建筑结构与受力分析PPT课件

精品课件 1 建筑结构与受力分析 绪论 李晶 精品课件 2 力学的分支学 理论力学 材料力学 结构力学 板壳力学 弹性力学 弹塑性力学 塑性力学 断裂力学 流体力学 复合材料力学 实验力学 计算力学 量子力学等 作为高等职业教育的一门课程 建筑力学 的内容只是力学中最基本的应用广泛的部分 它将静力学 材料力学 结构力学三门课程的主要内容贯通融合成为一体 精品课件 3 建筑中由若干构件连接而成的能承受作用的平面或空间体系称为建筑结构 在不致混淆时可简称结构 注 作用 能使结构或构件产生效应 内力 变形 裂缝等 的各种原因的总称 作用可分为直接作用和间接作用 直接作用 即习惯上所说的荷载 指施加在结构上的集中力或分布力系 如结构自重 家具及人群荷载 风荷载等 间接作用 引起结构外加变形或约束变形的原因 如地震 基础沉降 温度变化等 精品课件 4 结构 建筑物中承受荷载并起骨架作用的部分 构件 结构中的单个部分 精品课件 5 结构的组成 精品课件 6 单层工业厂房荷载作用图 外荷载 吊车荷载 风 雪 压 单层工业厂房荷载作用图 平衡物体相对于地面处于静止或作匀速直线运动的状态称为平衡 精品课件 7 一 建筑力学的任务研究构件的承载能力 强度 刚度和稳定性问题 结构必须具备可靠 适用 耐久的功能 强度 在使用期内 务必使结构和构件安全可靠 不发生破坏 具有足够的承载能力 结构和构件抵抗破坏的能力称为强度 刚度 在使用期内 务必使结构和构件不发生影响正常使用的变形 结构或构件抵抗变形的能力称为刚度 稳定性 在使用期内 务必使结构和构件平衡形态保持稳定 稳定性是结构或构件保持原有平衡形态的能力 精品课件 8 建筑力学研究平面杆件结构 2 结构按空间观点分为 平面结构 空间结构 实体 板 壳 杆件 1 结构按几何观点分为 杆件结构 薄壁结构 实体结构 二 建筑力学的研究对象 精品课件 9 建筑力学的研究对象是结构 精品课件 10 构件 平面杆系结构 杆件的截面尺寸远小长度 特点 板壳 块体 杆 结构 分类 薄壁杆 精品课件 11 1 建筑结构的概念建筑结构是建筑物的基本组成部分 建筑结构是指建筑物中用来承受各种作用的受力体系 通常 它又被称为建筑物的骨架 组成结构的各个部件称为构件 在房屋建筑中 组成结构的构件有板 梁 屋架 柱 墙 基础等 精品课件 12 2 建筑结构的类型钢筋混凝土结构钢结构 1 按建筑材料划分砌体 包括砖砌块 石等 结构木结构塑料结构充气结构墙体结构框架结构深梁结构筒体结构 2 按结构型式划分拱结构网架结构空间薄壁 包括折板 结构钢索结构舱体结构 精品课件 13 单层结构 多用于单层工业厂房 食堂等 3 按体型划分多层结构 一般2 7层 高层结构 一般8层以上 大跨结构 跨度大约在40 50m以上 精品课件 14 图1 1建筑结构的各种形式 a 墙体结构 b 框架结构 c 深梁结构 d 筒体结构 e 拱结构 f 网架结构 g 空间薄壁结构 h 钢索结构 i 折板结构 精品课件 15 杆件结构 精品课件 16 巴黎的埃菲尔铁塔 杆件结构 精品课件 17 杆件 板壳 实体复合结构 伦敦桥 精品课件 18 杆件结构 海洋石油钻井平台 精品课件 19 杆件结构 北京 中国体育场 精品课件 20 板壳结构 悉尼歌剧院 澳大利亚 精品课件 21 3 结构所要解决的问题 1 使骨架形成的空间能良好地服务于人类生活 生产的要求和人类对美观的需要 前者是物质的 后者是精神的 这是结构之所以存在的根本目的 2 结构要抵御自然界各种作用力 地心吸力 风力 地震力等 因而需要有抵抗力的功能 这是结构之所以存在的根本原因 精品课件 22 3 怎样充分发挥所采用材料的作用 这是结构的另一重要功能 材料是结构之所以存在的根本条件 4 结构所要解决的问题还有其它表现 如连接构造问题 经济问题等 精品课件 23 建筑结构的特点 1 混凝土结构优点 1 强度高 2 耐久性好 3 耐火性好 4 可模性好 5 整体性好 6 易于就地取材 缺点 结构自重大 抗裂性较差 一旦损坏修复比较困难 施工受季节环境影响较大等 精品课件 24 精品课件 25 精品课件 26 2 砌体结构优点 1 可就地取材 2 具有很好的耐火性 较好的化学稳定性和大气稳定 3 一般较钢筋混凝土结构可以节约水泥和钢材 可以节约木材 可连续施工 4 采用砌块或大型板材作墙体时 可以减轻结构自重 加快施工进度 进行工业化生产和施工 精品课件 27 2 砌体结构缺点 1 自重大 2 砌筑工作相当繁重 3 砂浆和砖石间的粘结力较弱 4 粘土砖用量很大 往往占用农田 影响农业生产 5 砌块结构造价略高于砖石结构 精品课件 28 3 钢结构优点 1 钢结构自重轻而承载力高 2 钢材最接近于匀质等向体 3 钢材的塑性和韧性好 4 钢材具有可焊性 5 钢结构具有不渗漏的特性 6 钢结构制造工厂化 施工装配化 缺点 1 钢材耐腐蚀性差 应采取防护措施 2 钢结构耐热性能好 但防火性能差 精品课件 29 精品课件 30 结构的应用 1 混凝土结构的工程应用 1 房屋建筑工程 2 桥梁工程 3 特种结构与高耸结构 4 水利及其他工程 精品课件 31 精品课件 32 精品课件 33 2 砌体结构 1 一般民用建筑中的基础 内外墙 柱 过梁 屋盖和地沟等构件 2 在工业厂房中 用来砌筑围护墙 烟囱 料斗 地沟 管道支架 对渗水性要求不高的水池等特殊结构 3 农村建筑如猪圈 粮仓等 4 在交通运输方面 砌体结构除可用于桥梁 隧道外 各式地下渠道 涵洞 挡土墙也常用砌筑 5 在水利建设方面 可以用石料砌筑坝 堰和渡槽等 精品课件 34 3 钢结构 1 重型工业厂房 2 大跨度结构 3 高耸结构和高层建筑 4 受动力荷载作用的结构 5 可拆卸和移动的结构 6 容器和管道 7 轻型钢结构 8 其他建筑物 精品课件 35 精品课件 36 精品课件 37 精品课件 38 精品课件 39 1 1荷载分类及荷载代表值 建筑结构计算基本原则 1 永久荷载永久荷载亦称恒荷载 是指在结构使用期间 其值不随时间变化 或者其变化与平均值相比可忽略不计的荷载 如结构自重 土压力 预应力等 2 可变荷载可变荷载也称为活荷载 是指在结构使用期间 其值随时间变化 且其变化值与平均值相比不可忽略的荷载 如楼面活荷载 屋面活荷载 风荷载 雪荷载 吊车荷载等 3 偶然荷载在结构使用期间不一定出现 而一旦出现 其量值很大且持续时间很短的荷载称为偶然荷载 如爆炸力 撞击力等 精品课件 40 1 1荷载分类及荷载代表值 建筑结构计算基本原则 常用材料单位体积的自重 单位kN m3 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 荷载标准值 1 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 精品课件 41 1 1荷载分类及荷载代表值 建筑结构计算基本原则 1 可变荷载标准值 民用楼面均布活荷载标准值按下表采用 精品课件 42 1 1荷载分类及荷载代表值 建筑结构计算基本原则 1 可变荷载标准值 民用楼面均布活荷载标准值按下表采用 精品课件 43 1 1荷载分类及荷载代表值 建筑结构计算基本原则 注 本表所列各项活荷载适用于一般使用条件 当使用荷载大时 应按实际情况采用 本表各项荷载不包括隔墙自重和二次装修荷载 1 可变荷载标准值 民用楼面均布活荷载标准值按下表采用 精品课件 44 1 2建筑结构概率极限状态设计法 建筑结构计算基本原则 建筑结构可靠度设计统一标准 GB50068 2001 以下简称 统一标准 规定 建筑结构设计时 应根据结构破坏可能产生的后果 危及人的生命 造成经济损失 产生社会影响等 的严重性 采用不同的安全等级 设计使用年限 是指设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其预定目的使用的时期 精品课件 45 1 2建筑结构概率极限状态设计法 建筑结构计算基本原则 结构的功能要求 能承受正常施工和使用时的各种作用 以及偶然事件发生时 仍能保持整体稳定性 在正常使用时 能保证具有良好的工作性能 不出现过大的变形和裂缝 在正常使用及维护下 具有足够的耐久性能 不发生锈蚀和风化现象 安全性 适用性 耐久性 例如 不会出现影响正常使用的过大变形或振动 不会产生使使用者感到不安的裂缝宽度等 例如 结构材料不致出现影响功能的损坏 钢筋混凝土构件的钢筋不致因保护层过薄或裂缝过宽而锈蚀等 即结构仅产生局部的损坏而不致发生连续倒塌 精品课件 46 1 2建筑结构概率极限状态设计法 建筑结构计算基本原则 结构的安全性 适用性和耐久性是结构可靠的标志 总称为结构的可靠性 结构的可靠度是结构可靠性的概率度量 即对结构可靠性的定量描述 结构可靠性的定义是 结构在规定时间内 规定条件下 完成预定功能的能力 当结构的使用年限超过设计使用年限后 并不意味着结构就要报废 但其可靠度将逐渐降低 精品课件 47 1 2建筑结构概率极限状态设计法 建筑结构计算基本原则 结构功能的极限状态 1 承载能力极限状态 2 正常使用极限状态 针对安全性如 整个结构或结构的一部分作为刚体失去稳定 结构构件或连接因材料强度不够而破坏 结构转变为机动体系 结构或结构构件丧失稳定等 针对适用性和耐久性如 出现影响正常使用或外观的变形 影响正常使用或耐久性的局部损坏 影响正常使用的振动 精品课件 48 1 2建筑结构概率极限状态设计法 建筑结构计算基本原则 结构的功能函数 1 作用效应S 作用 荷载 对结构产生的各种效应 如弯矩 剪力 轴力 变形 裂缝等MVNfw 结构构件抵抗各种作用效应的能力 如抗弯 抗剪 抗压 抗拉 抗扭承载力以及抗变形 抗裂缝的能力 2 结构抗力R 精品课件 49 1 2建筑结构概率极限状态设计法 建筑结构计算基本原则 有一农夫 能肩挑300斤当给他300斤的担子时 效应刚好等于抗力 当给他100斤的担子时 效应小于抗力 当给他400斤的担子时 效应大于抗力 挑担子与结构功能函数 精品课件 50 1 2建筑结构概率极限状态设计法 建筑结构计算基本原则 结构的功能函数 当 0即R S时 结构处于可靠状态 当 0即R S时 结构处于失效状态 当 0即R S时 结构处于极限状态 关系式 S R R S 0称为极限状态方程 结构构件重要性系数一级 1 1 二级 1 0 三级 0 9 按承载能力极限状态设计的实用表达式 精品课件 51 1 2建筑结构概率极限状态设计法 建筑结构计算基本原则 按永久荷载标准值计算的荷载效应值 按可变荷载标准值计算的荷载效应值 可变荷载效应中的最大值 永久荷载分项系数 第i个可变荷载的分项系数 第1个可变荷载的分