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建筑学建筑结构概论

目录

contents

建筑结构基本概念与分类

荷载与作用分析

结构材料性能与应用

结构分析方法与原理

结构构件设计与计算示例

结构抗震设计与加固改造措施

现代建筑结构发展趋势与挑战

01

建筑结构基本概念与分类

建筑结构是指建筑物中承受各种荷载或作用,并起到骨架作用的受力体系。

定义

建筑结构的主要作用是承受荷载、传递荷载、保证建筑物的稳定性、安全性和使用功能。

作用

具有良好的可塑性、耐火性和耐久性,但自重较大,施工周期较长。

具有强度高、自重轻、施工速度快等优点,但耐火性和耐腐蚀性较差。

具有环保、节能、易加工等特点,但承载力和耐久性相对较低。

结合多种材料的优点,形成性能更加优越的结构形式。

混凝土结构

钢结构

木结构

组合结构

安全性原则

经济性原则

适用性原则

美观性原则

01

02

03

04

结构应能承受各种可能出现的荷载和作用,保证建筑物的安全性。

在满足安全性的前提下,应尽量降低结构的造价。

结构应满足建筑物的使用功能要求,方便人们的生活和工作。

结构应具有一定的美学价值,与建筑物的外观相协调。

承载能力极限状态

正常使用极限状态

稳定性要求

耐久性要求

结构或构件达到最大承载能力或达到不适于继续承载的变形时的极限状态。

结构必须具有足够的稳定性,以防止发生失稳破坏。

结构或构件达到使用功能上允许的某一限值的极限状态,如影响正常使用的振动、变形、裂缝等。

结构应在规定的设计使用年限内满足各种功能要求,具有足够的耐久性。

02

荷载与作用分析

指建筑结构上长期作用的荷载,如结构自重、土压力等,其大小和方向在设计基准期内基本不变。

永久荷载

指建筑结构上可能随时间变化的荷载,如楼面活荷载、雪荷载、风荷载等,其大小和作用位置会随时间变化。

可变荷载

指建筑结构上偶然出现的荷载,如地震、爆炸等,其出现概率较低但可能产生严重后果。

偶然荷载

考虑永久荷载和可变荷载同时作用的情况,用于验算结构的承载能力和变形。

基本组合

偶然组合

标准组合

考虑偶然荷载与永久荷载或可变荷载同时作用的情况,用于验算结构的整体稳定性和局部强度。

考虑一定时期内可能出现的最大荷载情况,用于结构设计时的标准值计算。

03

02

01

根据地震烈度、场地类别和结构类型等因素确定地震作用的大小和方向,进行结构的抗震设计。

根据建筑结构所处的地理位置、高度和体型等因素确定风荷载的大小和作用位置,进行结构的抗风设计。

风荷载

地震作用

温度变化

考虑建筑结构在不同温度下的变形和应力情况,进行结构的温度缝设置和伸缩缝设计。

支座沉降

考虑建筑结构在长期使用过程中由于地基沉降等因素引起的支座沉降情况,进行结构的支座设计和加固措施。

03

结构材料性能与应用

包括屈服点、抗拉强度、伸长率等,是钢材选用的重要指标。

钢材的力学性能

碳、硅、锰、磷、硫等元素对钢材性能的影响需考虑。

钢材的化学成分

根据工程需求选择合适的钢材规格,如型钢、钢板、钢管等。

钢材的规格与选用

根据工程需求选择合适的混凝土强度等级,如C20、C30等。

混凝土的强度等级

通过试验确定水、砂、石、水泥等材料的比例,以满足混凝土强度和工作性能要求。

配合比设计

考虑混凝土的流动性、粘聚性、保水性等施工性能。

混凝土的施工性能

木材的种类

根据工程需求选择合适的木材种类,如松木、杉木、橡木等。

木材的连接方式

选择合适的连接方式,如榫卯连接、钉连接、螺栓连接等。

木材的防腐处理

对木材进行防腐处理,以提高其耐久性和使用寿命。

04

结构分析方法与原理

连续性、均匀性、各向同性、小变形假设。

弹性力学基本假设

应力与应变概念

弹性力学基本方程

边界条件

正应力、剪应力、线应变、角应变等。

平衡方程、几何方程、物理方程。

位移边界条件、应力边界条件。

屈服条件、加载与卸载准则、强化与软化模型。

塑性力学基本概念

增量理论、全量理论。

塑性力学基本方程

塑性铰概念、塑性区发展及影响。

塑性铰与塑性区

极限平衡法、塑性上下限定理。

结构塑性极限分析

有限元法基本原理

离散化、单元分析、整体分析。

有限元软件介绍

常用有限元软件及其特点。

复杂结构有限元建模

几何模型建立、材料属性设置、边界条件施加等。

有限元分析结果解读

应力分布、位移分布、稳定性评估等。

结构优化数学模型

设计变量、目标函数、约束条件。

结构优化实例分析

典型结构优化问题及解决方案。

结构优化设计流程

参数化建模、灵敏度分析、优化迭代等。

结构优化算法

梯度法、非梯度法、智能优化算法等。

05

结构构件设计与计算示例

考虑弯矩、剪力和扭矩作用,合理选择截面形状和尺寸,确保承载能力和刚度满足要求。

梁设计

根据荷载大小和分布情况,确定板厚和配筋,保证板的承载能力和变形在允许范围内。

板设计

根据轴心受

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