结构设计原理2PPT课件

钢筋混凝土结构设计理论的三个发展阶段

1、容许应力计算法 以弹性理论为基础的一种计算方法，不能如实 的反应构件截面的应力状态，不能正确的计算出结 构的承载能力。 2、破坏阶段计算法 20世纪30年代所提出，以弹塑性理论为基础的 一种计算方法，比容许应力计算法有了很大的进 步。 3、极限状态计算法 20世纪50年代所提出，是破坏阶段计算法的发 展。
影响正常使用或耐久性能的局部损坏
影响正常使用的振动
影响正常使用的其它特定状态
正 常 使 用 极 限 状 态
(承)：刚体失去平衡，材料强度不足，结
极限状态的 表现形式：
构转变为机构，失稳
(正)：过大的变形，影响正常使用或耐久 性能的局部损坏，过大的振动
注意
结构或构件能否完成预定功能与结构的作用效应S与结 构的抗力R有关。 由此可采用结构的功能函数 Z = R – S 来描述结构完成 预定功能的状况。因抗力R和S均具有随机性，所以只能用功
三、混凝土结构的耐久性设计
1、耐久性问题 （1）混凝土损伤 （2）钢筋的锈蚀、脆化、疲劳、应力腐蚀等 （3）钢筋与混凝土之间黏结锚固作用的削弱 2、影响耐久性的因素 （1）混凝土碳化 （2）化学侵蚀 （3）碱集料反应 （4）冻融破坏 （5）温度变化的影响
（2）作用长期效应组合
M QiK 459.7 /(1 ) 385.98kN m
• 作用长期效应组合设计值为:
M ld M Gik 2 j M Qjk
i 1 j 1 m n
M Gk 21M Q1k 22 M Q 2 k 552 0.4 385.98 0.4 40.6 722.63kN .m
第二章
钢筋混凝土结构设计基 本原理

混凝土的变形模量
1.2
混凝土的物理力学性能
第1章 材料的物理力学性能
7
混凝土的变形模量 混凝土弹性模量与立方体抗压强度之间的关系：
105 Ec (N / mm 2 ) 34.7 2.2 f cu,k
1.2 混凝土的物理力学性能
第1章 材料的物理力学性能
8
混凝土的徐变 定义：在荷载长期作用下，混凝土的变形随时间而徐徐增长 的现象。
构件截面都有轴向拉力N，可能存在弯矩M、剪力V。
受扭构件 （曲梁、雨棚梁） 构件截面除产生弯矩M、剪力V外，还会产生扭矩T。
教材编写及课件制作
章
第1章 材料 第2章 计算原理 第3章 轴心受力 第4章 受弯正截面
教材作者
梁兴文 梁兴文 陈 平 王社良
课件制作
邓明科 谢启芳 马乐为 丁怡洁、黄炜
课件审查
热轧钢筋 HRB 400(20MnSiV、 20MnSiNb、20MnTi) RRB 400(K20MnSi)
300
360
R
300
360 360
360
1.1
钢筋的物理力学性能
第1章 材料的物理力学性能
1
钢筋的种类及符号说明
预应力钢筋的符号说明

S P
钢绞线 S—— Strand


光面钢丝 P—— Plain
1
钢筋的种类及符号说明
预应力钢筋
1.1 钢筋的物理力学性能
第1章 材料的物理力学性能
1
钢筋的种类及符号说明 热轧钢筋的符号说明
生产工艺： hot rolled 表面形状：plain 钢筋：bar
HPB235
屈服强度
1.1

通过用一定的频率对结构进行激振，观测相应点的位移状况，当观 测点的位移达到最大时，此时频率即为固有频率。
实际结构的振动形态并不是一个规则的形状，而是各阶振型相叠加 的结果。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
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第一振型为主的原因： 由最小势能定理可以知道，在所有满足几何边界的可能位移中，真 实位移总是使得结构体系势能最小。这是自然界存在的客观规律， “水往低处流”就是这个道理。结构在失稳时的挠曲线和自振时的 振型曲线是完全一致的，这种一致性决定了挠曲线和振型曲线之间 的相互联系。
速度谱
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
位移谱
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
贰 建筑物
地震力：地面突然振动时，分布在结构中的质量造成的惯性会阻止结 构产生位移，由此产生地震力，类似于外部施加的侧向力

防腐防火处理效果评价
厚度检测
使用涂层测厚仪检测防腐防火 涂层的厚度，确保满足设计要 求。
耐腐蚀性测试
通过盐雾试验、湿热试验等模 拟环境测试方法，评估防腐处 理效果。
外观检查
观察防腐防火处理后的钢结构 表面是否平整、无气泡、无裂 纹等缺陷。
附着力测试
采用划格法或拉开法等测试方 法，检测防腐防火涂层与钢结 构基材的附着力。
结构分析与计算方法
结构分析方法
弹性力学方法、塑性力学方法、有限 元方法等。
计算内容
计算软件
SAP2000、ANSYS、ABAQUS等通 用有限元软件，以及专用钢结构分析 软件如Midas/Gen、3D3S等。
内力分析、变形计算、稳定性验算、 疲劳分析等。
构造措施与节点设计
01
02
03
构造措施
保证结构整体性和稳定性 的措施，如设置支撑、加 强刚度等。
认真阅读图纸，了解钢结构的构 造、节点形式和安装要求，掌握 相关技术标准和验收规范。
制定施工方案
根据工程特点和现场条件，制定 切实可行的施工方案，包括安装 顺序、吊装方法、安全措施等。
材料和设备准备
按照图纸要求，准备好所需的钢 材、连接件、紧固件等材料，以 及吊装设备、焊接设备、测量工 具等。
现场拼装和吊装技术
前景展望
随着城市化进程的加快和建筑业的持续发展，钢结构将在未来建筑领域中发挥更 加重要的作用。同时，随着新材料和新技术的不断涌现，钢结构的应用范围将进 一步扩大，市场前景广阔。
02 钢结构设计原理 与方法
设计基本原则与规范要求
设计基本原则
确保结构安全、适用、经济、美观；符合现行国家规范和行 业标准；考虑施工便利性和可持续性。

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

(1) 极限状态：当结构或其组成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时，此特定 状态称为结构的极限状态。
(2) 极限状态分为两类： a.承载能力极限状态: 包括：强度破坏、疲劳破坏、不适于继续承载的 变形、失稳、倾覆、变为机动体系等状态。
b.正常使用极限状态:
包括：影响正常使用或外观的变形、影响正常使
笨，没有学问无颜见爹娘 ……” • “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
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6.理解构件间的连接方法、力的传递方式和过程以及 构造原则； 7.熟悉与土木工程相关的钢结构设计规范。
教学参考书及规范:
1.钢结构 魏明钟 主编 武汉工业大学出版社 2.钢结构设计规范 （GB50017-2003) 3.钢结构工程施工质量验收规范 （GB50205-2001)
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46
主要分析软件： LUSAS Bridge analysis software
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• 建筑+机械的创举，多学科的融合也许是未来结构发展应 用的一个方向。
作为世界第一个旋转式船舶吊桥，耗资2600万美元的 Falkirk Wheel 的开通使苏格兰中部连接大西洋和北海的 水道再度畅通。旋转吊桥的巨大起重机配备10个水压马达， 能在15分钟内，将4艘船（包括水）起吊到33米高度。与 此同时，另一只吊臂将4艘船放下。转轮位于格拉斯哥和 爱丁堡两个城市的中央，一条100米水渠的顶端 。
（1-4）
在实际工程结构中，可能出现下列三种情况：
Z＞0表示结构处于可靠状态；
Z＝0表示结构处于极限状态
Z＜0表示结构处于失效状态；
判断结构是否可靠，要看结构是否达到极限态，为此，通常将下式：
Z＝g(R，S)＝R－S＝0

本章将重点讨论结构设计的共性问题。
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第二节 零件的功用及基本类型
零件是构成机械设备的基本元素。
一、零件的功用
各种零件具有的功能主要有：承受载荷、传递运动和 动力、保证或保持有关零件或部件之间的相对位置或运 动轨迹关系等。
1．承受载荷
机械设备在工作中受到多种力的作用，这些力都要由
零件承受。
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4.4.1 结构设计的任务、内容和步骤
设计 任务 对结 构设 计的 要求
主要 功能 载体 初步 结构 设计
各分 功能 载体 初步 结构 设计
检查 各功 能载 体结 构的 相互 影响 和协 调性
详细 设计 主分 功能 载体 结构
技术 和 经济 评价
对 设计 进一 步修 改、 完善
否
结构 决策 是
结构图纸
• 图5—1 结构设计步骤
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机械结构是机械功能的载体，机械结构设 计的任务是依据所确定的功能原理方案设计出 实体结构。该结构能体现出所要求的功能，用 结构设计图样表示。结构图应表示出结构件的 形状、尺寸及所用的材料，同时还必须考虑加 工工艺、强度、刚度、精度、寿命、可靠性及 零件间的相互关系，有关造型设计及人机工程 等问题也应在这一阶段解决。
鉴于工作表面对零件工作能力影响的重要性，因而常 用零件工作表面的设计计算方法有相应的标准 (有些属于 国家标准)，这些标准所规定的算法严格、统一、规范。
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连接表面将各个工作表面连接成为完整形体，并 保证零件的工作表面的形状、尺寸和位置在工作中 不被破坏。连接表面的设计方法较为灵活，没有统 一的过程和标准，也不要求有统一的解答，因此零 件的连接表面设计是设计人员最

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。

1.2.1、“高钢规程”的规定
1、适用高度
“高钢规定”对非抗震设防和设防烈度为6度至 9度的乙类和丙类高层建筑，按照所采用的结 构类型和结构体系，规定了下表适用高度。
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2、建筑高宽比限值
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1.2.2、“抗震规范”（GB 50011－ 2001）的规定
1、适用高度
高层民用建筑钢结构各种类型的最大适用高度 应符合规范规定。对平面和竖向不规则或建造 于Ⅳ类场地的钢结构，其高度应适当降低。
6～8度时 120235fay
9度时
100235fay
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5.3.2、梁的板件宽厚比限制
➢ 不超过12层钢框架的梁板件的宽厚比限值
抗震设防烈度
7度
8度
9度
工字形截面和箱形
11
10
9
截面翼缘外伸部分
箱形截面翼缘在两
36
32
30
腹板间的部分
工字形截面和箱形 截面腹板
Nb Af0.3785~12N0b Af80~11N0b Af70~10N0b Af
对于多层框架结构可忽略柱轴向变形产生的层 间位移。对高层框架虽不能忽略此变形，但由 梁柱构件变形产生的层间位移是主要的，它构 成的水平变形曲线属剪切型。 由于柱脚处无水平位移，且底部作用剪力最大， 最大的层间位移常位于底层或下部几层，顶部 较小。
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在水平荷载作用下，框架节点因腹板较薄，节点域将产生 较大的剪切变形（图1-17），从而使框架侧移增大10%至20% （“高钢规程”规定，应计入其影响）；对内力的影响在10% 以内（可不计其影响）。
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【答案】：A 【解析】：木床整体以至于框架结构，而不属于实体结构，所以选A项。
7．如图所示是一辆折叠滑板车，下列关于该滑板车的评价不恰当的是 A．可折叠设计，能缩小所占空间，方便携带 B．折叠处采用铰连接，会降低滑板车的强度 C．采用优质铝合金材料，轻便环保 D．可折叠设计，降低了结构的稳定性
【答案】：D 【解析】：折叠设计，有可能影响结构的强度，不影响结构的稳定性。
3．如图所示的房屋土墙，采用黏土夯实修建，可承受一定的压力，该土墙属于基本结构类型中的 A．实体结构 B．框架结构 C．壳体结构 D．组合结构 【答案】：A 【解析】：土墙由黏土夯实修建，符合实体结构的定义，所以选A项。
4．“山城棒棒军”讲述的是一群进城农民工在重庆朝天门码头、菜园坝火车站等地，靠着一根竹棒、两条绳索，下力讨 生活的故事。如图所示是一位“棒棒军”正在用一根竹棒帮别人挑货物时的场景。“棒棒军”在挑起货物后，由于货 物太重，竹棒突然断裂。于是他向一个朋友借了一根一样粗细的木棒，完成了这一趟活。此案例中影响结构强度的主 要因素是 A．构件横截面形状 B．结构的形状 C．材料 D．构件的连接方式
1.4 典型结构的欣赏
欣赏结构：一是从历史、文化的角度，二是从技术的角度。 （一）建筑结构与历史、文化 文化的角度：结构的文化寓意与传达，公众认可的美学原则，反映时代、民族、习俗方面的特征，结构的个性特征等。 （二）建筑结构与技术 技术的角度：结构的使用功能的实现，结构的稳固耐用，结构造型设计的创意和表现力，材料使用的合理性，工艺制 造的精湛程度等。
【答案】：C 【解析】：木棒与竹棒截面面积相同，却能承受更大的外力，说明影响结构强度的主要因素是材料。
5．下列结构中，属于壳体结构的是
A．锅盖
B．筷子篓

《钻井与完井工程》课件 -2井身结构设计
井身结构设计是钻井与完井工程中的重要环节，涉及到井筒的稳定性和安全 性。本课件将介绍井身结构设计的重要性、目标、原则以及主要方法。
井身结构的重要性
井身结构设计的合理性直接影响到井筒的稳定性和钻井、完井操作的安全性。 良好的井身结构设计可以减少井筒塌陷、井漏等问题，降低事故发生的风险。
井身结构设计的目标
井身结构设计的目标是保证井筒的稳定性和安全性，确保钻井、完井操作的 顺利进行。通过合理的设计，可以避免井筒失稳、井漏等问题，减少工作量 和成本。
井身结构设计的原则
井身结构设计应遵循以下原则：
1 强度与稳定性
井身结构要具备足够的强 度和稳定性，以承受地质 力学和工程力学的作用。
2 材料选择
3 施工过程控制
完井过程中，要 控制好施工参数和工况， 保证井身结构的完整性和 稳定性。
主要的井身结构设计方法
经验法
根据以往的经验和类似工程的 数据，进行井身结构设计。
计算法
依据地质力学和工程力学原理， 对井身结构进行计算和分析。
1 油藏工况
考虑油藏工况和井筒温度 等因素，选择合适的材料 和工艺。
2 套管设计
设计套管参数和套管布置 方案，保证油井的产能和 安全。
3 完井液体设计
确定完井液体的性质和配 方，满足井身结构和油藏 要求。
结论和总结
井身结构设计是钻井与完井工程中的关键环节。合理的结构设计可以提高井筒的稳定性和钻井、完井操作的安 全性，降低事故风险，提高工作效率。
仿真法
运用计算机仿真技术，对井身 结构进行模拟和优化设计。
钻井井身设计要点
地层评价
对钻井地层进行评价，了解地层的性质和特点。

将结构离散为有限个小的单元，通过计算这些单元的力学行为
来预测整体结构的力学性能。
直接分析法
02
直接对整体结构进行分析，无需离散化，适用于大型复杂结构
的快速近似分析。
边界元法
03
基于边界积分方程的数值方法，适用于求解边界问题，减少未
知数和计算量。
结构体系与布置
框架结构
由梁和柱组成的结构体系 ，具有较好的承载能力和 空间灵活性。
预紧力控制
防腐处理
对高强螺栓进行预紧力控制，保证节点连 接的紧密性和稳定性。
对螺栓进行防腐处理，提高节点的耐久性 和安全性。
板梁拼接节点设计
拼接方式选择
根据板梁的截面形式和承载要求选择合适的 拼接方式，如对接、搭接等。
拼接缝处理
对拼接缝进行合理处理，减小拼接缝对节点 承载能力的影响。
拼接材料选择
选择合适的拼接材料，如钢板、角钢等，确 保节点的承载能力和稳定性。
感谢您的观看
THANKS
根据地震危险性评估结果，采取相应 的抗震设防标准。
抗震构造措施与节点设计
合理选择节点连接方式，如焊接、螺栓连接等，确保节点具有足够的承载力和延性 。
加强节点构造，如增加加劲肋、设置抗剪键等，以提高节点的抗剪切和抗弯能力。
对关键部位进行加强，如增加支撑、设置斜拉索等，以提高结构的整体稳定性和抗 震性能。
焊接顺序
制定合理的焊接顺序，减小焊接变形 和残余应力对节点的影响。
焊缝质量检测
进行焊缝质量检测，确保焊缝无缺陷 ，满足结构安全要求。
螺栓连接节点设计
螺栓类型选择
螺栓布置
根据节点的承载要求和施工条件选择合适 的螺栓类型，如高强螺栓、普通螺栓等。