工程结构绪论.ppt

1,工程结构,工程结构教研室,工程结构,所用教材：工程结构化学工业出版社 邵军义 主编 参考教材：混凝土结构（五）中国建筑工业出版社 东南大学、同济大学、天津大学、清华大学合编 建筑结构机械工业出版社 宋兰 主编,参考规范：混凝土结构设计规范GB50010-2010 建筑结构荷载规范GB50009-2012 砌体结构设计规范GB50003-2011 钢结构设计规范GB50017-2003,3,课程简介,课程性质：专业主干必修课 适用专业：工程管理、工程造价 学时分配：课程总学时：64学时。 其中：理论课学时：60 ；实验学时：4。 先行课：土木工程材料、房屋建筑学、 建筑力学。 后续课：工程项目管理、建筑工程质量通病与防治、 建筑工程计量与计价等。 主要任务：研究工程结构材料和构件的性能、设计原理、梁板 结构的设计方法及其构造要求。,4,课程简介,1.绪论 2学时 2.混凝土结构及其材料的力学性能 4学时 3.混凝土结构基本设计原则 6学时 4.钢筋混凝土受弯构件截面承载力计算 12学时 5.钢筋混凝土轴向受力（拉、压）构件 10学时 6.受扭构件承载力计算 2学时 7.钢筋混凝土结构的适用性和耐久性 4学时 8.预应力混凝土构件 4学时 9.钢筋混凝土梁板结构 14学时 10.单层工业厂房结构 11.混凝土框架结构 6学时 12.砌体结构 13.钢结构,基础知识+设计原理,设计,课程简介,结构设计=基础知识+构件设计原理与方法,课程简介,课程特点： 学科跨度大，内容多，尤其公式、符号及构造规定多，相 关课程多，实践性强。 学习方法： 1.理解概念，突出重点和难点学习。 2.融会贯通，理清思路，勤学苦练。 3.注意计算公式的假定和适用条件。 4.熟悉结构设计规范，正确应用规范。,闭卷考试 10%考勤、作业+20%期中成绩+10%课内设计+60%期末成绩,1.1 工程结构涉及的基本概念,1.2 工程结构的分类,新授内容,8,第1章 绪论,1.1工程结构简介 （building and civil engineering structure） 在房屋、桥梁、铁路、公路、水工、港口等工程的建筑物、构筑物和设施中，以建筑材料制成的各种承重构件相互连接成一定形式的组合体的总称即为工程结构。 工程结构包括了建筑结构、道路工程、隧道工程、桥梁结构和特种结构等。,9,第1章 绪论,1.1.1基本概念 1.建筑物 建筑物统称建筑，一般指供人们生产、生活 或者其他活动的房屋或者场所 ，例如工业建筑、房屋建筑、农业建筑和园林建筑等等。 2.构筑物 构筑物一般指人们不直接在内进行生产和生活活动的场所。例如道路、桥梁、堤坝、隧道、水塔、烟囱、栈桥和蓄水池等等。,人是否直接在内进行生产、生活 或者其他活动。,1 工程结构涉及的基本概念,2003年建成，高508米、地下5层、地上101层,马来西亚首都吉隆坡的双子塔(Petronas Towers)， 高1483英尺(452米)，88层。这两座高楼于1998年完工,全球排名前10位最高建筑,17,美国圣路易杰弗逊纪念拱门（Gateway Arch)是一座不锈钢抛物线形的建筑物，高192m，建于1965年，是目前世界最高的纪念碑。,18,19,海洋工程构筑物海上钻井平台,20,山西神头二电厂的烟囱是我国单筒烟囱最高的，270m高。,Institute of Management Qingdao Technological University 2019/10/14,21,22,3.建筑结构：房屋建筑和土木工程的建筑物的实体。 从狭义上说，指各种建筑物实体的承重骨架，也就是若干构件或部件按确定的方法组成互相关联的能承受作用的平面或空间体系。,1 工程结构涉及的基本概念,23,单层工业厂房排架结构,24,“鸟巢” 网架结构,25,4.结构构件(member)：简称构件。指组成结构的单元（杆件）。按受力状态的不同，有受拉构件、受压构件、受弯构件、受扭构件等。,1 工程结构涉及的基本概念,5.作用 直接作用：荷载，作用在结构上的集中力或者分布力； 间接作用：引起结构外加变形或者约束变形的原因。,1 工程结构涉及的基本概念,轴力（FN） 剪力（Fs） 弯矩（M） 扭矩（T）。,6.作用效应（S） 由作用引起的结构或者结构构件的反应，例如内力、变形或者裂缝等。,1 工程结构涉及的基本概念,7.结构抗力（R） 结构或者构件抵抗作用效应的能力。 结构抗力就包括了结构的承载力（结构的强度）、结构的刚度和结构的耐久性。,结构的承载力：一定的受力状态和工作状况下结构或者构件所能承受的最大内力，或者达到不适于继续承载时的变形时的相应的应力。 结构的刚度：结构或者构件抵抗变形的能力。 结构的耐久性：结构或者构件在使用的过程中，抵抗其自身或者环境的长期破坏作用，保持其原有的性能而不破坏，不变质和大气稳定性的能力。,知识衔接,通过第一部分基本概念的讲解，我们能够很清楚的工程结构中的基本概念了，其中我们讲到了作用效应S和结构抗力R，谁能举例说明一下？,作用效应的大小与什么有关？,结构抗力的大小与什么有关？,S R,作用效应,结构抗力,知识衔接,31,1.1.2 研究工程结构的意义 研究工程结构的主要意义在于： 1）结构方案决定着建筑设计的平面、立面和剖面。 2）结构的可能性是保证工程使用要求，材料的选用和施工难易的前提。 3）经济合理的结构方案是成功的设计的必然基础。 4）结构方案的选择是工程设计审查的主要内容。 最后值得一提的是，工程结构是工程管理的基础，是工程管理的对象，是工程管理的依据，是工程管理的目标。,1.2 工程结构的分类与应用概况,1.2.1 按所用材料的不同分类(从定义 优点 缺点 应用四个方面阐述),33,1.金属结构(metal structure) 由普通低碳钢、普通低合金钢或铝合金的板材和型材采用焊缝、螺栓、铆钉或铰接连接组成的结构。,分普通钢结构（简称钢结构）、冷弯薄壁型钢结构和铝合金结构等三大类，以普通钢结构用途最广。,钢结构,（1) 强度高。 （2) 均质及同向性。 （3）具有可焊性。(4）工效高、工期短。,巴黎埃菲尔铁塔,建于1886年，1889年建成。塔高300m，天线高24m，建筑设计中最著名的是防范强风吹袭的对称钢结构设计，集实用与美感于一体。 每7年新漆一次，到现在一共刷了19次，用掉300t油漆,钢结构,36,钢结构,（5）易腐蚀，需经常油漆维护，故维护费用较高。,主要缺点：,(6)钢结构的耐火性较差，当温度达到250时，钢结构的材质将会发生较大变化；当温度达到500时，结构会瞬间崩溃，完全丧失承载能力。 (7)成本高。（ “鸟巢”设计用钢量4.2万吨， 耗资35亿）,37,金属结构的应用范围： 公共建筑的超高层楼房， 重型车间的承重骨架， 板结构、 塔桅结构、 桥梁结构、 贮仓、 工业与民用建筑的屋盖结构。,38,2.木结构(timber structure) 利用种子植物类的乔木（通称树木）作为承重构件材料的结构。采用方木、圆木、条木、板材连接做成。我国古时，木结构房屋很多，如宫殿、庙宇、塔等。近年来，因木材匮乏，很少采用。 下图是木结构的几个实例,木结构,宁 波 保 国 寺,40,3.砌体结构(masonry structure) 优点： 1)可就地取材；2)耐火能力和耐久性好。 3)保温性好；4)施工工艺简单，成本相对低廉。 缺陷： 1)砌体结构自重大。 2)砌体结构强度低。 3)现场作业量大。 4)砖砌体材料的生产侵占农田，不利于环保和可持续发展 。,石家庄山寨版：骨架是钢筋结构，“狮身”表面浇注水泥着成土黄色,目前倾斜角度3.99,42,砌体结构的应用范围： 砌体主要用于承受压力的构件，房屋的基础、内外墙、柱等都可用砌体结构建造。无筋砌体房屋一般可建57层，配筋砌块剪力墙结构房屋可建818层。在某些石材丰富的地区，用毛石或料石建造房屋，目前已建到5层。 在交通运输方面，砌体结构可用于桥梁、隧道工程；各种地下渠道、涵洞、挡土墙等也常用石材砌筑；在水利建设方面，可用石材砌筑坝、堰和渡槽等。,43,4.混凝土结构(concrete structure) 以混凝土为主制作的结构，它是素混凝土结构、钢筋混凝土结构及预应力混凝土结构的总称。在工程结构中是最主要的结构形式。,1. 就地取材，节约钢筋；,2. 耐久性好，耐火性好；,3. 可模性好，便于结构型式的实现；,4. 现浇或装配整体式结构的整体性好，刚度大。,1. 自重大g=25kN/m3,2. 抗裂性差,轻骨料砼。,施加预应力。,优点：,缺点：,3. 施工复杂，补强维修难。,44,45,47,混凝土结构应用范围： 混凝土结构的应用范围非常广泛，几乎任何工程都可用它。除了一般工业与民用建筑构件广泛采用钢筋混凝土结构外，其他如特种结构的高烟囱、贮液池、水塔、贮仓、桥梁、道路路面等；公共建筑的高层楼房、大跨度会堂、剧院、展览馆等，也都可用钢筋混凝土结构建造。 因此，混凝土结构成为本课程的主要研究对象。,48,5.混合结构(mixed components structure) 有多种结构（砌体结构、混凝土结构、木结构、轻型钢结构）的构件所组成的结构。兼有各种结构的优缺点。,49,6.组合结构(composite structure) 同一截面或各杆件由两种或两种以上材料制作，依靠交互作用或材料的粘结作用协同工作的结构。因为参与组合的材料能充分发挥各自的优势并互相弥补对方之不足，能在结构性态、材料消耗、施工工艺或使用效果等方面显示出较好的技术经济效益。 主要有钢-混凝土组合结构：采用钢构件和钢筋混凝土构件，或钢混凝土组合构件共同组成的承重结构体系或抗侧力结构体系。,50,深圳地王大厦,结构是组合结构。主楼外围为钢框架，内为钢筋混凝土核心筒。核心筒角部、纵横墙交接处及洞口处设置型钢混凝土柱，洞口上方有钢梁连接。 383.95m，81层。,香港中国银行大厦,71层，天线顶端高368m。,1.2.2.按照受力和构造特点的不同分类（16种）,1.2 工程结构的分类与应用概况,52,1.墙板结构(wall-slab structure) 由竖向构件为墙体和水平构件为楼板和屋面板所组成的房屋建筑结构。 2.框架结构(frame structure) 由梁和柱以刚接或铰接相连接成承重体系的房屋建筑结构。 3.剪力墙结构(shear wall structure) 在高层和多层建筑中，由一系列纵向、横向的剪力墙（承重墙）和楼盖组成，且竖向和水平作用均由剪力墙承受的结构。在侧向荷载作用下，可以认为剪力墙自身平面刚度较大，出平面刚度很小。,上海商务中心 框架结构,53,4.框架剪力墙结构(frame-shear wall structure) 又称框架-承重墙结构。简称框墙结构或框剪结构。在高层建筑或工业厂房中，承重墙和框架共同承受竖向和水平作用的一种组合型结构。 5.筒体结构(tube structure) 由竖向悬臂的筒体组成能承受竖向、水平作用的高层建筑结构。筒体分剪力墙围成的薄壁筒和由密柱框架围成的框筒等。 6.板柱结构(slab-column structure) 由水平构件为板和竖向构件为柱所组成的房屋建筑结构。如升板结构、无梁楼盖结构、整体预应力板柱结构等。,54,55,框筒体系,筒中筒体系,桁架筒体系,多束筒体系,56,7.悬挂结构(suspended structure) 将楼(屋)盖荷载通过吊杆传递到竖向承重体系的建筑结构。,8.排架结构(framed bent structure) 屋盖承重构件在柱顶与柱铰接，而柱与基础为刚接的一种单层框架。是一般单层工业厂房常用的结构形式。,57,9.拱结构(arch structure) 由支座支承的一种曲线或折线形构件。它主要承受各种作用产生的轴向压力。有时也承受弯矩、剪力或扭矩。有带拉杆和不带拉杆之分。 10.壳体结构(shell structure) 由各种形状的壳与边缘构件（梁、拱、桁架）组成的空间结构。 11.悬索结构(cable-suspended structure) 12.斜拉结构(cable-stayed structure),58,悉尼钢桁架组合式拱桥,59,日本明石海峡大桥,单索面混凝土斜拉桥 法国 Brottone桥,60,14.烟囱(chimney) 由筒体等组成承重体系，将烟气排入高空的高耸构筑物。 15.水塔(water tower) 由水柜和支筒或支架等组成承重体系，用于储水和配水的高耸构筑物。 16.贮仓(silos) 由竖壁和斗体等组成承重体系，用于贮存松散的原材料、燃料或粮食的构筑物。,61,62,1.2.3 其他分类 1) 按照几何体系分为： (1)静定结构(statically determinate structure) 结构构件为无赘余约束的几何不变体系，用静力平衡原理即可求解其作用效应。 (2)超静定结构(statically indeterminate structure) 结构构件为有赘余约束的几何不变体系，用静力平衡原理和变形协调原理求解其作用效应。,63,2)按照空