结构概念和体系课件
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一一结构的概念PPT课件
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13
.
14
自然界中的各种结构——
苍蝇的复眼包含4000个可独立成像的单眼，能看清几乎 360度范围内的物体。在蝇眼的启示下，人们制成了由 1329块小透镜组成的一次可拍1329张高分辨率照片的蝇 眼照像机，在军事、医学、航. 空、航天上被广泛应用。15
人类飞翔的梦想源于展翅高飞的鸟， 鸟因为有它自由流畅的体形和翅膀结 构，飞机原型源于飞鸟形体结构的仿 生。
家横贯大陆铁路的一部分，然而就在这座桥即将竣工之际，
悲剧发生了。1907年8月29日下午5点32分，即将建成
的大桥突然倒塌，当场造成了至少75人死亡，多人受伤。
事故调查显示，这起悲剧是由工程师在设计中一个小的计
算失误造成的。1913年，这座大桥的建设重新开始，然
而不幸的是悲剧于1916年9月再次发生。，1917年，在
论上计算,要消耗最少的材料,制成
最大的菱形容器,它的角度应该是
１０９度２８分和７０度３２分,
竟和蜂巢的角度一分不差! 人们仿
其构造用各种材料制成蜂巢式夹层
结构板，强度大、重量轻、不易传
导声和热，是建筑及制造航天飞机、
宇宙飞船、人造卫星等的理想材料。
.
12
钝角：109 ° 28 ′ 锐角：70 ° 32 ′
第一章 结构及其设计
一 、 常见结构的认识
.
1
1 无处不在的结构
结构:是指事物的各个组成部分之间的有 序搭配和排列。
世界上任何事物都存在着结构，结构多 种多样决定着事物存在的性质。
观察自然界中的天然结构，如植物的根、茎和叶，动物 的骨骼，蛋类的外壳，可以发现它们的强度和刚度不仅与材 料有关，而且和它们的造型有密切的关系，很多工程结构就 是受到天然结构的启发而创制出来的。结构设计不仅要考虑 结构的强度和刚度，还要做到用料省、重量轻。减轻重量对 某些工程尤为重要，如减轻飞机的重量就可以使飞机航程远、 上升快、速度大、能耗低。
《结构体系》课件
《结构体系》ppt课 件
目 录
• 结构体系概述 • 常见结构体系介绍 • 结构体系设计原则 • 结构体系优化建议 • 结构体系发展趋势
01
CATALOGUE
结构体系概述
结构体系的定义
结构体系定义
结构体系是建筑物或工程中，由 基础、柱、梁、板等主要承重构 件相互连接、相互作用所形成的
系统。
结构体系的作用
筒体结构体系
优点
侧向刚度大，承载能力强。
缺点
空间相对较小，灵活性较低。
03
CATALOGUE
结构体系设计原则
安全性原则
结构安全
稳定性
确保结构在正常施工和使用过程中能 够承受各种作用力，不发生破坏、失 稳或过大变形。
分析结构的整体稳定性，防止因失稳 而导致的破坏。
耐久性
考虑结构的使用寿命，确保结构在规 定的使用年限内保持安全性和功能性 。
绿色建筑的发展
绿色建筑
01
注重建筑的环境友好性，采用可再生能源、节能技术等手段，
降低建筑对环境的影响。
发展趋势
02
随着环保意识的不断提高，绿色建筑将成为未来建筑发展的主
流趋势。
未来发展
03
绿色建筑将与智能化、高性能材料等技术相结合，推动结构体
系向更加高效、环保的方向发展。
THANKS
感谢观看
优点
空间大，灵活性高，侧向刚 度大。
缺点
设计难度较大，需要综合考 虑框架和剪力墙的协同工作 。
筒体结构体系
总结词
由多个垂直墙体组成的结构体系，具有较高的侧向刚度和承载能力。
详细描述筒体结构体系通常由个垂直墙体组成，这些墙体可以是钢筋混凝土浇筑而成，也可以采用其他材料制成。筒体 结构体系具有较高的侧向刚度和承载能力，能够有效地抵抗地震和风荷载等水平荷载。这种结构体系常用于高层 建筑、大型工业厂房和大型公共设施等建筑类型。
目 录
• 结构体系概述 • 常见结构体系介绍 • 结构体系设计原则 • 结构体系优化建议 • 结构体系发展趋势
01
CATALOGUE
结构体系概述
结构体系的定义
结构体系定义
结构体系是建筑物或工程中，由 基础、柱、梁、板等主要承重构 件相互连接、相互作用所形成的
系统。
结构体系的作用
筒体结构体系
优点
侧向刚度大，承载能力强。
缺点
空间相对较小，灵活性较低。
03
CATALOGUE
结构体系设计原则
安全性原则
结构安全
稳定性
确保结构在正常施工和使用过程中能 够承受各种作用力，不发生破坏、失 稳或过大变形。
分析结构的整体稳定性，防止因失稳 而导致的破坏。
耐久性
考虑结构的使用寿命，确保结构在规 定的使用年限内保持安全性和功能性 。
绿色建筑的发展
绿色建筑
01
注重建筑的环境友好性，采用可再生能源、节能技术等手段，
降低建筑对环境的影响。
发展趋势
02
随着环保意识的不断提高，绿色建筑将成为未来建筑发展的主
流趋势。
未来发展
03
绿色建筑将与智能化、高性能材料等技术相结合，推动结构体
系向更加高效、环保的方向发展。
THANKS
感谢观看
优点
空间大，灵活性高，侧向刚 度大。
缺点
设计难度较大，需要综合考 虑框架和剪力墙的协同工作 。
筒体结构体系
总结词
由多个垂直墙体组成的结构体系，具有较高的侧向刚度和承载能力。
详细描述筒体结构体系通常由个垂直墙体组成，这些墙体可以是钢筋混凝土浇筑而成，也可以采用其他材料制成。筒体 结构体系具有较高的侧向刚度和承载能力，能够有效地抵抗地震和风荷载等水平荷载。这种结构体系常用于高层 建筑、大型工业厂房和大型公共设施等建筑类型。
体系结构认识体系结构ppt课件
精品课件
13
前言
体系结构简称架构或构架。
构：本义架木造屋，引申为构造
构架：建筑的结构
结：用绳、线、皮条等绾成的疙瘩；关键点；被联结状态
结构：组成整体的各部分的搭配和安排
对住房的功能需求：能够居住。
对住房的质量需求：
安全性：能避免地震、台风、暴雨等各种自然灾害。
居住者在建筑内的健康性，舒适性。
美观性：有亲和感，社会文化的体现。
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3
开发进度难以控制
由于软件是逻辑、智力产品，软件的开发需建立庞大的逻 辑体系，这是与其他产品的生产不一样的。
在软件开发过程中，用户需求变化等各种意想不到的情况 层出不穷，令软件开发过程很难保证按预定的计划实现，给 项目计划和论证工作带来了很大的困难。
盲目增加软件开发人员并不能成比例地提高软件开发能力。 相反，随着人员数量的增加，人员的组织、协调、通信、培 训和管理等方面的问题将更为严重。
22
第1部分: 软件构架的基础 第2部分: 构架的创建 第3部分: 构架的分析与评审
精品课件
23
课程形式
理论课、专题课、作业
成绩评定
作业、考勤、考试 作业 +考勤 30%、考试 70%
精品课件
24
软件架构的概念
控制处理 (CP)
特征损失模型
回声模型
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噪音模型
25
软件架构的定义
精品课件
10
软件复杂度越来越高
软件不仅仅是在规模上快速地发展扩大，而且其 复杂性也急剧地增加。软件产品的特殊性和人类智 力的局限性，导致人们无力处理“复杂问题”。
所谓“复杂问题”的概念是相对的，一旦人们采 用先进的组织形式、开发方法和工具提高了软件开 发效率和能力，新的、更大的、更复杂的问题又摆 在人们的面前。
结构概念和体系课件
0.3 结构体系(Structural Systems)和其他体系（系统）…
一幢现代建筑中的其他设施系统主要有
水(Water and Waste water)
暖 (Energy)
电(Electrical and Information works )
动力电和照明电系统、应急 照明系统、电报、电传、电话、 电视、信息网络系统、信息传 感系统、安全监控系统等
从施工方面：
双曲抛物面是一个旋转曲面， 可由一根倾斜母线绕纵轴旋转而 成，曲面上存在两个母线方向。 即曲面上任一点都存在两根曲面 上的直线，施工比较方便。
例：双曲抛物面冷却塔（ Cooling Tower with hyperbolic paraboloid Shell） 双曲抛物面冷却塔优美的结构形 式，加上冉冉升起的水气形成地平线上 一道美丽的风景线，十分壮观。采用双 曲抛物面壳这种薄壁空间结构，受力合 理，自重轻，不但安全可靠，也经济合 理。
0.1 Significance of the Course …
了解作为 建筑功能和形 式因素的结构 体系的基本类 型及组成
本课程的 意义
使得在房屋设计 的方案阶段就能保 更深入地理解和体会一些重要的结构概念 证建筑设计与结构 设计的基本协调。
了解和掌 握建筑方案 中空间形式 和结构性能 的相互关系
从工艺方面：
汽轮机的效率和进汽温度 双曲抛物面冷却塔塔身中 与出汽温度之差有关，温差越 部略细，加速了空气上升速度， 大，效率越高，所以要用水来 形成上拔力，加速空气流动。 冷却汽轮机。冷却水被加热后， 到塔身上部，上升的空气被继 用管道送到冷却塔顶部喷洒下 续加热，体积更加膨胀。此时， 来，并通过滴水板尽量延长热 上部塔身略为放宽，减少了上 水下落的路程，同时冷空气从 升空气的阻力，有利于空气流 冷却塔下部进入塔内，与热水 动。可见，双曲抛物面薄壳冷 进行热交换，被加热的冷空气 却塔在冷却工艺上是很合理的。 体积膨胀，容重减轻，缓缓上 升。
第4章结构概念和体系
4.4 有效措施… 一、Using Reasonable Shape of Building
立面和竖向构 件布置的影响
4.4 有效措施… 一、Using Reasonable Shape of Building
在立面和竖向构 件布置时若采用倾斜 的竖向构件，对刚度 是十分有利的。计算 表 明 ， 一 栋 40 层 框 架 结构房屋，若边柱倾 斜8%，，其侧移可减 小约50%。
99.7m(27 层 ) 79.6m(20 层)
4.4 有效措施… 一、Using Reasonable Shape of Building
外侧弧形钢筋 混凝土墙形成竖向 柱形壳体，为加强 在不对称风荷下墙 壳的抗扭转能力， 墙壳端部设置了粗 大的边柱，形成壳 体的边缘构件。
大楼内侧为全玻璃幕，中间设一列柱，横向框 架梁从外墙壳伸向中柱，并悬挑约 2m悬挂玻璃幕。 楼板结构置于框架梁之间，成为墙壳的横隔板，大大 加强了墙壳的刚度和承载力。
4.4 有效措施… 一、Using Reasonable Shape of Building
竖
外墙壳
水ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
向
平
加拿大
荷
中间柱
荷 多伦多市政大厅
载
载
风洞试验表明，由于两座楼 间距很近，风在两座大楼间形成 的涡流使风荷比规范规定值几乎 大四倍，然而由于设计者充分利 用壳面体形，墙壳具有足够的抗 侧移刚度和承载力，并且依其独 特的结构形式，使市政大厅成为 多伦多市著名的旅游景点。
4.4 提高高层结构体系整体承载力和抗侧移 能力的有效措施（Some Effective Ways to
Improve the Carrying Capacity and Stiffness of Highrise Building Structure）
结构概念和体系课件
边界元法
边界元法是一种只在结构边界上离散 化的方法，适用于解决一些特殊的问 题，如只关心边界上的应力分布等。
动力分析方法
动力分析方法概述
有限元-时间积分法
动力分析方法主要研究结构在动力载荷作 用下的响应，如地震、风振等。
有限元-时间积分法是将时间域离散化，对 每个时间步长进行有限元分析，再通过时 间积分得到结构的动态响应。
模态分析方法
时域分析方法
模态分析方法是通过求解结构的特征值和 特征向量，得到结构的固有频率和模态形 状，用于预测结构的振动响应。
时域分析方法是将动力载荷在时间域内进 行积分，直接得到结构在动力载荷作用下 的响应。
稳定性分析方法
稳定性分析方法概述
非线性稳定性分析
稳定性分析方法主要研究结构在各种 载荷作用下的稳定性，如屈曲、后屈 曲等。
结构的基本要素
总结词
结构的基本要素包括节点、连接和属性。节点表示系统中的个体或组成部分，连接表示各节点之间的 相互关系，属性则描述节点的特征和性质。
详细描述
在结构中，节点是构成系统的个体或组成部分，可以是具体的物体、组织或概念。连接表示各节点之 间的相互关系，可以是物理连接、化学反应、信息传递等。属性则描述节点的特征和性质，包括形状 、大小、颜色、功能等。这些基本要素共同构成了结构的完整性和系统性。
筒体结构体系
总结词
由一系列连续的筒体组成的结构体系， 具有较高的侧向刚度和稳定性。
VS
详细描述
筒体结构体系主要用于高层和超高层建筑 ，其特点是筒体作为主要受力构件，提供 较大的抗侧刚度，有效抵抗水平荷载，如 风、地震等。筒体结构体系通常采用钢筋 混凝土或钢材作为材料，具有较高的承载 能力和稳定性。
应用。
边界元法是一种只在结构边界上离散 化的方法，适用于解决一些特殊的问 题，如只关心边界上的应力分布等。
动力分析方法
动力分析方法概述
有限元-时间积分法
动力分析方法主要研究结构在动力载荷作 用下的响应，如地震、风振等。
有限元-时间积分法是将时间域离散化，对 每个时间步长进行有限元分析，再通过时 间积分得到结构的动态响应。
模态分析方法
时域分析方法
模态分析方法是通过求解结构的特征值和 特征向量，得到结构的固有频率和模态形 状，用于预测结构的振动响应。
时域分析方法是将动力载荷在时间域内进 行积分，直接得到结构在动力载荷作用下 的响应。
稳定性分析方法
稳定性分析方法概述
非线性稳定性分析
稳定性分析方法主要研究结构在各种 载荷作用下的稳定性，如屈曲、后屈 曲等。
结构的基本要素
总结词
结构的基本要素包括节点、连接和属性。节点表示系统中的个体或组成部分，连接表示各节点之间的 相互关系，属性则描述节点的特征和性质。
详细描述
在结构中，节点是构成系统的个体或组成部分，可以是具体的物体、组织或概念。连接表示各节点之 间的相互关系，可以是物理连接、化学反应、信息传递等。属性则描述节点的特征和性质，包括形状 、大小、颜色、功能等。这些基本要素共同构成了结构的完整性和系统性。
筒体结构体系
总结词
由一系列连续的筒体组成的结构体系， 具有较高的侧向刚度和稳定性。
VS
详细描述
筒体结构体系主要用于高层和超高层建筑 ，其特点是筒体作为主要受力构件，提供 较大的抗侧刚度，有效抵抗水平荷载，如 风、地震等。筒体结构体系通常采用钢筋 混凝土或钢材作为材料，具有较高的承载 能力和稳定性。
应用。
结构概念和体系第4章1
P/2
P
P
EI=0～∞
h 反弯点
反弯点
L01 2h
a)独立柱
L02 0.7 h
b)排架
L03 0.7 h
c)框架
4.1 Frame Action … 二、在柱顶水平荷载作用下独立柱、排架和框架的比较
框架柱在水平力作用下，柱顶的转角受到横梁刚度的约 为了便于比较，取各柱截面刚度均为 EI，每个柱顶作用的 束，横梁在约束柱顶转动的同时，柱对横梁作用一个力矩， 水平力都为 H/2。独立柱象一根悬臂梁一样工作，排架柱顶为 此力矩将在横梁中形成弯矩和剪力;同时，横梁对柱有一个反 铰接，对柱的侧移没有约束，故其固端弯矩和柱顶侧移和独立 向力矩，横梁刚度越大，此反向力矩也越大。柱受到反向力 柱完全相同。根据力学知识，固端弯矩 :M 1=M2=(H/2)× h ; 矩作用，将在柱内形成反弯点(Opposite Flexural point )，从 3 / 3EI 柱顶侧移 : Δ = Δ = ( H/ 2 ) × h 而减小了柱的计算长度。 1 2
(The Horizontal Systems of Structure) (The Vertical Systems ofStructure) Structure) System of
结构的竖向体系
(Introduction to Engineering Examples )
工程实例简介
第四章
结构竖向体系 ( Vertical Structural System )
增加内柱后，总柱数为 m ，则每柱剪力为 H/m 。若能达到 如果条件允许，增设内柱，不仅增加了 “完全框架作用”，反弯点在柱高中点，则柱根处弯矩为：
抵抗荷载的柱数，还减小了横梁的跨度，相 Mm = (H/m)×(h/2) = (1/m)×(H×h/2) << M1 ; 对提高了横梁的线刚度，增强了框架作用， 柱顶侧移为 : Δm =2× (H/m)×(h/2) 3 /(3×EC × IC ) << Δ1 ; 甚至可能达到“完全框架作用”。
《结构概念和体系》课件
钢材的防腐与防火
钢材在某些环境下容易腐蚀和燃烧，因此需要进行防腐和 防火处理。常见的防腐处理包括涂装、镀锌等，防火处理 则可以通过涂装防火涂料来实现。
其他建筑材料
木材
木材是一种可再生资源，具有自 然的美感和良好的力学性能。它 主要用于木结构和建筑装饰。木 材的强度和耐久性取决于树种和
加工方式。
石材
《结构概念和体系》ppt课件
目录 CONTENTS
• 结构概念 • 结构体系 • 结构设计原理 • 结构材料 • 结构分析方法 • 结构优化设计
01
结构概念
结构的定义
总结词
结构是指物体或系统内部各组成部分之间相对位置、排列顺序和相互关系的总 和。
详细描述
结构是构成物体或系统的基本要素，它决定了物体的功能、性能和稳定性。在 建筑学中，结构是指建筑物或构筑物的支撑体系，包括梁、柱、板、墙体等结 构构件的相对位置、排列顺序和相互关系。
后求解该方程组得到近似解。
有限差分法在解决偏微分方程时 特别有效，广泛应用于流体动力
学、热传导、波动等问题。
有限差分法的优点在于简单直观 、易于编程实现，但精度相对较 低，且对不
其他结构分析方法还包括边界元 法、离散单元法、有限体积法等
。
这些方法各有特点和适用范围， 可以根据具体问题选择合适的方
不同的结构体系。
混凝土的配合比
混凝土的配合比对其性 能有很大影响。通过调 整水泥、骨料、水和其 他添加剂的比例，可以 获得所需的强度、耐久
性和工作性能。
混凝土的施工方法
混凝土的施工方法对其 性能和结构的安全性有 很大影响。常见的施工 方法包括浇筑、振捣和 养护等，这些步骤对确 保混凝土的质量和结构
的稳定性至关重要。
钢材在某些环境下容易腐蚀和燃烧，因此需要进行防腐和 防火处理。常见的防腐处理包括涂装、镀锌等，防火处理 则可以通过涂装防火涂料来实现。
其他建筑材料
木材
木材是一种可再生资源，具有自 然的美感和良好的力学性能。它 主要用于木结构和建筑装饰。木 材的强度和耐久性取决于树种和
加工方式。
石材
《结构概念和体系》ppt课件
目录 CONTENTS
• 结构概念 • 结构体系 • 结构设计原理 • 结构材料 • 结构分析方法 • 结构优化设计
01
结构概念
结构的定义
总结词
结构是指物体或系统内部各组成部分之间相对位置、排列顺序和相互关系的总 和。
详细描述
结构是构成物体或系统的基本要素，它决定了物体的功能、性能和稳定性。在 建筑学中，结构是指建筑物或构筑物的支撑体系，包括梁、柱、板、墙体等结 构构件的相对位置、排列顺序和相互关系。
后求解该方程组得到近似解。
有限差分法在解决偏微分方程时 特别有效，广泛应用于流体动力
学、热传导、波动等问题。
有限差分法的优点在于简单直观 、易于编程实现，但精度相对较 低，且对不
其他结构分析方法还包括边界元 法、离散单元法、有限体积法等
。
这些方法各有特点和适用范围， 可以根据具体问题选择合适的方
不同的结构体系。
混凝土的配合比
混凝土的配合比对其性 能有很大影响。通过调 整水泥、骨料、水和其 他添加剂的比例，可以 获得所需的强度、耐久
性和工作性能。
混凝土的施工方法
混凝土的施工方法对其 性能和结构的安全性有 很大影响。常见的施工 方法包括浇筑、振捣和 养护等，这些步骤对确 保混凝土的质量和结构
的稳定性至关重要。
常见结构的认识通用课件
结构的基本类型
线性结构
网络结构
事物按照一定的顺序和方向依次排列的结 构，如链条、管道等。
事物之间相互连接、相互依存形成的网络 状结构，如交通网络、人际关系网等。
层级结构
模块化结构
事物按照层级关系进行排列的结构，如组 织结构、行政区划等。
将复杂事物划分为相对独立、相互关联的 模块，以便进行设计和管理的结构，如软 件工程中的模块化设计。
板式结构的特性
总结词
由多块平板组合而成的结构，主要承 受垂直于板平面的荷载。
详细描述
板式结构是一种常见的建筑结构形式， 其特点是整体性好、侧向刚度大、抗 震性能好。同时，板式结构的施工方 便、成本较低，广泛应用于住宅、办 公楼等建筑中。
PART 03
结构的应用场景
建筑结构的应用场景
01
02
03
住宅建筑
住宅建筑的结构设计需满 足居住功能，确保安全、 舒适和耐用。
商业建筑
商业建筑的结构设计需满 足商业运营需求，考虑人 流、物流等因素。
公共建筑
公共建筑如图书馆、博物 馆等，其结构设计需满足 特定功能需求，同时考虑 美学和象征意义。
工程结构的应用场景
桥梁工程
桥梁的结构设计需考虑载 荷、跨度、地质等因素， 确保安全、经济和实用。
极限状态法
通过确定结构的极限状态，评估 结构在不同荷载下的安全性。
结构损伤的检测与识别
无损检测
利用非破坏性的检测手段，如超 声波、射线等，对结构内部损伤
进行检测。
外观检测
通过观察结构的外观变化，如裂缝、 变形等，判断结构是否存在损伤。
应力检测
通过测量结构的应力分布，判断结 构是否存在损伤或承载能力下降。
结构体系及布置课件
通过结构分析、构件优化和节点设计等手 段，提高高层办公楼的结构性能和经济性。
案例二：住宅楼的结构体系与布置优化
结构体系选择
户型布置优化
竖向交通设施布置
绿色建筑与结构结合
住宅楼常采用砖混结构、框架 结构或剪力墙结构体系，根据 地震烈度、场地条件和建筑高 度等因素进行选取。
住宅楼的户型布置需考虑居住 功能、采光通风和结构性能， 优化墙体布置、门窗位置和开 洞尺寸，提高居住品质。
功能性原则
1.B 结构布置需满足建筑物的使用功能，根据
建筑物的类型、用途、人流、物流等因素， 进行合理的空间划分和结构设计，以达到 最佳的使用效果。
美观性原则
1.D
结构布置应考虑建筑物的美观和协调性，使 建筑物在满足功能和安全的同时，具有良好 的视觉效果和审美价值。
结构布置的常见技巧
对称布置
通过对建筑物进行对称布置，可以提高建筑物的整体稳定 性和抗震性能，同时使建筑物更加美观和协调。
应用范围
框架结构体系广泛应用于办公楼、商业中心、工业厂房 等建筑物中。
剪力墙结构体系
01
定义
剪力墙结构体系利用墙体作为主要的抗侧力构件，承受水平荷载并传递
至基础。墙体同时起到围护和承重的作用。
02 03
特点
剪力墙结构体系具有较高的刚度和抗震性能，能够提供良好的居住和工 作环境。由于墙体同时承担围护和承重功能，因此建筑物的立面设计和 空间布局受到一定限制。
结构体系与布置案例分析
04
案例一：高层办公楼的结构体系与布置
结构体系选择
竖向布置
高层办公楼常采用框架结构、剪力墙结构 或框架-剪力墙结构体系，以满足抗震、抗 风和承载能力要求。
高层办公楼的竖向布置需考虑建筑功能和 结构性能，合理设置电梯、楼梯和核心筒 等竖向交通设施。
《结构概念与体系》PPT课件之一——一些重要的结构概念
无论从承载力或刚度考虑，适当提高截面惯性矩是合理的。
q
1.1 基本受力状态
拉、压、弯、剪、扭
Tension、Compression、Bending、Shear、Torsion
混凝土横向剥离
适筋梁破坏
纵筋先屈服
1.1 基本受力状态
拉、压、弯、剪、扭 Tension、Compression、Bending、Shear、Torsion
1.2 材料对结构的影响
木上弦
(三)采用组合结构
(a)钢木桁架； (b)拉杆三角形拱屋架； (c)钢梁、压型钢板和现浇 混凝土板组成的组合楼盖； (d)钢筋混凝土结构； (e)悬索结构屋面与钢筋混 凝土边拱(或框架)； (f)其他组合结构等。
钢筋混凝土梁 钢拉杆
钢木屋架 栓钉
钢拉杆 钢拉杆
带拉杆的三角形拱
减系数。
a)拉压 H H H H
1.1 基本受力状态
拉、压、弯、剪、扭 Tension、Compression、Bending、Shear、Torsion
弯、剪 弯、剪 剪应力τ沿截面高度的分布规律可表达为： 在弯矩M 作用下，截面正应力的分布规律可表达为： τ=VS /（ I bM ） y/ I σ= 式中 —— 截面剪力； 式中 VM —— 截面上作用的弯矩； I —— 截面惯性矩； I —— 截面惯性矩； b —— 截面宽度； —— 所求应力点离中和轴的距离。 Sy—— 所求应力点以上部分截面的静力矩。
1.2 材料对结构的影响 (一) 充分发挥材料特性
由于塔身巨大的 自重及当地大量抽取 地下水，使下部地基 钢材强度高，适合高层和大跨 不堪重负。据有关部 结构。木材虽然也是很好的建筑材料， 门测定，自1985年6 但易腐烂，怕火 , 价格昂贵，为了保 月至1992年10月，大 护生态环境，应当尽量减少木材的采 雁塔下沉达585 mm, 伐，木材目前主要用于高级装修，已 很少用作结构构件了。 塔顶倾斜已达1 005 mm。有关部门正密 切注意它的发展。
q
1.1 基本受力状态
拉、压、弯、剪、扭
Tension、Compression、Bending、Shear、Torsion
混凝土横向剥离
适筋梁破坏
纵筋先屈服
1.1 基本受力状态
拉、压、弯、剪、扭 Tension、Compression、Bending、Shear、Torsion
1.2 材料对结构的影响
木上弦
(三)采用组合结构
(a)钢木桁架； (b)拉杆三角形拱屋架； (c)钢梁、压型钢板和现浇 混凝土板组成的组合楼盖； (d)钢筋混凝土结构； (e)悬索结构屋面与钢筋混 凝土边拱(或框架)； (f)其他组合结构等。
钢筋混凝土梁 钢拉杆
钢木屋架 栓钉
钢拉杆 钢拉杆
带拉杆的三角形拱
减系数。
a)拉压 H H H H
1.1 基本受力状态
拉、压、弯、剪、扭 Tension、Compression、Bending、Shear、Torsion
弯、剪 弯、剪 剪应力τ沿截面高度的分布规律可表达为： 在弯矩M 作用下，截面正应力的分布规律可表达为： τ=VS /（ I bM ） y/ I σ= 式中 —— 截面剪力； 式中 VM —— 截面上作用的弯矩； I —— 截面惯性矩； I —— 截面惯性矩； b —— 截面宽度； —— 所求应力点离中和轴的距离。 Sy—— 所求应力点以上部分截面的静力矩。
1.2 材料对结构的影响 (一) 充分发挥材料特性
由于塔身巨大的 自重及当地大量抽取 地下水，使下部地基 钢材强度高，适合高层和大跨 不堪重负。据有关部 结构。木材虽然也是很好的建筑材料， 门测定，自1985年6 但易腐烂，怕火 , 价格昂贵，为了保 月至1992年10月，大 护生态环境，应当尽量减少木材的采 雁塔下沉达585 mm, 伐，木材目前主要用于高级装修，已 很少用作结构构件了。 塔顶倾斜已达1 005 mm。有关部门正密 切注意它的发展。
结构概念-体系及实际应用
– 剪心
• 由以上过程可以看出梁受弯时翼缘受压
（一般上翼缘）容易因侧向弯曲和扭转变 形而失稳，其减小平面外计算长度的基本 原理等同于轴压构件（柱）。从概念上了 解其共同性有助于我们解决实际设计中所 遇到的问题。
– 比如综合以上，我们能否联想桁架的上弦压杆 的平面外计算长度是否也应该有相同的原理呢？
• 由一根钢梁引起的思考
– 简支型钢梁受弯的特点：下翼缘受拉，上翼缘 受压，腹板抗剪
• 然后进化为蜂窝梁 • 然后进化为桁架
• 型钢梁整体稳定与轴心受压构件对比
– 《钢结构设计规范》（88版） –
• 型钢梁整体稳定与轴心受压构件对比
– 《钢结构设计规范》（03版） – 原规范计算梁稳定的侧向支撑力删除了 – 轴心受压时截面剪力任然同旧规范5.1.6 – 5.1.7修改如下
土结构的剪力墙？那么在钢结构楼面刚度足够的情
况下，是否每跨都需要设置支撑？
• 结构体系的选择
– 单跨框架
• 《抗规》6.1.5
– 甲乙类建筑以及高度大于24m的丙类建筑，不应采用单跨 框架结构；高度不大于24m的丙类建筑不宜采用单跨框架 结构（条文：框-墙结构中的框架，可以是单跨）
• 《抗规》8.1.5
• 地震中楼梯的梯板具有斜撑的受力特点，在不同的
体系中楼梯的影响也不同，框架结构中楼梯影响大， 而框架剪力墙结构楼梯的影响则小。什么原因？
– 鉴于目前我们楼梯无法做到滑动或则完全考虑平面规则性， 那么应注意与楼梯相连的梁柱配筋加强，加密箍筋以及楼 梯板的受力钢筋拉通并满足配筋率0.1%。
• 《抗规》13.3.4钢筋混凝土结构中的填充墙，尚应
结构概念、体系及实际应用
结构概念和体系的概述
• 什么是结构（ Structure ）？组成整体的各
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The Basic Performance of Structure 安全 Safety
影 响 因 素
适用 Serviceability
耐久
Durability
在结构局部遭到破坏 后，仍能保持有足够的承 载能力，不产生倾覆或失 稳，不产生过大的变形和 1. 失效（破坏）后果是否严重 裂缝，使损失控制在局部 范围内。 2.失效（破坏）预兆是否明显
使 学生 开阔 视野 了解作为建 筑功能和形式因 素的结构体系的 基本类型及组成 了解和掌握 建筑方案中空间 形式和结构性能 的相互关系 理解 和体会一 些重要的 结构概念
学会从工程中抽象出计算简图，用近似方法快速估算 和比较各种设计方案，使得在房屋设计的最初阶段就能保 证建筑设计与结构设计的基本协调。了解世界建筑业的现 状以及我国建筑业的发展方向，以提高学生的专业素质。
概
述
（Introduction）
课 程 意 义
结 构 概 念
结 构 体 系
0.3 结构体系(Structural Systems)和其他体系（系统）…
结构体系：是由许多结构构件有效地组合起来 的结构的整体，用以承受各种可能的外部作用。
早期的 房屋
仅仅为人类提供一个挡风避雨的场所
现代的 建筑
不仅要为人们提供有效的空间和环境， 还提供良好的设备和其它环境保障系统
双曲抛物面冷却塔可谓建筑造型、结构形式和使 用功能的完美结合，世界各地到处都可看到双曲抛物 面冷却塔。可见，即使设计象冷却塔这样一种工程构 筑物也要求设计者具有渊博的知识。
声音聚焦 Sonic Focussing
(a) (a)
拱形天棚的声聚焦现象
(b) (b)
球形或抛物面形的屋盖结构(壳体或拱结构)，若曲面 的焦点位臵处理不当，会形成声音聚焦。在焦点附近，强大 的躁音会使人难以忍受，严重影响使用功能。 改变曲率或加设吊顶，可以减少或消除这种声聚焦的现 象。可见，在设计的方案阶段，应注意基本的建筑功能、空 间形式与结构体系的协调一致。
0.3 结构体系(Structural Systems)和其他体系（系统）…
一幢现代建筑中的其他设施系统主要有
水(Water and Waste water)
暖 (Energy)
电(Electrical and Information works )
动力电和照明电系统、应急 照明系统、电报、电传、电话、 电视、信息网络系统、信息传 感系统、安全监控系统等
从结构方面：
底部斜框架轻易地跨越了大街，车流人流 在塔下畅通无阻，更显铁塔的雄伟壮观。艾菲尔铁塔可谓建 筑、结构完美统一的代表。
0.1 Significance of the Course …艾菲尔铁塔
0.1 Significance of the Course …
艾菲尔铁塔
例：双曲抛物面冷却塔（Cooling Tower with hyperbolic paraboloid Shell） 人们在世界各地的火电厂附近常见到钢筋混凝土双曲抛物 面冷却塔（Reinforced Concrete Cooling Tower with hyperbolic paraboloid Shell），其功能是要冷却汽轮机中被加热了的冷却水。
经 济 学 等
引导学生深入理解结构概念，学会从房屋总体（而 不是结构构件）来分析和理解结构体系。介绍和分析各种 常见的水平结构体系、竖向结构体系和工程实例。
剖析典型 的工程
介绍国内外著 名的建筑结构
0.1 Significance of the Course …
剖析典型工程，介绍国内外著名的建筑结构
工程中 常采用多次 超静定结构 。当某个杆 件遭到破坏 后结构会产 生内力重分 布，保证结 构整体不倒 塌。
0.2 Structural Concepts …
一些重要的结构概念 (Some Important Concepts of Structure )
1.1 基本受力状态 (The Basic Mechanical States) 1.2 材料对结构的影响 (The Effects of Material on Structure ) 1.3 关于构件尺度的概念 (The Concepts of Members’ Dimension ) 1.4 构件受力后的变形 (The Deformations of Member after Loading ) 1.5 预应力的概念 (The Concepts of Pre-stress )
以巴黎艾菲尔铁塔（Eiffel Tower）为例，原是1889年为纪念 法国大革命胜利一百周年及巴黎世博会而建的标志性建筑，高 320 m，为当时世界第一高度，用钢9000t。它不仅满足了标志性 建筑及展览功能，并且由于其精美设计，一直保留至今。 风 荷 下 的 弯 矩 图
从力学方面:
铁塔可看成是嵌固 在地上的悬臂梁，对于 高耸入云的铁塔来说， 风荷载是其主要荷载， 由于铁塔的总体外形与 风荷引起的弯矩图相似， 因此充分利用了塔身材 料的强度和刚度，受力 非常合理；
哈尔滨工业大学土木工程学院
School of Civil Engineering,Harbin Institute of Technology
结构概念和体系
Structural Concepts and Systems
主讲： 计学闰
2007年9月18日
本课程教材采用 高等教育出版社出版 的新世纪土木工程系 列教材《结构概念和 体系》一书，由哈尔 滨工业大学计学闰、 王力编著，2004年11 月出版。书后附有 《结构概念和体系》 配套电子教案（精简 版）。
0.1 Significance of the Course …
一栋优秀的现代建筑必然是众多专业密 切配合、创造性合作的成果。
建筑物
建筑
结构
施工
设备
经济
材料
其它
要加强各学科之间的相互渗透， 使建筑、结构、设备、环境达到完美统一。
0.1 Significance of the Course …艾菲尔铁塔
结构设计中的总体问题 结构的水平体系
第三章 第四章
(The Horizontal Systems of Structure )
(The Vertical Systems of Structure )
结构的竖向体系
第五章
(Introduction to Engineering Examples )
工程实例简介
上水系 能源系统包 统、排水系 括煤气、燃油、 统、消防水 蒸汽、热水、采 系统等 暖或空调系统等
同时
不仅能精确地计算和分析一个给定的体 系或构件。同时也要求具备丰富、踏实的整 体结构概念和基本体系的相互比较概念。
0.1 Significance of the Course …
本课程是一门理论与实际联系密切，多学科综合性的专业课 目的在于对各门 力 学 房 屋 建 筑 学 钢 结 构 及 砌 体 结 构 课程作横向连系 钢 筋 混 凝 土 施 工 技 术 建 筑 设 备
M
0.1 Significance of the Course …艾菲尔铁塔
从建筑方面:
现在，艾菲 尔铁塔已成为巴黎 和法国的象征。可 见一栋优秀的建筑 在社会、政治、经 济和文化中所起的 重大作用。每年 600 多 万 旅 游 者 登 塔观光，旅游收入 也十分可观。
0.1 Significance of the Course …艾菲尔铁塔
招 标 书
方 案 设 计
初 步 设 计
施 工 图 设 计
0.1 Significance of the Course …
先进的设计思想
通过 方案设计
充分地体现出来
结 构 工 程 师
国际上公认的 主要任务 在特定的建筑空间中用整体概念来设计 优秀结构，都是由 结构，并能有意识地利用总结构体系与各基 本体系之间力学关系。 一种或几种体系有 机结合而成。
3.失效（破坏）概率的大小
在偶然事故 后 ( after an 世界上 accident ) 仍能保 没有绝对的 持结构的整体稳 安全可靠！ 定性（General 所谓安全就 Stability） 是失效概率 小到人们可 以接受的程 度。
0.2 Structural Concepts …
纽约：长途汽车总站
从施工方面：
双曲抛物面是一个旋转曲面， 由一根倾斜母线绕纵轴旋转而 成，曲面上存在两个母线方向。 即曲面上任一点都存在两根曲面 上的直线，施工比较方便。
例：双曲抛物面冷却塔（ Cooling Tower with hyperbolic paraboloid Shell） 双曲抛物面冷却塔优美的结构形 式，加上冉冉升起的水气形成地平线上 一道美丽的风景线，十分壮观。采用双 曲抛物面壳这种薄壁空间结构，受力合 理，自重轻，不但安全可靠，也经济合 理。
从工艺方面：
汽轮机的效率和进汽温度 双曲抛物面冷却塔塔身中 与出汽温度之差有关，温差越 部略细，加速了空气上升速度， 大，效率越高，所以要用水来 形成上拔力，加速空气流动。 冷却汽轮机。冷却水被加热后， 到塔身上部，上升的空气被继 用管道送到冷却塔顶部喷洒下 续加热，体积更加膨胀。此时， 来，并通过滴水板尽量延长热 上部塔身略为放宽，减少了上 水下落的路程，同时冷空气从 升空气的阻力，有利于空气流 冷却塔下部进入塔内，与热水 动。可见，双曲抛物面薄壳冷 进行热交换，被加热的冷空气 却塔在冷却工艺上是很合理的。 体积膨胀，容重减轻，缓缓上 升。
学会从工程中 抽象出计算简图
学会用近似方法快速估 算和比较各种设计方案
概 述
（Introduction）
课 程 意 义
结 构 概 念
结 构 体 系
0.2 Structural Concepts …(1)
影 响 因 素
适用 Serviceability
耐久
Durability
在结构局部遭到破坏 后，仍能保持有足够的承 载能力，不产生倾覆或失 稳，不产生过大的变形和 1. 失效（破坏）后果是否严重 裂缝，使损失控制在局部 范围内。 2.失效（破坏）预兆是否明显
使 学生 开阔 视野 了解作为建 筑功能和形式因 素的结构体系的 基本类型及组成 了解和掌握 建筑方案中空间 形式和结构性能 的相互关系 理解 和体会一 些重要的 结构概念
学会从工程中抽象出计算简图，用近似方法快速估算 和比较各种设计方案，使得在房屋设计的最初阶段就能保 证建筑设计与结构设计的基本协调。了解世界建筑业的现 状以及我国建筑业的发展方向，以提高学生的专业素质。
概
述
（Introduction）
课 程 意 义
结 构 概 念
结 构 体 系
0.3 结构体系(Structural Systems)和其他体系（系统）…
结构体系：是由许多结构构件有效地组合起来 的结构的整体，用以承受各种可能的外部作用。
早期的 房屋
仅仅为人类提供一个挡风避雨的场所
现代的 建筑
不仅要为人们提供有效的空间和环境， 还提供良好的设备和其它环境保障系统
双曲抛物面冷却塔可谓建筑造型、结构形式和使 用功能的完美结合，世界各地到处都可看到双曲抛物 面冷却塔。可见，即使设计象冷却塔这样一种工程构 筑物也要求设计者具有渊博的知识。
声音聚焦 Sonic Focussing
(a) (a)
拱形天棚的声聚焦现象
(b) (b)
球形或抛物面形的屋盖结构(壳体或拱结构)，若曲面 的焦点位臵处理不当，会形成声音聚焦。在焦点附近，强大 的躁音会使人难以忍受，严重影响使用功能。 改变曲率或加设吊顶，可以减少或消除这种声聚焦的现 象。可见，在设计的方案阶段，应注意基本的建筑功能、空 间形式与结构体系的协调一致。
0.3 结构体系(Structural Systems)和其他体系（系统）…
一幢现代建筑中的其他设施系统主要有
水(Water and Waste water)
暖 (Energy)
电(Electrical and Information works )
动力电和照明电系统、应急 照明系统、电报、电传、电话、 电视、信息网络系统、信息传 感系统、安全监控系统等
从结构方面：
底部斜框架轻易地跨越了大街，车流人流 在塔下畅通无阻，更显铁塔的雄伟壮观。艾菲尔铁塔可谓建 筑、结构完美统一的代表。
0.1 Significance of the Course …艾菲尔铁塔
0.1 Significance of the Course …
艾菲尔铁塔
例：双曲抛物面冷却塔（Cooling Tower with hyperbolic paraboloid Shell） 人们在世界各地的火电厂附近常见到钢筋混凝土双曲抛物 面冷却塔（Reinforced Concrete Cooling Tower with hyperbolic paraboloid Shell），其功能是要冷却汽轮机中被加热了的冷却水。
经 济 学 等
引导学生深入理解结构概念，学会从房屋总体（而 不是结构构件）来分析和理解结构体系。介绍和分析各种 常见的水平结构体系、竖向结构体系和工程实例。
剖析典型 的工程
介绍国内外著 名的建筑结构
0.1 Significance of the Course …
剖析典型工程，介绍国内外著名的建筑结构
工程中 常采用多次 超静定结构 。当某个杆 件遭到破坏 后结构会产 生内力重分 布，保证结 构整体不倒 塌。
0.2 Structural Concepts …
一些重要的结构概念 (Some Important Concepts of Structure )
1.1 基本受力状态 (The Basic Mechanical States) 1.2 材料对结构的影响 (The Effects of Material on Structure ) 1.3 关于构件尺度的概念 (The Concepts of Members’ Dimension ) 1.4 构件受力后的变形 (The Deformations of Member after Loading ) 1.5 预应力的概念 (The Concepts of Pre-stress )
以巴黎艾菲尔铁塔（Eiffel Tower）为例，原是1889年为纪念 法国大革命胜利一百周年及巴黎世博会而建的标志性建筑，高 320 m，为当时世界第一高度，用钢9000t。它不仅满足了标志性 建筑及展览功能，并且由于其精美设计，一直保留至今。 风 荷 下 的 弯 矩 图
从力学方面:
铁塔可看成是嵌固 在地上的悬臂梁，对于 高耸入云的铁塔来说， 风荷载是其主要荷载， 由于铁塔的总体外形与 风荷引起的弯矩图相似， 因此充分利用了塔身材 料的强度和刚度，受力 非常合理；
哈尔滨工业大学土木工程学院
School of Civil Engineering,Harbin Institute of Technology
结构概念和体系
Structural Concepts and Systems
主讲： 计学闰
2007年9月18日
本课程教材采用 高等教育出版社出版 的新世纪土木工程系 列教材《结构概念和 体系》一书，由哈尔 滨工业大学计学闰、 王力编著，2004年11 月出版。书后附有 《结构概念和体系》 配套电子教案（精简 版）。
0.1 Significance of the Course …
一栋优秀的现代建筑必然是众多专业密 切配合、创造性合作的成果。
建筑物
建筑
结构
施工
设备
经济
材料
其它
要加强各学科之间的相互渗透， 使建筑、结构、设备、环境达到完美统一。
0.1 Significance of the Course …艾菲尔铁塔
结构设计中的总体问题 结构的水平体系
第三章 第四章
(The Horizontal Systems of Structure )
(The Vertical Systems of Structure )
结构的竖向体系
第五章
(Introduction to Engineering Examples )
工程实例简介
上水系 能源系统包 统、排水系 括煤气、燃油、 统、消防水 蒸汽、热水、采 系统等 暖或空调系统等
同时
不仅能精确地计算和分析一个给定的体 系或构件。同时也要求具备丰富、踏实的整 体结构概念和基本体系的相互比较概念。
0.1 Significance of the Course …
本课程是一门理论与实际联系密切，多学科综合性的专业课 目的在于对各门 力 学 房 屋 建 筑 学 钢 结 构 及 砌 体 结 构 课程作横向连系 钢 筋 混 凝 土 施 工 技 术 建 筑 设 备
M
0.1 Significance of the Course …艾菲尔铁塔
从建筑方面:
现在，艾菲 尔铁塔已成为巴黎 和法国的象征。可 见一栋优秀的建筑 在社会、政治、经 济和文化中所起的 重大作用。每年 600 多 万 旅 游 者 登 塔观光，旅游收入 也十分可观。
0.1 Significance of the Course …艾菲尔铁塔
招 标 书
方 案 设 计
初 步 设 计
施 工 图 设 计
0.1 Significance of the Course …
先进的设计思想
通过 方案设计
充分地体现出来
结 构 工 程 师
国际上公认的 主要任务 在特定的建筑空间中用整体概念来设计 优秀结构，都是由 结构，并能有意识地利用总结构体系与各基 本体系之间力学关系。 一种或几种体系有 机结合而成。
3.失效（破坏）概率的大小
在偶然事故 后 ( after an 世界上 accident ) 仍能保 没有绝对的 持结构的整体稳 安全可靠！ 定性（General 所谓安全就 Stability） 是失效概率 小到人们可 以接受的程 度。
0.2 Structural Concepts …
纽约：长途汽车总站
从施工方面：
双曲抛物面是一个旋转曲面， 由一根倾斜母线绕纵轴旋转而 成，曲面上存在两个母线方向。 即曲面上任一点都存在两根曲面 上的直线，施工比较方便。
例：双曲抛物面冷却塔（ Cooling Tower with hyperbolic paraboloid Shell） 双曲抛物面冷却塔优美的结构形 式，加上冉冉升起的水气形成地平线上 一道美丽的风景线，十分壮观。采用双 曲抛物面壳这种薄壁空间结构，受力合 理，自重轻，不但安全可靠，也经济合 理。
从工艺方面：
汽轮机的效率和进汽温度 双曲抛物面冷却塔塔身中 与出汽温度之差有关，温差越 部略细，加速了空气上升速度， 大，效率越高，所以要用水来 形成上拔力，加速空气流动。 冷却汽轮机。冷却水被加热后， 到塔身上部，上升的空气被继 用管道送到冷却塔顶部喷洒下 续加热，体积更加膨胀。此时， 来，并通过滴水板尽量延长热 上部塔身略为放宽，减少了上 水下落的路程，同时冷空气从 升空气的阻力，有利于空气流 冷却塔下部进入塔内，与热水 动。可见，双曲抛物面薄壳冷 进行热交换，被加热的冷空气 却塔在冷却工艺上是很合理的。 体积膨胀，容重减轻，缓缓上 升。
学会从工程中 抽象出计算简图
学会用近似方法快速估 算和比较各种设计方案
概 述
（Introduction）
课 程 意 义
结 构 概 念
结 构 体 系
0.2 Structural Concepts …(1)