《建筑结构设计的基础概念》课件

建筑结构设计的基础概念欢迎来到建筑结构设计的基础概念课程！本课程旨在为学员提供建筑结构设计的基本理论、方法和实践知识。通过本课程的学习，学员将能够理解建筑结构设计的重要性，掌握结构设计的基本流程，熟悉常用建筑材料的力学性能，并能够运用结构计算软件进行简单的结构分析和设计。本课程内容涵盖了结构设计的各个方面，包括结构材料、荷载类型、结构体系、结构分析方法、结构设计、抗震设计、结构耐久性设计、绿色建筑结构设计、结构计算软件应用、BIM技术应用、结构施工图设计、结构施工质量控制、结构检测与评估以及结构加固与改造。同时，我们还将通过工程案例分析，帮助学员更好地理解和掌握所学知识。rrw课程介绍：建筑结构的重要性保障建筑安全建筑结构设计是确保建筑物在各种荷载作用下安全可靠的基础。合理的结构设计能够有效地抵抗各种自然灾害，如地震、风暴等，保障人民生命财产安全。结构设计如同建筑的骨骼，支撑着整个建筑的稳定与安全。实现建筑功能结构设计直接影响建筑物的使用功能。良好的结构设计能够满足建筑物在空间布局、采光通风等方面的要求，为人们提供舒适、便捷的生活和工作环境。结构设计与建筑功能紧密结合，共同打造宜居空间。控制建筑成本合理的结构设计能够在满足安全和功能要求的前提下，最大限度地降低建筑成本。通过优化结构体系、选用合适的材料和施工方法，可以有效地节约资源，提高经济效益。经济性是结构设计的重要考量因素。结构设计的目标：安全、适用、经济1安全结构设计最根本的目标是确保建筑物的安全性。结构必须能够承受各种可能的荷载作用，如恒载、活载、风荷载、地震作用等，并且在这些荷载作用下不会发生破坏或倒塌。安全是结构设计的首要前提。2适用结构设计需要满足建筑物的使用功能要求。结构体系的选择和设计必须能够提供足够的空间、采光和通风，并且不会影响建筑物的美观性。适用性是结构设计的重要组成部分。3经济结构设计需要在满足安全和适用要求的前提下，尽可能地降低建筑成本。这包括选择合适的结构材料、优化结构体系、采用先进的施工技术等。经济性是结构设计不可忽视的因素。结构设计流程概述初步设计确定结构方案和结构体系，进行荷载分析和内力计算。详细设计进行构件设计和连接设计，绘制结构施工图。施工图审查对结构施工图进行审查，确保设计符合规范要求。施工阶段按照结构施工图进行施工，进行质量控制。材料力学基础：应力与应变应力应力是物体内部单位面积上所受到的力，通常用σ表示。应力可以是拉应力、压应力、剪应力或弯曲应力。应力是衡量材料内部受力状况的物理量，与材料的强度和破坏密切相关。应变应变是物体在受到外力作用后产生的变形，通常用ε表示。应变可以是线应变、剪应变或体积应变。应变是衡量材料变形程度的物理量，与材料的刚度和变形性能密切相关。材料的本构关系：弹性、塑性、蠕变弹性材料在受到外力作用后发生变形，当外力撤除后，材料能够完全恢复到原来的形状和尺寸。弹性是材料的一种理想状态，实际材料的弹性行为往往存在一定的局限性。塑性材料在受到外力作用后发生变形，当外力撤除后，材料不能完全恢复到原来的形状和尺寸，会留下永久变形。塑性是材料的一种重要性能，可以吸收能量，提高结构的抗震性能。蠕变材料在恒定荷载作用下，随着时间的推移，会缓慢地发生变形。蠕变现象在高温、高湿等环境下尤为明显。蠕变会影响结构的长期性能和安全性，需要进行合理的控制。常用建筑材料的力学性能：钢材1强度高钢材具有很高的强度，能够承受较大的荷载作用。2塑性好钢材具有良好的塑性，能够吸收能量，提高结构的抗震性能。3可焊性好钢材具有良好的可焊性，便于进行焊接连接。4易腐蚀钢材容易发生腐蚀，需要进行防腐处理。常用建筑材料的力学性能：混凝土抗压强度高混凝土具有很高的抗压强度，能够承受较大的压力作用。1抗拉强度低混凝土的抗拉强度很低，容易发生开裂。2耐久性好混凝土具有良好的耐久性，能够抵抗自然环境的侵蚀。3可模性好混凝土具有良好的可模性，可以浇筑成各种形状。4常用建筑材料的力学性能：砌体抗压强度较高砌体材料在垂直方向上能够承受一定的压力，具有一定的承重能力。抗拉强度较低砌体材料在拉伸状态下容易开裂，抗拉性能较差，不适宜承受较大的拉力。耐久性一般砌体材料的耐久性受到环境因素的影响，需要进行维护和保养，以延长使用寿命。常用建筑材料的力学性能：木材1轻质高强木材具有较低的密度和较高的强度，使其成为一种轻质高强的建筑材料。2易于加工木材易于切割、钻孔、刨削等加工，方便进行各种形式的结构连接和造型设计。3天然环保木材是一种天然可再生资源，具有环保、可持续利用的优点，符合绿色建筑的要求。荷载类型：恒载定义恒载是指在结构使用期间，其值不随时间变化或变化很小的荷载。恒载主要包括结构的自重、固定设备的重量、以及长期固定在结构上的其他荷载。准确计算恒载对于结构设计至关重要。计算恒载的计算通常基于结构材料的密度和构件的尺寸。例如，钢筋混凝土构件的自重可以通过混凝土的密度乘以构件的体积来计算。对于复杂结构，需要进行详细的重量分析，以确保恒载计算的准确性。影响恒载是结构设计中的重要考虑因素，它会影响结构的内力分布、变形和稳定性。在结构设计中，必须充分考虑恒载的影响，以确保结构的安全可靠。过高的恒载会导致结构承载力不足，甚至引发安全事故。荷载类型：活载1人员荷载办公楼、住宅等2家具荷载桌椅、床等3设备荷载空调、电梯等4车辆荷载停车场、桥梁等荷载类型：风荷载风压风作用在建筑物表面上的压力，其大小与风速、建筑物形状和高度有关。风吸力风作用在建筑物表面上的吸力，通常发生在建筑物的背风面和屋顶。顺风向风荷载风沿风向作用在建筑物上的荷载，是风荷载的主要组成部分。横风向风荷载风垂直于风向作用在建筑物上的荷载，通常由涡旋脱落引起。荷载类型：地震作用1地震动参数地震强度、震中距、场地条件等。2地震影响系数与结构自振周期、阻尼比等有关。3地震作用计算振型分解反应谱法、时程分析法等。4抗震措施提高结构延性、加强薄弱部位等。荷载组合基本组合恒载+活载+风荷载/地震作用。偶然组合考虑偶然事件，如火灾、爆炸等。组合系数根据荷载的重要性和同时出现的概率确定。结构体系：梁1简支梁两端铰支，仅承受竖向荷载。2悬臂梁一端固定，一端自由，承受竖向荷载和弯矩。3连续梁多跨梁，各跨之间相互影响。结构体系：柱轴心受压柱仅承受轴向压力。偏心受压柱承受轴向压力和弯矩。长柱与短柱根据长细比区分，长柱容易发生失稳。结构体系：板1单向板主要沿一个方向受力，如肋梁楼板。2双向板沿两个方向受力，如平板、井字梁楼板。3预应力板采用预应力技术，提高板的承载能力。结构体系：墙承重墙承受竖向荷载，并将荷载传递到基础。1剪力墙抵抗水平荷载，如风荷载、地震作用。2围护墙起围护作用，不承受荷载。3结构体系：框架结构组成由梁、柱组成的结构体系。特点抗震性能好，空间布置灵活。适用范围多层、高层建筑。结构体系：剪力墙结构1组成由剪力墙组成的结构体系。2特点抗侧力性能好，刚度大。3适用范围高层建筑、抗震要求高的建筑。结构体系：筒体结构外筒由密集的柱和梁组成，抵抗水平荷载。内筒由剪力墙或框架组成，抵抗水平荷载。适用范围超高层建筑。结构体系：空间结构1网架结构由杆件组成的网状结构。2网壳结构由薄壳组成的网状结构。3索膜结构由索和膜组成的结构。静定结构与超静定结构静定结构结构的内力可以通过静力平衡方程求解。超静定结构结构的内力无法仅通过静力平衡方程求解，需要考虑变形条件。特点超静定结构具有更好的稳定性和承载能力。结构分析方法：静力平衡法1基本原理结构在荷载作用下处于平衡状态。2平衡方程ΣFx=0,ΣFy=0,ΣM=0。3适用范围静定结构。结构分析方法：位移法基本未知量节点位移。基本方程节点平衡方程。适用范围超静定结构。结构分析方法：力法基本未知量多余未知力。1基本方程变形协调方程。2适用范围超静定结构。3结构内力：弯矩定义构件截面上的弯曲力矩，使构件产生弯曲变形。计算根据荷载和支座条件计算。影响影响构件的强度和刚度。结构内力：剪力1定义构件截面上的切向力，使构件产生剪切变形。2计算根据荷载和支座条件计算。3影响影响构件的强度。结构内力：轴力拉力使构件伸长的力。压力使构件缩短的力。影响影响构件的强度和稳定性。结构内力组合1弯矩组合考虑不同荷载组合下的弯矩值。2剪力组合考虑不同荷载组合下的剪力值。3轴力组合考虑不同荷载组合下的轴力值。梁的设计：强度设计抗弯强度梁承受弯矩的能力。抗剪强度梁承受剪力的能力。计算公式根据材料力学理论计算。梁的设计：刚度设计1挠度梁在荷载作用下的变形。2挠度限值根据规范确定，防止影响使用功能。3计算公式根据材料力学理论计算。梁的设计：稳定性设计整体稳定梁整体的稳定性。局部稳定梁的翼缘和腹板的稳定性。措施设置加劲肋。柱的设计：强度设计轴心受压柱承受轴向压力。1偏心受压柱承受轴向压力和弯矩。2计算公式根据规范计算。3柱的设计：稳定设计长细比影响柱的稳定性。欧拉公式计算临界荷载。稳定系数考虑柱的稳定性的影响。板的设计：单向板1受力特点主要沿一个方向受力。2计算方法按单向梁计算。3配筋主要沿受力方向配筋。板的设计：双向板受力特点沿两个方向受力。计算方法查表法、有限元法。配筋沿两个方向配筋。墙的设计：承重墙抗压强度墙承受压力的能力。1稳定防止墙发生失稳。2构造措施设置圈梁、构造柱。3墙的设计：剪力墙抗剪强度墙承受剪力的能力。抗弯强度墙承受弯矩的能力。构造措施加强配筋。基础设计：浅基础1类型条形基础、独立基础、筏板基础。2设计内容地基承载力验算、基础强度计算。3适用范围地基承载力较高的建筑。基础设计：深基础类型桩基础、沉井基础、地下连续墙。设计内容桩的承载力计算、桩的沉降计算。适用范围地基承载力较低的建筑。地基处理方法换填法更换软弱土层。1压实法提高土的密实度。2加固法提高土的强度。3抗震设计概念：设防烈度定义建筑所在地区遭受地震影响的程度。确定根据地震区划图确定。作用是抗震设计的重要依据。抗震设计概念：延性1定义结构在破坏前能够产生的塑性变形能力。2作用提高结构的抗震性能。3措施采用延性材料、设置构造措施。抗震设计概念：抗震措施加强连接提高构件之间的连接强度。设置支撑提高结构的稳定性。采用减震技术降低地震作用。结构耐久性设计：环境作用腐蚀钢筋锈蚀、混凝土碳化。1冻融循环混凝土开裂、剥落。2化学侵蚀酸雨、海水侵蚀。3结构耐久性设计：材料选择耐久性混凝土抗渗、抗冻、抗腐蚀。耐候钢抗腐蚀。防腐涂料保护钢结构。结构耐久性设计：构造措施1增加保护层厚度防止钢筋锈蚀。2设置排水措施防止积水。3采用密封材料防止有害物质侵入。结构防火设计耐火等级建筑物的耐火等级。防火措施防火涂料、防火分隔。疏散安全出口、疏散通道。绿色建筑结构设计：可持续性材料1再生材料利用废弃物。2可循环利用材料易于回收利用。3低碳材料生产过程排放少。绿色建筑结构设计：节能设计优化结构形式减少材料用量。采用保温隔热材料降低能耗。利用自然通风采光减少人工照明和空调的使用。结构计算软件介绍：PKPM1功能建模、计算、绘图。2特点操作简单、易学易用。3适用范围多层、高层建筑。结构计算软件介绍：ETABS功能强大的建模功能。特点精确的分析结果。适用范围超高层建筑、复杂结构。BIM技术在结构设计中的应用协同设计多专业协同工作。1碰撞检查减少施工错误。2可视化直观展示设计效果。3结构施工图设计内容结构平面图、立面图、剖面图、构件详图。要求准确、清