土木工程概论建筑工程第四节

土木工程概论建筑工程第四节第一页，共50页。目录01第一节引言02第二节民用建筑概述03第三节工业建筑概述04第四节建筑物结构设计的几个问题2第二页，共50页。一、设计基准期与设计年限二、建筑结构安全等级三、结构功能要求和设计目的四、结构的极限状态五、荷载与作用、承载力、可靠度与可靠性六、规范对结构设计的规定七、建筑抗震设防八、建筑结构设计步骤3第三页，共50页。第四节建筑物结构设计的几个问题一、设计基准期与设计年限设计基准期是为确定可变作用及与时间有关的材料性能等取值而选用的时间参数，它不等同于建筑结构的设计使用年限。《统一标准》所考虑的荷载统计参数，都是按设计基准期为50年确定的，如设计时需采用其他设计基准期，则必须另行确定在设计基准期内最大荷载的概率分布及相应的统计参数。（一）设计基准期4第四页，共50页。第四节建筑物结构设计的几个问题（二）设计使用年限结构的设计使用年限是设计规定的一个时期，在这一规定时期内，结构或结构构件不需进行大修，即可按预期目的使用，完成预定的功能。即房屋建筑在正常设计、正常施工、正常使用和维护下所应达到的使用年限。正常维护:包括必要的检测、防护及维修5第五页，共50页。第四节建筑物结构设计的几个问题6第六页，共50页。第四节建筑物结构设计的几个问题7第七页，共50页。第四节建筑物结构设计的几个问题8第八页，共50页。第四节建筑物结构设计的几个问题9第九页，共50页。第四节建筑物结构设计的几个问题10第十页，共50页。第四节建筑物结构设计的几个问题两者倒塌过后谁的损失更惨重？11第十一页，共50页。第四节建筑物结构设计的几个问题二、建筑结构安全等级建筑结构设计时，应根据结构破坏可能产生的后果（如危及人的生命安全、造成的经济损失、产生的社会影响等）的严重性，采用不同的安全等级。12第十二页，共50页。第四节建筑物结构设计的几个问题同一建筑物内的各种结构构件宜与整个结构采用相同的安全等级。但是，如果提高某一结构构件的安全等级所需额外费用少，又能减轻整个结构的破坏，减少人员伤亡和财物损失，则可将该结构构件的安全等级比整个结构的安全等级提高一级；如果某一结构构件的破坏并不影响整个结构或其他结构构件，则可将其安全等级降低一级。13第十三页，共50页。第四节建筑物结构设计的几个问题三、结构功能要求和设计目的1.安全性的要求2.实用性的要求3.耐久性的要求结构应能承受在施工和使用均属正常的情况下可能出现的各种荷载和变形，在偶然事件发生时及发生后，结构仍能保持必需的整体稳定，不致发生倒塌。结构在正常使用期间具有良好的工作性能。（不产生变形、裂缝）结构在正常维护下具有足够的耐久性能。（不发生风化、脱落、钢筋锈蚀等）14第十四页，共50页。第四节建筑物结构设计的几个问题15第十五页，共50页。第四节建筑物结构设计的几个问题四、结构的极限状态从安全可靠的角度出发，可以区分为有效状态和失效状态两类。有效状态，是指结构能有效地、安全可靠地工作，得以完成预定的各项功能。失效状态，是指结构失去预定功能的能力，不能有效地工作，处于失效状态。失效，包括因强度不足而丧失承受荷载的能力，或是结构发生倾覆、滑移、丧失稳定等情况，而且包括了结构的变形过大，裂缝过宽不适于继续使用。定义：整个结构或结构的一部分超过某一特定状态，就不能满足设计规定的某一功能要求，此特定状态就成为该功能的极限状态。有效状态和失效状态的分界，称为极限状态。16第十六页，共50页。第四节建筑物结构设计的几个问题五、荷载与作用、承载力、可靠度与可靠性荷载：施加在工程结构上使工程结构或构件产生效应的各种直接作用称为荷载。作用：在结构上各种集中力或分布力的集合，或者引起结构外加变形或约束变形的原因，均称结构上的作用。结构上的荷载，按其随时间的变化异性和出现的可能性，分为：永久荷载偶然荷载可变荷载17第十七页，共50页。第四节建筑物结构设计的几个问题永久荷载也称恒载，是施加在工程结构上不变的荷载。因为恒载在整个使用期内总是持续地施加在结构上，所以设计结构时，必须考虑它的长期效应。18第十八页，共50页。第四节建筑物结构设计的几个问题可变荷载也称活荷载，是施加在结构上的由人群、物料和交通工具引起的使用或占用荷载和自然产生的自然荷载。①工业建筑楼面活荷载19第十九页，共50页。第四节建筑物结构设计的几个问题②民用建筑楼面荷载20第二十页，共50页。第四节建筑物结构设计的几个问题③屋面活荷载21第二十一页，共50页。第四节建筑物结构设计的几个问题④屋面积灰荷载22第二十二页，共50页。第四节建筑物结构设计的几个问题⑤车辆荷载23第二十三页，共50页。第四节建筑物结构设计的几个问题⑥吊车荷载24第二十四页，共50页。第四节建筑物结构设计的几个问题⑦风荷载25第二十五页，共50页。第四节建筑物结构设计的几个问题⑧雪荷载26第二十六页，共50页。第四节建筑物结构设计的几个问题⑨裹冰荷载27第二十七页，共50页。第四节建筑物结构设计的几个问题⑩波浪荷载28第二十八页，共50页。第四节建筑物结构设计的几个问题偶然荷载此类荷载在结构使用期间不一定出现，但一旦出现，其值很大且持续时间较短。29第二十九页，共50页。第四节建筑物结构设计的几个问题

荷载标准值，是结构设计时采用的荷载基本代表值，也就是在荷载规范中所列的各项标准荷载。标准荷载在概念上一般是指构件或构件在正常使用条件下可能出现的最大荷载值，因此它应该属于经常出现的荷载值。30第三十页，共50页。第四节建筑物结构设计的几个问题承载力，是指构件承受能外加荷载的能力。影响承载力大小的主要因素，是构件尺寸和材料强度。31第三十一页，共50页。第四节建筑物结构设计的几个问题可靠性，是指结构在规定的时间内、在规定的条件下、完成预定功能的能力。可靠度，是指结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率。32第三十二页，共50页。第四节建筑物结构设计的几个问题六、规范对结构设计的规定功能要求1.在正常施工和正常使用下，能承受可能出现的各种条件；2.在正常使用时具有良好的工作性能；3.在正常维护下具有足够的耐久性能；4.在设计规定的偶然事件发生时及时发生后，仍然能保持必须的整体稳定性。（安全性）（适用性）（安全性）（耐久性）33第三十三页，共50页。第四节建筑物结构设计的几个问题（1）破坏

结构或者构件截面抵抗作用力的能力不足以承受作用效应的现象。

常见的如：拉断、压断、弯折。结构的失效34第三十四页，共50页。第四节建筑物结构设计的几个问题（2）失稳失稳就是稳定性失效，也就是受力构件丧失保持稳定平衡的能力，比如指结构或构件长细比（如构件长度和截面边长之比）过大而在不大的作用力下突然发生作用力平面外的极大变形而不能保持平衡的现象。柱的压屈35第三十五页，共50页。第四节建筑物结构设计的几个问题（3）发生影响正常作用的变形是指楼板、梁的过大挠度或过宽裂缝，墙、柱的过大侧移；结构有过大的倾斜过大的沉陷，人在室内有摇晃的感觉等。36第三十六页，共50页。第四节建筑物结构设计的几个问题（4）倾覆或滑移整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡而倾倒或滑移的现象。37第三十七页，共50页。第四节建筑物结构设计的几个问题（5）结构所用材料丧失耐久性。钢材生锈、混凝土受腐蚀、砖遭冻融、木材被虫蛀蚀等化学、物理、生物现象。38第三十八页，共50页。第四节建筑物结构设计的几个问题按重要性分甲类建筑乙类建筑丙类建筑丁类建筑医疗、广播、通信、交通、供水、供电、供气、消防、粮食等等。大量的一般工业与民用建筑。储存价值低的物品或人员活动少的单层仓库建筑。重大建筑工程和地震时严重次生灾害的建筑七、建筑抗震设防39第三十九页，共50页。第四节建筑物结构设计的几个问题1.甲类建筑抗震设防烈度6~8度时，应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求，当为9度时，应符合比9度抗震设防更高的要求。常见的甲类建筑如：1）多层房屋建筑工程小区；2）单体建筑面积10000平方米以上的房屋建筑；3）总投资达1个亿以上的项目；4）政府保障用房、校安工程等公共建筑；5）居住建筑、公共建筑、工业建筑、以及易爆场所。6）其它重要人员密集场所。国家大剧院40第四十页，共50页。第四节建筑物结构设计的几个问题2.乙类建筑抗震设防烈度6~8度时，应符合本地区抗震设防累牍提高一度的要求，当为9度时，应符合比9度抗震设防更高的要求。3.丙类建筑常见的一般民用建筑4.丁类建筑抗震设防烈度可降低一度考虑，但6度时不应降低41第四十一页，共50页。按抗震设防目标分第一水准第二水准第三水准小震不坏，中震可修，大震不倒(二)抗震设防目标低于本地区设防烈度地震，一般不受损坏或不需要修理遭受本地区设防烈度地震，经一般修理或不需要修理遭受高于本地区设防烈度地震，建筑物不倒塌或不危及生命财产破坏第四节建筑物结构设计的几个问题42第四十二页，共50页。第四节建筑物结构设计的几个问题抗震设计时设计的两个阶段第一阶段：按小震作用效应和其他荷载效应的基本组合验算结构构件的承载能力、弹性变形。第二阶段：弹塑性变形验算，对特殊要求的建筑和地震时易倒塌的结构，除第一阶段的验算还要按大震作用时进行薄弱部位的弹塑性层间变形验算和采取相应的构造措施。第一水淮第二水淮？第三水淮？43第四十三页，共50页。第四节建筑物结构设计的几个问题八、建筑设计步骤建筑施工图设计建筑设计结构设计设备设计建筑工程的结构设计步骤：建筑结构选型结构模型建立结构荷载计算结构内力计算施工图纸绘制构件的截面设计44第四十四页，共50页。第四节建筑物结构设计的几个问题什么是建筑结构？建筑结构是指在建筑物（包括构筑物）中，由建筑材料做成用来承受各种荷载或者作用，以起骨架作用的空间受力体系。按受力方向主要有水平和竖向荷载。1.建筑结构选型在建筑设计中空间组合和建筑造型的主要环节是选择最佳结构方案及结构选型。什么是结构选型？45第四十五页，共50页。第四节建筑物结构设计的几个问题2.结构模型的建立（以框架结构为例）①整体结构的简化

通过整体结构的简化，化繁为简。框架多榀中抽取一榀进行简化。②构件的简化梁柱简在框架结构中可将之化为杆件③节点的简化④支座的简化根据构造与受力将柱与基础简化为刚性连接或铰接。46第四十六页，共50页。第四节建筑物结构设计的几个问题3.结构荷载设计荷载种类恒载活载传力路线：板次梁主梁柱