结构设计原理ppt课件
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构件断面大，材料利用率 低，使用空间狭小 ④ 古代结构
2. 近代（17世纪～20世纪中叶）
① 材料: 石、木、砼、砌体、钢
△转炉炼钢：1859年贝塞麦发明，成本 大幅降低而质量大幅提高。
△水泥出现：1824年约瑟夫·阿斯普丁 （Joseph Aspdin）采用波特兰岛的石灰 石研究出胶凝水泥——波特兰水泥，并 取得专利权。
四川大学建筑与环境学院
授课 傅昶彬
2006版
工程结构
采用具有良好的物理力学性能的天然或人 工材料建造的具有一定使用功能的建筑物或构 筑物的骨架体系。
结构设计原理
研究保证结构安全可靠的理论和设计方法 的科学。
课程特点、内容和目标
◆课程特点
●知识面主要涉及力学、材料学 ●原理半理论半实验 ●设计规范性 ●解的不唯一性
砌体的抗压强度可达35MPa（目前国 外）。
②理论：
在近代理论基础上，由于计算机的迅 猛发展有限元法得以广泛应用于工程领域。 另外强度准则也用容许应力法扩展到极限 状态法 。 ③特点：
ⅰ. 日益复杂和高标准的要求。 ⅱ. 材料轻质高强化。 ⅲ. 施工过程工业化、装配化。 ⅳ. 理论的精确化、科学化。
丝节提高抗拉强度、加碳纤维、加添加 剂改性 ； 2) 钢材：冷轧扭、冷轧带肋、冷拔、合金 钢、耐候钢、耐候漆、H型钢 ；
3)高强高粘结度 砂浆 。
② 新材料研发应用 △碳纤维布：高模量E=38～64×105Mpa
高强度fb=2400～3100Mpa
③材料的合理组合 1) 钢管砼
2)钢骨钢筋砼
② 可变荷载 在结构使用期间，荷载值随时间变化，
或其变化值与平均值相比不能忽略的荷载称为 可变荷载。
③偶然荷载 在结构使用期间，不一定出现，但一旦
出现，其值很大，并且持续时间极短的荷载称 为偶然荷载。
3.荷载统计分布规律
ⅰ.平均值
x
xi
i1 n
n
xi 2
ⅱ.标准值差 i1 n 1
3) 预应力砼
4) 压型钢板（0.5～ 1mm厚）叠合砼板
5) 配筋砌体
三. 工程结构的分
（一）按使用功能划分
1.建筑结构 2.桥梁 3.岩土 4.水利 5.海港 6.特种
（二）按材料划分
1. 钢筋砼结构 ① 优点： 强度高，耐久性、耐火性好，可模型整
体性好、就地取材，经济性好。 ② 缺点： 自重大，抗裂性差，施工期长，可重复利 用性差。
◆内容和目标
●设计方法 ●材料力学性能 ●受力构件设计
第一章 绪论
主要内容
◆工程结构的发展历程 ◆工程结构的分类 ◆工程结构计算简图 ◆工程结构荷载
教学要求
◆了解工程结构的发展趋势 ◆熟悉砼、砌体、钢三大结构特点 ◆了解结构计算简图 ◆熟悉工程结构荷载定义
一. 工程结构的发展历程
1.古代 ① 材料：天然 ② 理论：缺乏 ③ 特点：直感经验，按比例放大，
4.木结构
①优点：强度重量比大，适合作大跨度结构或 构件，在通风干燥无虫害条件下有良好的耐久 性，弹性韧性好，良好的隔热保温性质，易加 工，质感具装饰性。
②缺点：易燃， 各向异性，受外 界温湿度影响大， 抵御虫害及微生 物侵蚀能力差。
四. 工程结构计算简图
1. 组成结构的基本元素 2. ① 按形态方分： 3. 杆（梁、柱…）、板、墙、拱、索、
④ 标志结构
二. 工程结构的发展方向
1. 可持续发展要求 2. ① 节能、节水 3. ② 尽量不破坏植被耕地 4. ③ 无污染环保要求
2. 理论方法 ① 全概率极限状态 ② 全过程可靠度理论 ③ 模糊可靠度 ④ 可控结构 ⑤ 非线性分析 ⑥ 优化设计原理
3. 材料方面 ① 已有材料的改良 1) 砼轻质高强：浮石、陶粒轻骨料、加钢
② 理论：
以牛顿（1642.12.25～1727.3.20,享年 85岁）力学为标志（伽利略、伯努力、 欧拉、纳维、圣文南、泊松），有了材 料力学、结构力学、弹性力学、板壳力 学、虚功原理等，强度准则由纳维1825 年确立了容许应力法。
③ 特点: 1) 材料及结构实验； 2) 专业化分工；
3) 简化手算； 4) 新结构新工艺。
2. 砌体结构
①优点： 经济性好，耐火性好，保温隔热性好， 好施工。 ②缺点： 强度不高，自重大，施工速度慢，粘土砖 毁耕地 。
3. 钢结构
①优点： 强度重量比大，材质均匀性、可靠性好， 塑性韧性好，易于加工制造，施工速度快。 ②缺点： 耐火性差（≤100°C材性正常或基本正常， >100强度开始缓慢降低，>300强度下降加 快，450～600°C时强度为零），易生锈。
直接作用在结构上的力称为“荷载”。因 此，“荷载”是作用的一种，并且是“直接作 用”。
地震作用，是地面运动在结构上产生的惯 性力。因此，地震作用是一种“间接作用”， 不能叫“地震荷载”。
结构上受哪些作用？
●自然界：重力、风、雪、裹冰、温差、地震、 撞击、火灾、水灾、化学、微生物、射线、土 压力… ●人类：活荷载，吊车荷载、积灰、爆炸、撞 击、预应力…
④ 标志性结构
3. 现代（20世纪中叶至今）
①材料：种类变化不大，但品质有较大
②
改观。
钢 材 目 前 常 用 400Mpa 以 下 ， 400 ～ 600Mpa已开始应用，种类增多，钢绞线 己达1860MPa。
砼以我国为例目前常用60MPa以下， 特殊工程可达80～100MPa。美国实验室 做出的砼可达266MPa。
本课程主要针对荷载对结构的影响，作用 →荷载。
按时间变异分类
2.荷载分类方式 按空间位置的变异分类
按结构的反应分类
规范分类：按时间变异分类
① 永久荷载：在结构使用期间，荷载值不随 时间变化，或其变化值与平均值相比可以忽略 不计的荷载称为永久荷载。永久荷载又称为恒 载。结构的自重、土重、水重等都属于永久荷 载。
膜、壳、块（基础、大坝）。 4. ② 按受力分： 5. 受弯、受剪、受压、受拉、受扭、
复合受力。
2. 计算简图 ① 实际支座与理论支座 1) 固定支座
2) 铰支座
②实际节点与理论节点
③ 平面体系
④ 空间体系
五. 工程结构荷载
1.作用与荷载
所有能使结构产生内力、变形、开裂等效 应的原因统称为“作用”。“作用”按出现的 方式可分为“直接作用”和“间接作用”。
2. 近代（17世纪～20世纪中叶）
① 材料: 石、木、砼、砌体、钢
△转炉炼钢：1859年贝塞麦发明，成本 大幅降低而质量大幅提高。
△水泥出现：1824年约瑟夫·阿斯普丁 （Joseph Aspdin）采用波特兰岛的石灰 石研究出胶凝水泥——波特兰水泥，并 取得专利权。
四川大学建筑与环境学院
授课 傅昶彬
2006版
工程结构
采用具有良好的物理力学性能的天然或人 工材料建造的具有一定使用功能的建筑物或构 筑物的骨架体系。
结构设计原理
研究保证结构安全可靠的理论和设计方法 的科学。
课程特点、内容和目标
◆课程特点
●知识面主要涉及力学、材料学 ●原理半理论半实验 ●设计规范性 ●解的不唯一性
砌体的抗压强度可达35MPa（目前国 外）。
②理论：
在近代理论基础上，由于计算机的迅 猛发展有限元法得以广泛应用于工程领域。 另外强度准则也用容许应力法扩展到极限 状态法 。 ③特点：
ⅰ. 日益复杂和高标准的要求。 ⅱ. 材料轻质高强化。 ⅲ. 施工过程工业化、装配化。 ⅳ. 理论的精确化、科学化。
丝节提高抗拉强度、加碳纤维、加添加 剂改性 ； 2) 钢材：冷轧扭、冷轧带肋、冷拔、合金 钢、耐候钢、耐候漆、H型钢 ；
3)高强高粘结度 砂浆 。
② 新材料研发应用 △碳纤维布：高模量E=38～64×105Mpa
高强度fb=2400～3100Mpa
③材料的合理组合 1) 钢管砼
2)钢骨钢筋砼
② 可变荷载 在结构使用期间，荷载值随时间变化，
或其变化值与平均值相比不能忽略的荷载称为 可变荷载。
③偶然荷载 在结构使用期间，不一定出现，但一旦
出现，其值很大，并且持续时间极短的荷载称 为偶然荷载。
3.荷载统计分布规律
ⅰ.平均值
x
xi
i1 n
n
xi 2
ⅱ.标准值差 i1 n 1
3) 预应力砼
4) 压型钢板（0.5～ 1mm厚）叠合砼板
5) 配筋砌体
三. 工程结构的分
（一）按使用功能划分
1.建筑结构 2.桥梁 3.岩土 4.水利 5.海港 6.特种
（二）按材料划分
1. 钢筋砼结构 ① 优点： 强度高，耐久性、耐火性好，可模型整
体性好、就地取材，经济性好。 ② 缺点： 自重大，抗裂性差，施工期长，可重复利 用性差。
◆内容和目标
●设计方法 ●材料力学性能 ●受力构件设计
第一章 绪论
主要内容
◆工程结构的发展历程 ◆工程结构的分类 ◆工程结构计算简图 ◆工程结构荷载
教学要求
◆了解工程结构的发展趋势 ◆熟悉砼、砌体、钢三大结构特点 ◆了解结构计算简图 ◆熟悉工程结构荷载定义
一. 工程结构的发展历程
1.古代 ① 材料：天然 ② 理论：缺乏 ③ 特点：直感经验，按比例放大，
4.木结构
①优点：强度重量比大，适合作大跨度结构或 构件，在通风干燥无虫害条件下有良好的耐久 性，弹性韧性好，良好的隔热保温性质，易加 工，质感具装饰性。
②缺点：易燃， 各向异性，受外 界温湿度影响大， 抵御虫害及微生 物侵蚀能力差。
四. 工程结构计算简图
1. 组成结构的基本元素 2. ① 按形态方分： 3. 杆（梁、柱…）、板、墙、拱、索、
④ 标志结构
二. 工程结构的发展方向
1. 可持续发展要求 2. ① 节能、节水 3. ② 尽量不破坏植被耕地 4. ③ 无污染环保要求
2. 理论方法 ① 全概率极限状态 ② 全过程可靠度理论 ③ 模糊可靠度 ④ 可控结构 ⑤ 非线性分析 ⑥ 优化设计原理
3. 材料方面 ① 已有材料的改良 1) 砼轻质高强：浮石、陶粒轻骨料、加钢
② 理论：
以牛顿（1642.12.25～1727.3.20,享年 85岁）力学为标志（伽利略、伯努力、 欧拉、纳维、圣文南、泊松），有了材 料力学、结构力学、弹性力学、板壳力 学、虚功原理等，强度准则由纳维1825 年确立了容许应力法。
③ 特点: 1) 材料及结构实验； 2) 专业化分工；
3) 简化手算； 4) 新结构新工艺。
2. 砌体结构
①优点： 经济性好，耐火性好，保温隔热性好， 好施工。 ②缺点： 强度不高，自重大，施工速度慢，粘土砖 毁耕地 。
3. 钢结构
①优点： 强度重量比大，材质均匀性、可靠性好， 塑性韧性好，易于加工制造，施工速度快。 ②缺点： 耐火性差（≤100°C材性正常或基本正常， >100强度开始缓慢降低，>300强度下降加 快，450～600°C时强度为零），易生锈。
直接作用在结构上的力称为“荷载”。因 此，“荷载”是作用的一种，并且是“直接作 用”。
地震作用，是地面运动在结构上产生的惯 性力。因此，地震作用是一种“间接作用”， 不能叫“地震荷载”。
结构上受哪些作用？
●自然界：重力、风、雪、裹冰、温差、地震、 撞击、火灾、水灾、化学、微生物、射线、土 压力… ●人类：活荷载，吊车荷载、积灰、爆炸、撞 击、预应力…
④ 标志性结构
3. 现代（20世纪中叶至今）
①材料：种类变化不大，但品质有较大
②
改观。
钢 材 目 前 常 用 400Mpa 以 下 ， 400 ～ 600Mpa已开始应用，种类增多，钢绞线 己达1860MPa。
砼以我国为例目前常用60MPa以下， 特殊工程可达80～100MPa。美国实验室 做出的砼可达266MPa。
本课程主要针对荷载对结构的影响，作用 →荷载。
按时间变异分类
2.荷载分类方式 按空间位置的变异分类
按结构的反应分类
规范分类：按时间变异分类
① 永久荷载：在结构使用期间，荷载值不随 时间变化，或其变化值与平均值相比可以忽略 不计的荷载称为永久荷载。永久荷载又称为恒 载。结构的自重、土重、水重等都属于永久荷 载。
膜、壳、块（基础、大坝）。 4. ② 按受力分： 5. 受弯、受剪、受压、受拉、受扭、
复合受力。
2. 计算简图 ① 实际支座与理论支座 1) 固定支座
2) 铰支座
②实际节点与理论节点
③ 平面体系
④ 空间体系
五. 工程结构荷载
1.作用与荷载
所有能使结构产生内力、变形、开裂等效 应的原因统称为“作用”。“作用”按出现的 方式可分为“直接作用”和“间接作用”。