建筑结构01-绪论.ppt

,*,课程性质,主干专业基础课,主要前修课程,高等数学、材力、结力、工程制图和建筑工程材料,主要后修课程,混凝土结构设计、工程抗震设计、高层建筑结构、特种结构,以,数学、力学为,基础,，,考虑,工程应用材料的特性,-,物理及几何非线性,，,确定,实用的设计方法，,解决,结构设计、施工问题的学科。,课程性质及,基本要求,混凝土结构,基本要求,第,1,章,绪论,第,1,章 绪论,主要内容,1.1,混凝土结构的一般概念,1.2,混凝土结构的发展概况,1.3,学习本课程要注意的问题,重点,混凝土结构的一般概念,混凝土结构的发展概况,本章主要内容及重点,1.1,混凝土结构的一般概念,1.,混凝土结构的定义与分类,定义,：以混凝土为主要材料制成的结构称为混凝土结构。,分类,：,钢筋混凝土结构,：由配置受力的普通钢筋、钢筋网或钢筋骨架的混,凝土制成的结构。,预应力混凝土结构,：由配置受力的预应力钢筋通过张拉或其他方法,建立预加应力的混凝土制成的结构。,素混凝土结构,：由无筋或不配置受力钢筋的混凝土制成的结构。,1,.,1,混凝土结构的一般概念,第,1,章 绪论,1.2,混凝土结构的发展概况,1.,混凝土结构的,诞生,1824,年，英国人,J.Aspdin,发明了波特兰水泥，有了混凝土；,1849,年，法国人,Joseph Louis Lambot,用水泥砂浆涂在钢丝网的两面做成小船,-,最早的钢筋混凝土结构；,1861,年，法国花匠,J.Monier,用钢丝作为配筋制作了花盆并申请了专利，后又申请了钢筋混凝土板、管道、拱桥等专利,-,尽管他不懂钢筋混凝土结构的受力原理，甚至将钢筋配置在板的中部，他仍被认为是钢筋混凝土结构的发明者；,1884,年，德国人,Wayss,Bauschingger,和,Koenen,等提出了钢筋应配置在构件中受拉力的部位和钢筋混凝土板的计算理论。后来，钢筋混凝土结构逐渐得到了推广应用。,第,1,章 绪论,1,.,2,混凝土结构的发展概况,第,1,章 绪论,2.,材料方面的发展,强度不断提高,美国,60,年代混凝土抗压强度平均值：,28N/mm,2,，,70,年代：,42N/mm,2,，如今随需要可达：,40N/mm,2,100 N/mm,2,，试验室中：,266 N/mm,2,，但高强混凝土的抗拉强度与抗压强度之比仅为,6%,，脆性显著，塑性明显下降。,轻质混凝土的应用,容重一般为：,14kN/m,3,18kN/m,3,(,普通混凝土为,24kN/m,3,),，如加气混凝土、陶粒混凝土、火山岩混凝土、碎砖混凝土等。,1,.,2,混凝土结构的发展概况,高性能混凝土,（,HPC,，,High Performance Concrete),HPC,是采用现代先进的混凝土技术制作的，是以耐久性作为混凝土设计的主要技术指标，同时结合不同建筑的具体要求，具有高强度、高韧性、高抗渗性、易施工和经济性等。,P,P,纤维混凝土,（,FRC,，,Fiber Reinforced Concrete,),钢纤维、玻璃纤维、碳纤维、及合成纤维等，由短纤维或连续的长纤维作为混凝土的增强材料。用,FRP,筋代替钢筋。,3.,结构方面的发展,预应力混凝土结构的应用,在混凝土的受拉区施加预应力，以提高混凝土结构的抗裂度，减小构件的挠度，减轻构件的自重。,第,1,章 绪论,1,.,2,混凝土结构的发展概况,预应力钢筋,P,P,第,1,章 绪论,结构体系的丰富,不同用途、不同结构功能具有相应的结构体系：混凝土结构、钢与混凝土的组合结构、,FRP,混凝土及预应力混凝土结构等。,允许应力设计法,破坏阶段设计法,极限状态设计法,半经验半概率法 近似概率法 全概率法 生命全过程设计法,材料力学的方法,按经验法确定安全系数,1,.,2,混凝土结构的发展概况,4.,理论研究方面的发展,（,1,）,设计方法,第,1,章 绪论,（,2,）结构基本理论,-,结构设计理论,荷载的确定方法；,结构的力学分析：线性和非线性；,构件的承载力计算、设计方法和构造措施；,未来的方向：计算机的应用与发展，结构整体空间作用分析方法的完善与应用。,（,3,）结构基本理论,-,既有结构的维护、改造与加固理论,（,80,年代中期发展起来）,承载力计算；,加固理论；,耐久性评估；,修复理论；,寿命预测；,灾害评估等。,损伤分析；,1,.,2,混凝土结构的发展概况,（,4,）结构基本理论,-,计算机仿真技术理论,第,1,章 绪论,1,.,2,混凝土结构的发展概况,（,5,）结构基本理论,-,结构试验技术的完善,混凝土组合柱,组合楼板,钢柱,组合梁,组合桁架,钢筋混凝土筒体,第,1,章 绪论,5.,混凝土结构的应用,房屋建筑工程,我国现有的高层建筑中绝大多数是混凝土结构或钢混凝土组合结构。,1,.,2,混凝土结构的发展概况,交通工程,隧道、桥梁、高速公路、城市高架公路、地铁大都采用混凝土结构。如,1994,年建成的上海内环线浦西段高架公路，以及与之相连的南浦大桥、杨浦大桥的塔架，,1995,年建成的地铁一号线、延安东路隧道、英吉利海峡隧道等。,第,1,章 绪论,1,.,2,混凝土结构的发展概况,第,1,章 绪论,水利工程,大坝、拦海闸墩、渡槽、港口等多用混凝土结构：,瑞士大狄克桑期坝，,1962,年，高,285m,，世界最高的混凝土重力坝；,我国湖北宜昌的三峡大坝，高,186m,，装机容量,1786,千瓦；,特种工程,核电站的,安全壳、热电,厂的冷却塔、,储水池、储气,灌、海洋石油,平台、电视塔,等。,1,.,2,混凝土结构的发展概况,3.1,结构的功能要求和极限状态简述,第,3,章,按近似概率理论的极限状态设计法,1,.,3,学习本课程要注意的问题,1,结构的功能要求,安全性,建筑结构应能承受正常施工和正常使用时可能出现的各种荷载和变形，,在偶然事件（如地震、爆炸）发生时和发生后保持必需的整体稳定性，不致发生倒塌。,适用性,结构在正常使用过程中应具有良好的工作性。不产生影响使用的过大变形或振幅以及过宽的裂缝。,耐久性,结构在正常维护条件下应有足够的耐久性，完好使用到设计规定的年限，即设计使用年限。例如，不发生严重的混凝土碳化和钢筋锈蚀。,满足上述功能要求的结构才是,安全可靠,的。,第,3,章 按近似概率理论的极限状态设计法,2,结构功能的极限状态,(limit state),整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求，此特定状态称为该功能的,极限状态,。极限状态实质上是区分结构可靠与失效的,界限,。,极限状态分为两类：承载力极限状态和正常使用极限状态。,承载能力极限状态,安全性,结构或构件达到最大承载力或者达到不适于继续承载的变形状态。其表现为：,结构或构件由于材料强度不足，或因疲劳而破坏；,结构或构件产生过大的塑性变形而不能继续承载；,结构或构件失去平衡或丧失稳定；,结构转变为机动体系。,3,.,1,极限状态,第,3,章 按近似概率理论的极限状态设计法,正常使用极限状态,结构或构件达到正常使用或耐久性能中某项规定限度的状态。其表现为：,结构或构件出现影响正常使用的过大变形、过宽裂缝、局部损坏和振动。,通常对结构构件先按承载能力极限状态进行承载能力计算，然后根据使用要求按正常使用极限状态进行变形、裂缝宽度或抗裂等验算。,适用性、耐久性,3,.,1,极限状态,第,3,章 按近似概率理论的极限状态设计法,1,结构上的作用,使结构产生内力或变形的原因称为“作用”，分,直接作用,和,间接作用,两种。,间接作用,不仅与外界因素有关，还与结构本身的特性有关。,荷载规范,将荷载（作用）分为三类：,永久荷载,、,可变荷载,和,偶然荷载,。,3,.,1,极限状态,3.2,结构的作用和作用效应,第,3,章 按近似概率理论的极限状态设计法,2,结构上的荷载效应,S,结构上的作用（荷载）使结构产生的内力（如弯矩、剪力、轴向力、扭矩等）、变形、裂缝等统称为,作用效应,或,荷载效应,，通常用,S,表示。,3,.,1,极限状态,3.2,结构的作用和作用效应,第,3,章 按近似概率理论的极限状态设计法,3,荷载的标准值,荷载规范,将荷载（作用）分为三类：,永久荷载,、,可变荷载,和,偶然荷载,。并对不同的荷载给予了相应的规定量值，荷载的这种量值称为荷载的代表值。,不同的荷载在不同的极限状态下，就要求采用不同的荷载代表值进行计算。荷载的代表值分为：,标准值,、准永久值、频遇值和组合值。,3,.,1,极限状态,3.2,结构的作用和作用效应,第,3,章 按近似概率理论的极限状态设计法,1,结构抗力的概念,结构抗力是指结构或结构构件承受或抵抗荷载效应的能力，用,R,表示，如承载力、刚度、抗裂度等。与材料性能、几何尺寸及计算模式等有关，是随机变量。,3,.,1,极限状态,3.3,结构抗力,R,第,3,章 按近似概率理论的极限状态设计法,2,结构构件的材料强度,2.1,材料强度标准值,建筑结构可靠度设计统一标准,规定，材料强度的标准值,f,k,是结构设计时采用的材料性能的基本代表值，以材料强度的概论分布的某一分位值来确定。,3,.,1,极限状态,（,1,）,钢筋抗拉强度标准值,具有不小于,95%,保证率的强度值。（实际为,97.73%,）,（,2,）,混凝土抗压强度标准值,具有,95%,保证率的强度值。,第,3,章 按近似概率理论的极限状态设计法,2,结构构件的材料强度,2.2,材料强度设计值,材料强度设计值是用于承载力计算时的材料强度的代表值，它与材料的强度标准值的关系如下：,3,.,1,极限状态,钢筋种类,HPB300,1.1,HRB335,HRB400,RRB400,1.1,消除应力钢丝，刻痕钢丝，钢绞线，热处理钢筋,1.2,混凝土：,材料强度的分项系数,=1.4,。,钢 筋：,第,3,章 按近似概率理论的极限状态设计法,1,功能函数与极限状态方程,3,.,1,极限状态,3.4,概率极限状态设计法,第,3,章 按近似概率理论的极限状态设计法,2,结构的可靠度与失效概率,可靠度,：,P,s,=P,（,RS),失效概率,：,P,f,=P(RS),P,s,+,P,f,=1,Z,服从正态分布，则,Z,的均值,z,和标准差,z,分别为：,z,=,R,s,可靠指标,3,.,1,极限状态,3.4,概率极限状态设计法,第,3,章 按近似概率理论的极限状态设计法,3,建筑结构的安全等级和目标可靠指标,（,1,）,结构重要性系数,安全等级,结构重要性系数,设计使用年限（年）,一级,1.1,100,二级,1.0,50,三级,0.9,5,结构重要性系数、安全等级、设计使用年限的对应关系,（,2,）,目标可靠指标,3,.,3,实用设计表达式,破坏类型,安全等级,一级,二级,三级,延性破坏,3.7,3.2,2.7,脆性破坏,4.2,3.7,3.2,第,3,章 按近似概率理论的极限状态设计法,4,实用设计表达式,（,1,）承载能力,极限状态设计表达式,3,.,3,实用设计表达式,可变荷载效应控制组合,永久荷载效应控制组合,基本组合类别,永久荷载的分项系数,可变荷载的分项系数,以永久荷载效应控制的组合,1.35,(,不利,),，,1.0,(,有利,),1.4,（,1.3,）,以可变荷载效应控制的组合,1.2,(,不利,),，,1.0,(,有利,),1.4,（,1.3,）,荷载分项系数,第,3,章 按近似概率理论的极限状态设计法,4,实用设计表达式,（,2,）正常使用,极限状态设计表达式,注意：与承载能力极限状态的不同,3,.,3,实用设计表达式,标准组合,：,准永久组合,：,正常使用极限状态验算规定,:,对结构构件进行,抗裂验算,时，应,按荷载效应标准组合,进行计算。,结构构件的,裂缝宽度和变形时,按,荷载效应标准组合并考虑长期作用,影响,进行计算。,承载力极限状态验算：,对结构进行,承载力验算,时，应按,基本组合荷载效应,进行计算；,第,3,章 按近似概率理论的极限状态设计法,5,砼结构的耐久性,砼结构的耐久性,是指在正常维护的条件下，在预计的设计使用时期内，在指定工作环境中保证结构满足既定功能要求的性能。,砼结构的耐久性问题主要是指,砼损伤,（裂缝、破碎、酥裂、磨损、溶蚀等）、,钢筋的变化,（锈蚀、脆化、疲劳、应力腐蚀）及,钢筋与砼之间粘结锚固作用的削弱,三个方面。,3,.,3,实用设计表达式,类别,设计使用年限,/,年,示例,1,5,临时性建筑,2,25,易于替换的结构构件,3,50,普通房屋或构筑物,4,100,纪念性建筑和特别重要的建筑结构,第,3,章 按近似概率理论的极限状态设计法,5,砼结构的耐久性,砼结构的耐久性,的影响因素：,砼的碳化，化学侵蚀，冻融破坏，温、湿度的变化，碱,-,集料反 应及机械和生物作用等；,水、氧和氯离子的入侵腐蚀，应力腐蚀，以及疲劳、冷脆、氢脆等。,规范,所采用的是宏观控制的方法，根据,环境类别,和,设计使用年限,对结构砼提出相应的限制和要求，以保证其耐久性。,3,.,3,实用设计表达式,第,3,章 按近似概率理论的极限状态设计法,5,砼结构的耐久性,3,.,3,实用设计表达式,正常使用极限状态验算规定,:,对结构构件进行,抗裂验算,时，应,按荷载效应标准组合,进行计算。,结构构件的,裂缝宽度和变形时,按,荷载效应标准组合并考虑长期作用,影响,进行计算。,承载力极限状态验算：,对结构进行,承载力验算,时，应按,基本组合荷载效应,进行计算；,1.4,混凝土结构的环境类别,第,1,章 绪论,1,.,3,学习本课程要注意的问题,第,2,章 混凝土结构材料的物理力学性能,荷载组合,1.,永久荷载,结构自重、土压力、预加应力等,荷载分类,2.,可变荷载,楼面活荷载、积灰荷载、风荷载、雪荷载等,3.,偶然荷载,地震作用、爆炸冲击力、撞击等,荷载组合,(,承载能力极限状态）,可变荷载效应控制组合,永久荷载效应控制组合,第,3,章 按近似概率理论的极限状态设计法,3,.,3,实用设计表达式,可变荷载效应控制组合,永久荷载效应控制组合,基本组合类别,永久荷载的分项系数,可变荷载的分项系数,以永久荷载效应控制的组合,1.35,(,不利,),，,1.0,(,有利,),1.4,（,1.3,）,以可变荷载效应控制的组合,1.2,(,不利,),，,1.0,(,有利,),1.4,（,1.3,）,荷载分项系数,第,3,章 按近似概率理论的极限状态设计法,4,实用设计表达式,（,2,）正常使用,极限状态设计表达式,注意：与承载能力极限状态的不同,3,.,3,实用设计表达式,标准组合,：,准永久组合,：,