《建筑結(jié)構(gòu)課件》課件2

建筑結(jié)構(gòu)建筑結(jié)構(gòu)是建筑工程的基礎(chǔ)，它決定了建筑物的安全性和穩(wěn)定性。課程內(nèi)容介紹基礎(chǔ)知識結(jié)構(gòu)力學(xué)基本定理,靜力學(xué),材料力學(xué),以及結(jié)構(gòu)分析方法結(jié)構(gòu)類型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),鋼結(jié)構(gòu),木結(jié)構(gòu),砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中國建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范,國家標準和相關(guān)技術(shù)規(guī)范實踐應(yīng)用工程案例分析,BIM技術(shù)在結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的基本概念11.結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)體系是指建筑物或構(gòu)筑物的整體承重和傳力方式，例如框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)等。22.結(jié)構(gòu)構(gòu)件結(jié)構(gòu)構(gòu)件是組成結(jié)構(gòu)體系的基本單元，包括梁、柱、板、墻、基礎(chǔ)等。33.荷載荷載是指作用在結(jié)構(gòu)物上的各種外力，包括恒荷載、活荷載、風(fēng)荷載、地震荷載等。44.結(jié)構(gòu)分析結(jié)構(gòu)分析是指對結(jié)構(gòu)物在荷載作用下的力學(xué)行為進行研究，例如計算內(nèi)力、變形、穩(wěn)定性等。結(jié)構(gòu)荷載和載荷風(fēng)荷載風(fēng)力對建筑物施加的壓力，影響建筑物的穩(wěn)定性和安全性，需要進行風(fēng)荷載計算。雪荷載積雪對屋頂和外墻施加的壓力，需要考慮雪荷載的分布和強度，進行抗雪設(shè)計。地震荷載地震產(chǎn)生的水平和垂直加速度，對建筑物造成沖擊，需要進行抗震設(shè)計，確保建筑物的安全性。活荷載人、家具等可移動的物體產(chǎn)生的荷載，需要考慮活荷載的分布和大小，進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。材料性能和力學(xué)性質(zhì)強度材料抵抗外部荷載的能力，如抗拉強度、抗壓強度和抗剪強度。剛度材料抵抗變形的能力，如彈性模量和剪切模量。塑性材料在斷裂前發(fā)生較大形變的能力，如屈服強度和延伸率。韌性材料吸收能量的能力，如沖擊韌性和斷裂韌性。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代建筑中最常見的結(jié)構(gòu)形式之一。它結(jié)合了混凝土的抗壓能力和鋼筋的抗拉能力，形成一個堅固而耐用的結(jié)構(gòu)體系。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有高強度、耐久性、可塑性和防火性等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于各種建筑工程，如住宅、商業(yè)建筑、橋梁、隧道等。鋼結(jié)構(gòu)高強度和耐久性鋼材具有高強度和耐久性，可以用于建造跨度大、負荷重的結(jié)構(gòu)。輕量化設(shè)計鋼材的重量輕，便于運輸和安裝，可以有效降低建筑物的基礎(chǔ)成本。靈活的設(shè)計鋼材可以彎曲、焊接和切割，使其成為各種建筑結(jié)構(gòu)的理想材料?？拐鹦阅茕摻Y(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能，可以有效抵抗地震和其他自然災(zāi)害。木結(jié)構(gòu)木結(jié)構(gòu)建筑以木材作為主要承重構(gòu)件，具有輕質(zhì)、高強度、可再生等特點。木結(jié)構(gòu)在建筑中應(yīng)用廣泛，包括住宅、商業(yè)建筑、公共建筑等。砌體結(jié)構(gòu)砌體結(jié)構(gòu)是建筑結(jié)構(gòu)中常見的一種結(jié)構(gòu)形式，使用磚、石、混凝土等材料砌筑而成。常見的砌體結(jié)構(gòu)有磚墻、石墻、砌塊墻等。砌體結(jié)構(gòu)具有成本低、施工方便、隔熱保溫性能優(yōu)良等優(yōu)點。砌體結(jié)構(gòu)在房屋建筑、工業(yè)廠房、公共設(shè)施等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。但由于砌體材料的強度和抗震性能有限，需要在設(shè)計和施工中采取有效的措施來保證砌體結(jié)構(gòu)的安全性。地基與基礎(chǔ)11.地基的概念地基是建筑物直接接觸的土層，為建筑物提供穩(wěn)定的基礎(chǔ)。22.基礎(chǔ)類型基礎(chǔ)類型包括淺基礎(chǔ)和深基礎(chǔ)，根據(jù)土質(zhì)、荷載等因素選擇合適的類型。33.基礎(chǔ)設(shè)計基礎(chǔ)設(shè)計需考慮承載力、沉降、穩(wěn)定性、防滲漏等方面，確保建筑物安全可靠。44.基礎(chǔ)施工基礎(chǔ)施工應(yīng)嚴格按照設(shè)計圖紙進行，保證質(zhì)量和安全。結(jié)構(gòu)力學(xué)基本定理平衡定理靜止物體不受外力作用，保持靜止?fàn)顟B(tài)。力的合成與分解多個力的共同作用可以用一個等效力來代替。力矩定理力矩是力對轉(zhuǎn)動點的作用效果，力的作用大小和方向都會影響力矩。虛功原理平衡的剛體在虛位移下，所有外力所作的虛功之和為零。平衡與受力分析靜力平衡靜力平衡是結(jié)構(gòu)設(shè)計中的基本原則。結(jié)構(gòu)必須在靜止?fàn)顟B(tài)下保持穩(wěn)定。力學(xué)模型構(gòu)建結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型，將結(jié)構(gòu)簡化為理想化的幾何形狀和材料屬性。受力分析確定結(jié)構(gòu)各部分所承受的外部和內(nèi)部力的大小和方向，例如，重力、風(fēng)力、地震力等。力平衡方程根據(jù)牛頓定律，建立結(jié)構(gòu)的受力平衡方程，求解結(jié)構(gòu)的內(nèi)力。應(yīng)力與應(yīng)變應(yīng)力應(yīng)力是指作用在物體橫截面積上的外力，它衡量了物體內(nèi)部抵抗變形的能力。應(yīng)變應(yīng)變是指物體在受到外力作用后發(fā)生的形變，它反映了物體在載荷作用下的形變程度。應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系是材料力學(xué)的基礎(chǔ)，它描述了材料在受力狀態(tài)下的力學(xué)性質(zhì)。撓度和變形撓度結(jié)構(gòu)在荷載作用下發(fā)生的位移，反映結(jié)構(gòu)的剛度。撓度過大可能影響結(jié)構(gòu)使用功能，甚至導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。變形結(jié)構(gòu)內(nèi)部發(fā)生的形變，反映結(jié)構(gòu)的強度和剛度。變形過大可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效，影響結(jié)構(gòu)的使用壽命。彎曲構(gòu)件的設(shè)計1荷載計算首先要確定彎曲構(gòu)件所承受的荷載大小和分布情況，并根據(jù)規(guī)范進行荷載組合。2截面選擇根據(jù)荷載計算結(jié)果，選擇合適的截面尺寸和形狀，以滿足強度、剛度和穩(wěn)定性的要求。3配筋設(shè)計根據(jù)截面尺寸和荷載計算結(jié)果，確定彎曲構(gòu)件的鋼筋配筋方式，以滿足強度、剛度和抗裂性能的要求。4驗算最后要對設(shè)計結(jié)果進行驗算，確保滿足設(shè)計規(guī)范和工程要求。軸壓構(gòu)件的設(shè)計1強度設(shè)計保證構(gòu)件在荷載作用下不發(fā)生破壞2穩(wěn)定性設(shè)計保證構(gòu)件在荷載作用下不發(fā)生失穩(wěn)3變形設(shè)計控制構(gòu)件的變形在允許范圍內(nèi)4耐久性設(shè)計保證構(gòu)件的使用壽命軸壓構(gòu)件設(shè)計是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。它需要綜合考慮材料性能、荷載條件、結(jié)構(gòu)形式等因素，確保構(gòu)件的安全性、穩(wěn)定性和耐久性?？辜魳?gòu)件的設(shè)計1荷載分析確定抗剪構(gòu)件所承受的剪力2材料選擇選擇合適的材料以滿足強度和抗剪性能需求3截面設(shè)計確定抗剪構(gòu)件的形狀和尺寸4配筋設(shè)計確定抗剪鋼筋的類型和數(shù)量抗剪構(gòu)件是抵抗剪力的重要結(jié)構(gòu)構(gòu)件。在設(shè)計過程中，需要考慮荷載、材料性能和截面形狀等因素。通過合理的材料選擇和配筋設(shè)計，可以確保抗剪構(gòu)件的強度和抗剪性能符合要求。節(jié)點與連接結(jié)構(gòu)的紐帶節(jié)點是建筑結(jié)構(gòu)中不同構(gòu)件交匯的地方，連接將這些構(gòu)件牢固地連接在一起。力傳遞的關(guān)鍵連接確保荷載能夠有效傳遞，防止結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，保證建筑物的安全性和穩(wěn)定性。多種類型常用的連接方式包括焊接、螺栓連接、鉚接以及榫卯連接等，需要根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)類型和荷載要求選擇合適的連接方式。施工重要環(huán)節(jié)節(jié)點和連接的施工質(zhì)量直接影響整個結(jié)構(gòu)的安全性，必須嚴格按照規(guī)范要求進行施工。地震作用分析地震荷載地震是自然災(zāi)害之一，對建筑結(jié)構(gòu)造成嚴重破壞。地震荷載是指地震作用下建筑結(jié)構(gòu)所承受的力。地震反應(yīng)譜地震反應(yīng)譜描述地震荷載隨頻率變化的特性，用于分析結(jié)構(gòu)在地震作用下的動力響應(yīng)。時程分析時程分析是地震作用分析的重要方法，使用時間歷程記錄地震作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)。地震波地震波是指地震發(fā)生時產(chǎn)生的彈性波，分為縱波、橫波和面波。地震波記錄儀記錄地震波形?？拐鹪O(shè)計11.結(jié)構(gòu)抗震性能確保建筑物在發(fā)生地震時能夠抵抗地震力的作用。22.抗震措施結(jié)構(gòu)加固、隔震、消能減震等手段以提高建筑物的抗震能力。33.抗震規(guī)范按照相關(guān)規(guī)范進行抗震設(shè)計和施工，保證建筑物的安全。44.抗震設(shè)計目標確保建筑物在發(fā)生地震時能夠保護生命安全，減少財產(chǎn)損失。結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性是指結(jié)構(gòu)在荷載作用下保持平衡的能力，即結(jié)構(gòu)不會發(fā)生傾覆、失穩(wěn)或局部屈曲。結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析是結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要環(huán)節(jié)，確保結(jié)構(gòu)能夠安全可靠地承受各種荷載，并保持其幾何形狀的完整性。穩(wěn)定性分析方法包括：臨界荷載法平衡方程法能量法有限元法結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計可靠性指標設(shè)計可靠度指標定義了結(jié)構(gòu)在規(guī)定的使用期限內(nèi)滿足功能要求的概率，它通過考慮荷載效應(yīng)、材料強度和結(jié)構(gòu)抗力等因素來評估結(jié)構(gòu)的安全性。概率方法可靠性分析采用概率方法，通過分析結(jié)構(gòu)失效概率來評估結(jié)構(gòu)的可靠性水平。這種方法考慮了荷載和材料強度的不確定性，從而更全面地評估結(jié)構(gòu)的安全性。目標可靠度每個結(jié)構(gòu)類型都有相應(yīng)的目標可靠度指標，需要根據(jù)結(jié)構(gòu)的重要性、使用環(huán)境、荷載條件等因素來確定?？煽慷仍O(shè)計可靠度設(shè)計基于概率方法，通過調(diào)整結(jié)構(gòu)的設(shè)計參數(shù)，例如截面尺寸、配筋率等，來達到目標可靠度水平，確保結(jié)構(gòu)在使用過程中能夠安全可靠地運行。BIM在建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用BIM(BuildingInformationModeling，建筑信息模型)是一種數(shù)字化技術(shù)，能夠創(chuàng)建和管理建筑項目的信息模型。BIM在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計、分析、施工和管理方面發(fā)揮著重要作用，提高效率和效益。數(shù)值分析方法有限元分析將結(jié)構(gòu)離散為有限個單元，求解節(jié)點上的未知量。邊界元法只對結(jié)構(gòu)邊界進行離散，降低了計算量。數(shù)值積分近似計算復(fù)雜函數(shù)的積分，例如梯形法則和辛普森法則。結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)11.監(jiān)測數(shù)據(jù)采集使用傳感器采集結(jié)構(gòu)的各種信息，例如應(yīng)力、應(yīng)變、位移和振動。22.數(shù)據(jù)處理與分析對采集到的數(shù)據(jù)進行處理和分析，識別結(jié)構(gòu)的異常變化和潛在風(fēng)險。33.結(jié)構(gòu)健康評估根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)評估結(jié)構(gòu)的健康狀況，判斷是否需要采取措施進行維護或加固。44.預(yù)警與預(yù)測建立預(yù)警機制，在結(jié)構(gòu)出現(xiàn)問題之前及時發(fā)現(xiàn)并采取措施，防止事故發(fā)生。結(jié)構(gòu)耐久性與加固耐久性結(jié)構(gòu)耐久性是指結(jié)構(gòu)在使用壽命內(nèi)抵抗各種不利因素的能力，例如腐蝕、疲勞、火災(zāi)和地震。耐久性設(shè)計需要選擇合適的材料和結(jié)構(gòu)形式，并采取有效的防腐、防火和抗震措施。加固加固是指在結(jié)構(gòu)使用過程中，對其進行增強或修復(fù)，以提高其承載能力、耐久性和安全性能。加固方法包括結(jié)構(gòu)補強、加固材料、更換構(gòu)件等。工程案例分析通過實際工程案例，深入分析結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工、維護等方面的經(jīng)驗教訓(xùn)，展示結(jié)構(gòu)設(shè)計的創(chuàng)新應(yīng)用和技術(shù)發(fā)展。例如，分析高層建筑、橋梁、隧道、水利工程等復(fù)雜結(jié)構(gòu)的設(shè)計理念、施工工藝、安全評估等，提升對實際工程問題的理解和解決能力。國內(nèi)外結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范規(guī)范分類主要包含國家標準、行業(yè)標準、地方標準等。規(guī)范內(nèi)容荷載規(guī)范材料規(guī)范設(shè)計規(guī)范最新修訂最新修訂的規(guī)范，例如抗震設(shè)計規(guī)范、高層建筑設(shè)計規(guī)范。國際規(guī)范例如美國規(guī)范（ACI）、歐洲規(guī)范（Eurocode）等?？偨Y(jié)與展望未來趨勢