建筑结构概念设计(第二章续).ppt

第二章建筑结构设计中的总体问题（续）结构材料基本性能n结构材料的基本性能1、选择建筑材料的重要因素之一是按照抗压强度与自重之比(f/)，其比值越大，所用材料越少。2、要考虑实际受力状态选择材料n混凝土抗压强度大约是抗拉强度的10倍，受压极限应变大约是受拉极限应变的20倍；钢筋弹性模量是混凝土的10倍左右n根据结构各构件实际受力情况采用组合构件或结构，可以做到材尽其用。材尽其用组合屋架及张弦结构屋面n右图中：上弦为预应力拉索，竖腹杆受压，斜腹杆受拉，压力环为钢筋混凝土构件。结构材料的弹性、塑性和延性结构材料的弹性、塑性和延性n材料的延性通常用延性系数来表征：n延性系数高，结构在破坏前可以产生较大变形，有利于抗震。n钢材延性在抗压时约为混凝土的100多倍，抗拉时约为混凝土的数千倍。n在钢筋混凝土构件中，通过有效的横向约束即可以提高构件的强度，也可以大大提高构件的延性，如设置箍筋、钢管混凝土等。结构的承载力及承载力设计n截面承载力设计的要求：SR (R即为结构或构件的承载力）n截面承载力R由材料性能fk和截面几何参数a共同决定：R=g(fk,a)脆性材料截面承载力的估算理想弹塑性材料截面承载力估算复合材料截面承载力估算n对于钢筋混凝土轴心受压截面：n其他受力形式的截面承载力原则上应按两种材料变形协调关系计算，但有时也结合常用配筋率及估算作用力臂的方法估算。R与构件截面形式及受力方向的关系在截面面积相同的情况下，最有效的截面是将材料尽量放置到远离截面中和轴的位置上！结构承载力n静定结构结构任何截面超过截面承载力，结构即称为可变体系而产生整体破坏。n超静定结构个别内力较大的截面或构件进入塑性阶段，刚度下降，在荷载继续增加时，其分担的份额减少，相邻截面或构件将承担较多份额，即产生内力重分布现象，结构内力分布趋于均匀。内力重分布需要结构有较大延性，内力重分布的程度取决于塑性铰的转动能力。超静定结构的承载能力大于静定结构！超静定结构的破坏过程（例）结构的倾覆与抗倾覆设计n结构倾覆的临界状态：1）、倾覆力矩等于抗倾覆力矩；2）、距倾覆旋转轴远端的支承反力为零；3）、基础一侧的地基反力为零；建筑物整体倾覆与抗倾覆设计n下图为一个建筑在倾覆力矩Fa作用下三种不同支承方案下（支承体系宽度分别为d、d/2、4d/3）产生的抗倾覆能力比较：支承形式(a)(b)(c)支承力NFa/d2Fa/d3Fa/(4d)建筑物高宽比H/d是衡量建筑物抗倾覆能力的指标；H/d越小，支承力N越小，抗倾覆能力越强；反之，H/d越大，抗倾覆能力越差。抗倾覆设计n采用重力荷载抵消倾覆力矩产生的支承拉力，使支承体系处于受压状态，条件是：NW/2n临界状态：N=Fa/d=W/2n抗倾覆设计：Mr/MovK K为抗倾覆设计安全系数，可取为1.5）结构的刚度和变形设计n轴向刚度EA与轴向应变；n截面抗弯刚度EI与曲率；n截面抗剪刚度GA与剪应变；n截面抗扭刚度GIp与扭转角（单位扭转变形/l；n要减少构件或结构的变形，应增加对应的刚度，即选择E、G较大的材料，截面形状应使I、Ip尽量大。n变形设计：fmax f 建筑结构的地基与地基设计n地基承载力：地基土类型地基承载力标准值fk（KN/m2)备注岩石2004000风化程度越大，承载力越低；碎石土200700颗粒大、密实度大，承载力越大；砂土140500同上粘性土100450稠度越大，承载力越大；建筑结构的地基与地基设计本次课后思考题及下次课内容n加载速度会对材料力学性能产生什么影响？抗震设计时是否考虑了这一影响？n抗震设计中为何要限制建筑的高宽比？n钢筋混凝土梁、板、柱通常截面配筋率在什么范围？如何估算截面承载力？下次课内容：n结构的基本水平体系与基本竖向体系谢谢！下次课再见！结构承载力及承载力设计结构内力的定性分析n在技术设计中，需要采用先进计算技术，建立精确的计算模型，分析结构实际内力；n在方案设计阶段，可以采用定性方法快速估算，确定结构内力，只要估算结果基本正确且偏于安全即可。梁内力的估算梁内力估算的基本步骤：n将梁按边界支承分为若干两端；n对于所要分析的梁段，可根据相邻