《建筑结构原理》课件

建筑结构原理建筑结构的科学基础课程目标和内容简介培养对建筑结构的理解了解建筑结构的基本原理，掌握结构设计的基本方法，并能运用这些知识分析和解决实际问题。提升建筑结构设计能力能够独立进行简单的建筑结构设计，并能根据建筑功能和造型要求选择合理的结构形式和材料。培养专业素养和工程实践能力掌握建筑结构相关规范和标准，并能将理论知识应用于实际工程项目。力学基本概念力物体间相互作用的结果，使物体产生形变或运动状态的改变。运动物体相对于参照物的位置发生变化，有平动和转动两种形式。形变物体在外力作用下，形状和尺寸发生改变，有弹性形变和塑性形变。力的种类拉力拉力是物体之间相互吸引的力。压力压力是物体之间相互排斥的力。重力重力是地球对物体的吸引力。摩擦力摩擦力是两个物体接触表面相互运动时产生的力。受力分析1外力荷载、温度变化等2内力构件内部产生的力3平衡状态受力平衡平衡条件1力平衡作用于物体上的所有外力合力为零，物体处于静止状态或匀速直线运动状态。2力矩平衡作用于物体上的所有外力矩合力矩为零，物体不发生转动。3平衡方程根据力平衡和力矩平衡条件，可以列出平衡方程，用来求解物体在受力作用下的运动状态。应力与应变应力物体内部各部分之间由于外力的作用而产生的相互作用力，称为内力。内力作用在单位面积上的大小，称为应力，是衡量材料抵抗外力作用能力的重要指标。应变物体在外力作用下发生的形变程度，称为应变。应变反映了物体在受力后形状和尺寸的变化程度。杆件内力拉力拉力是杆件受到的外力作用在杆件的轴线上，并且使杆件伸长的一种力。压力压力是杆件受到的外力作用在杆件的轴线上，并且使杆件缩短的一种力。剪力剪力是杆件受到的外力作用在杆件的横截面上，并且使杆件发生剪切的一种力。轴向受力构件定义轴向受力构件是指承受沿其轴线方向作用的力，主要包括拉伸和压缩两种类型。特点这类构件的截面形状简单，应力分布均匀，计算方法相对容易。实例常见的轴向受力构件有钢筋混凝土柱、钢梁、拉索桥的索等。弯曲构件弯矩由于外力作用，构件内部产生的力矩称为弯矩。弯曲应力弯矩作用下，构件截面上的内力分布情况称为弯曲应力。受剪构件剪力作用受剪构件是指在外部荷载作用下，其内部产生剪应力的构件，例如梁、板、墙等。剪应力计算剪应力是指作用在构件截面上的平行于截面的力，其大小等于剪力除以截面面积。破坏形式受剪构件的破坏形式主要有剪切破坏、斜拉破坏和弯曲破坏等，取决于构件的材料、形状和荷载条件。组合受力构件同时承受多种荷载组合受力构件同时承受轴力、弯矩和剪力等多种荷载，例如梁柱节点、墙体连接。复杂应力状态由于多种荷载作用，构件内部应力分布更为复杂，需要进行更细致的分析和计算。设计挑战需要考虑不同荷载之间的相互影响，确保结构安全性和经济性。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其初始平衡状态的能力。它决定了结构能否安全地承受外力作用而不发生倒塌或失稳。分析方法稳定性分析通常采用力学方法，例如平衡方程、极限平衡法、弹性稳定性理论等。这些方法可以帮助我们评估结构在不同荷载条件下的稳定性。结构形式发展历程1古代以木结构、石结构为主。2近代钢铁、混凝土等新材料的应用，出现钢结构、混凝土结构。3现代结构形式不断发展，出现各种新型结构形式，例如轻型钢结构、膜结构、网架结构等。结构系统分类框架结构以梁、柱、板组成的承重体系，具有较好的整体性和抗震性能。剪力墙结构利用墙体作为主要的承重构件，具有较高的抗侧向荷载能力，适用于高层建筑。组合结构将框架结构与剪力墙结构结合，取长补短，满足不同的建筑需求。其他结构例如网架结构、膜结构、空间桁架结构等，适用于特殊功能的建筑。结构体系构成1基础结构体系的基座，将建筑荷载传递到地基。2竖向支撑体系承担建筑物重量和竖向荷载，如柱子、墙体。3水平支撑体系抵抗水平荷载，如风荷载、地震荷载，如梁、板。4围护体系提供建筑物外围保护，如外墙、屋顶。结构支撑体系基础将建筑物牢固地固定在地基上。柱承受来自楼板和屋顶的垂直荷载，并将荷载传递至基础。梁支撑楼板和屋顶，并承受来自柱子的垂直荷载。墙不仅承载荷载，还具有围护功能，保护建筑内部空间不受外界影响。构件与连接连接形式焊接、螺栓连接、铆接等。连接材料钢筋、水泥、砂、石子等。材料选用强度与耐久性建筑材料应具备足够的强度，以承受各种荷载。耐久性对于抵抗环境侵蚀和保持结构寿命至关重要。可加工性与施工性材料应易于加工和施工，以提高效率和降低成本。良好的施工性能有助于实现设计意图。经济性与环保性材料应具有合理的经济性，并符合环保要求。可持续发展的理念在材料选择中愈加重要。结构分析方法1力学分析运用力学原理，计算结构受力情况，评估结构强度和稳定性。2有限元分析将结构分解成许多小的单元，通过计算机模拟计算，得到结构整体的应力、应变和位移。3结构试验通过对实际结构或模型进行试验，验证结构设计方案，验证计算结果的可靠性。结构荷载确定永久荷载建筑物本身的重量，例如墙体、楼板、屋顶、楼梯等。可变荷载建筑物使用过程中产生的荷载，例如人员、家具、设备等。风荷载风对建筑物产生的作用力，会对高层建筑和大型屋面产生重要影响。雪荷载积雪对建筑物产生的作用力，主要影响屋顶结构和覆盖层。结构受荷分析荷载计算精确计算各种荷载的大小，如恒荷载、活荷载、风荷载、地震荷载等。荷载传递分析荷载在结构体系中的传递路径，确定各个构件的受力情况。应力分析计算构件内部的应力分布，确保结构安全，避免过大应力导致破坏。结构抗震设计抗震设计确保结构在地震发生时能承受地震力，并保证结构的完整性。考虑地震荷载，对结构进行抗震加固措施。抗震性能指结构在遭遇地震时抵抗破坏的能力，包括抵抗地震力的能力和维持结构完整性的能力。抗震措施包括结构加固、基础设计、隔震减震等措施，以提高结构的抗震性能。结构变形与裂缝控制1控制结构变形确保结构在荷载作用下变形不超过允许范围。2防止裂缝过早出现裂缝是结构受力后出现的应力集中，可能导致结构强度下降。3控制裂缝宽度裂缝宽度过大将影响结构的耐久性和安全性。结构健康监测实时数据采集使用传感器网络收集结构的实时数据，例如应变、振动和温度。数据分析与评估利用数据分析技术识别结构的异常变化，评估其健康状况。预警与维护及时发现潜在问题，进行预防性维护，延长结构使用寿命。结构养护与加固定期检查，及时发现潜在问题。针对性修复，延长结构寿命。加固措施，提高结构承载力。建筑结构设计要点安全结构设计要满足安全可靠性要求，确保建筑物的稳定性和耐久性。经济优化结构设计，减少材料用量，降低成本，提高经济效益。美观结构设计要与建筑物的整体风格和功能相协调，实现美观与实用性的统一。绿色建筑结构设计理念节能减排采用高效节能的材料和技术，减少建筑能耗和碳排放。环境友好选择环保材料，减少对自然资源的消耗和环境污染。健康舒适创造健康舒适的室内环境，提高居住者的生活质量。结构设计规范标准国家标准(GB)行业标准(JGJ)地方标准(DB)结构设计案例分析通过具体案例分析，深入理解建筑结构设计原理在实际工