第15章 土木工程设计方法

1、土木工程概论土木工程概论主讲：范涛成都理工大学环境与土木工程学院土木工程系建筑工程教研室土木工程概论第十五章土木工程设计方法 土木工程概论第15章 土木工程设计方法本章内容15.1 设计的基本理念15.2 荷载、应力、应变和弹性15.3 结构设计的一般理论与方法15.4 结构安全、极限设计和设计过程 土木工程概论第15章 土木工程设计方法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。 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)。 土木工程概论第15章 土木工程设计方法15.1 设计的基本理念一项好的设计的基本特征

2、: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。 土木工程概论第15章 土木工程设计方法15.2 荷载、应力、应变和弹性15.2.1 荷载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。荷载的分类。 土木工程概论第15章 土木工程设计方法15.2.1 荷载 直接作用：（狭义）荷载以力的形式表现出来广义荷载 间接作用： 以变形的形式表

3、现出来直接作用（重力）间接作用（升温） 土木工程概论第15章 土木工程设计方法15.2.1 荷载集中荷载P均匀分布荷载 土木工程概论第15章 土木工程设计方法15.2.1 荷载大坝均匀分布变化荷载 土木工程概论第15章 土木工程设计方法15.2.1 荷载风荷载 土木工程概论第15章 土木工程设计方法15.2.1 荷载日本神户大地震对土木工程结构的破坏 土木工程概论第15章 土木工程设计方法15.2.2 应力、应变和弹性一、应力作用于单位面积上的内力强度称之为应力。应力示例p =PA 土木工程概论第15章 土木工程设计方法15.2.2 应力、应变和弹性二、应变应变示例 =L 是应变，单位长度的伸

4、长量L 土木工程概论第15章 土木工程设计方法15.2.2 应力、应变和弹性三、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 。 土木工程概论第15章 土木工程设计方法15.2.2 应力、应变和弹性三、弹性胡克定P L律：L = A EE 弹性模量。 土木工程概论第15章 土木工程设计方法15.2.2 应力、应变和弹性四、极限应力和工作应力极限应力材料的失效应力工作应力设计采用的应力安全因数材料的失效应力/设计采用的应力 土木工程概论第15章 土木工程设计方法15.3 结构设计的一般理论与方法15.3.1结构设计的基本理论我国目前的

5、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：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。 土木工程概论第15章 土木工程设计方法15.3.2 结构设计的方法建筑工程的结构设计步骤：一、建筑结构模型的建立；二、结构荷载的计算；三、构件内力计算和构件选择；四、施工图纸绘制。结构模型建立动画一结构模型建立动画二 土木工程概论第15章 土木工程设计方法15.3.2 结构设计的方法一、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

6、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。框架结构简化后的平面结构模型 土木工程概论第15章 土木工程设计方法15.3.2 结构设计的方法二、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。计算模型上的荷载 土木工程概论第15章 土木工程设计方法15.3.2 结构设计的方法三、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

7、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。 土木工程概论第15章 土木工程设计方法15.3.2 结构设计的方法四、施工图纸的绘制构件的截面尺寸和配筋确定后，下一步即是将其反映至施工图纸这个阶段。施工图纸 土木工程概论第15章 土木工程设计方法15.4 结构安全、极限设计和设计过程15.4.1 结构安全设计的结构必须是安全的。那么怎样算达到安全了呢？安全性能承受在正常施工和正常使用时可能出现的各种作用；在偶然事件发生时及发生后，仍能保持必须的整体稳定性。工程设计：既满足安全性，又符合经济性的要求。 土木工程概论第15章 土木工程设计方法15.4.2极限状态设计方法工程结构设计方法的发展过程：容许应力法破损阶段法极限状态设计法概率极限状态法 土木工程概论第15章 土木工程设计方法15.4 结构安全、极限设计和设计过程15.4.3 设计过程简要15.4.4 土