第十五章

土木工程師設(shè)計方法

本章內(nèi)容

15.1設(shè)計的基本理念15.2荷載、應(yīng)力、應(yīng)變和彈性15.3結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般理論與方法15.4結(jié)構(gòu)安全、極限設(shè)計和設(shè)計過程土木工程結(jié)構(gòu)基本功能

提供良好地為人類生活和生產(chǎn)服務(wù)以滿足人類使用要求、審美要求。是承受和抵御結(jié)構(gòu)服役過程中可能出現(xiàn)的各種環(huán)境作用(環(huán)境是廣義的，包括結(jié)構(gòu)所承受的各種作用)。15.1設(shè)計的基本理念一、好的設(shè)計的基本特征:(1)首先要能夠完全滿足客戶的使用需求；(2)其次要有很好的經(jīng)濟效益，不論是在建設(shè)資金和今后的保養(yǎng)費用都比較省錢；(3)最后當(dāng)然要符合審美要求。15.2荷載、應(yīng)力、應(yīng)變和彈性

能使土木工程結(jié)構(gòu)產(chǎn)生效應(yīng)（結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的內(nèi)力、應(yīng)力、位移、應(yīng)變和裂縫等）的各種原因的總稱，成為結(jié)構(gòu)上的荷載。荷載在結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的內(nèi)力（彎矩、扭矩、剪力、壓力和拉力等）和變形（撓度、扭轉(zhuǎn)、彎曲、拉伸、壓縮和裂縫等）成為荷載效應(yīng)。15.2.1荷載15.2.1荷載

集中荷載P

均勻分布荷載均勻分布變化荷載15.2.1荷載15.2.2應(yīng)力、應(yīng)變和彈性作用于單位面積上的內(nèi)力強度稱之為應(yīng)力一、應(yīng)力應(yīng)力示例二、應(yīng)變是應(yīng)變，單位長度的伸長量15.2.2應(yīng)力、應(yīng)變和彈性應(yīng)變示例三、彈性

當(dāng)有力作用一物體時，物體有變形。當(dāng)這個力移去后，物體又恢復(fù)原來的形狀。物體所具有的這種特性，稱之為彈性。15.2.2應(yīng)力、應(yīng)變和彈性15.3結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般理論與方法(1)能承受在正常施工和正常使用時可能出現(xiàn)的各種作用；(2)在正常使用時具有良好的工作性能；(3)在正常維護下具有足夠的耐久性能；(4)在偶然事件發(fā)生時及發(fā)生后，仍能保持必須的整體穩(wěn)定性。

我國目前的《規(guī)范》對結(jié)構(gòu)設(shè)計制訂了明確規(guī)定，即建筑結(jié)構(gòu)必須滿足下列各項功能要求：15.3.1結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本理論

15.3.2結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法(1)建筑結(jié)構(gòu)模型的建立；(2)結(jié)構(gòu)荷載的計算；(3)構(gòu)件內(nèi)力計算和構(gòu)件選擇；(4)施工圖紙繪制。建筑工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計步驟：結(jié)構(gòu)模型建立動畫一結(jié)構(gòu)模型建立動畫二一、結(jié)構(gòu)模型的建立(1)整體結(jié)構(gòu)的簡化：為簡化計算，可取出其中的一榀框架，將其簡化為平面框架進行計算。(2)構(gòu)件的簡化：梁和柱的截面尺寸相對于整個框架來說較小，將其簡化為桿件，梁和柱的連接節(jié)點可簡化為剛性連接。15.3.2結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法框架結(jié)構(gòu)簡化后的平面結(jié)構(gòu)模型二、結(jié)構(gòu)荷載計算

(1)結(jié)構(gòu)荷載計算即計算該模型上的受力。(2)計算受力必須清楚該結(jié)構(gòu)所受的荷載的種類和傳力路線。15.3.2結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法計算模型上的荷載三、計算構(gòu)件內(nèi)力計算和構(gòu)件選擇

(1)先依據(jù)經(jīng)驗估計梁柱的截面尺寸，然后即可進行該模型的受力計算。(2)計算出構(gòu)件的內(nèi)力后，再依據(jù)內(nèi)力，進行梁柱配筋的計算和梁柱的強度、穩(wěn)定、變形的計算。(3)這個階段有一個反復(fù)的過程，即當(dāng)選定的梁柱截面尺寸無法滿足要求時，需重新選擇截面，重新計算，直至滿足要求。15.3.2結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法四、施工圖紙的繪制

構(gòu)件的截面尺寸和配筋確定后，下一步即是將其反映至施工圖紙這個階段。15.3.2結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法施工圖紙15.4結(jié)構(gòu)安全、極限設(shè)計和設(shè)計過程

設(shè)計的結(jié)構(gòu)必須是安全的。那么怎樣算達到