土木工程师设计方法PPT课件

1、本章内容 15.1 15.1 设计的基本理念 15.2 15.2 荷载、应力、应变和弹性15.3 15.3 结构设计的一般理论与方法15.4 15.4 结构安全、极限设计和设计过程第1页/共22页土木工程结构基本功能 提供良好地为人类生活和生产服务以满足人类使用要求、审美要求。 是承受和抵御结构服役过程中可能出现 的各种环境作用(环境是广义的，包括结构所承受的各种作用)。第2页/共22页15.1 15.1 设计的基本理念一、好的设计的基本特征: :(1)首先要能够完全满足客户的使用需求；(2)其次要有很好的经济效益，不论是在建设资金和今后的保养费用都比较省钱；(3)最后当然要符合审美要求。第3

2、页/共22页15.2 15.2 荷载、应力、应变和弹性 能使土木工程结构产生效应（结构或构件的内力、应力、位移、应变和裂缝等）的各种原因的总称，成为结构上的荷载。 荷载在结构上产生的内力（弯矩、扭矩、剪力、压力和拉力等）和变形（挠度、扭转、弯曲、拉伸、压缩和裂缝等）成为荷载效应。15.2.1 15.2.1 荷载第4页/共22页15.2.1 15.2.1 荷载 集中荷载P 均匀分布荷载 第5页/共22页均匀分布变化荷载大坝15.2.1 15.2.1 荷载第6页/共22页15.2.2 15.2.2 应力、应变和弹性作用于单位面积上的内力强度称之为应力 一、应力应力示例第7页/共22页二、应变LL是

3、应变，单位长度的伸长量15.2.2 15.2.2 应力、应变和弹性应变示例第8页/共22页三、弹性 当有力作用一物体时，物体有变形。当这个力移去后，物体又恢复原来的形状。物体所具有的这种特性，称之为弹性 。15.2.2 15.2.2 应力、应变和弹性第9页/共22页15.3 15.3 结构设计的一般理论与方法(1)能承受在正常施工和正常使用时可能出现的各种作用；(2)在正常使用时具有良好的工作性能；(3)在正常维护下具有足够的耐久性能；(4)在偶然事件发生时及发生后，仍能保持必须的整体稳定性。 我国目前的规范对结构设计制订了明确规定，即建筑结构必须满足下列各项功能要求：15.3.115.3.1

4、结构设计的基本理论 第10页/共22页15.3.2 15.3.2 结构设计的方法(1)建筑结构模型的建立；(2)结构荷载的计算；(3)构件内力计算和构件选择；(4)施工图纸绘制。建筑工程的结构设计步骤：建筑工程的结构设计步骤：结构模型建立动画一结构模型建立动画一结构模型建立动画二结构模型建立动画二第11页/共22页一、结构模型的建立(1)整体结构的简化：为简化计算，可取出其中的一榀框架，将其简化为平面框架进行计算。(2)构件的简化：梁和柱的截面尺寸相对于整个框架来说较小，将其简化为杆件，梁和柱的连接节点可简化为刚性连接。15.3.2 15.3.2 结构设计的方法框架结构简化后的平面结构模型第1

5、2页/共22页二、结构荷载计算 (1)结构荷载计算即计算该模型上的受力。(2)计算受力必须清楚该结构所受的荷载的种类和传力路线。15.3.2 15.3.2 结构设计的方法计算模型上的荷载第13页/共22页三、计算构件内力计算和构件选择 (1)先依据经验估计梁柱的截面尺寸，然后即可进行该模型的受力计算。(2)计算出构件的内力后，再依据内力，进行梁柱配筋的计算和梁柱的强度、稳定、变形的计算。(3)这个阶段有一个反复的过程，即当选定的梁柱截面尺寸无法满足要求时，需重新选择截面，重新计算，直至满足要求。15.3.2 15.3.2 结构设计的方法第14页/共22页四、施工图纸的绘制 构件的截面尺寸和配筋

6、确定后，下一步即是将其反映至施工图纸这个阶段。15.3.2 15.3.2 结构设计的方法施工图纸第15页/共22页15.4 15.4 结构安全、极限设计和设计过程 设计的结构必须是安全的。那么怎样算达到安全了呢？ 15.4.1 15.4.1 结构安全平衡点：既是安全的，又是最经济的。第16页/共22页15.4 15.4 结构安全、极限设计和设计过程 四个发展阶段：容许应力法、破损阶段法、极限状态设计法、概率极限状态设计法。 我国目前采用：分项系数表达的以概率理论为基础的极限状态设计方法，分为承载能力极限状态法和正常使用极限状态法两种计算方法。15.4.2 15.4.2 极限设计方法第17页/共22页15.4 15.4 结构安全、极限设计和设计过程规划阶段初步设计阶段方案设计阶段详细设计阶段建设信息阶段建设阶段后合同阶段 15.4.3 15.4.3 设计过程第18页/共22页15.4 15.4 结构安全、极限设计和设计过程功能失效服务失效非连接失效传递失效弹性不稳定失效材料超应力失效 15.4.4 15.4.4 结构失效形式第19页/共22页