《建筑结构课件》课件2

建筑结构建筑结构是建筑工程的基础，它决定了建筑物的安全性和稳定性。课程内容介绍基础知识结构力学基本定理,静力学,材料力学,以及结构分析方法结构类型钢筋混凝土结构,钢结构,木结构,砌体结构设计规范中国建筑结构设计规范,国家标准和相关技术规范实践应用工程案例分析,BIM技术在结构设计中的应用结构系统的基本概念11.结构体系结构体系是指建筑物或构筑物的整体承重和传力方式，例如框架结构、剪力墙结构等。22.结构构件结构构件是组成结构体系的基本单元，包括梁、柱、板、墙、基础等。33.荷载荷载是指作用在结构物上的各种外力，包括恒荷载、活荷载、风荷载、地震荷载等。44.结构分析结构分析是指对结构物在荷载作用下的力学行为进行研究，例如计算内力、变形、稳定性等。结构荷载和载荷风荷载风力对建筑物施加的压力，影响建筑物的稳定性和安全性，需要进行风荷载计算。雪荷载积雪对屋顶和外墙施加的压力，需要考虑雪荷载的分布和强度，进行抗雪设计。地震荷载地震产生的水平和垂直加速度，对建筑物造成冲击，需要进行抗震设计，确保建筑物的安全性。活荷载人、家具等可移动的物体产生的荷载，需要考虑活荷载的分布和大小，进行结构设计。材料性能和力学性质强度材料抵抗外部荷载的能力，如抗拉强度、抗压强度和抗剪强度。刚度材料抵抗变形的能力，如弹性模量和剪切模量。塑性材料在断裂前发生较大形变的能力，如屈服强度和延伸率。韧性材料吸收能量的能力，如冲击韧性和断裂韧性。钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构是现代建筑中最常见的结构形式之一。它结合了混凝土的抗压能力和钢筋的抗拉能力，形成一个坚固而耐用的结构体系。钢筋混凝土结构具有高强度、耐久性、可塑性和防火性等优点，广泛应用于各种建筑工程，如住宅、商业建筑、桥梁、隧道等。钢结构高强度和耐久性钢材具有高强度和耐久性，可以用于建造跨度大、负荷重的结构。轻量化设计钢材的重量轻，便于运输和安装，可以有效降低建筑物的基础成本。灵活的设计钢材可以弯曲、焊接和切割，使其成为各种建筑结构的理想材料。抗震性能钢结构具有良好的抗震性能，可以有效抵抗地震和其他自然灾害。木结构木结构建筑以木材作为主要承重构件，具有轻质、高强度、可再生等特点。木结构在建筑中应用广泛，包括住宅、商业建筑、公共建筑等。砌体结构砌体结构是建筑结构中常见的一种结构形式，使用砖、石、混凝土等材料砌筑而成。常见的砌体结构有砖墙、石墙、砌块墙等。砌体结构具有成本低、施工方便、隔热保温性能优良等优点。砌体结构在房屋建筑、工业厂房、公共设施等领域应用广泛。但由于砌体材料的强度和抗震性能有限，需要在设计和施工中采取有效的措施来保证砌体结构的安全性。地基与基础11.地基的概念地基是建筑物直接接触的土层，为建筑物提供稳定的基础。22.基础类型基础类型包括浅基础和深基础，根据土质、荷载等因素选择合适的类型。33.基础设计基础设计需考虑承载力、沉降、稳定性、防渗漏等方面，确保建筑物安全可靠。44.基础施工基础施工应严格按照设计图纸进行，保证质量和安全。结构力学基本定理平衡定理静止物体不受外力作用，保持静止状态。力的合成与分解多个力的共同作用可以用一个等效力来代替。力矩定理力矩是力对转动点的作用效果，力的作用大小和方向都会影响力矩。虚功原理平衡的刚体在虚位移下，所有外力所作的虚功之和为零。平衡与受力分析静力平衡静力平衡是结构设计中的基本原则。结构必须在静止状态下保持稳定。力学模型构建结构的力学模型，将结构简化为理想化的几何形状和材料属性。受力分析确定结构各部分所承受的外部和内部力的大小和方向，例如，重力、风力、地震力等。力平衡方程根据牛顿定律，建立结构的受力平衡方程，求解结构的内力。应力与应变应力应力是指作用在物体横截面积上的外力，它衡量了物体内部抵抗变形的能力。应变应变是指物体在受到外力作用后发生的形变，它反映了物体在载荷作用下的形变程度。应力应变关系应力应变关系是材料力学的基础，它描述了材料在受力状态下的力学性质。挠度和变形挠度结构在荷载作用下发生的位移，反映结构的刚度。挠度过大可能影响结构使用功能，甚至导致结构失稳。变形结构内部发生的形变，反映结构的强度和刚度。变形过大可能导致结构失效，影响结构的使用寿命。弯曲构件的设计1荷载计算首先要确定弯曲构件所承受的荷载大小和分布情况，并根据规范进行荷载组合。2截面选择根据荷载计算结果，选择合适的截面尺寸和形状，以满足强度、刚度和稳定性的要求。3配筋设计根据截面尺寸和荷载计算结果，确定弯曲构件的钢筋配筋方式，以满足强度、刚度和抗裂性能的要求。4验算最后要对设计结果进行验算，确保满足设计规范和工程要求。轴压构件的设计1强度设计保证构件在荷载作用下不发生破坏2稳定性设计保证构件在荷载作用下不发生失稳3变形设计控制构件的变形在允许范围内4耐久性设计保证构件的使用寿命轴压构件设计是建筑结构设计中至关重要的环节。它需要综合考虑材料性能、荷载条件、结构形式等因素，确保构件的安全性、稳定性和耐久性。抗剪构件的设计1荷载分析确定抗剪构件所承受的剪力2材料选择选择合适的材料以满足强度和抗剪性能需求3截面设计确定抗剪构件的形状和尺寸4配筋设计确定抗剪钢筋的类型和数量抗剪构件是抵抗剪力的重要结构构件。在设计过程中，需要考虑荷载、材料性能和截面形状等因素。通过合理的材料选择和配筋设计，可以确保抗剪构件的强度和抗剪性能符合要求。节点与连接结构的纽带节点是建筑结构中不同构件交汇的地方，连接将这些构件牢固地连接在一起。力传递的关键连接确保荷载能够有效传递，防止结构发生破坏，保证建筑物的安全性和稳定性。多种类型常用的连接方式包括焊接、螺栓连接、铆接以及榫卯连接等，需要根据不同的结构类型和荷载要求选择合适的连接方式。施工重要环节节点和连接的施工质量直接影响整个结构的安全性，必须严格按照规范要求进行施工。地震作用分析地震荷载地震是自然灾害之一，对建筑结构造成严重破坏。地震荷载是指地震作用下建筑结构所承受的力。地震反应谱地震反应谱描述地震荷载随频率变化的特性，用于分析结构在地震作用下的动力响应。时程分析时程分析是地震作用分析的重要方法，使用时间历程记录地震作用下的结构响应。地震波地震波是指地震发生时产生的弹性波，分为纵波、横波和面波。地震波记录仪记录地震波形。抗震设计11.结构抗震性能确保建筑物在发生地震时能够抵抗地震力的作用。22.抗震措施结构加固、隔震、消能减震等手段以提高建筑物的抗震能力。33.抗震规范按照相关规范进行抗震设计和施工，保证建筑物的安全。44.抗震设计目标确保建筑物在发生地震时能够保护生命安全，减少财产损失。结构稳定性分析结构稳定性结构稳定性是指结构在荷载作用下保持平衡的能力，即结构不会发生倾覆、失稳或局部屈曲。结构稳定性分析是结构设计的重要环节，确保结构能够安全可靠地承受各种荷载，并保持其几何形状的完整性。稳定性分析方法包括：临界荷载法平衡方程法能量法有限元法结构可靠性设计可靠性指标设计可靠度指标定义了结构在规定的使用期限内满足功能要求的概率，它通过考虑荷载效应、材料强度和结构抗力等因素来评估结构的安全性。概率方法可靠性分析采用概率方法，通过分析结构失效概率来评估结构的可靠性水平。这种方法考虑了荷载和材料强度的不确定性，从而更全面地评估结构的安全性。目标可靠度每个结构类型都有相应的目标可靠度指标，需要根据结构的重要性、使用环境、荷载条件等因素来确定。可靠度设计可靠度设计基于概率方法，通过调整结构的设计参数，例如截面尺寸、配筋率等，来达到目标可靠度水平，确保结构在使用过程中能够安全可靠地运行。BIM在建筑结构中的应用BIM(BuildingInformationModeling，建筑信息模型)是一种数字化技术，能够创建和管理建筑项目的信息模型。BIM在建筑结构设计、分析、施工和管理方面发挥着重要作用，提高效率和效益。数值分析方法有限元分析将结构离散为有限个单元，求解节点上的未知量。边界元法只对结构边界进行离散，降低了计算量。数值积分近似计算复杂函数的积分，例如梯形法则和辛普森法则。结构健康监测技术11.监测数据采集使用传感器采集结构的各种信息，例如应力、应变、位移和振动。22.数据处理与分析对采集到的数据进行处理和分析，识别结构的异常变化和潜在风险。33.结构健康评估根据监测数据评估结构的健康状况，判断是否需要采取措施进行维护或加固。44.预警与预测建立预警机制，在结构出现问题之前及时发现并采取措施，防止事故发生。结构耐久性与加固耐久性结构耐久性是指结构在使用寿命内抵抗各种不利因素的能力，例如腐蚀、疲劳、火灾和地震。耐久性设计需要选择合适的材料和结构形式，并采取有效的防腐、防火和抗震措施。加固加固是指在结构使用过程中，对其进行增强或修复，以提高其承载能力、耐久性和安全性能。加固方法包括结构补强、加固材料、更换构件等。工程案例分析通过实际工程案例，深入分析结构设计、施工、维护等方面的经验教训，展示结构设计的创新应用和技术发展。例如，分析高层建筑、桥梁、隧道、水利工程等复杂结构的设计理念、施工工艺、安全评估等，提升对实际工程问题的理解和解决能力。国内外结构设计规范规范分类主要包含国家标准、行业标准、地方标准等。规范内容荷载规范材料规范设计规范最新修订最新修订的规范，例如抗震设计规范、高层建筑设计规范。国际规范例如美国规范（ACI）、欧洲规范（Eurocode）等。总结与展望未来趋势