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1、土木工程结构基本功能何谓设计？其过程如何？（以小镇过河为例）土木工程的基本要求：提供良好地为人类生活和生产服务以满足人类使用要求。满足审美要求。安全要求、而久要求：承受和抵御结构服役过程中可能出现的各种环境作用(环境是广义的，包括结构所承受的各种作用)。第1页/共20页15.1 15.1 设计的基本理念一项好的设计的基本特征:1、能够完全满足客户的使用需求（功能性、安全性、而久性）；2、其次要有很好的经济效益，不论是在建设资金和今后的保养费用都比较省钱；3、符合审美要求。第2页/共20页15.2 15.2 荷载、应力、应变和弹性荷载定义：能使土木工程结构产生效应的各种原因的总称。荷载分为直接荷
2、载和间接荷载。按时间变异性：永久荷载、可变荷载、偶然荷载。按空间的变异性：固定荷载、自由荷载。按结构的反应特点：静态荷载、动态荷载。荷载效应定义：荷载在结构上产生的内力（弯矩、扭矩、剪力、压力和拉力等）和变形（挠度、扭转、弯曲、拉伸、压缩和裂缝等。15.2.1 15.2.1 荷载荷载第3页/共20页15.2.1 15.2.1 荷载 集中荷载P 均匀分布荷载 第4页/共20页均匀分布变化荷载15.2.1 15.2.1 荷载荷载第5页/共20页15.2.2 15.2.2 应力、应变和弹性分布内力在某一点的集度或作用于单位面积上的内力强度称之为应力应力 一、应力一、应力应力示例第6页/共20页二、应
3、变是应变，单位长度的伸长量15.2.2 15.2.2 应力、应变和弹性应力、应变和弹性应变示例第7页/共20页三、弹性三、弹性 当有力作用一物体时，物体产生变形，当外力移去后，物体又恢复原来的形状。物体所具有的这种特性，称之为弹性。15.2.2 15.2.2 应力、应变和弹性应力、应变和弹性了解：塑性、极限应力、工作应力的概念第8页/共20页15.3 15.3 结构设计的一般理论与方法1、能承受在正常施工和正常使用时可能出现的各种作用；2、在正常使用时具有良好的工作性能；3、在正常维护下具有足够的耐久性能；4、在偶然事件发生时及发生后，仍能保持必须的整体稳定性。我国目前的规范对结构设计制订了明
4、确规定，即建筑结构必须满足下列各项功能要求：15.3.115.3.1结构设计的基本理论结构设计的基本理论 第9页/共20页15.3.2 15.3.2 结构设计的方法一、建筑结构模型的建立；二、结构荷载的计算；三、构件内力计算和构件选择；四、施工图纸绘制。建筑工程的结构设计步骤：建筑工程的结构设计步骤：第10页/共20页一、结构模型的建立一、结构模型的建立1、整体结构的简化：为简化计算，可取出其中的一榀框架，将其简化为平面框架进行计算。2、构件的简化：梁和柱的截面尺寸相对于整个框架来说较小，将其简化为杆件，梁和柱的连接节点可简化为刚性连接。15.3.2 15.3.2 结构设计的方法结构设计的方法
5、框架结构简化后的平面结构模型第11页/共20页二、结构荷载计算二、结构荷载计算 1、结构荷载计算即计算该模型上的受力。2、计算受力必须清楚该结构所受的荷载的种类和传力路线。15.3.2 15.3.2 结构设计的方法结构设计的方法计算模型上的荷载第12页/共20页三、构件内力计算和构件选择三、构件内力计算和构件选择 1、先依据经验估计梁柱的截面尺寸，然后即可进行该模型的受力计算。2、计算出构件的内力后，再依据内力，进行梁柱配筋的计算和梁柱的强度、稳定、变形的计算；3、这个阶段有一个反复的过程，即当选定的梁柱截面尺寸无法满足要求时，需重新选择截面，重新计算，直至满足要求。15.3.2 15.3.2
6、 结构设计的方法结构设计的方法第13页/共20页四、施工图纸的绘制四、施工图纸的绘制 构件的截面尺寸和配筋确定后，下一步即是将其反映至施工图纸这个阶段。15.3.2 15.3.2 结构设计的方法结构设计的方法施工图纸第14页/共20页15.4 15.4 结构安全、极限设计和设计过程 设计的结构必须是安全的。那么怎样算达到安全了呢？安全是有一定保障率的，而不是绝对安全。安全和经济是一对矛盾，在设计中寻找平衡点。15.4.1 15.4.1 结构安全结构安全第15页/共20页15.4.2 极限设计方法我国工程结构设计经历了容许应力法、破损阶段法、极限状态设计法和概率极限状态设计四个阶段。1、容许应力
7、法是建立在弹性理论基础上的设计方法。在使用荷载作用下，它规定了结构构件在使用阶段截面上的最大应力不超过材料的容许应力。2、破损阶段法以结构或构件破坏时的受力情况为依据，考虑了材料的塑性性能，在表达式中引入安全系数，使得构件有了总安全度的概念。3、极限状态设计法明确地将结构的极限状态分成承载力极限状态和正常使用极限状态。4、概率极限状态设计法是根据统计分析确定可靠概率来度量结构可靠度的结构设计方法。第16页/共20页15.4.3 设计过程典型的设计项目所经历的各个环节有：1、规划阶段：设计者进行整体规划的阶段2、初步设计阶段：由规划工程师对所要建设的项目作方案设计3、方案设计阶段：进一步完善和细
8、化初步设计阶段的工作4、详细设计阶段：为项目作出详细设计图纸和有关数据文件5、建设信息阶段：结构的最后的计算分析、为施工阶段做好工程图纸的准备。6、建设阶段：土木工程师需要对施工中的各类问题进行检查，以保证项目能够按照设计的要求进行。7、后合同阶段：工程师要为客户提供全部在建的图纸、设计参数和地质勘察数据、项目执行报告等。第17页/共20页15.4.4 土木工程结构的失效型式 1、功能失效：结构不能满足其功能需要。2、服务失效：结构能够承担的服务行为不能满足原来的要求。3、非连接失效：这类失效往往是结构发生了分离，无法形成结构的整体。4、传递失效：这类失效的发生往往是结构周围和底下的基础发生了问题，导致结构发生倾斜等，此类失效一般开始是不出现的，它必须经过时间的迁移而逐渐显露。5、弹性不稳定失效：结构的这类失效是由于结构发生了变形而屈曲。6、材料过应力失效：这类失效是材料承受的应力超过其能够承受的极限应力的缘故。第18页/共20页15.4.4 土木工程结构的失效型式 结合自己所学专业谈谈对土木工程的看法要求：具体题目自拟手写不少于1000字下周上课时或考试时交不得互相抄袭第19页/共20页感谢您的观看。第20页/共20页