建筑结构设计东南大学邱洪兴第一章通论课件PPT文件格式下载.ppt

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自学、设计教师只答疑,课程成绩=期末卷面成绩+研讨成绩+平时大作业,6,1.1绪论,1.4结构设计的一般要求,1.2建筑结构的作用,第1章结构设计通论,1.3结构的耐火设计,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,7,1.1绪论,建筑按用途,构筑物,建筑物,1.1.1建筑结构的类型及课程内容,不同构件采用不同材料,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,8,建筑结构,上部结构,（0.00以上）,下部结构,（0.00以下）,水平结构体系,竖向结构体系,由房屋中的水平构件组成，包括各层楼盖和屋盖。

三个作用：

一是直接承受作用在楼屋面的竖向荷载，并将它们传递给竖向结构体系；

二是为竖向构件之间提供水平联系，提高竖向结构体系抵抗水平荷载的能力；

三是把整体结构上的水平荷载传递和分配给各竖向构件,由房屋中的竖向构件组成，所有的荷载（包括水平荷载和竖向荷载）最终都由它传递给基础；

整体结构体系的名称也常常取决于竖向结构体系。

按结构形式,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,9,上部结构,（0.00以上）,水平结构体系,竖向结构体系,大跨结构,梁板结构,网架结构,桁架结构,壳体结构,拱结构,索结构,膜结构,框架结构,墙体结构,筒体结构,复合结构,排架结构,刚架结构,承重墙结构（砌体房屋）,剪力墙结构,按结构形式,平面复合,竖向复合,承受竖向荷载为主的墙,承受水平荷载为主的墙,不同部位采用不同结构形式,框架-剪力墙结构,框架-支撑结构,框架-筒体结构,转换结构,底框结构,平面不同位置采用不同结构形式,竖向不同位置采用不同结构形式,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,10,建筑结构,上部结构,下部结构,按结构形式,独立基础,十字型基础,箱型基础,条形基础,筏形基础,浅基础,深基础,层数、结构材料和竖向结构体系形式构成了完整的结构类型,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,11,结构设计通论,3.单层厂房结构,4.多层框架结构,5.高层建筑结构,6.砌体结构,2.梁板结构,课程内容,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,12,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,1.1.2结构设计的程序（步骤）,方案设计,结构分析,构件设计,绘施工图,设计通论,1.1绪论,1.1.1结构类型,1.1.2设计程序,水平结构体系类型,基础类型,一、方案设计,结构选型,结构布置,尺寸估算,（包括：

伸缩缝、沉降缝和防震缝）,竖向结构体系类型,13,设计通论,1.1绪论,1.1.1结构类型,1.1.2设计程序,二、结构分析,计算模型,分析内容,分析方法,计算理论,数学方法,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,14,三、构件设计,荷载与内力组合,控制截面选取,截面设计,节点设计,构造,要求：

正确、规范、简洁、美观,设计通论,1.1绪论,1.1.1结构类型,1.1.2设计程序,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,15,1.2建筑结构的作用,1.2.1作用的种类,间接作用,直接作用（荷载）,荷载需了解其形式、大小、作用位置和作用方向,能引起结构效应的各种原因,以力的形式施加在结构上的作用,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,16,设计通论,1.1绪论,1.2.1作用种类,1.2作用,1.2.2荷载代表值,1.2.2荷载代表值,一、标准值（特征值）,定义：

在结构设计基准期内可能出现的最大荷载值。

由于荷载本身的随机性，因而设计基准内的最大荷载也是随机变量。

统一标准以设计基准期最大荷载概率分布的某个分位值作为该荷载的代表值。

建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,17,设计基准期内最大荷载的概率模型,平稳二项随机过程,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,18,平稳二项随机过程,荷载一次持续施加于结构上的时段长度为，而在设计基准期T内可分为r个相等的时段，=T/r；

在每个时段上荷载出现的概率为p，不出现的概率为q=1-p；

不同时段上其概率分布函数相同，这种概率分布称为任意时点荷载概率分布；

不同时段上的幅值随机变量是相互独立的，且在时段上荷载是否出现也相互独立。

建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,19,设计基准期内最大荷载的概率模型,平稳二项随机过程,任意时点概率分布函数,对楼面均布可变荷载、风荷载和雪荷载等均采用极值型作为任意时点随机变量的概率分布模型，,FQ（x）=exp-exp-（x-）,其中=1.28255/，称为尺度参数；

=-0.57722/，称为众值,（1.2.1）,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,20,极值型分布,=1,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,21,=2,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,22,设计基准期内最大荷载的概率模型,平稳二项随机过程,设计基准期内最大荷载的概率分布函数,任意时点概率分布函数,对楼面均布可变荷载、风荷载和雪荷载等均采用极值型作为任意时点随机变量的概率分布模型，,FQ（x）=exp-exp-（x-）,其中=1.28255/，称为尺度参数；

=-0.57722/，称为众值,（1.2.1）,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,23,两个事件的交,两个事件的交,最大荷载QT的概率分布,任一时段，Q（t）的概率分布为：

最大荷载QT定义为：

荷载值不超过x,荷载出现（Q（t）0）且荷载值不超过x,荷载不出现（Q（t）=0）且荷载值不超过x,由两个不相容事件组成,荷载出现,荷载值不超过x,荷载不出现,荷载值不超过x,互不相容事件和的概率等于概率之和,事件交的概率等于一个事件的概率与另一个事件条件概率的乘积。

24,p,1-p,1,PQ（t）x=FQi（x）,幅值随机变量与荷载是否出现相互独立,设计基准期内最大荷载概率分布：

它是r个“时段内最大荷载”事件的交；

因各时段相互独立，事件交的概率等于各事件概率的乘积；

又因假定各时段荷载幅值随机变量的分布函数、荷载出现的概率相同，所以,如果p=1，,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,25,当p1时，如果p1-FQ（x）非常小，根据级数展开的近似关系：

（e-x）r（1-x）r,其中m=pr为设计基准期内平均出现次数,有,x,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,26,设计基准期内最大荷载的概率模型,平稳二项随机过程,设计基准期内最大荷载的概率分布函数,（1.2.3）,任意时点概率分布函数,对楼面均布可变荷载、风荷载和雪荷载等均采用极值型作为任意时点随机变量的概率分布模型，,FQ（x）=exp-exp-（x-）,其中=1.28255/，称为尺度参数；

=-0.57722/，称为众值,（1.2.1）,（1.2.4）,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,（1.2.5）,27,两边取对数：

两边取指数：

基准期内极值分布,28,二、可变荷载的组合值,三、可变荷载的频遇值和准永久值,定义：

使多项可变荷载组合后的荷载效应在设计基准期内的超越概率与该荷载单独出现时相应的概率一致的荷载值。

可变荷载的组合值取标准值乘以组合值系数c,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,29,可变荷载超过某一水平x有两种衡量方法：

当考虑结构的局部损坏或疲劳破坏时，通过vx来确定其频遇值；

当考虑结构在使用中引起不舒适感时，通过x来确定其频遇值。

nx或vx,Tx=ti或x=Tx/T,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,可变荷载超越方式,30,二、可变荷载的组合值,三、可变荷载的频遇值和准永久值,定义：

可变荷载的组合值取标准值乘以组合值系数c,在设计基准期内被超越的总时间达到一半基准期的荷载值定义为准永久值，相当于经常作用的荷载值；

频遇值在设计基准期内被超越的总时间仅占基准期的一小部分，一般取0.1，相当于时而出现的较大荷载值。

可变荷载的频遇值取标准值乘以频遇值系数f,可变荷载的准永久值取标准值乘以准永久值系数q,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,31,设计通论,1.1绪论,1.2.1作用种类,1.2作用,1.2.2荷载代表值,1.2.3楼面可变荷载,1.2.3楼面可变荷载,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。

对于住宅，调查、统计得到：

Li=1.28255/Li=0.007205，Lrs=1.28255/Lrs=0.005256；

Li=Li-0.57722/Li=305.9，Lrs=Lrs-0.57722/Lrs=245.2,（1.2.5）,任意时点概率分布函数,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,32,设计通论,1.1绪论,1.2.1作用种类,1.2作用,1.2.2荷载代表值,1.2.3楼面可变荷载,LiT=Li+lnr/Li=305.9+ln5138.8=529.3,设计基准期内最大持续性可变荷载的概率分布函数,临时性可变荷载近似取设计基准期内平均出现次数m=5,LrsT=Lrs+lnm/Lrs=245.2+ln5190.3=551.5,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,33,设计通论,1.1绪论,1.2.1作用种类,1.2作用,1.2.2荷载代表值,1.2.3楼面可变荷载,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,可求得两组住宅楼面可变荷载最大值的均值、均方差：

LT=LiT+Lrs=609.4+355=964.4N/m2LT=（2LiT+2Lrs）1/2=（1782+2442）1/2=302.0N/m2,LT=LrsT+Li=661.3+386=1047.3N/m2LT=（2LrsT+2Li）1/2=（2442+1782）1/2=302.0N/m2,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,34,设计通论,1.1绪论,1.2.1作用种类,1.2作用,1.2.2荷载代表值,1.2.3楼面可变荷载,不同用途楼面的荷载标准值见附录表。

87版荷载规范住宅楼面可变荷载标准值取Lk=1.5kN/mm2，由上式可求得保证率为92.1%；

现行荷载规范取标准值Lk=2.0kN/mm2，保证率为99%,取较为不利的一组。

假定组合后的住宅楼面可变荷载最大值仍服从极值I型分布，则其分布函数,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,35,设计通论,1.1绪论,1.2.1作用种类,1.2作用,1.2.2荷载代表值,1.2.3楼面可变荷载,1.2.4风荷载,1.2.4风荷载,一、风荷载标准值计算公式,w0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，50年一遇最大值v0（基本风速）换算而来；

z风压高度系数；

s风载体形系数。

z风振系数；

（1.2.9）,wk基风荷载标准值，kN/m2,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,36,二、基本风压w0,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。

但荷载规范以平均重现期为50年来规定风速的基准值。

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,设计通论,1.1绪论,1.2.1作用种类,1.2作用,1.2.2荷载代表值,1.2.3楼面可变荷载,1.2.4风荷载,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,37,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w0。

即每年小于基本风速的保证率为98；

设计基准期50年内小于该风速的保证率（0.98）50=36.4%。

风荷载的组合值系数为0.6、频遇值系数.4、准永久值系数,38,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,三、风压高度系数z,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、0.15、0.22、0.3。

（1.2.11）,39,梯度风和梯度风高度,在自由大气中，空气质点在水平气压梯度力、水平地转偏向力和惯性离心力作用下达到平衡作圆周运动时，称为梯度风（gradientwind）。

由于大气本身具有一定的粘性，能承受一定的剪应力，在近地面，将受到地面粗糙度的影响，平均风速随离地面高度的增加而增加。

但当到达一定高度后，风速达到梯度风速，不再受地面粗糙度的影响。

达到梯度风速的高度称为梯度风高度。

建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,40,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,三、风压高度系数z,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、0.15、0.22、0.3。

（1.2.11）,对于A、B、C、D类，梯度风高度分别取300、350、450和550m。

同一地区不同粗糙程度地面上空的梯度风速相同，因而有,（1.2.12）,41,B类地面上空10m高度处的风速为基本风速，因而B类地面任意高度处的风速为,（1.2.13a）,42,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s表示，见附表A.。

四、风载体型系数s,由风速换算得到的风压是所谓来流风压。

房屋将对气流形成某种干挠。

s为正时代表风压，即靠近表面；

为负时代表风吸，即离开表面。

风向,风压垂直于建筑物表面。

设计通论,1.1绪论,1.2.1作用种类,1.2作用,1.2.2荷载代表值,1.2.3楼面可变荷载,1.2.4风荷载,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,43,五、顺风向风振系数z,时间,风速,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。

近地风速可以分解为长周期分量和脉动分量。

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。

长周期分量周期长度从几十分钟到几小时，远大于结构自振周期，对结构的作用基本上是静力的；

脉动分量的周期长度为12分钟，对于刚度较小的高耸结构和高层建筑，脉动周期和结构的自振周期在同一个量级，不可忽略。

建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,44,（1.2.15a）,g峰值因子，按取2.5；

I1010m高度名义湍流强度，对应A、B、C和D类地面，分别取0.12、0.14、0.23和0.39；

R脉动风荷载的共振分量因子；

Bz脉动风荷载的背景分量因子。

（1.2.15b）,x15,（1.2.15c）,f1结构第一阶自振频率；

1结构阻尼比；

kw地面粗糙度修正系数,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,45,（1.2.15d）,1（z）结构第一阶振型系数；

H结构总高度；

背景分量因子：

x、z脉动风荷载水平方向和竖直方向的空间相关系数,（1.2.15e）,k、1系数，按表1-1取。

建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,46,设计通论,1.1绪论,1.2.1作用种类,1.2作用,1.2.2荷载代表值,1.2.3楼面可变荷载,1.2.4风荷载,1.2.吊车荷载,1.2.5吊车荷载,工业厂房中常用的吊车有悬挂吊车、手动吊车、电动葫芦和桥式吊车。

建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,47,48,设计通论,1.1绪论,1.2.1作用种类,1.2作用,1.2.2荷载代表值,1.2.3楼面可变荷载,1.2.4风荷载,1.2.吊车荷载,1.2.5吊车荷载,工业厂房中常用的吊车有悬挂吊车、手动吊车、电动葫芦和桥式吊车。

桥式吊车由大车（称为桥架）和小车组成。

吊车按在使用期间内总的工作循环次数分成10个利用等级；

又根据起吊物品达到额定值的频繁程度分为4个载荷状态，分别称为轻级、中级、重级和超重级。

根据利用等级和载荷状态，将吊车划分为8个工作级别，分别用A1A8表示，作为吊车的设计依据。

吊车荷载包括竖向荷载、横向水平荷载和纵向水平荷载。

建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,49,起重机利用等级,50,一、吊车竖向荷载标准值,吊车竖向荷载是由大车轮子、以轮压的形式作用在吊车梁上。

当小车吊有额定起重质量Q开到一侧的极限位置时，该一侧大车的轮压达到最大，称为吊车的最大轮压标准值，用Pmax,k表示，而另一侧的大车轮压用Pmin,k表示。

Pmax,k可直接从吊车的产品目录中查得。

对于四轮吊车，Pmin,k可按下式确定：

形式：

移动集中载；

位置：

吊车梁顶面；

方向：

铅直向下。

（1.2.16）,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,51,二、吊车横向水平荷载标准值,吊车横向水平荷载是当小车吊有重物刹车时所产生的横向水平惯性力；

它是通过小车刹车轮与桥架轨道之间的摩擦力传给大车，再通过大车车轮传给吊车梁,每个大车轮子传递的吊车横向水平荷载标准值为,横向制动系数;

硬钩：

0.2,形式：

水平、垂直轨道,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,52,设计通论,1.1绪论,1.2.1作用种类,1.2作用,1.2.2荷载代表值,1.2.3楼面可变荷载,1.2.4风荷载,1.2.吊车荷载,三、吊车纵向水平荷载标准值,吊车纵向水平荷载是当大车刹车时所产生的纵向水平惯性力；

它是通过大车刹车轮与吊车梁上的轨道之间的摩擦力传给吊车梁的。

按一侧所有制动轮最大轮压之和的10%确定：

集中载；

沿轨道方向。

建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,53,设计通论,1.1绪论,1.2.1作用种类,1.2作用,1.2.2荷载代表值,1.2.3楼面可变荷载,1.2.4风荷载,1.2.吊车荷载,四、吊车荷载的其它代表值,吊车荷载的组合值、频遇值和准永久值见表15；

与吊车的工作级别有关。

建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,54,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。

1.3.1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。

1.3结构的耐火设计,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,55,设计通论,1.1绪论,1.3.1耐火性能,1.2作用,1.3耐火设计,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。

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。

建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,56,判别条件,失去稳定性：

指失去支撑能力或抗变形能力；

分隔构件以完整性和绝热性两个控制条件作为判别依据；

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。

承重构件以稳定性单一条件作为判别依据；

承重分隔构件以稳定性、完整性和绝热性三个控制条件作为判别依据。

设计通论,1.1绪论,1.3.1耐火性能,1.2作用,1.3耐火设计,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,57,设计通论,1.1绪论,1.3.1耐火性能,1.2作用,1.3耐火设计,1.3.2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,1.3.2设计方法,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,58,1.4.1安全等级、设计使用年限与结构重要性系数,破坏可能产生的后果严重程度,二、地基基础设计等级,一、建筑结构的安全等级,1.4结构设计的一般要求,安全等级,一级（设计要求相应提高）,二级,三级（设计要求可适当降低）,地基复杂程度、建筑物规模和功能特征以及因地基问题可能造成建筑物破坏或影响正常使用的程度,地基基础设计等级,甲级,乙级,丙级（承载力计算,部分需要变形计算）,（需要进行地基承载力和变形计算）,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,59,指设计规定的结构或构件不需大修即可按其预定目的使用的时期。

三、设计使用年限,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,是建筑结构的安全等级不同而对目标可靠指标有不同要求，在极限状态设计表达式中的具体体现。

四、结构重要性系数,安全等级一级的结构构件，01.1；

安全等级二级的结构构件，01.0；

安全等级三级的结构构件，00.9；

基础的01.0。

60,设计通论,1.1绪论,1.4.1结构重要性系数,1.2作用,1.3耐火设计,1.4一般要求,1.4.2极限状态设计要求及内容,1.4.2设计要求及内容,一、设计要求,设计状况的定义,持久状况：

在结构使用过程中一定出现，持续期很长，一般与设计使用年限为同一数量级的状况；

短暂状况：

结构施工和使用过程中出现的概率较大，而与设计年限相比，持续时间很短的状况，如施工和维修；

偶然状况：

在结构使用过程中出现的概率很小，且持续时间很短的状况，如火灾、爆炸、撞击等。

建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,61,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,不同极限状态的荷载效应组合要求,偶然状况的承载能力极限状态设计采用偶然组合，其余状况的承载能力极限状态设计采用基本组合；

对于正常使用极限状态设计，当一个极限状态被超过将产生严重的永久性损害时采用标准组合；

当一个极限状态被超过将产生局部损害、较大变形或短暂振动时采用频遇组合；

当长期效应是决定性因素时采用准永久组合。

地基的承载力计算时上部结构的荷载效应采用标准组合；

地基变形计算时，上部结构的荷载采用准永久组合。

不同设计状况的设计要求,持久状况：

承载能力极限状态设计和正常使用极限状态