混凝土结构设计第1章-概述课件.ppt

1、目 录第1章 绪论第2章 混凝土楼板结构第3章 单层厂房结构第4章 多层框架结构第1章 绪 论 本章介绍了混凝土房屋建筑结构的组成和类型；讲述了工程项目的建本章介绍了混凝土房屋建筑结构的组成和类型；讲述了工程项目的建设程序设程序工程设计阶段（即初步设计阶段、技术设计阶段和施工图设计工程设计阶段（即初步设计阶段、技术设计阶段和施工图设计阶段和内容及结构设计的一般原则；较为详细地讲述了混凝土结构分析的阶段和内容及结构设计的一般原则；较为详细地讲述了混凝土结构分析的基本原则、分析模型和分析方法。同时，对本教材的主要内容及特点进行基本原则、分析模型和分析方法。同时，对本教材的主要内容及特点进行了简单介

2、绍。了简单介绍。1概 述本章提要 建筑物是人们为了满足社会生活需要，利用所掌握的物质技术手段，建筑物是人们为了满足社会生活需要，利用所掌握的物质技术手段，并运用一定的科学规律、风水理念和美学法则，通过对空间的限定、组织并运用一定的科学规律、风水理念和美学法则，通过对空间的限定、组织而创造的供人在内居住、工作、学习、娱乐、储藏物品或进行其他活动的而创造的供人在内居住、工作、学习、娱乐、储藏物品或进行其他活动的空间场所，如住宅、办公楼、体育馆、钢铁厂等。空间场所，如住宅、办公楼、体育馆、钢铁厂等。1概 述1.1 建筑结构的组成和类型建筑结构的组成：由各种材料（砖、石、混凝土、钢材和木材等）建造的结

3、构构件由各种材料（砖、石、混凝土、钢材和木材等）建造的结构构件（板、梁、柱、墙、杆、拱、壳、索等）通过正确的连接，能承受并传递（板、梁、柱、墙、杆、拱、壳、索等）通过正确的连接，能承受并传递自然界和人为的各种作用，并能形成使用空间的受力承重骨架。自然界和人为的各种作用，并能形成使用空间的受力承重骨架。1概 述1.1 建筑结构的组成和类型建筑结构的作用：1.服务于人类对空间的功能应用和舒适美观需求；服务于人类对空间的功能应用和舒适美观需求；2.抵御自然界和人为对建筑物产生的各种作用，使建筑物安全、适用、抵御自然界和人为对建筑物产生的各种作用，使建筑物安全、适用、耐久，并在突发偶然事件时能保持整体

4、稳定性；耐久，并在突发偶然事件时能保持整体稳定性；3.利用并充分发挥所使用材料的效能。利用并充分发挥所使用材料的效能。1概 述1.1 建筑结构的组成和类型一个优质的建筑结构：应用：要充分满足空间和多项使用功能要求；应用：要充分满足空间和多项使用功能要求；安全：要满足承载力和耐久性要求；安全：要满足承载力和耐久性要求；造型：要能够与环境规划和建筑艺术融为一体；造型：要能够与环境规划和建筑艺术融为一体；技术：要力争体现科学、技术和工程的新发展；技术：要力争体现科学、技术和工程的新发展；建造：要合理用材、节约能源、与施工实际密切结合。建造：要合理用材、节约能源、与施工实际密切结合。1概 述1.1 建

5、筑结构的组成和类型建筑结构由竖向承重结构体系、水平承重结构体系和下部承重结构体系建筑结构由竖向承重结构体系、水平承重结构体系和下部承重结构体系（天然地坪或（天然地坪或0.000以下）三部分组成。以下）三部分组成。竖向承重结构体系：由墙、柱等构件组成，承受竖向荷载和水平荷载的竖向承重结构体系：由墙、柱等构件组成，承受竖向荷载和水平荷载的作用，并将其传给下部结构。作用，并将其传给下部结构。有墙体结构、框架结构、排架结构、筒体结构和复合结构（框架有墙体结构、框架结构、排架结构、筒体结构和复合结构（框架-剪力墙、剪力墙、框架框架-筒体、框架筒体、框架-支撑、转换结构等）。支撑、转换结构等）。1概 述1

6、.1 建筑结构的组成和类型水平承重结构体系：指各层的楼盖和顶部的屋盖，它们一方面承受楼、水平承重结构体系：指各层的楼盖和顶部的屋盖，它们一方面承受楼、屋面的竖向荷载，并将竖向荷载传递给竖向承重结构体系；另一方面将作用屋面的竖向荷载，并将竖向荷载传递给竖向承重结构体系；另一方面将作用在各楼层处的水平力传递和分配给竖向承重结构体系。在各楼层处的水平力传递和分配给竖向承重结构体系。主要有梁板结构、平板结构、密肋结构和大跨度结构等。主要有梁板结构、平板结构、密肋结构和大跨度结构等。1概 述1.1 建筑结构的组成和类型下部承重结构：由地下室和基础组成，其主要作用是将上部结构传来的由地下室和基础组成，其主

7、要作用是将上部结构传来的力传给天然地基或人工地基。力传给天然地基或人工地基。基础主要采用钢筋混凝土，当荷载较小时也可采用砌体。基础主要采用钢筋混凝土，当荷载较小时也可采用砌体。1概 述1.1 建筑结构的组成和类型建筑结构按其材料分类：混凝土结构、砌体结构、钢结构、木结构、组混凝土结构、砌体结构、钢结构、木结构、组合结构和混合结构等。混凝土结构是目前土木工程中应用十分广泛的一种结合结构和混合结构等。混凝土结构是目前土木工程中应用十分广泛的一种结构形式。构形式。按其主要结构形式分类：拱结构、墙体结构、排架结构、框架结构、筒拱结构、墙体结构、排架结构、框架结构、筒体结构、折板结构、网架结构、壳体结构

8、、索结构、膜结构等。体结构、折板结构、网架结构、壳体结构、索结构、膜结构等。1概 述1.1 建筑结构的组成和类型 1 10 0层及层及1010层以上的住宅和层以上的住宅和24m24m以上高度的其他建筑为高层建筑，以上高度的其他建筑为高层建筑，2 29 9层或层或高度不超过高度不超过24m24m的建筑称为多层建筑，的建筑称为多层建筑，4040层或高度超过层或高度超过100m100m的建筑称为超高层的建筑称为超高层建筑。建筑。1概 述1.1 建筑结构的组成和类型 1.2.1 工程项目建设程序1概 述1.2 结构设计的过程和内容工程项目建设工作程序和内容工程项目建设工作程序和内容 1.2.2 工程设

9、计阶段和内容 大型建筑工程设计可分为三个阶段进行，即大型建筑工程设计可分为三个阶段进行，即:l初步设计阶段初步设计阶段l技术设计阶段技术设计阶段l施工图设计阶段施工图设计阶段 对一般的建筑工程，可按初步设计和施工图设计两阶段进行。对一般的建筑工程，可按初步设计和施工图设计两阶段进行。1概 述1.2 结构设计的过程和内容 1.初步设计阶段 初步设计阶段主要是进行建设项目可行性分析，确定基本规模、重要工初步设计阶段主要是进行建设项目可行性分析，确定基本规模、重要工艺和设备，以及进行项目的方案设计、核定概算总投资等。艺和设备，以及进行项目的方案设计、核定概算总投资等。可行性研究主要是进行调查工作，调

10、查内容包括环境状况；水、电、交可行性研究主要是进行调查工作，调查内容包括环境状况；水、电、交通状况；地形、地质、气象情况；材料供应及施工条件等。通状况；地形、地质、气象情况；材料供应及施工条件等。土建专业需要完成的文件有：总平面图；建筑平面、立面、剖面图；结土建专业需要完成的文件有：总平面图；建筑平面、立面、剖面图；结构形式和结构体系说明；结构平面布置及缝的划分；设备系统说明；工程概构形式和结构体系说明；结构平面布置及缝的划分；设备系统说明；工程概算等。算等。1概 述1.2 结构设计的过程和内容结构设计的工作内容：1概 述1.2 结构设计的过程和内容（1）了解工程背景）了解工程背景 （2）掌握

11、结构设计所需要的原始资料）掌握结构设计所需要的原始资料（3）收集设计参考资料）收集设计参考资料（4）确定结构方案）确定结构方案2.技术设计阶段技术设计是针对技术上复杂或有特殊要求而又缺乏设计经验的建设项目技术设计是针对技术上复杂或有特殊要求而又缺乏设计经验的建设项目而增设的一个设计阶段，其目的是进一步解决初步设计阶段一时无法解决的而增设的一个设计阶段，其目的是进一步解决初步设计阶段一时无法解决的一些重大问题。一些重大问题。在此阶段，结构设计主要是调整建筑结构尺寸，满足工艺、设备控制尺在此阶段，结构设计主要是调整建筑结构尺寸，满足工艺、设备控制尺寸要求，调整结构形式，协调与其他专业的相互矛盾。寸

12、要求，调整结构形式，协调与其他专业的相互矛盾。1概 述1.2 结构设计的过程和内容3.施工图设计阶段施工图设计是项目施工前最重要的一个设计阶段，要求以图纸和文字的施工图设计是项目施工前最重要的一个设计阶段，要求以图纸和文字的形式解决工程建设中预期的全部技术问题，并编制相应的对施工过程起指导形式解决工程建设中预期的全部技术问题，并编制相应的对施工过程起指导作用的施工预算。施工图按专业内容分为建筑、结构、水、电、暖等部分。作用的施工预算。施工图按专业内容分为建筑、结构、水、电、暖等部分。在此阶段，结构设计主要包括以下内容。在此阶段，结构设计主要包括以下内容。（1 1）结构布置和确定结构计算简图）结

13、构布置和确定结构计算简图 结构布置结构布置 确定结构计算简图确定结构计算简图1概 述1.2 结构设计的过程和内容 （2 2）结构分析与设计计算）结构分析与设计计算 结构分析是指结构在各种作用（荷载）下的内力和变形等作用效应的计结构分析是指结构在各种作用（荷载）下的内力和变形等作用效应的计算；设计计算是指界面设计计算和构造设计计算。算；设计计算是指界面设计计算和构造设计计算。建筑结构作用的计算建筑结构作用的计算 内力的计算内力的计算 荷载效应组合和最不利活荷载的布置荷载效应组合和最不利活荷载的布置 截面设计截面设计 构造设计构造设计1概 述1.2 结构设计的过程和内容 （3 3）结构设计成果）结

14、构设计成果 结构方案说明书结构方案说明书 结构设计计算书结构设计计算书 结构设计图结构设计图 绘制过程中应注意以下事项：绘制过程中应注意以下事项：图纸应按以下内容和顺序编号：结构设计总说明、基础平面图及基础图纸应按以下内容和顺序编号：结构设计总说明、基础平面图及基础详图、柱（剪力墙）结构平面图、梁结构平面图、板结构平面图、楼梯平面详图、柱（剪力墙）结构平面图、梁结构平面图、板结构平面图、楼梯平面图和详图及其他构件。图和详图及其他构件。1概 述1.2 结构设计的过程和内容 结构设计总说明一般包括工程概况、设计标准、设计依据、图纸说明、结构设计总说明一般包括工程概况、设计标准、设计依据、图纸说明、

15、建筑分类等级、抗震等级、荷载取值、设计计算程序、主要结构材料强度等建筑分类等级、抗震等级、荷载取值、设计计算程序、主要结构材料强度等级（级别）、基础及地下室工程、上部结构说明、检测（观测）要求、施工级（级别）、基础及地下室工程、上部结构说明、检测（观测）要求、施工需要特别注意的问题等。需要特别注意的问题等。按平法设计绘制结构施工图时，应将所有柱、剪力墙、梁和板等构件按平法设计绘制结构施工图时，应将所有柱、剪力墙、梁和板等构件进行编号，编号中含有类型代号和序号等。进行编号，编号中含有类型代号和序号等。1概 述1.2 结构设计的过程和内容 在按结构（标准）层绘制的平面布置图（柱、剪力墙、梁、板等）

16、上在按结构（标准）层绘制的平面布置图（柱、剪力墙、梁、板等）上直接表示各构件尺寸、配筋。应当用表格或其他方式注明包括地上和地下各直接表示各构件尺寸、配筋。应当用表格或其他方式注明包括地上和地下各层的结构层楼（地）面标高、结构层高及相应的结构层号。对复杂的工业与层的结构层楼（地）面标高、结构层高及相应的结构层号。对复杂的工业与民用建筑，尚需增加模板、开洞和预埋件等平面图。只有在特殊情况下才需民用建筑，尚需增加模板、开洞和预埋件等平面图。只有在特殊情况下才需增加剖面配筋图。增加剖面配筋图。1概 述1.2 结构设计的过程和内容 基础平面布置图的内容和要求基本同上述平面布置图。应采用表格或基础平面布置

17、图的内容和要求基本同上述平面布置图。应采用表格或其他方式注明基础底面基准标高、其他方式注明基础底面基准标高、0.0000.000的绝对标高。的绝对标高。绘制的依据是计算结果和构造规定，同时，应充分发挥设计者的创造绘制的依据是计算结果和构造规定，同时，应充分发挥设计者的创造性，力求简明清楚，图纸数量少，但不能与计算结果和构造规定相抵触。性，力求简明清楚，图纸数量少，但不能与计算结果和构造规定相抵触。1概 述1.2 结构设计的过程和内容 1.2.3 结构设计的一般原则1.1.遵循现行技术政策和规范、规程、标准遵循现行技术政策和规范、规程、标准2.2.进行充分调查研究进行充分调查研究3.3.注意设计

18、标准的时效性、适用性注意设计标准的时效性、适用性4.4.要重视方案设计、结构分析和结构构造三个环节要重视方案设计、结构分析和结构构造三个环节5.5.结构设计应考虑施工方便结构设计应考虑施工方便6.6.结构设计选材应考虑建筑防火的需要结构设计选材应考虑建筑防火的需要1概 述1.2 结构设计的过程和内容 混凝土结构分析是指根据已确定的结构方案和结构布置以及构件截面尺混凝土结构分析是指根据已确定的结构方案和结构布置以及构件截面尺寸和材料性能等，确定合理的计算简图与结构分析方法，通过科学的计算分寸和材料性能等，确定合理的计算简图与结构分析方法，通过科学的计算分析准确地求出结构内力和变形，以便于进行构件

19、截面配筋计算并采取可靠的析准确地求出结构内力和变形，以便于进行构件截面配筋计算并采取可靠的构造措施。构造措施。1概 述1.3 混凝土结构分析 1.3.1 基本原则 （1 1）确定不利作用组合）确定不利作用组合 施工和使用期。施工和使用期。（2 2）结构分析应以结构的实际工作状况和受力条件为依据，结构上可能）结构分析应以结构的实际工作状况和受力条件为依据，结构上可能的作用及其组合、初始应力和变形状况等，结构分析采用的计算简图、几何的作用及其组合、初始应力和变形状况等，结构分析采用的计算简图、几何尺寸、计算参数、边界条件、结构材料性能指标和构造措施等；所采用的各尺寸、计算参数、边界条件、结构材料性

20、能指标和构造措施等；所采用的各种近似假定和简化，应有理论、试验依据或经工程实践验证；计算结果的精种近似假定和简化，应有理论、试验依据或经工程实践验证；计算结果的精度应符合工程设计的要求。度应符合工程设计的要求。1概 述1.3 混凝土结构分析 （3 3）结构分析方法及选择）结构分析方法及选择 力学平衡方程、变形协调（几何）条件和本构（物理）关系。力学平衡方程、变形协调（几何）条件和本构（物理）关系。分析方法：弹性分析方法；塑性内力重分布分析方法；弹塑性分析方法；分析方法：弹性分析方法；塑性内力重分布分析方法；弹塑性分析方法；塑性极限分析方法；试验分析方法。塑性极限分析方法；试验分析方法。（4 4

21、）计算软件的使用）计算软件的使用 （5 5）构造措施）构造措施1概 述1.3 混凝土结构分析 结构分析模型确定的一般原则如下：结构分析模型确定的一般原则如下：（1 1）计算简图确定的一般原则）计算简图确定的一般原则结构计算简图应根据结构的实际形状、构件的受力和变形情况、构件间的连结构计算简图应根据结构的实际形状、构件的受力和变形情况、构件间的连接和支座约束条件以及各种构造措施等，进行合理的简化后确定。接和支座约束条件以及各种构造措施等，进行合理的简化后确定。p 刚接刚接p 铰接铰接p 计算跨度计算跨度p 计算高度计算高度1概 述1.3 混凝土结构分析 （2 2）空间协同作用的考虑）空间协同作用

22、的考虑 结构整体分析模型一般都可以看作是三维空间结构，并宜考虑结构构件结构整体分析模型一般都可以看作是三维空间结构，并宜考虑结构构件的弯曲、轴向、剪切和扭转变形对结构内力的影响。的弯曲、轴向、剪切和扭转变形对结构内力的影响。（3 3）楼盖变形的考虑）楼盖变形的考虑 对于现浇钢筋混凝土楼盖或有现浇面层的装配整体式楼盖，可近似假定对于现浇钢筋混凝土楼盖或有现浇面层的装配整体式楼盖，可近似假定楼板在其自身平面内的刚度为无穷大，以减少结构的自由度，简化结构分析。楼板在其自身平面内的刚度为无穷大，以减少结构的自由度，简化结构分析。1概 述1.3 混凝土结构分析 （4 4）楼面梁刚度及地基与结构相互作用的

23、考虑）楼面梁刚度及地基与结构相互作用的考虑 对于现浇钢筋混凝土楼盖和有现浇面层的装配整体式楼盖，可近似采用对于现浇钢筋混凝土楼盖和有现浇面层的装配整体式楼盖，可近似采用增加梁翼缘计算宽度的方式来考虑楼板作为翼缘对梁刚度和承载力的贡献。增加梁翼缘计算宽度的方式来考虑楼板作为翼缘对梁刚度和承载力的贡献。1概 述1.3 混凝土结构分析 1.3.3 结构分析方法 1.1.弹性分析方法弹性分析方法 弹性分析方法是假定结构材料的本构关系和构件的受力弹性分析方法是假定结构材料的本构关系和构件的受力-变形关系均是弹变形关系均是弹性的。混凝土结构弹性分析宜采用结构力学或弹性力学等分析方法。性的。混凝土结构弹性分

24、析宜采用结构力学或弹性力学等分析方法。杆系结构是指由长度大于杆系结构是指由长度大于3 3倍截面高度的构件所组成的结构，如建筑结构倍截面高度的构件所组成的结构，如建筑结构中的连续梁、由梁和柱组成的框架结构等，可采用解析法、有限元法或差分中的连续梁、由梁和柱组成的框架结构等，可采用解析法、有限元法或差分法等分析方法，编制计算机程序进行计算。法等分析方法，编制计算机程序进行计算。1概 述1.3 混凝土结构分析 非杆系的二维或三维结构可采用弹性理论分析、有限元分析或试验方法非杆系的二维或三维结构可采用弹性理论分析、有限元分析或试验方法求解。求解。结构构件的刚度计算：结构构件的刚度计算：p 混凝土的弹性

25、模量，截面惯性矩。混凝土的弹性模量，截面惯性矩。p 结构中二阶效应。结构中二阶效应。p 钢筋混凝土双向板。钢筋混凝土双向板。1概 述1.3 混凝土结构分析 2.2.塑性内力重分布分析方法塑性内力重分布分析方法 塑性内力重分布分析方法是用弹性分析方法获得结构内力后，按照塑性塑性内力重分布分析方法是用弹性分析方法获得结构内力后，按照塑性内力重分布的规律，确定结构控制截面的内力。内力重分布的规律，确定结构控制截面的内力。钢筋混凝土连续梁和连续单向板，宜采用考虑塑性内力重分布的分析方钢筋混凝土连续梁和连续单向板，宜采用考虑塑性内力重分布的分析方法，其内力值可由弯矩调幅法确定。法，其内力值可由弯矩调幅法

26、确定。按考虑塑性内力重分布分析方法设计的结构和构件，应进行构件变形和按考虑塑性内力重分布分析方法设计的结构和构件，应进行构件变形和裂缝宽度验算，以满足正常使用极限状态的要求或采取有效的构造措施。裂缝宽度验算，以满足正常使用极限状态的要求或采取有效的构造措施。1概 述1.3 混凝土结构分析 3.3.弹塑性分析方法弹塑性分析方法 弹塑性分析方法是以钢筋混凝土的实际力学性能为依据，通过引入相应弹塑性分析方法是以钢筋混凝土的实际力学性能为依据，通过引入相应的弹塑性本构关系，借助于计算机分析软件，可准确地分析结构受力全过程的弹塑性本构关系，借助于计算机分析软件，可准确地分析结构受力全过程的各种荷载效应，

27、详尽地描述结构从开始受力直至破坏全过程的内力、变形的各种荷载效应，详尽地描述结构从开始受力直至破坏全过程的内力、变形和塑性发展等。和塑性发展等。1概 述1.3 混凝土结构分析 弹塑性分析方法主要用于重要或受力复杂结构的整体或局部分析，根据弹塑性分析方法主要用于重要或受力复杂结构的整体或局部分析，根据结构类型和复杂性、要求的计算精度等选择相应的计算模型。结构类型和复杂性、要求的计算精度等选择相应的计算模型。混凝土结构：混凝土结构：一维单元：梁、柱等一维单元：梁、柱等 二维单元：墙、板等二维单元：墙、板等 三维单元：复杂的混凝土结构、大体积混凝土结构、结构的节点或局部三维单元：复杂的混凝土结构、大

28、体积混凝土结构、结构的节点或局部区域等区域等1概 述1.3 混凝土结构分析 4.4.塑性极限分析方法塑性极限分析方法 混凝土结构（板、连续梁、框架等）的承载能力极限状态设计可采用塑混凝土结构（板、连续梁、框架等）的承载能力极限状态设计可采用塑性极限分析方法，又称为塑性分析法或极限平衡法。性极限分析方法，又称为塑性分析法或极限平衡法。对承受均布荷载周边支承的双向矩形板，可采用塑性铰线法或条带法等对承受均布荷载周边支承的双向矩形板，可采用塑性铰线法或条带法等塑性极限分析方法进行设计。塑性极限分析方法进行设计。对承受均布荷载的板柱体系，根据结构布置和荷载的特点，可采用弯矩对承受均布荷载的板柱体系，根

29、据结构布置和荷载的特点，可采用弯矩系数法或等代框架法计算承载能力极限状态的内力设计值。系数法或等代框架法计算承载能力极限状态的内力设计值。1概 述1.3 混凝土结构分析 5.5.试验分析方法试验分析方法 混凝土结构的试验应经专门的设计。对试件的模型比例、形状、尺寸和混凝土结构的试验应经专门的设计。对试件的模型比例、形状、尺寸和数量、材料的品种和性能指标、支承和边界条件、加载方式、加载数值和加数量、材料的品种和性能指标、支承和边界条件、加载方式、加载数值和加载制度、量测项目和测点布置等应作出周密的规划，以确保试验结果的有效载制度、量测项目和测点布置等应作出周密的规划，以确保试验结果的有效性和准确

30、性。在试验过程中，应及时地观察试件的宏观作用效应，如混凝土性和准确性。在试验过程中，应及时地观察试件的宏观作用效应，如混凝土开裂、裂缝的发展、钢筋的屈服、粘结破坏和滑移等，量测和记录的各种数开裂、裂缝的发展、钢筋的屈服、粘结破坏和滑移等，量测和记录的各种数据应及时整理。试验结束后，对试件的各项性能指标和所需的设计常数应进据应及时整理。试验结束后，对试件的各项性能指标和所需的设计常数应进行分析和计算，并对试验的准确度作出评估，引出合理的结论。行分析和计算，并对试验的准确度作出评估，引出合理的结论。1概 述1.3 混凝土结构分析 1.4.1 主要内容 本课程是本课程是混凝土结构设计原理混凝土结构设

31、计原理的后续课程，为土木工程专业的主干的后续课程，为土木工程专业的主干专业必修课。专业必修课。（1 1）混凝土梁板结构设计）混凝土梁板结构设计 （2 2）装配式单层厂房排架结构设计）装配式单层厂房排架结构设计 （3 3）多层混凝土框架结构设计）多层混凝土框架结构设计1概 述1.4 本课程的主要内容及特点 1.4.2 本课程的特点 （1 1）本课程具有较强的实践性）本课程具有较强的实践性 （2 2）这门课程综合性很强）这门课程综合性很强 （3 3）结构设计工作是一项创新性的工作）结构设计工作是一项创新性的工作 （4 4）结构方案和布置以及构造措施在结构设计中应给予足够的重视）结构方案和布置以及构造措施在结构设计中应给予足够的重视1概 述1.4 本课程的主要内容及特点