《建筑結構課件》課件2

建筑結構建筑結構是建筑工程的基礎，它決定了建筑物的安全性和穩(wěn)定性。課程內容介紹基礎知識結構力學基本定理,靜力學,材料力學,以及結構分析方法結構類型鋼筋混凝土結構,鋼結構,木結構,砌體結構設計規(guī)范中國建筑結構設計規(guī)范,國家標準和相關技術規(guī)范實踐應用工程案例分析,BIM技術在結構設計中的應用結構系統(tǒng)的基本概念11.結構體系結構體系是指建筑物或構筑物的整體承重和傳力方式，例如框架結構、剪力墻結構等。22.結構構件結構構件是組成結構體系的基本單元，包括梁、柱、板、墻、基礎等。33.荷載荷載是指作用在結構物上的各種外力，包括恒荷載、活荷載、風荷載、地震荷載等。44.結構分析結構分析是指對結構物在荷載作用下的力學行為進行研究，例如計算內力、變形、穩(wěn)定性等。結構荷載和載荷風荷載風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，進行抗雪設計。地震荷載地震產生的水平和垂直加速度，對建筑物造成沖擊，需要進行抗震設計，確保建筑物的安全性。活荷載人、家具等可移動的物體產生的荷載，需要考慮活荷載的分布和大小，進行結構設計。材料性能和力學性質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。鋼筋混凝土結構鋼筋混凝土結構是現(xiàn)代建筑中最常見的結構形式之一。它結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構體系。鋼筋混凝土結構具有高強度、耐久性、可塑性和防火性等優(yōu)點，廣泛應用于各種建筑工程，如住宅、商業(yè)建筑、橋梁、隧道等。鋼結構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、負荷重的結構。輕量化設計鋼材的重量輕，便于運輸和安裝，可以有效降低建筑物的基礎成本。靈活的設計鋼材可以彎曲、焊接和切割，使其成為各種建筑結構的理想材料?？拐鹦阅茕摻Y構具有良好的抗震性能，可以有效抵抗地震和其他自然災害。木結構木結構建筑以木材作為主要承重構件，具有輕質、高強度、可再生等特點。木結構在建筑中應用廣泛，包括住宅、商業(yè)建筑、公共建筑等。砌體結構砌體結構是建筑結構中常見的一種結構形式，使用磚、石、混凝土等材料砌筑而成。常見的砌體結構有磚墻、石墻、砌塊墻等。砌體結構具有成本低、施工方便、隔熱保溫性能優(yōu)良等優(yōu)點。砌體結構在房屋建筑、工業(yè)廠房、公共設施等領域應用廣泛。但由于砌體材料的強度和抗震性能有限，需要在設計和施工中采取有效的措施來保證砌體結構的安全性。地基與基礎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。22.基礎類型基礎類型包括淺基礎和深基礎，根據(jù)土質、荷載等因素選擇合適的類型。33.基礎設計基礎設計需考慮承載力、沉降、穩(wěn)定性、防滲漏等方面，確保建筑物安全可靠。44.基礎施工基礎施工應嚴格按照設計圖紙進行，保證質量和安全。結構力學基本定理平衡定理靜止物體不受外力作用，保持靜止狀態(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構設計中的基本原則。結構必須在靜止狀態(tài)下保持穩(wěn)定。力學模型構建結構的力學模型，將結構簡化為理想化的幾何形狀和材料屬性。受力分析確定結構各部分所承受的外部和內部力的大小和方向，例如，重力、風力、地震力等。力平衡方程根據(jù)牛頓定律，建立結構的受力平衡方程，求解結構的內力。應力與應變應力應力是指作用在物體橫截面積上的外力，它衡量了物體內部抵抗變形的能力。應變應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。應力應變關系應力應變關系是材料力學的基礎，它描述了材料在受力狀態(tài)下的力學性質。撓度和變形撓度結構在荷載作用下發(fā)生的位移，反映結構的剛度。撓度過大可能影響結構使用功能，甚至導致結構失穩(wěn)。變形結構內部發(fā)生的形變，反映結構的強度和剛度。變形過大可能導致結構失效，影響結構的使用壽命。彎曲構件的設計1荷載計算首先要確定彎曲構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配筋設計根據(jù)截面尺寸和荷載計算結果，確定彎曲構件的鋼筋配筋方式，以滿足強度、剛度和抗裂性能的要求。4驗算最后要對設計結果進行驗算，確保滿足設計規(guī)范和工程要求。軸壓構件的設計1強度設計保證構件在荷載作用下不發(fā)生破壞2穩(wěn)定性設計保證構件在荷載作用下不發(fā)生失穩(wěn)3變形設計控制構件的變形在允許范圍內4耐久性設計保證構件的使用壽命軸壓構件設計是建筑結構設計中至關重要的環(huán)節(jié)。它需要綜合考慮材料性能、荷載條件、結構形式等因素，確保構件的安全性、穩(wěn)定性和耐久性。抗剪構件的設計1荷載分析確定抗剪構件所承受的剪力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截面設計確定抗剪構件的形狀和尺寸4配筋設計確定抗剪鋼筋的類型和數(shù)量抗剪構件是抵抗剪力的重要結構構件。在設計過程中，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計，可以確?？辜魳嫾膹姸群涂辜粜阅芊弦?。節(jié)點與連接結構的紐帶節(jié)點是建筑結構中不同構件交匯的地方，連接將這些構件牢固地連接在一起。力傳遞的關鍵連接確保荷載能夠有效傳遞，防止結構發(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)不同的結構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)點和連接的施工質量直接影響整個結構的安全性，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害之一，對建筑結構造成嚴重破壞。地震荷載是指地震作用下建筑結構所承受的力。地震反應譜地震反應譜描述地震荷載隨頻率變化的特性，用于分析結構在地震作用下的動力響應。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構響應。地震波地震波是指地震發(fā)生時產生的彈性波，分為縱波、橫波和面波。地震波記錄儀記錄地震波形?？拐鹪O計11.結構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.抗震措施結構加固、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)范按照相關規(guī)范進行抗震設計和施工，保證建筑物的安全。44.抗震設計目標確保建筑物在發(fā)生地震時能夠保護生命安全，減少財產損失。結構穩(wěn)定性分析結構穩(wěn)定性結構穩(wěn)定性是指結構在荷載作用下保持平衡的能力，即結構不會發(fā)生傾覆、失穩(wěn)或局部屈曲。結構穩(wěn)定性分析是結構設計的重要環(huán)節(jié)，確保結構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構可靠性設計可靠性指標設計可靠度指標定義了結構在規(guī)定的使用期限內滿足功能要求的概率，它通過考慮荷載效應、材料強度和結構抗力等因素來評估結構的安全性。概率方法可靠性分析采用概率方法，通過分析結構失效概率來評估結構的可靠性水平。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構的安全性。目標可靠度每個結構類型都有相應的目標可靠度指標，需要根據(jù)結構的重要性、使用環(huán)境、荷載條件等因素來確定?？煽慷仍O計可靠度設計基于概率方法，通過調整結構的設計參數(shù)，例如截面尺寸、配筋率等，來達到目標可靠度水平，確保結構在使用過程中能夠安全可靠地運行。BIM在建筑結構中的應用BIM(BuildingInformationModeling，建筑信息模型)是一種數(shù)字化技術，能夠創(chuàng)建和管理建筑項目的信息模型。BIM在建筑結構設計、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構離散為有限個單元，求解節(jié)點上的未知量。邊界元法只對結構邊界進行離散，降低了計算量。數(shù)值積分近似計算復雜函數(shù)的積分，例如梯形法則和辛普森法則。結構健康監(jiān)測技術11.監(jiān)測數(shù)據(jù)采集使用傳感器采集結構的各種信息，例如應力、應變、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，識別結構的異常變化和潛在風險。33.結構健康評估根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)評估結構的健康狀況，判斷是否需要采取措施進行維護或加固。44.預警與預測建立預警機制，在結構出現(xiàn)問題之前及時發(fā)現(xiàn)并采取措施，防止事故發(fā)生。結構耐久性與加固耐久性結構耐久性是指結構在使用壽命內抵抗各種不利因素的能力，例如腐蝕、疲勞、火災和地震。耐久性設計需要選擇合適的材料和結構形式，并采取有效的防腐、防火和抗震措施。加固加固是指在結構使用過程中，對其進行增強或修復，以提高其承載能力、耐久性和安全性能。加固方法包括結構補強、加固材料、更換構件等。工程案例分析通過實際工程案例，深入分析結構設計、施工、維護等方面的經(jīng)驗教訓，展示結構設計的創(chuàng)新應用和技術發(fā)展。例如，分析高層建筑、橋梁、隧道、水利工程等復雜結構的設計理念、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。國內外結構設計規(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)范內容荷載規(guī)范材料規(guī)范設計規(guī)范最新修訂最新修訂的規(guī)范，例如抗震設計規(guī)范、高層建筑設計規(guī)范。國際規(guī)范例如美國規(guī)范（ACI）、歐洲規(guī)范（Eurocode）等?？偨Y與展望未來趨勢