结构设计第一章概论.ppt

dd,1,第1章 结构设计概论,1.1 建筑结构的类型,按用途,工业建筑,民用建筑,2,大跨结构,桁架结构,拱结构,3,三角锥体网架,网架结构,大跨结构,4,平面桁架系网架,两向正交,三向,平面桁架系网架,两向正交,三向,5,壳体,圆顶,筒壳,折板,双曲扁壳,双曲抛物面壳,大跨结构,6,大跨结构,索、膜结构,7,上海东方明珠游船码头,虹口足球场,上海体育馆,昆明宝海公园,8,1.2 结构设计的基本内容,1.2.1结构设计过程：,方案设计,结构分析,构件设计,绘施工图,工艺设计,9,结构选型,上部结构类型,下部结构（基础）选型,结构布置,定位轴线,构件布置,设置变形缝,一、方案设计,截面尺寸估算,设计概论,1.1 结构类型,1.2 设计内容,1.2.1 设计过程,应体现科学性、先进性、经济性、可实施性,10,计算简图,二、结构分析,设计概论,1.1 结构类型,1.2 设计内容,1.2.1 设计过程,11,截面设计,节点设计,三、构件设计,四、绘制施工图,正确,规范,简洁,美观,设计概论,1.1 结构类型,1.2 设计内容,1.2.1 设计过程,构件设计工作内容：计算和构造,12,1.2.2 结构计算的一般要求,1 计算内容,设计概论,1.1 结构类型,1.2 设计内容,1.2.1 设计过程,1.2.2 计算要求,13,2 荷载效应组合,设计概论,1.1 结构类型,1.2 设计内容,1.2.1 设计过程,1.2.2 计算要求,由可变荷载效应控制。效应最大的一项可变荷载以标准值为代表值，其余可变荷载（伴随荷载）以组合值为代表值。,由永久荷载效应控制。所有的可变荷载均以组合值为代表值，永久荷载分项系数取1.35。,承载能力极限状态的一般组合：,14,仅考虑荷载效应最大的一项可变荷载，以标准值为代表值,所有可变荷载以组合值为代表值，组合系数取0.9,设计概论,1.1 结构类型,1.2 设计内容,1.2.1 设计过程,1.2.2 计算要求,承载能力极限状态的简化组合（排架、框架结构）：,由可变荷载效应控制,由永久荷载效应控制同一般组合。,15,准永久组合：（所有可变荷载均以准永久值为代表值）,标准组合：（荷载效应最大的一项可变荷载取标准值，其余可变荷载取组合值）,频遇组合：（一项可变荷载取频遇值，其余可变荷载取准永久值）,设计概论,1.1 结构类型,1.2 设计内容,1.2.1 设计过程,1.2.2 计算要求,正常使用极限状态的组合,16,3 内力组合,水平构件,竖向构件,最大弯矩（扭矩）及相应的剪力,最大剪力及相应的弯矩（扭矩）,最大轴力及相应的弯矩和剪力,（最小轴力及相应的弯矩和剪力）,最大弯矩及相应的剪力和轴力,设计概论,1.1 结构类型,1.2 设计内容,1.2.1 设计过程,1.2.2 计算要求,17,设计概论,1.1 结构类型,1.2 设计内容,1.2.1 设计过程,1.2.2 计算要求,1.2.3 抗震设计,1.2.3 抗震设计,1 我国的抗震设防烈度为69度，称为基本烈度。,2 抗震设防有三个水准目标：“小震不坏、中震可修、大震不倒”,第一水准烈度：众值烈度，比基本烈度约低一度半，50年超越概率约为63%，结构处于正常使用状态；,第二水准烈度：基本烈度，50年超越概率约为10%，结构进入非弹性工作阶段；,第三水准烈度：罕遇地震，50年超越概率约为23%，结构有较大的非弹性变形，但在一定的控制范围内，不致倒塌。,18,3 抗震设计内容,抗震构造；,多遇地震下的承载力计算和变形验算；,罕遇地震下的薄弱层弹塑性变形计算。,设计概论,1.1 结构类型,1.2 设计内容,1.2.1 设计过程,1.2.2 计算要求,1.2.3 抗震设计,4 抗震承载力计算公式,19,设计概论,1.1 结构类型,1.2 设计内容,1.2.1 设计过程,1.2.2 计算要求,1.2.3 抗震设计,混凝土结构的抗震等级,20,1.3 建筑结构的作用,1.3.1建筑作用的种类,作用,21,1.3.2 荷载代表值,1 永久荷载：以标准值（特征值）为代表值,标准值：在结构使用期间可能出现的最大荷载值,2 可变荷载：根据设计要求分别以标准值、组合值、频遇值、准永久值为代表值,设计概论,1.1 结构类型,1.2 设计内容,1.3 结构作用,1.3.1 作用种类,1.3.2 荷载代表值,不同的设计内容，荷载以不同的代表指出现,22,设计概论,1.1 结构类型,1.2 设计内容,1.3 结构作用,1.3.1 作用种类,1.3.2 荷载代表值,可变荷载的组合值取标准值乘以组合值系数,频遇值是指在结构上时而出现的较大荷载，计算时取可变荷载标准值乘以荷载组合值系数,准永久值指在结构上经常作用的荷载值，计算时取可变荷载标准值乘以荷载组合值系数,23,1.3.4 楼面和屋面可变荷载,1.楼面均布可变荷载,设计概论,1.1 结构类型,1.2 设计内容,1.3 结构作用,1.3.1 作用种类,1.3.2 荷载代表值,1.3.4 楼屋面荷载,1.3.3 活载特性,可分为持久性可变荷载Li和临时性可变荷载Lrs。前者p=1，取r=5；后者取m=5。,对于办公楼，调查、统计得到：,(1-5),24,设计概论,1.1 结构类型,1.2 设计内容,1.3 结构作用,1.3.1 作用种类,1.3.2 荷载代表值,1.3.4 楼屋面荷载,1.3.3 活载特性,基准期T年内最大可变荷载是持久性可变荷载和临时性可变荷载的组合，取其中一个T年最大值和另一个瞬时值之和，即,或,标准值按下式计算：,荷载规范对楼面可变荷载标准值分为8级，见表1-4。,当设计基准期不等于50年时，可乘以修正系数KL。,25,屋面可变荷载均按水平投影面积计算；屋面均布可变荷载与雪荷载不同时考虑。,设计概论,1.1 结构类型,1.2 设计内容,1.3 结构作用,雪荷载,雪荷载标准值；,屋面积雪分布系数，与屋面形状有关；,基本雪压，根据当地空旷平坦地面统计所得50年一遇最大积雪的自重确定。,雪荷载的组合值系数取0.7。确定频遇值系数和准永久值系数时全国分为三个地区。,2.屋面可变荷载,屋面均布可变荷载（表1-7）,屋面积灰荷载（表1-8）,1.3.1 作用种类,1.3.2 荷载代表值,1.3.4 楼屋面荷载,1.3.3 活载特性,26,1.3.5 风荷载,1.风荷载标准值计算公式,设计概论,1.1 结构类型,1.2 设计内容,1.3 结构作用,1.3.5 风荷载,基本风压，根据当地空旷平坦地面离地高10米10分钟平均风速换算而来，取50年一遇最大值,风压高度系数；,风载体形系数；,风振系数；,1.3.1 作用种类,1.3.2 荷载代表值,1.3.4 楼屋面荷载,1.3.3 活载特性,重现期调整系数。,风荷载：风遇到建筑物时在其表面产生的一种压力或吸力,（基本风速）换算而来；,27,设计概论,1.1 结构类型,1.2 设计内容,1.3 结构作用,1.3.5 风荷载,1.3.1 作用种类,1.3.2 荷载代表值,1.3.4 楼屋面荷载,1.3.3 活载特性,一、基本风压,风压由风速换算而成。风速的年极值分布不拒绝极值I型分布。基准期T年的极值分布为,基本风速可在T年的极值分布上取某一分位值。但荷载规范是以平均重现期为50年来规定风速的基准值的。,重现期TT(x)是指连续两次超过x的时间间隔。若TT(x)=n，则表示在连续n年中有一年的Xx，其它n-1年中的Xx。因此,28,设计概论,1.1 结构类型,1.2 设计内容,1.3 结构作用,1.3.5 风荷载,1.3.1 作用种类,1.3.2 荷载代表值,1.3.4 楼屋面荷载,1.3.3 活载特性,平均重现期是随机变量TT(x)的数学期望，即,根据基本风速可换算成基本风压。当重现期不等于T时乘以修正系数ur。,29,2.风压高度系数,在梯度风高度范围内，任意高度z的风速与H高度风速的关系为,为地面粗糙指数，对于A、B、C、D类，分别为0.12、0.16、0.22、0.3。,设计概论,1.1 结构类型,1.2 设计内容,1.3 结构作用,(1-12),1.3.5 风荷载,1.3.1 作用种类,1.3.2 荷载代表值,1.3.4 楼屋面荷载,1.3.3 活载特性,30,风压与风速的平方成正比,同一地区不同粗糙程度地面上空的梯度风速相同。,（1-13a）,设计概论,1.1 结构类型,1.2 设计内容,1.3 结构作用,1.3.5 风荷载,1.3.1 作用种类,1.3.2 荷载代表值,1.3.4 楼屋面荷载,1.3.3 活载特性,31,建筑物表面的实际压力与其形状有关，与来流风压的比值用 表示，见表1-11。,3.风载体型系数,设计概论,1.1 结构类型,1.2 设计内容,1.3 结构作用,由风速换算得到的风压是所谓来流风压（风速压）。,房屋将对气流形成某种干挠。,1.3.5 风荷载,1.3.1 作用种类,1.3.2 荷载代表值,1.3.4 楼屋面荷载,1.3.3 活载特性,32,4.风振系数,风振系数定义为考虑脉动效应的总风压与静风压（平均风压）之比。,设计概论,1.1 结构类型,1.2 设计内容,1.3 结构作用,风的长周期比一般结构的自振周期大得多，因而对结构的作用相当于静力作用；而风脉动周期只有几秒，与高层和高耸结构的的自振周期相当。,所以，规范规定：对于高度大于30m且高宽比H/B大于1.5的房屋结构，以及自振周期T1大于0.25s高耸结构必须考虑脉动效应。,1.3.5 风荷载,1.3.1 作用种类,1.3.2 荷载代表值,1.3.4 楼屋面荷载,1.3.3 活载特性,33,（1-15）,脉动增大系数，按表1-12取用；,脉动影响系数，对于均匀结构可按表1-13取用；,结构振型系数,对于规则结构可取z/H。,z,H,设计概论,1.1 结构类型,1.2 设计内容,1.3 结构作用,1.3.5 风荷载,1.3.1 作用种类,1.3.2 荷载代表值,1.3.4 楼屋面荷载,1.3.3 活载特性,34,1.4 结构的耐火设计,不燃烧体：在空气中受到火烧或高温作用时，不起火、不燃烧、不碳化。,1.4.1 结构构件的耐火性能,一、构件的燃烧性能,难燃烧体：在空气中受到火烧或高温作用时，难起火、难燃烧、难碳化，当火源移走后，燃烧或微燃立即停止。,燃烧体：在明火或高温作用时，能立即着火燃烧，且火源移走后，仍能继续燃烧或微燃。,建材高温性能指标：燃烧性能、力学性能、发烟性能、毒气性、隔热性,35,是指在标准的耐火试验中，从构件受到火的作用，到失去稳定性或完整性或绝热性为止的时间，以小时计。与升温过程、受火条件有关,二、结构构件的耐火极限,标准升温曲线,梁：两侧和底面共三面受火；,受火条件,板：下面受火；,柱：所有垂直面受火；,墙：一面受火。,设计概论,1.1 结构类型,1.2 设计内容,1.3 结构作用,1.4.1 耐火性能,1.4 耐火设计,36,判别条件,失去稳定性：指失去支撑能力或抗变形能力；,失去完整性：指当构件一面受火时，出现穿透性裂缝或穿火孔隙；,失去绝热性：指失去隔绝过量热传导的性能。,设计概论,1.1 结构类型,1.2 设计内容,1.3 结构作用,1.4.1 耐火性能,1.4 耐火设计,37,1.4.2 耐火设计方法,确定建筑物耐火等级,确定构件耐火极限值,选择耐火措施,分4个等级，与建 筑物的重要性、火灾的危险性、建筑物高度、火灾荷载有关,以楼板为参照构 件，根据各构件的 重要性确定其它构 件的耐火极限值,包括设计构 造和防护层,设计概论,1.1 结构类型,1.2 设计内容,1.3 结构作用,1.4.1 耐火性能,1.4 耐火设计,1.4.2 设计方法,38,