与其外形有关，与建筑物外表的实践压力与其外形有关，与来流风压的比值用来流风压的比值用 表示，见表表示，见表1-111-11。3.

25、风载体型系数风载体型系数设计概论1.1 构造类型1.2 设计内容设计内容1.3 构造作用构造作用由风速换算得到的风压是所谓来流风压风速压。由风速换算得到的风压是所谓来流风压风速压。房屋将对气流构成某种干挠。房屋将对气流构成某种干挠。NoImage为正时代表风压，即接近外表；为负时代表风吸，即分开外表。为正时代表风压，即接近外表；为负时代表风吸，即分开外表。NoImage风向风向NoImageNoImage风压垂直于建筑物外表。风压垂直于建筑物外表。1.3.5 风荷载风荷载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4. 4. 风振系数风振系数NoImag

26、e时间时间风风压压长周期长周期风振系数定义为思索脉动效应的总风压与静风压平均风压风振系数定义为思索脉动效应的总风压与静风压平均风压之比。之比。设计概论1.1 构造类型1.2 设计内容设计内容1.3 构造作用构造作用风的长周期比普通构造的风的长周期比普通构造的自振周期大得多，因此对自振周期大得多，因此对构造的作用相当于静力作构造的作用相当于静力作用；而风脉动周期只需几用；而风脉动周期只需几秒，与高层和挺拔构造的秒，与高层和挺拔构造的的自振周期相当。的自振周期相当。所以，规范规定：对于高度大于所以，规范规定：对于高度大于30m且高宽比且高宽比H/B大于大于1.5的房的房屋构造，以及自振周期屋构造，

27、以及自振周期T1大于大于0.25s挺拔构造必需思索脉动效应。挺拔构造必需思索脉动效应。1.3.5 风荷载风荷载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NoImageNoImage1-15NoImageNoImage脉动增大系数，按表脉动增大系数，按表1-121-12取用；取用；脉动影响系数，对于均匀构造可按表脉动影响系数，对于均匀构造可按表1-1-1313取用；取用；构造振型系数构造振型系数, ,对于规那么构造可取对于规那么构造可取z/Hz/H。zH设计概论1.1 构造类型1.2 设计内容设计内容1.3 构造作用构造作用对于多高层房屋，通常将分布风荷

28、载转换对于多高层房屋，通常将分布风荷载转换成作用在每层楼面处的集中风荷载。成作用在每层楼面处的集中风荷载。1.3.5 风荷载风荷载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zzz 1z1.4 1.4 构造的耐火设计构造的耐火设计不熄灭体：在空气中遭到火烧或高温作用时，不起火、不熄灭、不熄灭体：在空气中遭到火烧或高温作用时，不起火、不熄灭、不碳化。不碳化。1.4.1 1.4.1 构造构件的耐火性能构造构件的耐火性能一、一、 构件的熄灭性能构件的熄灭性能难熄灭体：在空气中遭到火烧或高温作用时，难起火、难熄灭、难熄灭体：在空气中遭到火烧或高温作用时，难起火、难熄灭、难碳化，当火源移走后，熄灭或微燃立刻停顿。难碳化，当火源移走后，熄灭或微燃立刻停顿。熄灭体：在明火或高温作用时，能立刻着火熄灭，且火源移走熄灭体：在明火或高温作用时，能立刻着火熄灭，且火源移走后，仍能继续熄灭或微燃。后，仍能继续熄灭或微燃。建材高温性能目的：熄灭性能、力学性能、发烟性能、毒气性、隔热性建材高温性能目的：熄灭性能、力学性能、发烟性能、毒气性、隔热性 是指在规范的耐火实验中，从构件遭到火的作用，到失去是指在规范的耐火实验中，从构件遭到火的作用，到失去稳