《結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)》課件

結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)課程大綱1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概述包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的作用、任務(wù)、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(xué)基本原理、結(jié)構(gòu)受力分析方法和受力計(jì)算。4材料性能分析常用建筑材料特性，以及材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法。5結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范闡述國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并解讀常用設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)介紹梁、柱、基礎(chǔ)和連接件的設(shè)計(jì)方法。8結(jié)構(gòu)安全性評(píng)估介紹極限狀態(tài)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)實(shí)例，總結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概述結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是建筑設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(jìn)行合理的計(jì)算和分析，確保建筑物的安全可靠。1.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的作用和任務(wù)保障安全結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(jì)合理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要在滿足安全性和功能性的前提下，盡可能地降低造價(jià)，提高經(jīng)濟(jì)效益。1.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)合理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(yīng)該便于施工，減少施工難度和時(shí)間。美觀實(shí)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要兼顧美觀和實(shí)用性，符合建筑物的整體設(shè)計(jì)理念。1.3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的流程1需求分析根據(jù)建筑設(shè)計(jì)和使用要求，確定結(jié)構(gòu)形式、荷載情況和設(shè)計(jì)要求。2方案設(shè)計(jì)進(jìn)行結(jié)構(gòu)體系、材料選擇和初步計(jì)算，提出幾種結(jié)構(gòu)方案。3方案比較與優(yōu)化對(duì)不同方案進(jìn)行比較，選擇最佳方案并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。4施工圖設(shè)計(jì)繪制詳細(xì)的結(jié)構(gòu)施工圖紙，提供結(jié)構(gòu)尺寸、材料、節(jié)點(diǎn)和構(gòu)造等信息。5結(jié)構(gòu)驗(yàn)算對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行安全性和耐久性驗(yàn)算，確保結(jié)構(gòu)滿足設(shè)計(jì)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(shí)間變化的荷載，如人員、家具、雪、風(fēng)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(shè)備和管道固定在建筑物上的設(shè)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(shí)間變化的荷載，如風(fēng)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?；詈奢d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(jì)算變荷載的計(jì)算需要根據(jù)荷載的類型、作用時(shí)間、作用位置等因素進(jìn)行，并考慮荷載的組合。2.3特殊荷載地震荷載地震時(shí)產(chǎn)生的水平力和垂直力，對(duì)建筑物結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。風(fēng)荷載風(fēng)力作用在建筑物表面產(chǎn)生的力，對(duì)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(duì)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(duì)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(gè)單元的受力情況，最終得到整個(gè)結(jié)構(gòu)的受力情況。結(jié)構(gòu)受力計(jì)算結(jié)構(gòu)受力計(jì)算是根據(jù)結(jié)構(gòu)受力分析的結(jié)果，計(jì)算出結(jié)構(gòu)的內(nèi)力，并根據(jù)內(nèi)力設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的尺寸和材料。3.1靜力學(xué)基本原理1平衡靜力學(xué)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(yùn)動(dòng)。2牛頓定律靜力學(xué)的基本原理基于牛頓運(yùn)動(dòng)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(xué)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(gè)三角形單元的結(jié)構(gòu)，如屋架和橋梁。有限元法一種強(qiáng)大的方法，可用于分析復(fù)雜形狀和材料的結(jié)構(gòu)，并能精確地預(yù)測受力情況。力學(xué)分析法基于經(jīng)典力學(xué)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(jì)算1荷載組合根據(jù)荷載性質(zhì)和作用時(shí)間進(jìn)行組合2內(nèi)力計(jì)算求解結(jié)構(gòu)內(nèi)部的力，如彎矩、剪力3應(yīng)力分析計(jì)算構(gòu)件截面上的應(yīng)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(qiáng)度、耐久性、安全性等。強(qiáng)度材料抵抗破壞的能力，例如混凝土的抗壓強(qiáng)度、鋼材的抗拉強(qiáng)度。耐久性材料抵抗外界環(huán)境因素（如水、凍融、化學(xué)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(qiáng)度高，耐久性好，價(jià)格相對(duì)便宜，廣泛應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)。鋼材具有高強(qiáng)度、韌性好、塑性好等優(yōu)點(diǎn)，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(qiáng)度設(shè)計(jì)材料強(qiáng)度等級(jí)根據(jù)材料的抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度等指標(biāo)劃分材料強(qiáng)度等級(jí)，如混凝土強(qiáng)度等級(jí)、鋼材強(qiáng)度等級(jí)等。安全系數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)要考慮材料性能的波動(dòng)性，引入安全系數(shù)，以保證結(jié)構(gòu)的安全可靠性。材料強(qiáng)度檢驗(yàn)對(duì)材料進(jìn)行強(qiáng)度檢驗(yàn)，確保其符合設(shè)計(jì)要求，并根據(jù)檢驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行調(diào)整。5.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)提供統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和要求。國家標(biāo)準(zhǔn)GB50010-2010《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ3-2010《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》5.1國家標(biāo)準(zhǔn)與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)國家標(biāo)準(zhǔn)國家標(biāo)準(zhǔn)是國家制定的強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)建筑工程的安全、質(zhì)量、性能、方法等方面進(jìn)行規(guī)范。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是由行業(yè)主管部門制定的標(biāo)準(zhǔn)，主要針對(duì)特定行業(yè)的特點(diǎn)進(jìn)行規(guī)范，補(bǔ)充和細(xì)化國家標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容。5.2常用設(shè)計(jì)規(guī)范解讀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范是工程建設(shè)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(shè)計(jì)規(guī)范包括《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50017、《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)、安全性評(píng)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(jì)成本、施工技術(shù)、材料性能等因素都會(huì)影響結(jié)構(gòu)體系的選擇選擇原則安全性、經(jīng)濟(jì)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(duì)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(fù)雜程度和受力特點(diǎn)。3場地條件地質(zhì)情況、地下水位、地震烈度等因素會(huì)影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和抗震能力。4經(jīng)濟(jì)因素造價(jià)、施工難度、材料供應(yīng)等經(jīng)濟(jì)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(yīng)性。剪力墻結(jié)構(gòu)剪力墻結(jié)構(gòu)通過設(shè)置抗剪能力強(qiáng)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(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種建筑。構(gòu)件設(shè)計(jì)構(gòu)件設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)。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(shè)計(jì)梁的設(shè)計(jì)梁的設(shè)計(jì)需要考慮荷載、跨度、材料強(qiáng)度等因素，并進(jìn)行強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性等方面的計(jì)算。柱的設(shè)計(jì)柱的設(shè)計(jì)需要考慮荷載、高度、截面形狀等因素，并進(jìn)行強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性等方面的計(jì)算。7.2基礎(chǔ)設(shè)計(jì)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(jìn)行基礎(chǔ)的開挖、澆筑、養(yǎng)護(hù)等施工環(huán)節(jié)，確保質(zhì)量和安全。連接件設(shè)計(jì)連接方式焊接、螺栓連接、鉚接等連接強(qiáng)度連接件的強(qiáng)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(píng)估結(jié)構(gòu)安全性評(píng)估是建筑設(shè)計(jì)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(yùn)行。極限狀態(tài)設(shè)計(jì)根據(jù)荷載和材料強(qiáng)度等因素，計(jì)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(jì)方法評(píng)估結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(yán)重變形，無法正常使用?？箖A覆極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)在風(fēng)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(shí)，可能出現(xiàn)破壞或嚴(yán)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(jì)學(xué)利用統(tǒng)計(jì)方法對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，評(píng)估其可靠性。安全系數(shù)設(shè)置安全系數(shù)，確保結(jié)構(gòu)在各種荷載作用下不會(huì)發(fā)生破壞。案例分析結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)中，案例分析至關(guān)重要，可以幫助我們深入理解設(shè)計(jì)理念，并學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。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(fēng)格?；炷翗蛄撼Ｒ娪诳缍容^大、荷載較重的橋梁，需進(jìn)行復(fù)雜計(jì)算和施工。9.1典型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例1高層建筑鋼筋混凝土框架