结构设计第一章概论

1、结构设计第一章概论1第1页，共38页，2022年，5月20日，19点22分，星期二大跨结构桁架结构拱结构2第2页，共38页，2022年，5月20日，19点22分，星期二四角锥体网架三角锥体网架网架结构大跨结构3第3页，共38页，2022年，5月20日，19点22分，星期二平面桁架系网架两向正交三向平面桁架系网架两向正交三向4第4页，共38页，2022年，5月20日，19点22分，星期二壳体圆顶筒壳折板双曲扁壳双曲抛物面壳大跨结构5第5页，共38页，2022年，5月20日，19点22分，星期二大跨结构索、膜结构6第6页，共38页，2022年，5月20日，19点22分，星期二上海东方明珠游船码头虹

2、口足球场上海体育馆昆明宝海公园7第7页，共38页，2022年，5月20日，19点22分，星期二1.2 结构设计的基本内容工程设计基本要求功能要求美观要求经济要求环保要求1.2.1结构设计过程：方案设计结构分析构件设计绘施工图建筑设备工艺设计建筑工程设计内容建筑设计结构设计给排水设计暖通设计电气设计强电弱电8第8页，共38页，2022年，5月20日，19点22分，星期二结构选型上部结构类型下部结构（基础）选型结构布置定位轴线构件布置设置变形缝一、方案设计截面尺寸估算水平位置竖向位置伸缩缝沉降缝防震缝设计概论1.1 结构类型1.2 设计内容1.2.1 设计过程应体现科学性、先进性、经济性、可实施性

3、9第9页，共38页，2022年，5月20日，19点22分，星期二计算简图二、结构分析简化三原则尽可能反映实际受力特性偏于安全简单数学方法解析解数值解计算理论线弹性塑性非线性材料非线性几何非线性设计概论1.1 结构类型1.2 设计内容1.2.1 设计过程10第10页，共38页，2022年，5月20日，19点22分，星期二截面设计节点设计三、构件设计四、绘制施工图正确规范简洁美观设计概论1.1 结构类型1.2 设计内容1.2.1 设计过程构件设计工作内容：计算和构造11第11页，共38页，2022年，5月20日，19点22分，星期二1.2.2 结构计算的一般要求1 计算内容承载能力极限状态计算正常

4、使用极限状态计算承载力(强度、稳定）倾覆滑移漂浮变形抗裂和裂缝宽度耐久性疲劳设计概论1.1 结构类型1.2 设计内容1.2.1 设计过程1.2.2 计算要求12第12页，共38页，2022年，5月20日，19点22分，星期二2 荷载效应组合设计概论1.1 结构类型1.2 设计内容1.2.1 设计过程1.2.2 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标准值为代表值，其余可变荷载（伴随荷载）以组合值为代表值。由永久荷载效应控制。所有的可变荷载均以组合值为代表值，永久荷载分项系数取1.35。承载能力极限状态的一般组合：13第13页，共38页，2022年，5月20日，19点22分，星期二

5、仅考虑荷载效应最大的一项可变荷载，以标准值为代表值 所有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 结构类型1.2 设计内容1.2.1 设计过程1.2.2 计算要求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永久荷载效应控制同一般组合。14第14页，共38页，2022年，5月20日，19点22分，星期二准永久组合：（所有可变荷载均以准永久值为代表值）标准组合：（荷载效应最大的一项可变荷载取标准值，其余可变荷载取组合值）频遇组合：（一项可变荷载取频遇值，其余可变荷载取准永久值）设计概论1.1 结构类型1.2 设计内容1.2.1 设计过程1.2.2 计算要求正常

6、使用极限状态的组合15第15页，共38页，2022年，5月20日，19点22分，星期二3 内力组合水平构件竖向构件最大弯矩（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设计概论1.1 结构类型1.2 设计内容1.2.1 设计过程1.2.2 计算要求16第16页，共38页，2022年，5月20日，19点22分，星期二设计概论1.1 结构类型1.2 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1.2.3 抗震设计1 我国的抗震设防烈度为69度，称为基本烈度。2 抗震设防有三个水准目标：“小震

7、不坏、中震可修、大震不倒”第一水准烈度：众值烈度，比基本烈度约低一度半，50年超越概率约为63%，结构处于正常使用状态；第二水准烈度：基本烈度，50年超越概率约为10%，结构进入非弹性工作阶段；第三水准烈度：罕遇地震，50年超越概率约为23%，结构有较大的非弹性变形，但在一定的控制范围内，不致倒塌。17第17页，共38页，2022年，5月20日，19点22分，星期二3 抗震设计内容抗震构造；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。设计概论1.1 结构类型1.2 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4 抗震承载力计算公式5 抗震等级的划

8、分钢筋混凝土结构根据设防烈度、结构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。18第18页，共38页，2022年，5月20日，19点22分，星期二设计概论1.1 结构类型1.2 设计内容1.2.1 设计过程1.2.2 计算要求1.2.3 抗震设计混凝土结构的抗震等级19第19页，共38页，2022年，5月20日，19点22分，星期二1.3 建筑结构的作用1.3.1建筑作用的种类楼（屋）面可变荷载风荷载吊车荷载永久荷载（重力荷载、土压力等）可变荷载偶然作用（如爆炸、撞击）直接作用间接作用（如地震作用、地基变形、材料收缩、焊接应力、温度变化等。）作用20第20页，共38

9、页，2022年，5月20日，19点22分，星期二1.3.2 荷载代表值1 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1.3.1 作用种类1.3.2 荷载代表值组合值 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21第21页，共38页，2022年，5月20日，19点22分，星期二设计概论1.1 结构类型1.2 设计内容1.3 结构作用1.3.1 作用种类1.

10、3.2 荷载代表值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，计算时取可变荷载标准值乘以荷载组合值系数 22第22页，共38页，2022年，5月20日，19点22分，星期二1.3.4 楼面和屋面可变荷载1. 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 楼屋面荷载1.3.3 活载特性可分为持久性可变荷载Li和临时性可变荷载Lrs。前者p=1，取r=5；后者取m=5。对于办公楼，调查、统计得到：(1-5)23

11、第23页，共38页，2022年，5月20日，19点22分，星期二设计概论1.1 结构类型1.2 设计内容1.3 结构作用1.3.1 作用种类1.3.2 荷载代表值1.3.4 楼屋面荷载1.3.3 活载特性基准期T年内最大可变荷载是持久性可变荷载和临时性可变荷载的组合，取其中一个T年最大值和另一个瞬时值之和，即或标准值按下式计算：荷载规范对楼面可变荷载标准值分为8级，见表1-4。当设计基准期不等于50年时，可乘以修正系数KL。24第24页，共38页，2022年，5月20日，19点22分，星期二屋面可变荷载均按水平投影面积计算；屋面均布可变荷载与雪荷载不同时考虑。设计概论1.1 结构类型1.2 设

12、计内容1.3 结构作用雪荷载雪荷载标准值；屋面积雪分布系数，与屋面形状有关；基本雪压，根据当地空旷平坦地面统计所得50年一遇最大积雪的自重确定。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全国分为三个地区。2. 屋面可变荷载屋面均布可变荷载（表1-7）屋面积灰荷载（表1-8）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25第25页，共38页，2022年，5月20日，19点22分，星期二1.3.5 风荷载1. 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 结构作用1.3.5 风荷载基本风压，根据当地空旷平坦地面离地高10

13、米10分钟平均风速换算而来 ，取50年一遇最大值风压高度系数；风载体形系数；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 活载特性重现期调整系数。 风荷载：风遇到建筑物时在其表面产生的一种压力或吸力 （基本风速）换算而来；26第26页，共38页，2022年，5月20日，19点22分，星期二设计概论1.1 结构类型1.2 设计内容1.3 结构作用1.3.5 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、基本风压 风压由风速换算而成。风速的年极值分布不拒绝极值I型分布。基准期T年的极值分布为 基本风速可在T年的

14、极值分布上取某一分位值。但荷载规范是以平均重现期为50年来规定风速的基准值的。 重现期TT(x)是指连续两次超过x的时间间隔。若TT(x)=n，则表示在连续n年中有一年的Xx，其它n-1年中的Xx。因此27第27页，共38页，2022年，5月20日，19点22分，星期二设计概论1.1 结构类型1.2 设计内容1.3 结构作用1.3.5 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TT(x)的数学期望，即根据基本风速可换算成基本风压 。当重现期不等于T时乘以修正系数ur。28第28页，共38页，2022年，5月20日，19点22分

15、，星期二2. 风压高度系数在梯度风高度范围内，任意高度z的风速与H高度风速的关系为为地面粗糙指数，对于A、B、C、D类，分别为0.12、0.16、0.22、0.3。设计概论1.1 结构类型1.2 设计内容1.3 结构作用(1-12)基本风速是B类地面上空10m高度处的风速，因而B类地面任意高度处的风速为(1-13)1.3.5 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29第29页，共38页，2022年，5月20日，19点22分，星期二风压与风速的平方成正比同一地区不同粗糙程度地面上空的梯度风速相同。（1-13a）设计概论1.1 结构类型1.2 设

16、计内容1.3 结构作用1.3.5 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30第30页，共38页，2022年，5月20日，19点22分，星期二建筑物表面的实际压力与其形状有关，与来流风压的比值用 表示，见表1-11。3. 风载体型系数设计概论1.1 结构类型1.2 设计内容1.3 结构作用由风速换算得到的风压是所谓来流风压（风速压）。房屋将对气流形成某种干挠。为正时代表风压，即靠近表面；为负时代表风吸，即离开表面。风向风压垂直于建筑物表面。1.3.5 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31

17、第31页，共38页，2022年，5月20日，19点22分，星期二4. 风振系数时间风压长周期风振系数定义为考虑脉动效应的总风压与静风压（平均风压）之比。设计概论1.1 结构类型1.2 设计内容1.3 结构作用风的长周期比一般结构的自振周期大得多，因而对结构的作用相当于静力作用；而风脉动周期只有几秒，与高层和高耸结构的的自振周期相当。所以，规范规定：对于高度大于30m且高宽比H/B大于1.5的房屋结构，以及自振周期T1大于0.25s高耸结构必须考虑脉动效应。1.3.5 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32第32页，共38页，2022年，5

18、月20日，19点22分，星期二（1-15）脉动增大系数，按表1-12取用；脉动影响系数，对于均匀结构可按表1-13取用；结构振型系数,对于规则结构可取z/H。zH设计概论1.1 结构类型1.2 设计内容1.3 结构作用对于多高层房屋，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。1.3.5 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33第33页，共38页，2022年，5月20日，19点22分，星期二1.4 结构的耐火设计不燃烧体：在空气中受到火烧或高温作用时，不起火、不燃烧、不碳化。1.4.1 结构构件的耐火性能一、 构件的燃烧性能难燃烧体：在空气中受到火烧或高温作用时，难起火、难燃烧、难碳化，当火源移走后，燃烧或微燃立即停止。燃烧体：在明火或高温作用时，能立即着火燃烧，且火源移走后，仍能继续燃烧或微燃。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34第34页，共38页，2022年，5月20日，19点22分，星期二 是指在标准的耐火试验中，从构件受到火的作用，到失去稳定性或完整性或绝热性为止的时间，以小时计。与