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1、第一章 结构设计概论 目的要求：目的要求：通过该课题的学习，学生能了解建筑结构的类型、结构设计的基本要求；掌握建筑结构的作用的计算以及结构的耐久和耐火性设计；掌握相关的强制性条文的内容。教学重点：教学重点：1.结构设计的基本要求；2.建筑结构的作用3.结构耐久和耐火性设计教学难点：教学难点：1.结构分析；2.结构耐久和耐火性设计教学内容和步骤教学内容和步骤:1.建筑结构的类型；2结构设计的基本要求；3建筑结构的作用；4结构分析；5结构耐火和耐久性设计；6强制性条文 结构设计概论 1.1 1.1 建筑结构类型建筑结构类型1.21.2结构设计的基本要求结构设计的基本要求一结构设计的一般程序：1.方
2、案设计：结构选型、结构布置、结构截面尺寸估算2.结构分析3.构件设计：截面设计、节点设计4.绘制结构施工图二、结构设计的基本内容：满足承载能力极限状态和正常使用极限状态的要求，具体内容包括：1.所有的结构构件均应进行承载能力（包括屈曲失稳）计算，必要时尚应进行结构的倾覆（刚体失稳）、滑移和漂浮验算，处于抗震设防区的建筑尚应进行抗震的承载力计算；2.直接承受动力的构件应进行疲劳强度验算；3.对使用尚需要控制变形值的结构构件应进行变形验算；4.对于可能出现裂缝的结构构件（如混凝土构件），当使用中要求不出现裂缝时，应进行抗裂验算；当使用中允许出现裂缝时，应进行裂缝宽度验算；5.混凝土构件尚应进行耐久
3、性设计。结构设计概论1.3建筑结构的作用建筑结构的作用概念：“作用”是指使结构和构件产生内力、变形和裂缝的各种原因。一、结构作用的种类：有直接作用和间接作用（地基不均匀沉降、温度、材料收缩变形等）。具体包括：1.永久荷载：包括结构自重、土压力、预应力等。对常用材料和构件可参考建筑结构荷载规范附录A采用。2.可变荷载：1）楼面均布活荷载，见表1.1，1.2，1.3 2）屋面活荷载屋面活荷载包括屋面均布活荷载、雪荷载和积灰荷载。屋面均布活荷载不与雪荷载同时考虑。屋面水平投影面上的均布活荷载应按表1-4采用：积灰荷载，其水平投影面上的屋面积灰荷载应按建筑结构荷载规范取值。屋面水平投影面上的雪荷载标准
4、值，应按下式计算：sk=rs0 式中sk雪荷载标准值（kN/m2）；r屋面积雪分布系数，与屋面形状有关，可查建筑结构荷载规范；s0基本雪压（kN/m2），以当地一般空旷平坦地面上.统计所得50年一遇最大积雪的自重确定，可查建筑结构荷载规范，对雪荷载敏感的结构，基本雪压应适当的调整，并应由有关的结构设计规范具体规定。结构设计概论3）其它活荷载设计屋面板、檩条、钢筋混凝土挑檐、雨蓬和预制小梁时，应考虑其施工或检修荷载。这些构件的施工或检修集中荷载（人和小工具的自重）应取1.0kN，并应在最不利位置进行验算。对于轻型构件或较宽构件，当施工荷载超过上述荷载时，应按实际情况验算，或采用加垫板、支撑等临时
5、设施承受。当计算挑檐、雨蓬承载力时，应沿板宽每隔1.0m取一个集中荷载；在验算雨蓬、挑檐倾覆时，应沿板宽每隔2.53.0m取一个集中荷载。楼梯、看台、阳台和上人屋面等的栏杆应进行承载力计算，栏杆顶部水平荷载应按下列规定采用：住宅、宿舍、办公楼、旅馆、医院、托儿所、幼儿园应取0.5kN/m；学校、食堂、剧场、电影院、车站、礼堂、展览馆或体育馆等人群较集中的场合，应取1.0kN/m。施工荷载、检修荷载及栏杆水平荷载不参与荷载准永久组合。结构设计概论4）风荷载风荷载是指风遇到建筑物时在其表面产生的一种压力或吸力。风荷载与风压大小与建筑物表面形状以及建筑物的动力特性有关。垂直于建筑物表面上的风荷载标准
6、值按下式计算：式中 风荷载标准值（kN/m2）;高度Z处的风振系数，综合考虑了结构在风荷载作用下的动力响应，其中包括风速随时间、空间的变异性和结构的阻尼特性等因素。（脉动增大系数，脉动影响系数，振型系数）多层建筑取1.0；风荷载体型系数；风压高度变化系数；基本风压（kN/m2），（其中为 空气密度，为基本风速，即空旷平地离地面10m处，50年一遇最大风速，由风速仪测得的10的平均风速。基本风压可由规范查得。）ozszkkzZZZu 1ZsZo2oo21vov结构设计概论一、荷载代表值标准值：荷载的基本代表值，为设计基准期内最大荷载统计分布的特征值。组合值：对可变荷载，使组合后的荷载效应在设计基
7、准期内的超越概率，能与该荷载单独出现时的相应概率趋于一致的荷载值；或使组合后的结构具有统一规定的可靠指标的荷载值。频遇值：对可变荷载，在设计基准期内，其超越的总时间为规定的较小比率或超越频率为规定频率的荷载值。准永久值：对可变荷载，在设计基准期内，其超越的总时间约为设计基准期一半的荷载值。注：恒载以标准值作为其代表值；活载以标准值、组合值、频遇值、准永久值作为其代表值；偶然荷载应按建筑结构使用的特点确定其代表值。结构设计概论三、荷载组合一）承载能力极限状态：按荷载效应的基本组合或偶然组合进行荷载效应组合，其表达式为：1对于基本组合，S取以下最不利者1）由可变荷载效应控制的组合：对于框架、排架可
8、取：或 2）由永久荷载效应控制的组合：1）对于偶然组合，荷载效应组合的设计值宜按下列规定确定：偶然荷载的代表值不乘分项系数，与偶然荷载同时出现的其它荷载可根据观测资料和工程经验采用适当的代表值。RS 0niQiKciQIKQQGKGSSSS211niQiKQIGKGSSS19.0KQQGKGSSS11niQiKciQIGKGSSS1结构设计概论二）正常使用极限状态：C结构或构件达到正常使用要求的规定限值1.标准组合：2.频遇组合：3.准永久组合：1.4 1.4 结构分析结构分析结构分析的基本原则如下：1.结构分析的基本要求2.结构计算简图3.结构分析的基本条件（1）力学平衡条件（2）变形协调条
9、件（3）本构关系 CSniQiKciKQGKSSSS21niQiKqiKQfGKSSSS211niQiKqiGKSSS1结构设计概论 4.结构分析方法及手段目前常用的结构分析方法有以下五类：（1）线弹性分析方法；（2）塑性内力重分布分析方法；（3）塑性极限分析方法；（4）非线性分析方法；（5）试验分析方法。1.4 1.4 结构的耐久和耐火性设计结构的耐久和耐火性设计一、耐火设计耐火性能的衡量指标为：燃烧性能、耐火极限1.燃烧性能：结构或构件遇火或高温时的燃烧特点。2.耐火极限：从构件受到火的作用时间起到失去稳定性或失去完整性或失去绝缘性为止的时间。二、结构耐久性设计1.混凝土结构的耐久性：目前
10、只能根据环境类别和设计使用年限对混凝土结构提出相应的限制和要求，以保证其耐久性。2.影响因数：混凝土碳化、化学侵蚀、冻融循环、温湿度变化、碱骨料反应等。第二章 梁板结构 目的要求：目的要求：通过该课题的学习，学生能了解楼盖的结构类型并能进行单向板楼盖的结构布置；掌握单向板肋梁楼盖和双向板楼盖的设计方法与构造要求，并能进行楼盖设计；掌握楼梯、雨蓬的设计要点。教教学重点：学重点：1.单向板肋梁楼盖设计与构造要求；2.双向板楼盖设计与构造要求教学难点：教学难点：单向板肋梁楼盖设计；混凝土双向板肋梁楼盖设计 教学内容和步骤教学内容和步骤:1.梁板结构的类型，单向板肋梁楼盖设计：结构布置、弹性理论计算方
11、法、塑性理论计算方法、截面设计与构造要求。2.混凝土双向板肋梁楼盖设计：弹性理论计算方法、塑性理论计算方法。3.装配式楼盖：预制构件形式、构件布置与连接、设计要点。4.楼梯设计、雨蓬设计。梁板结构2.1 2.1 梁板结构的类型梁板结构的类型梁板结构：主要是由板和梁组成的结构体系，如楼(屋)盖、楼梯、雨篷、地下室底板(筏式基础)、桥面结构及挡土墙等。按施工方法分：现浇、装配、装配整体式。现浇整体式楼盖整体性楼盖一般适用于下列情况：1.楼面荷载较大、平面形状复杂或布置上有特殊要求的建筑物；2.对于防渗、防漏或抗震要求较高的建筑物；3.有振动荷载作用的楼面；4.高层建筑。现浇楼盖按支承条件分：单向板
12、、双向板、无梁楼盖、井式楼盖等。规范规范规定：规定：l2/l13时，按单向板设计；l2/l12时，按双向板设计；2 l2/l15跨，按5跨等跨计算 2）若不等跨且跨差10时，按实际计算（力矩分配法）2.跨度：与支座形式、支承长度、构件截面尺寸等有关。见教材P237附表A四）、内力计算及内力包络图1.内力计算：以五跨连续梁为例说明；总结：(1)欲求某支座截面最大负弯矩时，应在该支座相邻两跨布置活荷载，然后隔跨布置。(2)求某跨内截面最大正弯矩时，应在该跨内布置活荷载，然后隔跨布置。(3)求某跨内最小正弯矩时，该跨不布置活荷载，而在其相邻两跨布置活荷载，然后隔跨布置。(4)求某支座截面最大剪力时，
13、应在该支座相邻两跨布置活荷载，然后隔跨布置。一般对于n跨连续梁、板，有n1种最不利荷载组合。根据最不利布置最不利内力，即最大正弯矩(+)、最大负弯矩()和最大剪力()。等跨连续梁、板的内力计算可查静力结构计算手册中的内系数表，附表2.2为两跨至五跨等跨连续梁的内力系数表。不等跨连续梁、板的内力计算可查有关手册，或采用二次弯矩分配法等求解。梁板结构五跨连续梁(或板)在六种荷载下的内力图梁板结构2.内力包络图：以三跨集中荷载作用下的主梁为例说明M包络图的画法等截面、等跨度梁、板查附表B建筑结构静力计算手册 M理论上：以恒载产生的内力为基础，叠加最不利活载产生的内力；实际上：对控制截面进行考虑（跨中
14、、支座等）绘制弯矩包络图的具体步骤是：（1）列出恒荷载及其与各种可能的最不利活荷载的布置的组合。（2）对上述每一种荷载组合求出各支座的弯矩，并以支座弯矩的连线为基线，绘出各跨在相应荷载作用下的简支弯矩图。（3）绘出上述弯矩图的外包线，即得所求的弯矩包络图。剪力包络图的绘制方法与弯矩包络图的绘制方法类似。五、结构计算时的内力取值：由于危险截面往往在支座边缘处，故实际计算的弯矩和剪力设计值应按支座边缘处确定 梁板结构均布荷载时：集中荷载作用时：式中 、支座中心处截面上的弯矩和剪力设计值 支座边缘处剪力设计值 按简支梁计算的支座剪力20bbVMM20bqgVVb20bbVMM0VVbMVbV0V梁板
15、结构三、塑性理论计算方法一）塑性理论1.塑性铰：拉区混凝土开裂钢筋屈服、流变（My Mu增大不明显，但、急剧增大）整个截面塑性变形塑性铰（塑性变形集中的区域）钢筋混凝土受弯构件的塑性较梁板结构 2.塑性铰的特点：（1）转动方向单一（沿弯矩作用方向转动）；（2）转动范围有限；（3）能传递一定的弯矩3.塑性内力重分布以两跨连续梁为例进行分析：假定按受弯构件计算，连续梁跨中截面的极限正弯矩与中间支座截面的极限负弯矩均为0.188P。当荷载增加到P时，中间支座跨中跨中还有的强度储备，当加荷增量达时，跨中截面 跨中截面屈服形成塑性铰，结构变为机动体系而破坏。PLM188.0uPLM156.0PLPLPL
16、032.0156.0188.0PP128.0u188.0128.041156.0MPLPLPLM梁板结构塑性内力重分布的原因：塑性铰的产生。由结构力学知：超静定结构内力与各截面相对刚度有关。裂缝出现EI 相对刚度变化内力变化；拉筋屈服前，EI变化小，内力重分布较小；拉筋屈服后产生了塑性铰改变结构计算简图内力重分布。说明：（1）对于超静定结构，出现一个塑性铰，减少一次超静定；（2）一般塑铰个数超静定次数，结构破坏。4.结论：（1）塑铰个数超静定次数结构变为机动体系。（2）塑性理论：内、外力平衡，但转角相等的变形协调条件不满足；弹性理论：内、外力平衡且变形协调。（3）控制截面的配筋比可控制调幅的大小、方向。梁板结构5.适用范围：（1）在使用阶段不允许出现裂缝或对裂缝开展有较严格限制的结构(如水池池壁、自防水屋面等)以及受侵蚀性气体或液体严重作用的结构；（2）直接承受动荷载作用的工业与民用建筑；（3）要求有较高强度储备的结构；（4）轻质混凝土结构及其他特种混凝土结构；（5）预应力混凝土结构和二次受力的叠合结构。二）塑性计算要点：弯矩调幅法 1.弯矩调幅法概念：先按弹性理论求结构控制截面的弯矩
