工程结构-第一章绪论

大纲工程结构第一章绪论（绪论、项目二）第二章混凝土结构（项目一、三~十）第三章砌体结构（项目十一）第四章钢结构（项目十二）第五章工程结构抗震（项目十四）第一章绪论工程结构一、引言1.工程结构工程结构：土木工程(房屋、桥梁、铁路、公路、水工、港口等)建筑物及构筑物的空间受力骨架体系，由竖向承重结构、水平承重结构和下部结构组成。工程结构的功能：满足使用和美观的需求，并且抵御自然界的各种作用一、引言2.工程结构基本构件拉杆、压杆：桁架中的杆件，通常受轴心拉力和压力。一、引言2.工程结构基本构件板：平面尺寸较大而厚度较小的受弯构件，通常水平放置。一、引言2.工程结构基本构件梁：受弯构件，通常水平放置。按截面形式分：矩形梁、T形梁、倒T形梁、L形梁、Z形梁、槽形梁、箱形梁、空腹梁、叠合梁等。钢梁混凝土梁按支承方式分：简支梁，连续梁，悬臂梁。一、引言2.工程结构基本构件柱：压弯构件，竖向受力构件。混凝土柱一、引言2.工程结构基本构件柱：压弯构件，竖向受力构件。钢柱一、引言2.工程结构基本构件拱：为曲线，主要承受轴向压力。河北赵州桥美国贝永桥一、引言3.工程结构的种类按工程结构所使用的主要工程材料混凝土结构砌体结构钢结构木结构组合结构(混凝土、钢)混合结构(砌体、混凝土)一、引言3.工程结构的种类按用途建筑结构桥梁工程结构港口工程结构地下工程结构海洋与海岸工程结构水利工程结构特种工程结构一、引言4.建筑结构的种类按用途工业厂房结构民用建筑结构一、引言4.建筑结构的种类按建筑体型和高度单层建筑结构多层建筑结构高层建筑结构大跨建筑结构一、引言4.建筑结构的种类按主要结构形式墙体结构(剪力墙、抗震墙)框架结构筒体结构排架结构拱结构网架结构空间薄壁结构天窗架屋架屋架下弦水平支撑排架柱基础围护墙屋面板天沟板连系梁天窗架垂直支撑托架抗风柱屋架端部垂直支撑吊车梁柱间支撑基础梁混凝土单层工业厂房结构一、引言4.建筑结构的种类单层混合结构房屋一、引言4.建筑结构的种类砌体钢筋混凝土屋盖门式钢架结构一、引言4.建筑结构的种类多层混合结构房屋一、引言4.建筑结构的种类多层混合结构房屋一、引言4.建筑结构的种类砌体钢筋混凝土楼盖钢筋混凝土多层结构一、引言4.建筑结构的种类钢筋混凝土剪力墙结构一、引言4.建筑结构的种类钢筋混凝土框支剪力墙结构一、引言4.建筑结构的种类钢筋混凝土框架-剪力墙结构一、引言4.建筑结构的种类框架-芯筒结构一、引言4.建筑结构的种类实腹筒一、引言4.建筑结构的种类框筒筒中筒结构一、引言4.建筑结构的种类束筒结构一、引言4.建筑结构的种类芝加哥西尔斯大厦一、引言5.工程结构实例纽约世贸中心一、引言5.工程结构实例一、引言5.工程结构实例办公层平面客房平面第88层平面剖面上海金茂大厦上海环球金融中心一、引言5.工程结构实例RC核心筒+外伸桁架和巨型（型钢）柱(三重结构体系)，101层，高492m，7度抗震设防核芯筒底部剪力墙台北101金融大厦一、引言5.工程结构实例大楼历时5年多，耗资600亿台币。总面积7万多平方米，共容纳了160多家商店。(包括地下5层、其中B2到B5为地下停车场、地上101层，其中有78层是办公大楼，裙楼部分则是购物中心。迪拜塔一、引言5.工程结构实例哈利法塔（BurjKhalifaTower）（原名迪拜塔，又称迪拜大厦或比斯迪拜塔）是韩国三星公司负责营造，有162层，总高828米。2004年9月21日开始动工，2010年1月4日竣工，为当前世界第一高楼与人工构造物，造价达15亿美元。哈利法塔总共使用33万立方米混凝土、3.9万公吨钢材及14.2万平方米玻璃。大厦那么高，当然需要先进的运输设备。大厦内设有56部升降机，速度最高达每秒17.4米，另外还有双层的观光升降机，每次最多可载42人。史无前例地把混凝土垂直泵上逾606米的地方，打破上海金融环球中心大厦建造时的492米纪录。底层-顶层有10℃的温差。北京国家大剧院一、引言5.工程结构实例悉尼歌剧院一、引言5.工程结构实例北京鸟巢一、引言5.工程结构实例河南嵩岳寺塔一、引言5.工程结构实例西安大雁塔一、引言5.工程结构实例南京无梁殿后走廊一、引言5.工程结构实例古希腊神庙一、引言5.工程结构实例圣索菲亚大教堂（土耳其）一、引言5.工程结构实例山西应县木塔一、引言5.工程结构实例上海东方明珠广州电视塔(小蛮腰)多伦多电视塔一、引言5.工程结构实例核电站安全壳上海杨浦大桥一、引言5.工程结构实例厦门海沧大桥一、引言5.工程结构实例北京西直门立交桥一、引言5.工程结构实例三峡大坝一、引言5.工程结构实例海上石油钻井平台一、引言5.工程结构实例厦门翔安海底隧道一、引言5.工程结构实例隧道入口隧道剖面图施工中的隧道隧道联络线二、结构的设计准则1.设计理论允许应力设计法破坏阶段设计法极限状态设计法半经验半概率法近似概率法全概率法生命全过程设计法材料力学的方法按经验法确定安全系数结构工程基于概率的极限状态设计法二、结构的设计准则2.结构设计规范常用的规范混凝土结构设计规范GB50010工程结构可靠性设计统一标准GB50153钢结构设计规范GB50017砌体结构设计规范GB50003建筑地基基础设计规范GB50007建筑结构荷载规范GB50009建筑结构抗震设计规范GB50011高层建筑混凝土结构设计规程JGJ3三、结构设计的基本内容1.建筑工程设计内容建筑工程设计内容建筑设计结构设计给排水设计暖通设计电气设计建筑设备工艺设计三、结构设计的基本内容2.工程设计的基本要求工程设计基本要求功能要求美观要求经济要求环保要求三、结构设计的基本内容3.结构设计的过程方案设计结构分析构件设计绘施工图三、结构设计的基本内容3.结构设计的过程•结构选型上部结构类型下部结构选型(1).方案设计三、结构设计的基本内容3.结构设计的过程(1).方案设计•结构布置定位轴线构件布置设置变形缝•主要构件截面尺寸估算水平构件竖向构件伸缩缝沉降缝防震缝三、结构设计的基本内容3.结构设计的过程(1).方案设计立面图1-1剖面图平面图11竖向承重构件：墙体材料：砌体水平承重构件：梁、板材料：混凝土混合结构方案结构平面布置图梁板初步确定构件截面尺寸三、结构设计的基本内容3.结构设计的过程(1).方案设计立面图1-1剖面图平面图11竖向承重构件：柱材料：混凝土水平承重构件：梁、板材料：混凝土混凝土框架结构方案板初步确定构件截面尺寸结构平面布置图柱梁三、结构设计的基本内容3.结构设计的过程(2).结构分析•计算简图简化三原则尽可能反映实际受力特性偏于安全简单•荷载竖向荷载水平荷载三、结构设计的基本内容3.结构设计的过程(2).结构分析•计算理论线弹性塑性非线性材料非线性几何非线性•数学方法解析解数值解三、结构设计的基本内容3.结构设计的过程(3).构件设计•截面设计•节点设计(4).绘制施工图•正确•规范•简洁•美观四、结构设计方法1.结构设计基准期与设计使用年限“设计”与“分析”是两个不同角度的问题，“分析”是研究定值问题，“设计”是处理非确定性问题。结构设计基准期：结构设计所采用的荷载统计参数及材料性能取值均与时间有关，都需要选定一个时间参数，它就是结构设计基准期。我国采用的设计基准期为50年。结构设计使用年限：设计使用年限，是指结构在正常设计、使用和维护下不需进行大修即可按其预定目的使用的时期。四、结构设计方法2.结构安全等级我国规范根据建筑结构破坏后果的影响程度，分为三个安全等级。安全等级破坏后的影响程度建筑物的类型一级很严重重要的建筑物二级严重一般的建筑物三级不严重次要的建筑物四、结构设计方法简述3.结构的功能要求结构的可靠性是指：结构在规定的时间内（一般为50年），在规定的条件下，完成预定功能的要求。显然，可靠性与经济性是对立的两个方面，科学的设计是将两者统一起来。结构的功能包括：安全性、实用性、耐久性。这些功能要求概括起来可以称为结构的可靠性。四、结构设计方法简述4.结构功能的极限状态有效是指结构能有效、安全、可靠地工作，得以完成预定的各项功能。失效是指结构失去完成预定功能的能力，包括：强度不足、倾覆、滑移、失稳、变形过大、裂缝过宽等。极限状态是一种界限，是从有效状态转为失效状态的分界。结构极限状态分为两类：(1).承载力极限状态：超过这一极限状态后，结构就不能完成预定的安全性的要求。如强度不足、过度的塑性变形、倾覆、滑移等。(2).正常使用极限状态：超过这一极限状态后，结构就不能完成对其提出的适用性和耐久性的要求。如变形过大、裂缝过宽等。四、结构设计方法简述5.极限状态方程作用效应S：作用力在结构上产生的内力和变形。如荷载效应、地震效应、温度效应等，是随机变量。结构抗力R：是指结构承受作用效应的能力。如强度（承载力）、刚度、抗裂度等。影响R的主要因素是材料的性能、几何参数等，是随机变量。结构可靠度：结构在规定的时间内、在规定的条件下，完成预定功能的概率。可靠性是用可靠度来度量的。令Z=R-S为结构的功能函数研究Z≥0的概率或：S≤R的概率f(z)Z=R-Spfmzb.sz四、结构设计方法简述6.荷载由永久荷载标准值产生的效应SGk=CGk作用力：引起结构破坏（或变形过大）的因素。按照随时间的变异性，荷载又可分为：永久荷载G、可变荷载Q。荷载标准值：结构在其使用期间，正常情况下可能出现的最大值。作用力直接作用力：简称荷载间接作用力：简称作用。如地震、温度等原则上应以设计基准期内荷载最大值分布的某一分位数来确定，由于统计数据的不完整和历史原因，实际情况并不统一。概率密度荷载值荷载平均值荷载标准值由可变荷载标准值产生的效应SQk=CQk四、结构设计方法简述6.荷载永久荷载标准值按构件尺寸和构件单位体积自重的标准值来确定。常用材料单位体积的自重（单位kN/m3）钢78，混凝土22~24，钢筋混凝土24~25，水泥砂浆20，石灰砂浆、混合砂浆17，普通砖18，普通砖（机器制）19，浆砌普通砖砌体18，浆砌机砖砌体19。四、结构设计方法简述6.荷载可变荷载标准值四、结构设计方法简述6.荷载可变荷载标准值四、结构设计方法简述6.荷载可变荷载标准值四、结构设计方法简述6.荷载风荷载标准值基本风压：w0=0.3~0.9kN/m2。（50年一遇）体型系数：ms=0.6~1.4高度系数：mz=1.0~2.0（100m）风振系数(H30m且H/B1.5)：bz四、结构设计方法简述6.荷载风荷载标准值梯度风梯度风海洋乡村城市70799110049597690100617789100梯度风离地高度（m）四、结构设计方法简述7.材料强度概率密度材料强度强度平均值强度标准值根据统计资料，运用数理统计方法确定的具有一定保证率的统计特征值。Rk/gR=R(fck/gc,fyk/gs,A,ho)=R(fc,fy,A,ho)gc、gs为材料分项系数；可取gs=1.10~1.20，gc=1.40。于是有：fc=fck/gc为混凝土抗压强度设计值;fy=fyk/gs为钢筋强度设计值。结构抗力标准值与结构抗力设计值有如下关系。如：混凝土抗压强度标准值fck。g0S≤R式中：g0为结构重要性系数，对于取安全等级为一级、二级、三级的结构可分别取1.1，1.0，0.9。需要考虑以下基本组合：(1).由可变荷载效应控制的组合S=gGSGk+gQ1gL1SQ1k+gQigLiyciSQik式中：gG：永久荷载分项系数，gQ：可变荷载分项系数，gLi考虑设计使用年限调整系数，yci为可变荷载组合系数。(2).由永久荷载效应控制的组合S=gGSGk+gQigLiyciSQik四、结构设计方法简述8.承载力极限状态的设计表达四、结构设计方法简述8.承载力极限状态的设计表达四、结构设计方法简述8.承载力极限状态的设计表达【1-1】：受均布荷载作用的矩形截面简支梁，计算跨度l0=5.2m。梁上均布荷载标准值：永久荷载gk＝12kN/m，可变荷载pk＝6kN/m，组合系数yc=0.7，求跨中设计弯矩、支座设计剪力。220111.2121.4105