《建筑結構設計方法》課件

建筑結構設計方法建筑結構設計方法涉及結構體系、材料選擇、荷載計算、力學分析、節(jié)點設計等方面。設計需要滿足安全性、經濟性、適用性、美觀性等要求，同時還要考慮可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護。課程大綱11.緒論介紹建筑結構設計的重要性，以及建筑結構設計的基本原則。22.結構荷載分析學習不同類型荷載的特點，如永久荷載、變荷載和特殊作用荷載。33.建筑結構類型深入了解框架結構、剪力墻結構、筒體結構和斜拉結構等常見建筑結構類型。44.結構材料性能研究鋼材、混凝土和木材等常見建筑材料的性能特點，以及對建筑結構的影響。55.結構力學分析學習靜力學分析、動力學分析和穩(wěn)定性分析等結構力學分析方法。66.結構設計方法掌握極限狀態(tài)設計、承載能力設計和變形控制設計等常用的結構設計方法。77.結構抗震設計重點講解地震動特性、抗震設計理論和抗震構造措施，確保建筑結構在地震發(fā)生時具有足夠的抵抗能力。緒論本課程介紹建筑結構設計的基本概念、方法和應用，涵蓋結構荷載分析、結構類型、材料性能、結構力學分析、設計方法、抗震設計等方面。學習本課程，有助于學生掌握建筑結構設計的理論基礎和實踐技能，為未來從事建筑設計或相關領域工作奠定基礎。1.1建筑結構設計的重要性安全與穩(wěn)定建筑結構設計保證建筑物安全穩(wěn)定，抵御各種荷載和環(huán)境因素的影響，確保人員安全。合理的設計能提高建筑物的使用壽命，減少維護成本，提高建筑物的經濟效益。美觀與功能建筑結構設計不僅要滿足安全和功能要求，還要與建筑物的整體設計相協(xié)調，創(chuàng)造美觀和舒適的空間。結構設計需要與建筑功能相匹配，滿足各種使用需求，例如承載能力、空間布局、采光通風等。1.2建筑結構設計的基本原則安全可靠結構應具有足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性，保證建筑物的安全使用。經濟合理在滿足安全可靠的前提下，應盡量降低建造成本，合理利用材料和資源?？沙掷m(xù)發(fā)展考慮建筑物對環(huán)境的影響，盡量采用環(huán)保材料和節(jié)能技術，減少建筑物的碳排放。美觀協(xié)調結構形式應與建筑物的整體風格協(xié)調一致，并具有良好的外觀。2.結構荷載分析結構荷載分析是建筑結構設計的重要環(huán)節(jié)，是確定結構受力狀態(tài)的關鍵步驟。荷載分析需要根據(jù)建筑物用途、地理位置、氣候條件等因素進行綜合考慮，以確保結構安全可靠。2.1永久荷載定義永久荷載是指在建筑物使用壽命內持續(xù)作用于結構的荷載，不會發(fā)生改變，例如建筑物的自重。分類永久荷載可以分為結構自重荷載、永久性設備荷載和固定裝修荷載。計算計算永久荷載需要考慮建筑材料的密度和體積，并根據(jù)建筑結構的具體情況進行計算。影響永久荷載是結構設計中最重要的荷載之一，它直接影響著結構的安全性。2.2變荷載交通荷載車輛、行人、交通工具等產生的荷載，大小和位置變化較大。起重機荷載起重機等機械設備工作時產生的荷載，具有很大的集中性和沖擊性。人群荷載大型集會、體育比賽等活動時人群產生的荷載，需要根據(jù)人群密度進行計算。積雪荷載冬季積雪對屋頂產生的荷載，需要根據(jù)當?shù)貧夂驐l件和建筑類型進行計算。2.3特殊作用荷載風荷載建筑物表面風壓變化，影響結構穩(wěn)定性。雪荷載積雪重量增加結構負荷，對屋頂和外墻造成影響。地震荷載地震發(fā)生時，地面振動產生的加速度，對結構產生沖擊力。吊車荷載吊車運行產生的荷載，對樓板和柱子造成影響。3.建筑結構類型建筑結構類型決定了建筑物的承重方式和整體性能。選擇合適的結構類型是建筑結構設計的重要環(huán)節(jié)。3.1框架結構框架結構概述框架結構是由梁柱體系組成的建筑結構系統(tǒng)，主要依靠梁柱的剛度來抵抗荷載，承載能力強。優(yōu)點施工便捷空間靈活造價相對較低應用場景框架結構廣泛應用于各種建筑，包括住宅、商業(yè)建筑、工業(yè)廠房等。設計要點框架結構的設計需要考慮梁柱的截面尺寸、材料強度、節(jié)點連接方式等因素。3.2剪力墻結構墻體抵抗側向力剪力墻結構利用墻體抵抗側向力，如風荷載和地震荷載。墻體通常由鋼筋混凝土制成，可以承受剪切力，彎曲力以及軸向力。提高建筑物抗震性剪力墻結構在抗震設計中起到重要作用。通過增加墻體厚度和鋼筋含量，可以增強建筑物的抗震能力，提高安全性。3.3筒體結構11.堅固耐用筒體結構通常采用高強度混凝土或鋼筋混凝土建造，具有很高的抗壓強度和抗剪強度，能夠承受更大的荷載。22.抗風性能強筒體結構的形狀有利于抵抗風力的作用，不易發(fā)生搖晃或倒塌，特別適用于高層建筑。33.空間利用率高筒體結構的內部空間相對平整，沒有復雜的柱子和梁，可以最大限度地利用空間。44.施工效率高筒體結構的施工相對簡單，可以采用預制構件，加快施工速度，減少施工成本。3.4斜拉結構輕盈優(yōu)雅斜拉橋以其輕盈優(yōu)雅的姿態(tài)聞名，成為許多城市的地標性建筑。結構特點斜拉結構利用斜向的鋼索將橋面懸掛于高聳的塔柱上，具有高強度、大跨度的特點。建造技術斜拉橋的建造過程復雜，需要先進的工程技術和精密的施工工藝。4.結構材料性能結構材料的性能對建筑結構的安全性、耐久性和經濟性至關重要。不同的結構材料具有不同的物理和力學性能，例如強度、剛度、延展性、耐久性和成本等。4.1鋼材性能強度鋼材具有高強度，能承受較大負荷。鋼材的屈服強度和抗拉強度是衡量其強度性能的關鍵指標。韌性鋼材具有良好的韌性，可以承受較大的變形而不發(fā)生斷裂。韌性是鋼材抵抗沖擊和振動的能力。塑性鋼材的塑性是指在斷裂前能夠發(fā)生較大永久變形的性能，塑性良好的鋼材在塑性變形過程中可以吸收較多的能量?？杉庸ば凿摬木哂辛己玫目杉庸ば裕梢赃M行切割、彎曲、焊接等加工。鋼材的加工性能使其能夠滿足各種建筑結構的設計要求。4.2混凝土性能抗壓強度混凝土作為一種典型的脆性材料，抗壓能力強，抗拉能力弱。耐久性混凝土的耐久性取決于其組成成分、施工工藝和環(huán)境因素。可塑性混凝土在初期具有可塑性，易于澆筑成各種形狀。防火性能混凝土具有良好的防火性能，在高溫下不會輕易燃燒。4.3木材性能木材的物理性能木材的物理性能，如密度、強度、硬度和彈性模量，決定了其作為建筑材料的適用性。木材的強度是指其承受外力的能力，而硬度則是指其抵抗壓力的能力。木材的力學性能木材的力學性能包括抗壓強度、抗拉強度、抗彎強度和抗剪強度等。這些性能指標決定了木材在結構設計中的應用范圍和承載能力。木材的耐久性木材的耐久性是指其抵抗腐爛、蟲害和火災的能力。木材的耐久性取決于樹種、木材的處理方式和使用環(huán)境。5.結構力學分析結構力學是建筑結構設計的基礎。它研究結構在各種荷載作用下的力學行為，包括應力、應變、位移和穩(wěn)定性。5.1靜力學分析基本概念靜力學分析主要研究靜止狀態(tài)下的結構受力情況，分析結構的平衡狀態(tài)以及各部分的內力。受力分析通過分析結構的荷載、約束和支撐，確定結構內部的應力、應變和位移。計算方法采用力學原理和數(shù)學模型，利用靜力學公式和理論，計算結構的內力、位移和穩(wěn)定性。應用領域靜力學分析廣泛應用于建筑結構設計、橋梁設計、土木工程等領域，為結構安全和耐久性提供重要依據(jù)。5.2動力學分析11.結構振動結構振動是指建筑結構在動態(tài)荷載作用下產生的運動現(xiàn)象，例如地震、風荷載、機器振動等。22.結構響應分析結構在動態(tài)荷載作用下的振動響應，包括振幅、頻率、位移和加速度等。33.結構抗震設計動力學分析是建筑結構抗震設計的關鍵步驟，確保結構在發(fā)生地震時能夠保持穩(wěn)定。44.結構動力特性分析結構的固有頻率、阻尼比、模態(tài)振型等動力特性，為抗震設計提供依據(jù)。5.3穩(wěn)定性分析結構穩(wěn)定性穩(wěn)定性分析是建筑結構設計的重要部分，它評估結構在各種荷載作用下保持穩(wěn)定和平衡的能力。結構穩(wěn)定性影響因素結構的幾何形狀、材料特性、支撐條件以及荷載類型都會影響結構的穩(wěn)定性。6.結構設計方法結構設計方法是確保建筑結構安全、可靠、經濟、美觀、可持續(xù)的理論基礎，并結合建筑設計理念、工程實踐經驗、建筑材料性能、施工技術等因素，綜合考量而成。6.1極限狀態(tài)設計安全性極限狀態(tài)設計考慮結構失效的可能性，確保結構在正常使用和意外情況下安全可靠。適用性適用于各種結構類型，包括房屋、橋梁、高層建筑等，提供全面的設計方法?？煽啃詷O限狀態(tài)設計通過考慮各種因素，例如材料強度、荷載變化，提高結構的可靠性。6.2承載能力設計強度設計承載能力設計確保結構能夠安全抵抗預期荷載，防止結構破壞。穩(wěn)定性設計評估結構抵抗失穩(wěn)的能力，如側向彎曲或整體傾覆。疲勞設計考慮結構在反復荷載作用下的耐久性，防止疲勞破壞。變形控制設計控制結構在荷載作用下的變形，滿足使用功能和舒適性要求。6.3變形控制設計11.限制結構變形控制結構在荷載作用下的變形，防止過大的變形影響使用功能。22.保證使用功能例如，房屋的樓板變形過大，會影響居住舒適度。33.考慮耐久性結構變形過大，會導致結構疲勞，縮短使用壽命。44.滿足美觀要求對于一些需要美觀的建筑，變形控制也很重要，防止影響外觀。7.結構抗震設計抗震設計對于建筑結構的安全性至關重要。它涉及一系列措施，旨在減輕地震對建筑物的影響，確保結構在強震發(fā)生時能夠保持穩(wěn)定。7.1地震動特性地震波形地震動包含多種波形，如縱波、橫波和面波，影響著結構的動力響應。烈度與強度地震烈度反映地面震動強度，影響結構破壞程度，由地震震級和震源距離決定。頻率特性不同頻率的地震動對結構產生不同的響應，需要考慮結構的自振頻率進行抗震設計。方向性地震動方向影響結構的響應，需要考慮多方向地震作用。7.2抗震設計理論基礎隔震通過在基礎和上部結構之間設置隔震層，減少地震力的傳遞。調諧