土木工程概論建筑工程第四節(jié)

土木工程概論建筑工程第四節(jié)第一頁，共50頁。目錄01第一節(jié)引言02第二節(jié)民用建筑概述03第三節(jié)工業(yè)建筑概述04第四節(jié)建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾個問題2第二頁，共50頁。一、設(shè)計基準(zhǔn)期與設(shè)計年限二、建筑結(jié)構(gòu)安全等級三、結(jié)構(gòu)功能要求和設(shè)計目的四、結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)五、荷載與作用、承載力、可靠度與可靠性六、規(guī)范對結(jié)構(gòu)設(shè)計的規(guī)定七、建筑抗震設(shè)防八、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計步驟3第三頁，共50頁。第四節(jié)建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾個問題一、設(shè)計基準(zhǔn)期與設(shè)計年限設(shè)計基準(zhǔn)期是為確定可變作用及與時間有關(guān)的材料性能等取值而選用的時間參數(shù)，它不等同于建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限。《統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》所考慮的荷載統(tǒng)計參數(shù)，都是按設(shè)計基準(zhǔn)期為50年確定的，如設(shè)計時需采用其他設(shè)計基準(zhǔn)期，則必須另行確定在設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)最大荷載的概率分布及相應(yīng)的統(tǒng)計參數(shù)。（一）設(shè)計基準(zhǔn)期4第四頁，共50頁。第四節(jié)建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾個問題（二）設(shè)計使用年限結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限是設(shè)計規(guī)定的一個時期，在這一規(guī)定時期內(nèi)，結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件不需進(jìn)行大修，即可按預(yù)期目的使用，完成預(yù)定的功能。即房屋建筑在正常設(shè)計、正常施工、正常使用和維護(hù)下所應(yīng)達(dá)到的使用年限。正常維護(hù):包括必要的檢測、防護(hù)及維修5第五頁，共50頁。第四節(jié)建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾個問題6第六頁，共50頁。第四節(jié)建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾個問題7第七頁，共50頁。第四節(jié)建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾個問題8第八頁，共50頁。第四節(jié)建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾個問題9第九頁，共50頁。第四節(jié)建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾個問題10第十頁，共50頁。第四節(jié)建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾個問題兩者倒塌過后誰的損失更慘重？11第十一頁，共50頁。第四節(jié)建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾個問題二、建筑結(jié)構(gòu)安全等級建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)破壞可能產(chǎn)生的后果（如危及人的生命安全、造成的經(jīng)濟(jì)損失、產(chǎn)生的社會影響等）的嚴(yán)重性，采用不同的安全等級。12第十二頁，共50頁。第四節(jié)建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾個問題同一建筑物內(nèi)的各種結(jié)構(gòu)構(gòu)件宜與整個結(jié)構(gòu)采用相同的安全等級。但是，如果提高某一結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全等級所需額外費用少，又能減輕整個結(jié)構(gòu)的破壞，減少人員傷亡和財物損失，則可將該結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全等級比整個結(jié)構(gòu)的安全等級提高一級；如果某一結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞并不影響整個結(jié)構(gòu)或其他結(jié)構(gòu)構(gòu)件，則可將其安全等級降低一級。13第十三頁，共50頁。第四節(jié)建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾個問題三、結(jié)構(gòu)功能要求和設(shè)計目的1.安全性的要求2.實用性的要求3.耐久性的要求結(jié)構(gòu)應(yīng)能承受在施工和使用均屬正常的情況下可能出現(xiàn)的各種荷載和變形，在偶然事件發(fā)生時及發(fā)生后，結(jié)構(gòu)仍能保持必需的整體穩(wěn)定，不致發(fā)生倒塌。結(jié)構(gòu)在正常使用期間具有良好的工作性能。（不產(chǎn)生變形、裂縫）結(jié)構(gòu)在正常維護(hù)下具有足夠的耐久性能。（不發(fā)生風(fēng)化、脫落、鋼筋銹蝕等）14第十四頁，共50頁。第四節(jié)建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾個問題15第十五頁，共50頁。第四節(jié)建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾個問題四、結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)從安全可靠的角度出發(fā)，可以區(qū)分為有效狀態(tài)和失效狀態(tài)兩類。有效狀態(tài)，是指結(jié)構(gòu)能有效地、安全可靠地工作，得以完成預(yù)定的各項功能。失效狀態(tài)，是指結(jié)構(gòu)失去預(yù)定功能的能力，不能有效地工作，處于失效狀態(tài)。失效，包括因強度不足而喪失承受荷載的能力，或是結(jié)構(gòu)發(fā)生傾覆、滑移、喪失穩(wěn)定等情況，而且包括了結(jié)構(gòu)的變形過大，裂縫過寬不適于繼續(xù)使用。定義：整個結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過某一特定狀態(tài)，就不能滿足設(shè)計規(guī)定的某一功能要求，此特定狀態(tài)就成為該功能的極限狀態(tài)。有效狀態(tài)和失效狀態(tài)的分界，稱為極限狀態(tài)。16第十六頁，共50頁。第四節(jié)建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾個問題五、荷載與作用、承載力、可靠度與可靠性荷載：施加在工程結(jié)構(gòu)上使工程結(jié)構(gòu)或構(gòu)件產(chǎn)生效應(yīng)的各種直接作用稱為荷載。作用：在結(jié)構(gòu)上各種集中力或分布力的集合，或者引起結(jié)構(gòu)外加變形或約束變形的原因，均稱結(jié)構(gòu)上的作用。結(jié)構(gòu)上的荷載，按其隨時間的變化異性和出現(xiàn)的可能性，分為：永久荷載偶然荷載可變荷載17第十七頁，共50頁。第四節(jié)建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾個問題永久荷載也稱恒載，是施加在工程結(jié)構(gòu)上不變的荷載。因為恒載在整個使用期內(nèi)總是持續(xù)地施加在結(jié)構(gòu)上，所以設(shè)計結(jié)構(gòu)時，必須考慮它的長期效應(yīng)。18第十八頁，共50頁。第四節(jié)建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾個問題可變荷載也稱活荷載，是施加在結(jié)構(gòu)上的由人群、物料和交通工具引起的使用或占用荷載和自然產(chǎn)生的自然荷載。①工業(yè)建筑樓面活荷載19第十九頁，共50頁。第四節(jié)建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾個問題②民用建筑樓面荷載20第二十頁，共50頁。第四節(jié)建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾個問題③屋面活荷載21第二十一頁，共50頁。第四節(jié)建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾個問題④屋面積灰荷載22第二十二頁，共50頁。第四節(jié)建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾個問題⑤車輛荷載23第二十三頁，共50頁。第四節(jié)建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾個問題⑥吊車荷載24第二十四頁，共50頁。第四節(jié)建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾個問題⑦風(fēng)荷載25第二十五頁，共50頁。第四節(jié)建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾個問題⑧雪荷載26第二十六頁，共50頁。第四節(jié)建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾個問題⑨裹冰荷載27第二十七頁，共50頁。第四節(jié)建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾個問題⑩波浪荷載28第二十八頁，共50頁。第四節(jié)建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾個問題偶然荷載此類荷載在結(jié)構(gòu)使用期間不一定出現(xiàn)，但一旦出現(xiàn)，其值很大且持續(xù)時間較短。29第二十九頁，共50頁。第四節(jié)建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾個問題

荷載標(biāo)準(zhǔn)值，是結(jié)構(gòu)設(shè)計時采用的荷載基本代表值，也就是在荷載規(guī)范中所列的各項標(biāo)準(zhǔn)荷載。標(biāo)準(zhǔn)荷載在概念上一般是指構(gòu)件或構(gòu)件在正常使用條件下可能出現(xiàn)的最大荷載值，因此它應(yīng)該屬于經(jīng)常出現(xiàn)的荷載值。30第三十頁，共50頁。第四節(jié)建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾個問題承載力，是指構(gòu)件承受能外加荷載的能力。影響承載力大小的主要因素，是構(gòu)件尺寸和材料強度。31第三十一頁，共50頁。第四節(jié)建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾個問題可靠性，是指結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間內(nèi)、在規(guī)定的條件下、完成預(yù)定功能的能力?？煽慷?，是指結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的概率。32第三十二頁，共50頁。第四節(jié)建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾個問題六、規(guī)范對結(jié)構(gòu)設(shè)計的規(guī)定功能要求1.在正常施工和正常使用下，能承受可能出現(xiàn)的各種條件；2.在正常使用時具有良好的工作性能；3.在正常維護(hù)下具有足夠的耐久性能；4.在設(shè)計規(guī)定的偶然事件發(fā)生時及時發(fā)生后，仍然能保持必須的整體穩(wěn)定性。（安全性）（適用性）（安全性）（耐久性）33第三十三頁，共50頁。第四節(jié)建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾個問題（1）破壞

結(jié)構(gòu)或者構(gòu)件截面抵抗作用力的能力不足以承受作用效應(yīng)的現(xiàn)象。

常見的如：拉斷、壓斷、彎折。結(jié)構(gòu)的失效34第三十四頁，共50頁。第四節(jié)建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾個問題（2）失穩(wěn)失穩(wěn)就是穩(wěn)定性失效，也就是受力構(gòu)件喪失保持穩(wěn)定平衡的能力，比如指結(jié)構(gòu)或構(gòu)件長細(xì)比（如構(gòu)件長度和截面邊長之比）過大而在不大的作用力下突然發(fā)生作用力平面外的極大變形而不能保持平衡的現(xiàn)象。柱的壓屈35第三十五頁，共50頁。第四節(jié)建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾個問題（3）發(fā)生影響正常作用的變形是指樓板、梁的過大撓度或過寬裂縫，墻、柱的過大側(cè)移；結(jié)構(gòu)有過大的傾斜過大的沉陷，人在室內(nèi)有搖晃的感覺等。36第三十六頁，共50頁。第四節(jié)建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾個問題（4）傾覆或滑移整個結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分作為剛體失去平衡而傾倒或滑移的現(xiàn)象。37第三十七頁，共50頁。第四節(jié)建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾個問題（5）結(jié)構(gòu)所用材料喪失耐久性。鋼材生銹、混凝土受腐蝕、磚遭凍融、木材被蟲蛀蝕等化學(xué)、物理、生物現(xiàn)象。38第三十八頁，共50頁。第四節(jié)建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾個問題按重要性分甲類建筑乙類建筑丙類建筑丁類建筑醫(yī)療、廣播、通信、交通、供水、供電、供氣、消防、糧食等等。大量的一般工業(yè)與民用建筑。儲存價值低的物品或人員活動少的單層倉庫建筑。重大建筑工程和地震時嚴(yán)重次生災(zāi)害的建筑七、建筑抗震設(shè)防39第三十九頁，共50頁。第四節(jié)建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾個問題1.甲類建筑抗震設(shè)防烈度6~8度時，應(yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度提高一度的要求，當(dāng)為9度時，應(yīng)符合比9度抗震設(shè)防更高的要求。常見的甲類建筑如：1）多層房屋建筑工程小區(qū)；2）單體建筑面積10000平方米以上的房屋建筑；3）總投資達(dá)1個億以上的項目；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、工業(yè)建筑、以及易爆場所。6）其它重要人員密集場所。國家大劇院40第四十頁，共50頁。第四節(jié)建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾個問題2.乙類建筑抗震設(shè)防烈度6~8度時，應(yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防累牘提高一度的要求，當(dāng)為9度時，應(yīng)符合比9度抗震設(shè)防更高的要求。3.丙類建筑常見的一般民用建筑4.丁類建筑抗震設(shè)防烈度可降低一度考慮，但6度時不應(yīng)降低41第四十一頁，共50頁。按抗震設(shè)防目標(biāo)分第一水準(zhǔn)第二水準(zhǔn)第三水準(zhǔn)小震不壞，中震可修，大震不倒(二)抗震設(shè)防目標(biāo)低于本地區(qū)設(shè)防烈度地震，一般不受損壞或不需要修理遭受本地區(qū)設(shè)防烈度地震，經(jīng)一般修理或不需要修理遭受高于本地區(qū)設(shè)防烈度地震，建筑物不倒塌或不危及生命財產(chǎn)破壞第四節(jié)建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾個問題42第四十二頁，共50頁。第四節(jié)建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾個問題抗震設(shè)計時設(shè)計的兩個階段第一階段：按小震作用效應(yīng)和其他荷載效應(yīng)的基本組合驗算結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力、彈性變形。第二階段：彈塑性變形驗算，對特殊要求的建筑和地震時易倒塌的結(jié)構(gòu)，除第一階段的驗算還要按大震作用時進(jìn)行薄弱部位的彈塑性層間變形驗算和采取相應(yīng)的構(gòu)造措施。第一水淮第二水淮？第三水淮？43第四十三頁，共50頁。第四節(jié)建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾個問題八、建筑設(shè)計步驟建筑施工圖設(shè)計建筑設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)計設(shè)備設(shè)計建筑工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計步驟：建筑結(jié)構(gòu)選型結(jié)構(gòu)模型建立結(jié)構(gòu)荷載計算結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算施工圖紙繪制構(gòu)件的截面設(shè)計44第四十四頁，共50頁。第四節(jié)建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾個問題什么是建筑結(jié)構(gòu)？建筑結(jié)構(gòu)是指在建筑物（包括構(gòu)筑物）中，由建筑材料做成用來承受各種荷載或者作用，以起骨架作用的空間受力體系。按受力方向主要有水平和豎向荷載。1.建筑結(jié)構(gòu)選型在建筑設(shè)計中空間組合和建筑造型的主要環(huán)節(jié)是選擇最佳結(jié)構(gòu)方案及結(jié)構(gòu)選型。什么是結(jié)構(gòu)選型？45第四十五頁，共50頁。第四節(jié)建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾個問題2.結(jié)構(gòu)模型的建立（以框架結(jié)構(gòu)為例）①整體結(jié)構(gòu)的簡化

通過整體結(jié)構(gòu)的簡化，化繁為簡。框架多榀中抽取一榀進(jìn)行簡化。②構(gòu)件的簡化梁柱簡在框架結(jié)構(gòu)中可將之化為桿件③節(jié)點的簡化④支座的簡化根據(jù)構(gòu)造與受力將柱與基礎(chǔ)簡化為剛性連接或鉸接。46第四十六頁，共50頁。第四節(jié)建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾個問題3.結(jié)構(gòu)荷載設(shè)計荷載種類恒載活載傳力路線：板次梁主梁柱