建筑结构设计东南大学邱洪兴第一章通论课件PPT资料.ppt

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,对工程素质和工程能力培养具有不可替代的作用,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,3,房屋建筑学,结构力学,土力学,工程结构设计原理,先修课程,二、教学理念开放、交叉、融合,融合是目的，交叉是手段，开放是前提。

从使用功能和审美角度介绍房屋的构成，侧重房屋的“形”,从既有结构模型出发，研究各种结构类型的分析方法；

是上部结构分析的基础,介绍土的工程性质；

各种地基模型的计算方法,介绍梁、板、柱、墙、杆、索等基本构件在各种受力状态下抗力,4,三、内容组织,按照实际工程的一般设计过程，即结构选型与布置计算模型选取与结构分析构件设计与细部构造为主线将不同结构形式的内容贯穿起来。

以结构形式为纽带，将混凝土、钢、砌体和型钢混凝土等不同材料的结构有机地结合在一起；

课程涵盖房屋混凝土结构、钢结构、砌体结构和型钢混凝土组合结构；

包括楼盖等水平结构体系；

单层厂房、多层框架、高层剪力墙等竖向结构体系；

常用基础。

建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,5,四、教学方法,讲课、自学、讨论、设计，多种教学形式交替,讲一、做二、考三：

自学部分有作业，考题包括作业没有出现的类型,专题研讨3人一组，自行组合、自由选题,课程设计自主选择题型，1人1题；

答疑讨论不讲课,角色互换，教师、学生轮流主导,同学参与成绩评定,专题讨论学生主持；

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,