四川大学建筑与环境学院授课 傅昶彬
2006版工程结构采用具有良好的物理力学性能的天然或人工材料建造的具有一定使用功能的建筑物或构筑物的骨架体系。
结构设计原理研究保证结构安全可靠的理论和设计方法的科学。
课程特点、内容和目标
● 知识面主要涉及力学,材料学
● 原理半理论半 实验
● 设计 规范性
● 解的不唯一性
◆ 课程特点
◆ 内容和目标
● 设计方法
● 材料力学性能
● 受力构件设计第一章 绪论主要内容
◆ 工程结构的发展历程
◆ 工程结构的分类
◆ 工程结构计算简图
◆ 工程结构荷载教学要求
◆ 了解工程结构的发展趋势
◆ 熟悉砼、砌体、钢三大结构特点
◆ 了解结构计算简图
◆ 熟悉工程结构荷载定义一,工程结构的发展历程
1.古代
① 材料：天然
② 理论：缺乏
③ 特点：直感经验，按比例放大，
构件断面大，材料利用率低，使用空间狭小
④ 古代结构
2,近代（ 17世纪～ 20世纪中叶）
① 材料,石、木、砼、砌体、钢
△ 转炉炼钢,1859年贝塞麦发明，成本大幅降低而质量大幅提高。
△ 水泥出现,1824年约瑟夫 ·阿斯普丁
（ Joseph Aspdin）采用波特兰岛的石灰石研究出胶凝水泥 —— 波特兰水泥，并取得专利权。
② 理论：
③ 特点,
④ 标志性结构以牛顿（ 1642.12.25～ 1727.3.20,享年
85岁）力学为标志（伽利略、伯努力、
欧拉、纳维、圣文南、泊松），有了材料力学、结构力学、弹性力学、板壳力学、虚功原理等，强度准则由纳维 1825
年确立了容许应力法。
1) 材料及结构实验； 2) 专业化分工；
3) 简化手算； 4) 新结构新工艺。
3,现代（ 20世纪中叶至今）
① 材料,种类变化不大，但品质有较大改观。
钢材目前常用 400Mpa以下,400～
600Mpa已开始应用,种类增多,钢绞线己达 1860MPa。
砼以我国为例目前常用 60MPa以下,
特殊工程可达 80～ 100MPa。 美国实验室做出的砼可达 266MPa。
砌体的抗压强度可达 35MPa（目前国外）。
② 理论：
③ 特点：
④ 标志结构
ⅰ,日益复杂和高标准的要求。
ⅱ,材料轻质高强化。
ⅲ,施工过程工业化、装配化。
ⅳ,理论的精确化、科学化。
在近代理论基础上，由于计算机的迅猛发展有限元法得以广泛应用于工程领域。
另外强度准则也用容许应力法扩展到极限状态法 。
1,可持续发展要求
① 节能、节水
② 尽量不破坏植被耕地
③ 无污染环保要求
2,理论方法
① 全概率极限状态
② 全过程可靠度理论
③ 模糊可靠度
④ 可控结构
⑤ 非线性分析 ⑥ 优化设计原理二,工程结构的发展方向
3,材料方面
① 已有材料的改良
1) 砼轻质高强：浮石、陶粒轻骨料、加钢丝节提高抗拉强度、加碳纤维、加添加剂改性 ；
2) 钢材：冷轧扭、冷轧带肋、冷拔、合金钢、耐候钢、耐候漆,H型钢 ；
3)高强高粘结度砂浆 。
② 新材料研发应用
△ 碳纤维布：高模量 E=38～ 64× 105Mpa
高强度 fb=2400～ 3100Mpa
1) 钢管砼
③ 材料的合理组合
2)钢骨钢筋砼
3) 预应力砼
4) 压型钢板（ 0.5～
1mm厚） 叠合砼板
5) 配筋砌体
（ 一 ） 按使用功能划分三,工程结构的分
1.建筑结构
2.桥梁
3.岩土
4.水利
5.海港
6.特种
（二）按材料划分
1,钢筋砼结构
① 优点：
强度高，耐久性、耐火性好，可模型整体性好、就地取材，经济性好。
② 缺点：
自重大，抗裂性差，施工期长，可重复利用性差。
2,砌体结构
① 优点：
经济性好,耐火性好,保温隔热性好,
好施工 。
②缺点：
强度不高，自重大，施工速度慢，粘土砖毁耕地 。
3,钢结构
① 优点：
强度重量比大,材质均匀性,可靠性好,
塑性韧性好,易于加工制造,施工速度快 。
②缺点：
耐火性差（ ≤100° C材性正常或基本正常，
>100强度开始缓慢降低,>300强度下降加快,450～ 600° C时强度为零），易生锈。
4.木结构
① 优点：强度重量比大,适合作大跨度结构或构件,在通风干燥无虫害条件下有良好的耐久性,弹性韧性好,良好的隔热保温性质,易加工,质感具装饰性 。
② 缺点：易燃，
各向异性，受外界温湿度影响大，
抵御虫害及微生物侵蚀能力差。
四,工程结构计算简图
1,组成结构的基本元素
① 按形态方分：
杆（梁、柱 … ）、板、墙、拱、索、
膜、壳、块（基础、大坝）。
② 按受力分：
受弯、受剪、受压、受拉、受扭、复合受力。
2,计算简图
① 实际支座与理论支座
1) 固定支座
2) 铰支座
② 实际节点与理论节点
③ 平面体系
④ 空间体系五,工程结构荷载
1.作用与荷载所有能使结构产生内力,变形,开裂等效应的原因统称为,作用,。,作用,按出现的方式可分为,直接作用,和,间接作用,。
直接作用在结构上的力称为,荷载,。 因此,,荷载,是作用的一种,并且是,直接作用,。
地震作用,是地面运动在结构上产生的惯性力 。 因此,地震作用是一种,间接作用,,
不能叫,地震荷载,。
结构上受哪些作用？
● 自然界：重力,风,雪,裹冰,温差,地震,
撞击,火灾,水灾,化学,微生物,射线,土压力 …
● 人类：活荷载,吊车荷载,积灰,爆炸,撞击,预应力 …
本课程主要针对荷载对结构的影响，作用
→ 荷载。
规范分类：按时间变异分类
① 永久荷载,在结构使用期间,荷载值不随时间变化,或其变化值与平均值相比可以忽略不计的荷载称为永久荷载 。 永久荷载又称为恒载 。 结构的自重,土重,水重等都属于永久荷载 。
2.荷载分类方式
按结构的反应分类按空间位置的变异分类按时间变异分类
② 可变荷载在结构使用期间,荷载值随时间变化,
或其变化值与平均值相比不能忽略的荷载称为可变荷载 。
③ 偶然荷载在结构使用期间,不一定出现,但一旦出现,其值很大,并且持续时间极短的荷载称为偶然荷载 。
3.荷载统计分布规律
变异系数ⅲ
标准值差ⅱ
平均值ⅰ
.
1
.
.
1
2
1
n
x
n
x
n
i
i
x
i
i
设计基准期为确定可变荷载代表值而选用的时间参数
（ 我国规定为 50年 ） 。
荷载代表值指根据不同的工作状态,取用以统计学方法得出具有一定保证率的统计特征值 。
△ 建筑结构永久荷载应采用标准值作为代表值,可变荷载应根据设计要求采用标准值,组合值,频遇值或准永久值作为代表值,对于偶然荷载应按建筑结构使用的特点确定其代表值 。
荷载标准值 （基本代表值）
指设计基准期内最大荷载统计分布的特征值（例如均值、众值、中值或某个位值）。
645.1KQ
结构自重的标准值可按设计尺寸与材料重力密度标准值计算。
可变荷载组合值对可变作用，使组合后的作用效应在设计基准期内的超越概率与该作用单独出现时的相应概率趋于一致的作用值；或组合后使结构具有统一规定的可靠指标的作用值。
kcc QQ
可变荷载频遇值对可变荷载，在设计基准期内，其超越的总时间为规定的较小比率或超越频率为规定频率的荷载值。
kff QQ
可变荷载准永久值指可变荷载在结构设计基准期内，其超越的总时间约为设计基准期一半的荷载值。
kqq QQ
作业习题集
1.2思考题 1～ 12
2006版工程结构采用具有良好的物理力学性能的天然或人工材料建造的具有一定使用功能的建筑物或构筑物的骨架体系。
结构设计原理研究保证结构安全可靠的理论和设计方法的科学。
课程特点、内容和目标
● 知识面主要涉及力学,材料学
● 原理半理论半 实验
● 设计 规范性
● 解的不唯一性
◆ 课程特点
◆ 内容和目标
● 设计方法
● 材料力学性能
● 受力构件设计第一章 绪论主要内容
◆ 工程结构的发展历程
◆ 工程结构的分类
◆ 工程结构计算简图
◆ 工程结构荷载教学要求
◆ 了解工程结构的发展趋势
◆ 熟悉砼、砌体、钢三大结构特点
◆ 了解结构计算简图
◆ 熟悉工程结构荷载定义一,工程结构的发展历程
1.古代
① 材料：天然
② 理论：缺乏
③ 特点：直感经验，按比例放大，
构件断面大，材料利用率低，使用空间狭小
④ 古代结构
2,近代（ 17世纪～ 20世纪中叶）
① 材料,石、木、砼、砌体、钢
△ 转炉炼钢,1859年贝塞麦发明，成本大幅降低而质量大幅提高。
△ 水泥出现,1824年约瑟夫 ·阿斯普丁
（ Joseph Aspdin）采用波特兰岛的石灰石研究出胶凝水泥 —— 波特兰水泥，并取得专利权。
② 理论：
③ 特点,
④ 标志性结构以牛顿（ 1642.12.25～ 1727.3.20,享年
85岁）力学为标志（伽利略、伯努力、
欧拉、纳维、圣文南、泊松），有了材料力学、结构力学、弹性力学、板壳力学、虚功原理等，强度准则由纳维 1825
年确立了容许应力法。
1) 材料及结构实验； 2) 专业化分工；
3) 简化手算； 4) 新结构新工艺。
3,现代（ 20世纪中叶至今）
① 材料,种类变化不大，但品质有较大改观。
钢材目前常用 400Mpa以下,400～
600Mpa已开始应用,种类增多,钢绞线己达 1860MPa。
砼以我国为例目前常用 60MPa以下,
特殊工程可达 80～ 100MPa。 美国实验室做出的砼可达 266MPa。
砌体的抗压强度可达 35MPa（目前国外）。
② 理论：
③ 特点：
④ 标志结构
ⅰ,日益复杂和高标准的要求。
ⅱ,材料轻质高强化。
ⅲ,施工过程工业化、装配化。
ⅳ,理论的精确化、科学化。
在近代理论基础上，由于计算机的迅猛发展有限元法得以广泛应用于工程领域。
另外强度准则也用容许应力法扩展到极限状态法 。
1,可持续发展要求
① 节能、节水
② 尽量不破坏植被耕地
③ 无污染环保要求
2,理论方法
① 全概率极限状态
② 全过程可靠度理论
③ 模糊可靠度
④ 可控结构
⑤ 非线性分析 ⑥ 优化设计原理二,工程结构的发展方向
3,材料方面
① 已有材料的改良
1) 砼轻质高强：浮石、陶粒轻骨料、加钢丝节提高抗拉强度、加碳纤维、加添加剂改性 ；
2) 钢材：冷轧扭、冷轧带肋、冷拔、合金钢、耐候钢、耐候漆,H型钢 ；
3)高强高粘结度砂浆 。
② 新材料研发应用
△ 碳纤维布：高模量 E=38～ 64× 105Mpa
高强度 fb=2400～ 3100Mpa
1) 钢管砼
③ 材料的合理组合
2)钢骨钢筋砼
3) 预应力砼
4) 压型钢板（ 0.5～
1mm厚） 叠合砼板
5) 配筋砌体
（ 一 ） 按使用功能划分三,工程结构的分
1.建筑结构
2.桥梁
3.岩土
4.水利
5.海港
6.特种
（二）按材料划分
1,钢筋砼结构
① 优点：
强度高，耐久性、耐火性好，可模型整体性好、就地取材，经济性好。
② 缺点：
自重大，抗裂性差，施工期长，可重复利用性差。
2,砌体结构
① 优点：
经济性好,耐火性好,保温隔热性好,
好施工 。
②缺点：
强度不高，自重大，施工速度慢，粘土砖毁耕地 。
3,钢结构
① 优点：
强度重量比大,材质均匀性,可靠性好,
塑性韧性好,易于加工制造,施工速度快 。
②缺点：
耐火性差（ ≤100° C材性正常或基本正常，
>100强度开始缓慢降低,>300强度下降加快,450～ 600° C时强度为零），易生锈。
4.木结构
① 优点：强度重量比大,适合作大跨度结构或构件,在通风干燥无虫害条件下有良好的耐久性,弹性韧性好,良好的隔热保温性质,易加工,质感具装饰性 。
② 缺点：易燃，
各向异性，受外界温湿度影响大，
抵御虫害及微生物侵蚀能力差。
四,工程结构计算简图
1,组成结构的基本元素
① 按形态方分：
杆（梁、柱 … ）、板、墙、拱、索、
膜、壳、块（基础、大坝）。
② 按受力分：
受弯、受剪、受压、受拉、受扭、复合受力。
2,计算简图
① 实际支座与理论支座
1) 固定支座
2) 铰支座
② 实际节点与理论节点
③ 平面体系
④ 空间体系五,工程结构荷载
1.作用与荷载所有能使结构产生内力,变形,开裂等效应的原因统称为,作用,。,作用,按出现的方式可分为,直接作用,和,间接作用,。
直接作用在结构上的力称为,荷载,。 因此,,荷载,是作用的一种,并且是,直接作用,。
地震作用,是地面运动在结构上产生的惯性力 。 因此,地震作用是一种,间接作用,,
不能叫,地震荷载,。
结构上受哪些作用？
● 自然界：重力,风,雪,裹冰,温差,地震,
撞击,火灾,水灾,化学,微生物,射线,土压力 …
● 人类：活荷载,吊车荷载,积灰,爆炸,撞击,预应力 …
本课程主要针对荷载对结构的影响，作用
→ 荷载。
规范分类：按时间变异分类
① 永久荷载,在结构使用期间,荷载值不随时间变化,或其变化值与平均值相比可以忽略不计的荷载称为永久荷载 。 永久荷载又称为恒载 。 结构的自重,土重,水重等都属于永久荷载 。
2.荷载分类方式
按结构的反应分类按空间位置的变异分类按时间变异分类
② 可变荷载在结构使用期间,荷载值随时间变化,
或其变化值与平均值相比不能忽略的荷载称为可变荷载 。
③ 偶然荷载在结构使用期间,不一定出现,但一旦出现,其值很大,并且持续时间极短的荷载称为偶然荷载 。
3.荷载统计分布规律
变异系数ⅲ
标准值差ⅱ
平均值ⅰ
.
1
.
.
1
2
1
n
x
n
x
n
i
i
x
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i
设计基准期为确定可变荷载代表值而选用的时间参数
（ 我国规定为 50年 ） 。
荷载代表值指根据不同的工作状态,取用以统计学方法得出具有一定保证率的统计特征值 。
△ 建筑结构永久荷载应采用标准值作为代表值,可变荷载应根据设计要求采用标准值,组合值,频遇值或准永久值作为代表值,对于偶然荷载应按建筑结构使用的特点确定其代表值 。
荷载标准值 （基本代表值）
指设计基准期内最大荷载统计分布的特征值（例如均值、众值、中值或某个位值）。
645.1KQ
结构自重的标准值可按设计尺寸与材料重力密度标准值计算。
可变荷载组合值对可变作用，使组合后的作用效应在设计基准期内的超越概率与该作用单独出现时的相应概率趋于一致的作用值；或组合后使结构具有统一规定的可靠指标的作用值。
kcc QQ
可变荷载频遇值对可变荷载，在设计基准期内，其超越的总时间为规定的较小比率或超越频率为规定频率的荷载值。
kff QQ
可变荷载准永久值指可变荷载在结构设计基准期内，其超越的总时间约为设计基准期一半的荷载值。
kqq QQ
作业习题集
1.2思考题 1～ 12
