《結(jié)構(gòu)方案設計》課件

結(jié)構(gòu)方案設計課程大綱1結(jié)構(gòu)設計概述包括結(jié)構(gòu)設計的作用、任務、基本原則和流程。2荷載及其分類講解永久荷載、變荷載和特殊荷載的定義和分類。3結(jié)構(gòu)受力分析介紹靜力學基本原理、結(jié)構(gòu)受力分析方法和受力計算。4材料性能分析常用建筑材料特性，以及材料強度設計方法。5結(jié)構(gòu)設計規(guī)范闡述國家標準和行業(yè)標準，并解讀常用設計規(guī)范。6結(jié)構(gòu)體系選擇講解結(jié)構(gòu)體系選擇的影響因素和原則，以及常見體系介紹。7構(gòu)件設計介紹梁、柱、基礎(chǔ)和連接件的設計方法。8結(jié)構(gòu)安全性評估介紹極限狀態(tài)設計和結(jié)構(gòu)可靠性分析方法。9案例分析分享典型結(jié)構(gòu)設計實例，總結(jié)結(jié)構(gòu)設計要點。結(jié)構(gòu)設計概述結(jié)構(gòu)設計是建筑設計的重要組成部分，它決定了建筑物的安全性和穩(wěn)定性。結(jié)構(gòu)設計需要考慮建筑物的荷載、材料性能、結(jié)構(gòu)形式、施工方法等因素，并進行合理的計算和分析，確保建筑物的安全可靠。1.1結(jié)構(gòu)設計的作用和任務保障安全結(jié)構(gòu)設計確保建筑物能夠安全地承載所有荷載，防止坍塌或其他結(jié)構(gòu)性故障。滿足功能結(jié)構(gòu)設計要滿足建筑物的使用功能需求，例如空間布局、承重能力、抗震性能等。經(jīng)濟合理結(jié)構(gòu)設計需要在滿足安全性和功能性的前提下，盡可能地降低造價，提高經(jīng)濟效益。1.2結(jié)構(gòu)設計的基本原則安全可靠結(jié)構(gòu)必須能夠安全地承受各種荷載和環(huán)境因素。經(jīng)濟合理結(jié)構(gòu)設計要盡可能地節(jié)約材料和施工成本。施工方便結(jié)構(gòu)方案應該便于施工，減少施工難度和時間。美觀實用結(jié)構(gòu)設計要兼顧美觀和實用性，符合建筑物的整體設計理念。1.3結(jié)構(gòu)設計的流程1需求分析根據(jù)建筑設計和使用要求，確定結(jié)構(gòu)形式、荷載情況和設計要求。2方案設計進行結(jié)構(gòu)體系、材料選擇和初步計算，提出幾種結(jié)構(gòu)方案。3方案比較與優(yōu)化對不同方案進行比較，選擇最佳方案并進行優(yōu)化設計。4施工圖設計繪制詳細的結(jié)構(gòu)施工圖紙，提供結(jié)構(gòu)尺寸、材料、節(jié)點和構(gòu)造等信息。5結(jié)構(gòu)驗算對結(jié)構(gòu)進行安全性和耐久性驗算，確保結(jié)構(gòu)滿足設計要求。荷載及其分類永久荷載建筑物自身重量，如墻體、樓板、屋頂?shù)?。變荷載隨時間變化的荷載，如人員、家具、雪、風等。2.1永久荷載建筑結(jié)構(gòu)房屋、橋梁、道路等建筑物的自重。設備和管道固定在建筑物上的設備、管道、裝飾等。其他固定荷載屋頂花園、水池、裝飾物等。2.2變荷載定義隨時間變化的荷載，如風荷載、雪荷載、地震荷載、溫度荷載、人群荷載等。分類可分為活荷載和偶然荷載。活荷載是指在使用過程中經(jīng)常變化的荷載，如車輛荷載、人流荷載等。偶然荷載是指在使用過程中偶然出現(xiàn)的荷載，如地震荷載、爆炸荷載等。計算變荷載的計算需要根據(jù)荷載的類型、作用時間、作用位置等因素進行，并考慮荷載的組合。2.3特殊荷載地震荷載地震時產(chǎn)生的水平力和垂直力，對建筑物結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。風荷載風力作用在建筑物表面產(chǎn)生的力，對高層建筑和橋梁結(jié)構(gòu)尤為重要。雪荷載積雪重量產(chǎn)生的荷載，對屋頂結(jié)構(gòu)影響較大，尤其在寒冷地區(qū)。溫度荷載溫度變化引起的材料膨脹和收縮產(chǎn)生的力，對混凝土結(jié)構(gòu)有一定影響。3.結(jié)構(gòu)受力分析結(jié)構(gòu)受力分析方法結(jié)構(gòu)受力分析方法是將結(jié)構(gòu)分解為不同的單元，并分析每個單元的受力情況，最終得到整個結(jié)構(gòu)的受力情況。結(jié)構(gòu)受力計算結(jié)構(gòu)受力計算是根據(jù)結(jié)構(gòu)受力分析的結(jié)果，計算出結(jié)構(gòu)的內(nèi)力，并根據(jù)內(nèi)力設計結(jié)構(gòu)的尺寸和材料。3.1靜力學基本原理1平衡靜力學研究的是處于平衡狀態(tài)的物體。平衡意味著物體沒有加速度，即物體保持靜止或勻速直線運動。2牛頓定律靜力學的基本原理基于牛頓運動定律，包括牛頓第一定律（慣性定律）、牛頓第二定律（加速度定律）和牛頓第三定律（作用力與反作用力定律）。3力的分解與合成力的分解和合成是靜力學中的重要工具，用于分析物體受力情況。3.2結(jié)構(gòu)受力分析方法桁架法適用于將結(jié)構(gòu)分解成多個三角形單元的結(jié)構(gòu)，如屋架和橋梁。有限元法一種強大的方法，可用于分析復雜形狀和材料的結(jié)構(gòu)，并能精確地預測受力情況。力學分析法基于經(jīng)典力學原理，適用于簡單結(jié)構(gòu)的受力分析，如梁、柱和板。3.3結(jié)構(gòu)受力計算1荷載組合根據(jù)荷載性質(zhì)和作用時間進行組合2內(nèi)力計算求解結(jié)構(gòu)內(nèi)部的力，如彎矩、剪力3應力分析計算構(gòu)件截面上的應力大小和分布材料性能建筑材料是結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，其性能直接影響結(jié)構(gòu)的強度、耐久性、安全性等。強度材料抵抗破壞的能力，例如混凝土的抗壓強度、鋼材的抗拉強度。耐久性材料抵抗外界環(huán)境因素（如水、凍融、化學侵蝕等）的能力。彈性材料在受力后發(fā)生形變的能力，例如鋼材的彈性模量。4.1常用建筑材料特性混凝土的強度高，耐久性好，價格相對便宜，廣泛應用于建筑結(jié)構(gòu)。鋼材具有高強度、韌性好、塑性好等優(yōu)點，常用于鋼結(jié)構(gòu)建筑。木材質(zhì)輕，加工方便，保溫性能好，常用于房屋的結(jié)構(gòu)和裝飾。4.2材料強度設計材料強度等級根據(jù)材料的抗壓強度、抗拉強度等指標劃分材料強度等級，如混凝土強度等級、鋼材強度等級等。安全系數(shù)設計時要考慮材料性能的波動性，引入安全系數(shù)，以保證結(jié)構(gòu)的安全可靠性。材料強度檢驗對材料進行強度檢驗，確保其符合設計要求，并根據(jù)檢驗結(jié)果進行調(diào)整。5.結(jié)構(gòu)設計規(guī)范結(jié)構(gòu)設計規(guī)范是建筑結(jié)構(gòu)安全和可靠性的基礎(chǔ)，為結(jié)構(gòu)設計提供統(tǒng)一的標準和要求。國家標準GB50010-2010《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》行業(yè)標準JGJ3-2010《建筑結(jié)構(gòu)設計統(tǒng)一標準》5.1國家標準與行業(yè)標準國家標準國家標準是國家制定的強制性標準，對建筑工程的安全、質(zhì)量、性能、方法等方面進行規(guī)范。行業(yè)標準行業(yè)標準是由行業(yè)主管部門制定的標準，主要針對特定行業(yè)的特點進行規(guī)范，補充和細化國家標準的內(nèi)容。5.2常用設計規(guī)范解讀結(jié)構(gòu)設計規(guī)范是工程建設的法律依據(jù)，也是工程安全和質(zhì)量保證的關(guān)鍵。常見的結(jié)構(gòu)設計規(guī)范包括《建筑結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》GB50017、《鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》GB50017等。規(guī)范內(nèi)容涵蓋了荷載、材料、結(jié)構(gòu)體系、構(gòu)件設計、安全性評估等方面。結(jié)構(gòu)體系選擇影響因素建筑功能、場地條件、經(jīng)濟成本、施工技術(shù)、材料性能等因素都會影響結(jié)構(gòu)體系的選擇選擇原則安全性、經(jīng)濟性、可施工性、美觀性、耐久性等原則需要綜合考慮影響因素與選擇原則1建筑功能建筑用途、使用性質(zhì)對結(jié)構(gòu)體系選擇有直接影響。2建筑規(guī)模建筑高度、層數(shù)、跨度等決定了結(jié)構(gòu)的復雜程度和受力特點。3場地條件地質(zhì)情況、地下水位、地震烈度等因素會影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和抗震能力。4經(jīng)濟因素造價、施工難度、材料供應等經(jīng)濟因素也需要考慮。常見結(jié)構(gòu)體系介紹框架結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)由梁、柱、樓板組成，具有良好的抗震性能和空間適應性。剪力墻結(jié)構(gòu)剪力墻結(jié)構(gòu)通過設置抗剪能力強的墻體，能夠有效抵抗水平荷載，適用于高層建筑。組合結(jié)構(gòu)組合結(jié)構(gòu)將框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)結(jié)合，綜合了兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，廣泛應用于各種建筑。構(gòu)件設計構(gòu)件設計是結(jié)構(gòu)方案設計的重要環(huán)節(jié)，涉及梁、柱、基礎(chǔ)、連接件等關(guān)鍵部位的設計。梁梁是承受橫向荷載的主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件。柱柱是支撐上部結(jié)構(gòu)的垂直構(gòu)件?；A(chǔ)基礎(chǔ)將上部結(jié)構(gòu)的荷載傳遞到地基。連接件連接件用于連接不同結(jié)構(gòu)構(gòu)件。7.1梁、柱設計梁的設計梁的設計需要考慮荷載、跨度、材料強度等因素，并進行強度、剛度、穩(wěn)定性等方面的計算。柱的設計柱的設計需要考慮荷載、高度、截面形狀等因素，并進行強度、剛度、穩(wěn)定性等方面的計算。7.2基礎(chǔ)設計地基類型根據(jù)地質(zhì)條件和荷載情況，選擇合適的地基類型，如淺基礎(chǔ)、深基礎(chǔ)等?；A(chǔ)尺寸確定基礎(chǔ)的寬度、長度和深度，以滿足承載力和穩(wěn)定性要求?；A(chǔ)材料選擇合適的材料，如混凝土、鋼筋混凝土等，并考慮耐久性和防腐性能?；A(chǔ)施工進行基礎(chǔ)的開挖、澆筑、養(yǎng)護等施工環(huán)節(jié)，確保質(zhì)量和安全。連接件設計連接方式焊接、螺栓連接、鉚接等連接強度連接件的強度要滿足結(jié)構(gòu)安全要求連接剛度連接件的剛度要滿足結(jié)構(gòu)整體剛度要求結(jié)構(gòu)安全性評估結(jié)構(gòu)安全性評估是建筑設計的重要環(huán)節(jié)，確保結(jié)構(gòu)在各種荷載和環(huán)境條件下能夠安全可靠地運行。極限狀態(tài)設計根據(jù)荷載和材料強度等因素，計算結(jié)構(gòu)的極限承載能力，確保結(jié)構(gòu)在極限狀態(tài)下不發(fā)生破壞。結(jié)構(gòu)可靠性分析通過概率統(tǒng)計方法評估結(jié)構(gòu)在設計使用年限內(nèi)發(fā)生的失效概率，確保結(jié)構(gòu)的安全可靠性。8.1極限狀態(tài)設計承載能力極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)在正常使用情況下，可能因荷載過大而出現(xiàn)破壞或嚴重變形，無法正常使用?？箖A覆極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)在風荷載、地震荷載等作用下，可能失去平衡而發(fā)生傾覆。地基基礎(chǔ)極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)在地基基礎(chǔ)的承載力不足或發(fā)生不均勻沉降時，可能出現(xiàn)破壞或嚴重變形。8.2結(jié)構(gòu)可靠性分析概率論分析結(jié)構(gòu)在各種荷載作用下失效的概率。統(tǒng)計學利用統(tǒng)計方法對結(jié)構(gòu)進行分析，評估其可靠性。安全系數(shù)設置安全系數(shù)，確保結(jié)構(gòu)在各種荷載作用下不會發(fā)生破壞。案例分析結(jié)構(gòu)方案設計中，案例分析至關(guān)重要，可以幫助我們深入理解設計理念，并學習經(jīng)驗教訓。鋼結(jié)構(gòu)住宅以輕鋼結(jié)構(gòu)為主，具有環(huán)保節(jié)能優(yōu)勢，適合現(xiàn)代建筑風格?；炷翗蛄撼Ｒ娪诳缍容^大、荷載較重的橋梁，需進行復雜計算和施工。9.1典型結(jié)構(gòu)設計實例1高層建筑鋼筋混凝土框架