结构设计原理ppt课件
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结构设计原理ppt课件共63页
总论
钢管混凝土 （Concrete Filled Steel Tube）
参考书目： 《钢管混凝土结构：理论与实践》第2版， 韩林海著，科学出版社，2019 《钢管混凝土结构的计算与应用》，蔡 绍怀编著，中国建筑工业出版社，1989
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总论
钢骨混凝土（Steel Reinforced Concrete） （Encased Concrete）
总论
本课程的指导思想： 注重建立工程概念 注重培养综合能力 注重提炼科学知识 注重激发创新意识 从理论转向实际，从简单转向综合 理论分析与工程概念相结合 科学方法与工程创新相结合 培养土木工程师的基本素质
如何学好本课程
目的 Aims 概念 Concept 模型 Model 综合 Synthetic
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总论
FRP-混凝土（Fiber Reinforced Polymer Concrete）
总论
FRP-混凝土（Fiber Reinforced Polymer Concrete）
总论
FRP-混凝土（Fiber Reinforced Polymer Concrete）
CFRP 壳 混凝土主 梁
钢筋、钢管、钢骨等，作为主要承重材料 的结构。
素混凝土结构
钢骨混凝土结构
钢筋混凝土结构 预应力混凝土结构
FRP-混凝土结构 纤维混凝土结构
钢管混凝土结构
钢-混凝土结构
总论
素混凝土结构 （Plain Concrete Structures）
以普通混凝土材料制作的结构。 主要用于承受压力而不承受拉力的结 构，如重力堤坝、支墩、基础、挡土 墙、地坪、水泥混凝土路面、飞机场 跑道及砌块等。
（Prestressed Concrete Structures）
叶见曙结构设计原理第四版第17章
检验钢材能否适应构件制作中的冷 加工工艺过程，暴露钢材的内部冶金和 轧制缺陷，是钢材在复杂应力状态下塑 性变形能力和质量的一项综合指标。
图17-2 钢材冷弯试验
7
17.2.3 钢材的冲击韧性 钢材的冲击韧性是钢材在冲击荷载作用下吸收机械能的
能力，是衡量钢材抵抗可能因低温、应力集中、冲击作用而 导致脆性断裂的一项力学性能指标。
钢结构的疲劳破坏是反复变化的应力使钢材存在的内部微 小缺陷和应力集中，或结构的构造细节引起的应力集中造成 的。
反复应力（荷载）
疲劳强度
21
1）应力比与应力幅
对于反复荷载的作用，一般采用反复荷载引起钢结构和 构件构造细节某点上应力的重复变化，即循环应力[图17-5] 来描述。
①应力比 ρ
ρ = σmin/σmax , 其中 σmax 和 σmin 分别为循环应力中绝对值最 大的峰值应力和绝对值最小的峰值应力，拉应力时取正号、 压应力时取负号，带入求解得到应力比 ρ。
①钢结构及构件的构造细节疲劳强度与使用的钢材牌号 关系不大；
②钢结构及构件的构造细节疲劳强度有两种主要表达方 式：
④当温度超过400℃时，钢材的强度和弹性模量都开始 急剧降低，当温度达到600℃时其强度几乎完全丧失。
17
17.3.5 应力集中的影响
在钢结构构件中不可避免地存在孔洞、槽口、裂缝、厚 度变化以及内部缺陷等，致使构件截面突然改变。
在外力作用下，这些截面突变的某些部位将产生局部峰 值应力，同一截面其余部位的应力却较低且分布极不均匀， 这种现象称为应力集中。
（1）采用应力比 ρ 时
图17-7 a)的BCD直线 为N=2×106次的疲劳强度 曲线示意图。
以循环应力的最大应力σmax为纵坐标，疲劳强度曲线BCD 上任一点 E 的纵坐标σmax值即为相应的疲劳强度，B点纵坐标 σ-1和C点纵坐标σ0分别代表ρ= -1 和 ρ = 0时的疲劳强度，而D 点纵坐标值为屈服强度 fy，疲劳强度曲线BCD方程为
钢结构设计原理第五章.ppt
作阶段进行计算，在上式中取x= y =1.0即可。
抗弯强度的计算
抗弯强度的计算
根据局部稳定要求，当梁受压翼缘的自由外伸宽度与
其厚度之比大于
但不超过
时，塑性
发展对翼缘局部稳定会有不利影响，应取 x ＝1.0。
对于需要计算疲劳的梁，因为有塑性区深入的截面，
塑性区钢材易发生硬化，促使疲劳断裂提前发生，宜取 x= y =1.0。
控制梁的刚度通过对标准荷载下的最大挠度加以限制实现。根据公
式：
w≤[w]
（5-13）
w——标准荷载下梁的最大挠度；
[w]——受弯构件的挠度限值，按表5-3规定采用。
梁的最大挠度可用材料力学、结构力学方法计算。
均布荷载下等 截面简支梁 集中荷载下等 截面简支梁
w 5qL4 5 MxL2 38E4xI 48ExI
w PL3 MxL2 4梁8整E体Ix稳定的1概2E念 Ix
式中， IMx—x———跨跨中中毛截截面面弯惯矩性矩
梁整体稳定的概念
梁整体稳定的概念
梁整体稳定的概念
梁可以看做是受拉构件和受压构件的组合体。 1 Y 1
受压翼缘其弱轴为1 -1轴，但由于有腹板作连 X X
续支承，（下翼缘和腹板下部均受拉，可以提
变形等）； 按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行设计。
受弯构件设计内容
受弯构件设计内容
强度
整体稳定 受
（承载能力极限状态）
弯
局部稳定
构
件
刚度 （正常使用极限状态）
应用
应用
梁在钢结构中是应用较广泛的一种基本构件。例如房屋建 筑中的楼盖梁、墙梁、檩条、吊车梁和工作平台梁，水工 钢闸门中的梁和采油平台梁等。
抗弯强度的计算
抗弯强度的计算
根据局部稳定要求，当梁受压翼缘的自由外伸宽度与
其厚度之比大于
但不超过
时，塑性
发展对翼缘局部稳定会有不利影响，应取 x ＝1.0。
对于需要计算疲劳的梁，因为有塑性区深入的截面，
塑性区钢材易发生硬化，促使疲劳断裂提前发生，宜取 x= y =1.0。
控制梁的刚度通过对标准荷载下的最大挠度加以限制实现。根据公
式：
w≤[w]
（5-13）
w——标准荷载下梁的最大挠度；
[w]——受弯构件的挠度限值，按表5-3规定采用。
梁的最大挠度可用材料力学、结构力学方法计算。
均布荷载下等 截面简支梁 集中荷载下等 截面简支梁
w 5qL4 5 MxL2 38E4xI 48ExI
w PL3 MxL2 4梁8整E体Ix稳定的1概2E念 Ix
式中， IMx—x———跨跨中中毛截截面面弯惯矩性矩
梁整体稳定的概念
梁整体稳定的概念
梁整体稳定的概念
梁可以看做是受拉构件和受压构件的组合体。 1 Y 1
受压翼缘其弱轴为1 -1轴，但由于有腹板作连 X X
续支承，（下翼缘和腹板下部均受拉，可以提
变形等）； 按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行设计。
受弯构件设计内容
受弯构件设计内容
强度
整体稳定 受
（承载能力极限状态）
弯
局部稳定
构
件
刚度 （正常使用极限状态）
应用
应用
梁在钢结构中是应用较广泛的一种基本构件。例如房屋建 筑中的楼盖梁、墙梁、檩条、吊车梁和工作平台梁，水工 钢闸门中的梁和采油平台梁等。
建筑结构ppt课件完整版
建筑结构ppt课件完整版•建筑结构概述•建筑结构荷载与抗力•建筑结构材料性能与选用•建筑结构基本构件设计原理•钢筋混凝土框架结构设计方法•钢结构设计方法与案例分析•建筑结构施工图识读与实例分析建筑结构概述建筑结构定义与分类定义建筑结构是建筑物中承受荷载、传递荷载并将荷载作用在基础上的骨架结构，是建筑物的重要组成部分。
分类根据材料、受力特点和使用功能等，建筑结构可分为木结构、砖混结构、钢筋混凝土结构、钢结构等。
建筑结构必须能够承受各种荷载作用，保证建筑物的安全性。
安全性稳定性耐久性建筑结构应具有足够的稳定性，能够在各种自然和人为因素作用下保持整体稳定。
建筑结构应具有足够的耐久性，能够长期保持其设计功能，减少维修和更换成本。
030201建筑结构重要性近代建筑结构随着工业革命和科技进步，出现了钢筋混凝土结构和钢结构等新型建筑结构，代表建筑如埃菲尔铁塔、纽约帝国大厦等。
古代建筑结构以木结构和砖石结构为主，代表建筑如中国的长城、故宫等。
现代建筑结构随着计算机技术和新材料的发展，建筑结构设计和施工技术不断更新，出现了许多被誉为人类建筑史上的杰作，如悉尼歌剧院、迪拜塔等。
建筑结构发展历程建筑结构荷载与抗力包括结构自重、土压力、预应力等，是长期作用在结构上的荷载。
永久荷载包括楼面活荷载、屋面活荷载、雪荷载、风荷载、吊车荷载等，是随时间变化的荷载。
可变荷载包括地震作用、爆炸力、撞击力等，是偶然发生的荷载。
偶然荷载荷载类型及作用方式抗力概念及来源01抗力是指结构或构件承受荷载的能力，即结构或构件在荷载作用下不产生破坏或过大变形的能力。
02抗力来源主要包括材料的强度、构件的刚度及稳定性等因素。
荷载与抗力关系分析荷载与抗力的关系是建筑结构设计和分析的核心问题。
在进行建筑结构设计时，需要根据荷载的类型和作用方式，以及抗力的来源和特性，进行合理的分析和计算。
通过荷载与抗力的关系分析，可以确定结构的安全性和稳定性，为建筑结构的设计和施工提供科学依据。
《结构设计》课件
结构设计ppt课件
• 结构设计概述 • 结构分析 • 结构设计要素 • 结构设计软件与应用 • 结构设计案例分析 • 结构设计发展趋势与挑战
01 结构设计概述
结构设计的定义与目的
定义
结构设计是指通过合理规划建筑 物的空间布局、结构形式和材料 选择，以达到安全、经济、美观 和适用的目的。
目的
确保建筑物的结构安全、满足使 用需求，同时优化结构性能，降 低成本和维护费用。
高层建筑结构设计案例
总结词 常见的结构体系
设计特点 实际应用
高层建筑结构设计案例主要介绍了高层建筑的结构体系、设计 特点和实际应用。
包括框架结构、剪力墙结构、筒体结构等，以及它们的特点和 适用范围。
重点介绍了高层建筑结构的侧向稳定性、抗震性能和抗风性能 等方面的设计特点。
通过实际案例展示了高层建筑结构设计在工程实践中的应用， 包括结构选型、计算分析、构造措施等。
06 结构设计发展趋势与挑战
绿色结构设计的发展趋势
总结词
随着环保意识的增强，绿色结构 设计已成为未来发展的必然趋势
。
详细描述
绿色结构设计注重减少环境污染和 资源浪费，通过优化设计、采用可 再生资源和高效利用能源等方式实 现可持续发展。
实例
采用可再生材料、节能建筑设计、 生态友好的施工方法等。
高性能材料在结构设计中的应用
节点构造详图
提供各种类型节点的构造详图，包括 梁与柱、板与柱等连接节点的构造方 法。
节点抗震设计
根据抗震设防要求，对节点进行抗震 设计和优化。
节点施工注意事项
介绍在节点施工过程中应注意的事项 和质量控制要求。
04 结构设计软件与应用
AutoCAD软件介绍与操作
• 结构设计概述 • 结构分析 • 结构设计要素 • 结构设计软件与应用 • 结构设计案例分析 • 结构设计发展趋势与挑战
01 结构设计概述
结构设计的定义与目的
定义
结构设计是指通过合理规划建筑 物的空间布局、结构形式和材料 选择，以达到安全、经济、美观 和适用的目的。
目的
确保建筑物的结构安全、满足使 用需求，同时优化结构性能，降 低成本和维护费用。
高层建筑结构设计案例
总结词 常见的结构体系
设计特点 实际应用
高层建筑结构设计案例主要介绍了高层建筑的结构体系、设计 特点和实际应用。
包括框架结构、剪力墙结构、筒体结构等，以及它们的特点和 适用范围。
重点介绍了高层建筑结构的侧向稳定性、抗震性能和抗风性能 等方面的设计特点。
通过实际案例展示了高层建筑结构设计在工程实践中的应用， 包括结构选型、计算分析、构造措施等。
06 结构设计发展趋势与挑战
绿色结构设计的发展趋势
总结词
随着环保意识的增强，绿色结构 设计已成为未来发展的必然趋势
。
详细描述
绿色结构设计注重减少环境污染和 资源浪费，通过优化设计、采用可 再生资源和高效利用能源等方式实 现可持续发展。
实例
采用可再生材料、节能建筑设计、 生态友好的施工方法等。
高性能材料在结构设计中的应用
节点构造详图
提供各种类型节点的构造详图，包括 梁与柱、板与柱等连接节点的构造方 法。
节点抗震设计
根据抗震设防要求，对节点进行抗震 设计和优化。
节点施工注意事项
介绍在节点施工过程中应注意的事项 和质量控制要求。
04 结构设计软件与应用
AutoCAD软件介绍与操作
混凝土结构设计原理第五章ppt课件
Nu
fc Acor 2
f y Ass0
f yAs
令2 / 2
图5-11 混凝土径向压力示意图 Nu 0.9( fc Acor 2 f y Ass0 f yAs)
α称为间接钢筋对混凝土约束的折减系数，当混凝土强度等级不超过C50时， 取α＝1.0；当混凝土强度等级为C80时，取α＝0.85；当混凝土强度等级在 C50与C80之间时，按直线内插法确定。
图5-16 不同长细比柱从加荷到破坏的N-M关系
在图5 -16中，示出了截面尺寸、配 筋和材料强度等完全相同，仅长细比不 相同的3根柱，从加载到破坏的示意图。
5.4 偏心受压构件的二阶效应
轴向压力对偏心受压构件的侧移和挠 曲产生附加弯矩和附加曲率的荷载效应称 为偏心受压构件的二阶荷载效应，简称二 阶效应。其中，由侧移产生的二阶效应， 习称P-Δ效应；由挠曲产生的二阶效应， 习称P-δ效应。
①M1/M2＞0.9或 ②轴压比N/fcA＞0.9或
③lci＞34-12(M1/M2)
3)考虑二阶效应后控制截面的弯矩设计值
《混凝土结构设计规范》规定，除排架结构柱外，
其他偏心受压构件考虑轴向压力在挠曲杆件中产生的
二阶效应后控制截面的弯矩设计值，应按下列公式计
算：
M CmnsM 2
Cm
0.7 0.3
5.3.2 偏心受压长柱的破坏类型
图5-15 长柱实测N-f曲线 偏心受压长柱在纵向弯曲影响下，可能发生失稳破坏和材料破坏两种破坏类 型。长细比很大时，构件的破坏不是由材料引起的，而是由于构件纵向弯曲失去 平衡引起的，称为“失稳破坏”。当柱长细比在一定范围内时，虽然在承受偏心 受压荷载后，偏心距由ei增加到 ei+f，使柱的承载能力比同样截面的短柱减小， 但就其破坏特征来讲与短柱一样都属于“材料破坏”，即因截面材料强度耗尽而 产生破坏。
东南大学 叶见曙 结构设计原理 完整(课堂PPT)
2）截面复核
已求知截截面面承尺载寸力b、Mhu。，混凝土和钢筋材料级别，钢筋面积As及as，
（1）检查构造要求（C、 ρ ≥ρmin ）。
（2）由式（3-13）计算受压区高度x。
（3）当x≤ξbh0时，由式（3-14）或式（3-15）可计算得到Mu。
(4）若x＞ξbh0，则为超筋截面，此时取x=ξbh0，其承载能力为
• 3-2 3-5 3-6 • 思考题
钢筋混凝土梁的抗弯承载能力与配 筋率是什么关系？试以文字及图形来描 述两者的相互关系。
3.3 受弯构件正截面承载能力计算的 基本原则
3.3.1基本假定
1）平截面假定
2）不考虑混凝土的抗拉强度
3）材料应力-应变物理关系
3.3.1基本假定
3）材料应力应变物理关系
否则ii类中和轴位于腹板两类两类tt形截面形截面ii类1第一类t形截面t形截面开裂弯矩与截面为腹板厚度的矩形截面的开裂弯矩几乎相同按按bbffhh的矩形截面的矩形截面计算计算cdcdcdcd3343351截面设计截面设计h单筋矩形截面进行设计第一类t形截面min首先判断截面类型然后进行相应计算首先判断截面类型然后进行相应计算因采用的是焊接钢筋骨架假设假设aass30mm00701hhaass第二类t形截面按第二类t形截面基本公式进行计算1截面设计截面设计cdcdcdcd受压区高度x受拉区钢筋as22截面复核截面复核h的矩形截面计算构件的承载力第一类t形截面22截面复核截面复核第二类t形截面受压区高度xcdcdcdcd64例题36预制钢筋混凝土简支t梁截面高度h130m翼板有效宽度b160m预制宽度158mc30混凝土hrb335级钢筋
（1）混凝土受压时的应力应变关系
规范中提出：以一条二次抛物线及水平线组成的 曲线 为混凝土单轴受压状态下的应力应变关系曲线。
混凝土结构设计原理(课件)
高性能混凝土的研究和应用，使得混凝土 结构的性能更加优异，满足了更加复杂和 多样化的工程需求。
02 混凝土结构设计基本原则
结构设计原则
01
02
03
04
Hale Waihona Puke 结构完整性确保混凝土结构在各种工况下 的整体性，避免出现裂缝、断
裂等损伤。
承载能力
根据预期的载荷和应力要求， 设计混凝土结构的承载能力。
耐久性
考虑环境因素和预期使用寿命 ，确保混凝土结构在使用期间
工现场进行搅拌、浇注和养护的混凝土构件。
按受力特点分类
混凝土结构可以分为框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构等。框架结构的受力特 点是主要承受横向和纵向的荷载，通过梁和柱的连接实现；剪力墙结构的受力特点是主 要承受横向荷载，通过剪力墙的连接实现；框架-剪力墙结构的受力特点是结合了框架
和剪力墙的特点，形成了一种混合结构形式。
05 混凝土结构设计中的问题 及解决措施
混凝土裂缝问题及解决措施
总结词
混凝土裂缝是混凝土结构设计中 常见的问题，会导致结构承载能
力下降和耐久性降低。
原因分析
混凝土裂缝产生的原因包括施工过 程控制不当、结构设计不合理、材 料质量不合格等。
解决措施
针对不同原因采取相应的解决措施， 如加强施工过程控制、优化结构设 计、选用优质材料等。
混凝土结构发展历程
19世纪中叶
20世纪初
随着水泥和混凝土技术的发展，混凝土开 始被应用于建筑和桥梁工程中。
钢筋混凝土的发明和应用，使得混凝土结 构的强度和稳定性得到了显著提高。
20世纪50年代
21世纪初
预应力混凝土的出现，进一步提高了混凝 土结构的承载能力和耐久性，为现代大型 混凝土结构的建造奠定了基础。
结构设计原理ppt课件
单孔空腹圆弧石拱桥，长64.4m，净跨37.20m，矢高7.23m。 主拱圈上两侧各开两个小拱，以宣泄洪水，减轻自重。该桥制作精 良，结构独创，造型匀称美丽，雕刻细致生动，列代都予重视和保 护，1991年列为世界文化遗产。
乌巢河桥位于湖南省凤凰县沱江源头的乌巢河峡谷的县道上。乌
巢河大桥全长241m，该桥因地制宜，就地取材，综合应用和发展 了中国近20多年来建设石拱桥的经验，建成桥宽8m、主跨为120m 的双肋石拱桥。主拱圈由两条分离式矩形石肋和8条钢筋混凝土横 系梁组成。拱轴线为m=1.543悬链线，拱矢度1/5，拱肋为等高变宽 度。采用20MPa的小石子混凝土砌100kPa的块石；肋宽2.5m，高 1.6m。该桥结构轻盈，造型美观，是目前世界上最大跨径石拱桥记 录的保持者，于1990年建成通车。
钢-混凝土组合板
钢-混凝土组合梁
总论
钢-混凝土组合（混合）结构（Steel Concrete Composite （Hybrid）Structures）
返回
总论
纤维混凝土（Fiber Concrete ）
总论
总论
返回
总论
0.1 各种工程结构的特点及使用范围
1.混凝土结构（Concrete Structures）
总论
1.1 基本概念
南京长江第三大桥主桥为钢塔钢箱梁双索面五跨连续斜拉桥。索 塔为“人”字形塔，塔柱外侧圆曲线部分半径720m，高215m，设 4道横梁。其中下塔柱及下横梁为钢筋混凝土结构，为C50混凝土。 其他部分为钢结构，采用Q370qD钢 。
总论
钢管混凝土 （Concrete Filled Steel Tube）
参考书目： 《钢管混凝土结构：理论与实践》第2版， 韩林海著，科学出版社，2007 《钢管混凝土结构的计算与应用》，蔡 绍怀编著，中国建筑工业出版社，1989
乌巢河桥位于湖南省凤凰县沱江源头的乌巢河峡谷的县道上。乌
巢河大桥全长241m，该桥因地制宜，就地取材，综合应用和发展 了中国近20多年来建设石拱桥的经验，建成桥宽8m、主跨为120m 的双肋石拱桥。主拱圈由两条分离式矩形石肋和8条钢筋混凝土横 系梁组成。拱轴线为m=1.543悬链线，拱矢度1/5，拱肋为等高变宽 度。采用20MPa的小石子混凝土砌100kPa的块石；肋宽2.5m，高 1.6m。该桥结构轻盈，造型美观，是目前世界上最大跨径石拱桥记 录的保持者，于1990年建成通车。
钢-混凝土组合板
钢-混凝土组合梁
总论
钢-混凝土组合（混合）结构（Steel Concrete Composite （Hybrid）Structures）
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纤维混凝土（Fiber Concrete ）
总论
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0.1 各种工程结构的特点及使用范围
1.混凝土结构（Concrete Structures）
总论
1.1 基本概念
南京长江第三大桥主桥为钢塔钢箱梁双索面五跨连续斜拉桥。索 塔为“人”字形塔，塔柱外侧圆曲线部分半径720m，高215m，设 4道横梁。其中下塔柱及下横梁为钢筋混凝土结构，为C50混凝土。 其他部分为钢结构，采用Q370qD钢 。
总论
钢管混凝土 （Concrete Filled Steel Tube）
参考书目： 《钢管混凝土结构：理论与实践》第2版， 韩林海著，科学出版社，2007 《钢管混凝土结构的计算与应用》，蔡 绍怀编著，中国建筑工业出版社，1989
(完整版)叶见曙结构设计原理第四版第21
叶见曙 ·结构设计原理（第4版）·教学课件
第21章 钢板梁
张娟秀 雷 笑 马 莹 编制
叶见曙
主审
Principle of Structure Design
本章目录
21.1 钢板梁的构造 21.2 钢板梁的强度 21.3 钢板梁的刚度 21.4 钢板梁的整体稳定 21.5 钢板梁的局部稳定和腹板加劲肋的设计 21.6 钢板梁的截面变化
8
21.2.3 抗剪强度计算
钢板梁在剪力作用下，梁腹板上的剪应力分布见图21-4， 其抗剪强度应满足：
计算截面的剪力计算值，V = 0Vd
有效截面的面积矩
有效截面的惯性矩
=
VSeff Ieff tw
≤fvd
（21-3）
计算截面处腹板厚度
钢材的抗剪强度设计值， 见附表4-1。
对于截面上有螺栓孔等造成不大的面积削弱时，在工程 设计中仍用毛截面参数进行抗剪强度设计。
9
21.2.4 折算强度计算
钢板梁中的截面，通常是同时承受弯矩和剪力，在工程 设计中要进行梁的折算应力计算：
( )2 ( )2 ≤1
fd
fvd
（21-5）
、 —验算截面上同一点的正应力和剪应力；
fd —钢材的抗弯强度设计值； fvd —钢材的抗剪强度设计值。
10
21.3 钢板梁的疲劳强度
纯弯段
剪弯段
（2）弹塑性阶段
（3）塑性阶段
（4）应变硬化阶段
6
2）截面强度计算准则
钢板梁应验算抗弯强度（弯曲正应力）和抗剪强度（剪 应力），必要时还要包括折算强度和疲劳强度。
钢梁截面强度计算采用边缘屈服准则，即截面边缘纤维 的应力达到钢材的屈服点时，认为构件的截面已达到强度极 限，截面上的弯矩称为屈服弯矩。
第21章 钢板梁
张娟秀 雷 笑 马 莹 编制
叶见曙
主审
Principle of Structure Design
本章目录
21.1 钢板梁的构造 21.2 钢板梁的强度 21.3 钢板梁的刚度 21.4 钢板梁的整体稳定 21.5 钢板梁的局部稳定和腹板加劲肋的设计 21.6 钢板梁的截面变化
8
21.2.3 抗剪强度计算
钢板梁在剪力作用下，梁腹板上的剪应力分布见图21-4， 其抗剪强度应满足：
计算截面的剪力计算值，V = 0Vd
有效截面的面积矩
有效截面的惯性矩
=
VSeff Ieff tw
≤fvd
（21-3）
计算截面处腹板厚度
钢材的抗剪强度设计值， 见附表4-1。
对于截面上有螺栓孔等造成不大的面积削弱时，在工程 设计中仍用毛截面参数进行抗剪强度设计。
9
21.2.4 折算强度计算
钢板梁中的截面，通常是同时承受弯矩和剪力，在工程 设计中要进行梁的折算应力计算：
( )2 ( )2 ≤1
fd
fvd
（21-5）
、 —验算截面上同一点的正应力和剪应力；
fd —钢材的抗弯强度设计值； fvd —钢材的抗剪强度设计值。
10
21.3 钢板梁的疲劳强度
纯弯段
剪弯段
（2）弹塑性阶段
（3）塑性阶段
（4）应变硬化阶段
6
2）截面强度计算准则
钢板梁应验算抗弯强度（弯曲正应力）和抗剪强度（剪 应力），必要时还要包括折算强度和疲劳强度。
钢梁截面强度计算采用边缘屈服准则，即截面边缘纤维 的应力达到钢材的屈服点时，认为构件的截面已达到强度极 限，截面上的弯矩称为屈服弯矩。
钢结构设计原理(受弯构件)
M
C
z
Mz
B D
图4.3.1 工字形截面构件自由扭转
特点：轴向位移不受约束，截面可自由翘曲变形；各截面翘曲变形 相同，纵向纤维保持直线且长度不变，构件单位长度的扭转角处处 相等；截面上只有剪应力，纵向正应力为零。
开口截面 自由扭转 剪应力分布
图4.3.2 自由扭转剪应力
按弹性分析：开口薄壁构件自由扭转时，截面上只有剪 应力。剪应力分布在壁厚范围内组成一个封闭的剪力流；剪 应力的方向与壁厚中心线平行，大小沿壁厚直线变化，中心
即：
M t 2At
任一点处的剪应力为： M t
2At
(4.3.5)
闭口截面的抗扭能力要比开口截面的抗扭能力大的多。
4.3.2 开口薄壁的约束扭转
o
x
y
Mz
V1 M1
z
o V1 M1
图4.3.4 构件约束扭转
特点：由于支座的阻碍 或其它原因，受扭构件的截 面不能完全自由地翘曲（翘 曲受到约束）。
剪力中心S位置的一些简单规律 （1）双对称轴截面和点对称截面（如Z形截面），S与截 面形心重和； （2）单对称轴截面，S在对称轴上； （3）由矩形薄板中线相交于一点组成的截面，每个薄板中 的剪力通过该点，S在多板件的交汇点处。常用开口薄壁截面的剪力中心位置2.弯曲剪应力计算
根据材料力学开 口截面的剪应力计算 公式，梁的抗剪强度 或剪应力按下式计算：
4.2.5 受弯构件的刚度
梁必须有一定的刚度才能保证正常使用和观感。梁的刚度可
用标准荷载作用下的挠度进行衡量。梁的刚度可按下式验算：
≤[]
（4.2.12）
——标准荷载下梁的最大挠度
[]——受弯构件的挠度限值，按附P384表2.1规定采用。
结构设计原理偏心受压构件课件
偏心受压构件的重要性
01
实际工程中，许多结构如框架、 剪力墙等都存在偏心受压构件， 其承载能力和稳定性对整体结构 的性能和安全至关重要。
02
偏心受压构件的承载能力直接关 系到结构的承载力和稳定性，因 此对其设计、分析和研究具有重 要的实际意义。
偏心受压构件的受力特点
偏心受压构件在受力时，不仅承受竖 向压力，还承受弯矩作用，导致构件 产生弯曲变形。
承载能力的相关因素
材料性能
材料强度、弹性模量等性能参数对偏 心受压构件的承载能力有直接影响。
截面尺寸和形状
施工质量和环境条件
施工质量、构件的防腐、防火措施等 因素也会影响偏心受压构件的承载能 力。
合理的截面尺寸和形状设计可以提高 偏心受压构件的承载能力。
承载能力的提高措施
01
02
03
优化设计
通过优化截面尺寸、调整 配筋等手段提高偏心受压 构件的承载能力。
性能化设计
根据地震设防要求和结构的重 要性，制定不同的抗震性能目
标，进行有针对性的设计。
抗震设计的优化建议
加强节点连接
提高构件之间的连接强度和整体性， 确保地震作用下结构不发生脆性破坏。
选择合适的基础形式
根据地质勘察结果，选择合适的基础 形式和地基处理方法，提高基础的稳 定性。
优化结构布置
合理布置结构体系，使其具有较好的 空间协同性和传力路径，避免应力集 中和局部破坏。
结构设计原理偏心受 压构件课件
目 录
• 偏心受压构件的基本概念 • 偏心受压构件的承载能力 • 偏心受压构件的稳定性 • 偏心受压构件的抗震设计 • 偏心受压构件的案例分析
01
偏心受压构件的基本概 念
定义与分类
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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”。