第3章 结构设计基本原理(原版).pptx

结构设计基本原理本章将探讨结构设计的基本原理,包括荷载的概念、荷载的种类、结构的基本构件以及结构分析的基本原理等。这些基础知识对于理解和实践结构设计至关重要。gabygzdsgdsdfhdfjh

结构设计的目标确保结构安全可靠,能够承受各种荷载作用提高结构的耐久性和使用寿命,减少维修成本优化结构的材料消耗和制造成本,提高工程经济性

荷载的概念荷载是指作用于建筑物或结构上的各种外力,它会对结构产生应力和变形。了解荷载的概念对于结构设计至关重要,因为它决定了结构需要承受的外力大小和分布情况。

荷载的种类永久荷载由建筑物自身重量、装修材料等产生的持续性外力,需要永久承受。活动荷载由人员、设备、积雪等产生的临时性外力,变化频繁需要预测。环境荷载来自风、地震、洪水等自然环境的外力,具有不确定性需要评估。特殊荷载爆炸、撞击等非正常情况下产生的极端外力,需要特别考虑。

结构的基本构件梁用于承受跨度荷载,构建水平力系统的主要部件。梁可以是钢制、混凝土或木制的。柱用于承受竖向重力荷载,构建垂直力系统的主要部件。柱可以是钢制、混凝土或砌体的。基础位于结构底部,用于将荷载传递至地基。基础可以是独立基座、条形基础或筏板基础等形式。桁架由多个杆件组成的三角形网格结构,常用于跨度较大的建筑物。可以承受较大的拉力和压力。

结构分析的基本原理1力的平衡结构分析的核心是建立结构受力的平衡方程,根据力的平衡原理确定各构件的应力状态。2应变协调分析还需要考虑结构构件之间的变形协调性,确保整体结构变形协调一致。3材料性能结构分析必须结合材料的力学性能,如强度、刚度、弹性等特性,才能准确预测结构行为。

静定结构与静不定结构静定结构静定结构是一种受力受变形协调关系简单的结构体系,可以通过几何条件和力的平衡方程直接确定各构件的应力和变形。结构计算简单,但对材料的拉伸和抗弯强度要求较高。静不定结构静不定结构是一种受力和变形关系相互制约的复杂体系,需要考虑结构二次效应,难以直接确定内力分布。相比之下,静不定结构的材料利用率更高,但计算过程更加繁琐。区别与联系两种结构体系在受力特性、计算方法和材料利用效率等方面存在差异。工程中常将二者结合使用,发挥各自的优势。设计考虑在结构设计中,需要根据工程需求和约束条件,合理选择静定或静不定方案,并采取相应的分析和计算手段。

应力与应变的关系应力应变结构受到外部荷载时会产生内部应力和变形,即应力与应变的关系。这种关系受结构材料的力学性能影响,是结构分析的关键。通过分析应力应变关系可以评估结构安全性和适用性。

结构的强度与刚度1承载能力确保结构在各类荷载作用下不会发生破坏或塑性变形。2变形控制限制结构在服役状态下的变形,确保使用功能正常。3抗震性能结构在地震作用下能够保持足够的刚度和韧性,不会倒塌。结构的强度和刚度是结构设计的两个核心要素。前者决定了结构的承载能力,后者则决定了结构的变形特性。在实际设计中,需要综合考虑这两个因素,充分发挥材料的性能,确保结构在各种荷载下都能够安全可靠地运行。

结构的稳定性1受力稳定承受各类荷载作用下结构不发生整体失稳2材料稳定材料强度性能能抵御局部或整体的破坏3几何稳定结构构件几何尺寸比例满足稳定性要求结构的稳定性是指结构在各种荷载作用下，能够保持整体形态不发生失稳破坏的能力。这包括受力稳定、材料稳定和几何稳定三个方面。合理的结构设计需要全面考虑稳定性因素，确保结构整体和局部在服役期间保持安全可靠的状态。

结构的耐久性结构的耐久性指结构在设计使用寿命内能够持续发挥预期功能的能力。这需要考虑材料的抗老化性、连接的稳定性、防腐蚀措施等因素。合理的结构设计应当确保结构在经历长期环境作用和使用载荷后仍能保持良好的性能。同时,耐久性设计还需要关注结构的可维护性和易修复性,确保结构在服役期间能够经济有效地保持良好状态。

结构设计的一般步骤确定设计目标明确结构的使用功能、承载要求及使用寿命等目标。确定荷载方案分析可能作用于结构的各类永久、活动及环境荷载。选择结构体系根据使用需求和荷载特点,选择适当的结构形式和材料。进行结构分析运用力学原理和计算软件,确定各构件的应力和变形。进行结构设计根据分析结果,合理选择构件尺寸和配筋等参数。进行性能验算检查结构在各类荷载作用下的强度、刚度和稳定性。优化设计方案不断优化参数,确保结构满足使用要求和经济性。

结构设计的基本原则1安全性确保结构在各种极端荷载作用下不会发生破坏或倒塌,确保使用安全。2可靠性在预期使用寿命内保持良好的性能,不会因材料老化或环境腐蚀而失效。3功能性结构在满足承载力和稳定性的前提下,还应满足使用需求和审美要求。4经济性在确保安全可靠的前提下,采用合理的材料和构造,降低建造和维护成本。

结构设计的基本方法结构设计通常采用静定法、有限单元法、汇聚法等基本方法。静定法