第4章土木工程中的力學和結構概念

1、土木工程概論第4章 土木工程中的 力學和結構概念第4章 土木工程中的力學與結構概念1 12 23 3、外力、內力和反力、荷載、作用和效應、結構和結構失效土木工程概論【教學要求】了解力學的基本概念，了解工程結構荷載、作用和效應，了解工程結構的功能要求和結構失效，了解結構工程師的任務和結構設計方法?！窘虒W重點】荷載、作用和效應；工程結構的功能要求；結構失效?！窘虒W難點】荷載、作用和效應。土木工程中的力學與結構概念土木工程概論土木工程中的力學與結構概念土木工程要解決的問題之一是建造抵御自然或人為作用力的空間和通道，就必然會遇到大量的力學和結構問題。本章闡述土木工程中一些最基本的力學與結構概念。結構模

2、型大賽建筑結構計算機建模土木工程概論1 1、外力、內力和反力力：是一種物體間有方向的相互作用；這種相互作用有使物體改變原來形狀或改變運動方向的效應；力是既有量值又有方向的矢量。力矩：是力對物體產生繞某一軸轉動作用的物理量，其大小等于力與力臂（力的作用線到該軸的垂直距離）的乘積；力矩在土木工程中習稱彎矩。平衡：力矩既可順時針方向轉動，也可按逆時針方向轉動，當兩個方向轉動效應之和為零時，稱物體處于平衡狀態(tài)。土木工程中的力學與結構概念土木工程概論思考：全橋彎曲下垂，說明橋身承有內力，橋身的上下承受什么力橋身兩端固定處承受反力對任何一個土木工程的結構而言，力有外力、內力和反力之分。人體、重物的重力和木

3、橋自重是外力1 外力、內力和反力土木工程概論橋身承受扭曲倘若橋的兩端曾可能被鋸過又接了起來，當人拿著重物走上去，橋身必然像被剪切般地下落。現(xiàn)在橋身沒有被鋸，受力后完好無損，說明橋身還承受有剪切力。橋身承受剪切再如果將重物放在橋的一側，全橋還將受到扭曲。1 外力、內力和反力土木工程概論這些拉伸、壓縮、彎曲、剪切、扭曲就是橋身承受內力的結果。人和重物能靜止地位于橋上，說明它的外力、反力和內力作用處于平衡狀態(tài)。獨木橋是最簡單的例子，所有土木工程設施的結構，無論大小、重輕、厚?。ù笕绱髽?、小如小木屋）都處于外力、內力和反力作用下的平衡狀態(tài)。它承受的內力無非是下列5種以及它們的組合土木工程結構的5種內力

4、特征：1 外力、內力和反力土木工程概論土木工程結構就是通過 5種內力的基本作用，將施加在結構上的力傳遞給地球（基礎下的土層），基礎給予結構的則是作用在結構基礎上的反力。受剪發(fā)生剪切變形在土木工程中：拉力以N表示；壓力以N表示；彎矩以M 表示；剪力以V 表示；扭矩以MT 表示。1 外力、內力和反力土木工程概論2 2、荷載、作用和效應直接施加在土木工程結構上的外力是由荷載引起的。如果地球沒有引力，自然界沒有風吹、雨雪，荷載就不會存在，土木工程也就不需要結構。土木工程結構要有能抵御自然或人為的作用力的能力，因此，了解作用在結構上的荷載有哪些，其性質如何非常重要。作用與作用效應的基本概念作用分為直接作

5、用：是指能使結構產生效應的各種原因的總稱。土木工程中的力學與結構概念作用和間接作用。土木工程概論2.1 荷載（直接作用）荷載是直接以力的形式作用于結構，如結構自重、行人或車輛的重量、風壓力、土壓力、水壓力等。作用效應：作用在結構上產生的內力和變形的總稱。能使結構產生作用效應的原因有兩種：一種是施加在結構上集中力和分布力，如結構自重，作用于樓面的人群、家具、設備，作用于橋面的車輛、人群，施加于結構物上的風壓力、水壓力、土壓力等，它們都是直接施加于結構上（直接作用），工程界習稱為“荷載”；另一種是施加于結構上的外加變形或約束變形，如地震、基礎沉降、材料收縮和徐變、溫度變化引起結構產生作用效應，它們

6、都是間接作用于結構（間接作用） 。荷載是指直接作用在結構上的外加力。2 荷載、作用和效應土木工程概論 恒載（永久荷載）指使用期間永久施加在結構上,其值不隨時間變化的荷載。作用在工程結構上的恒載類型主要有：結構自重、墻面、地面、屋面、橋面以及2.1 荷載(直接作用)建筑物內的固定裝置等。樓板大梁樓面內隔斷墻體及內裝飾窗門土木工程概論 活載（可變荷載）：指在使用期間施加在結構上、其值可隨時間變化或移動的荷載。作用在工程結構上的活載有多種類型，如：使用活載、移動的設備及車輛活載、風載、雪載等。 使用活載：包括樓面活載、屋面活載。2.1 荷載(直接作用)家具家具家具人群可移動設備可移動設施土木工程概論

7、橋梁上的汽車荷載T1、T2、T3、T4汽車軸重；a、a1、b1、b2、c車軸間距離車輛活載是一種移動式荷載 車輛活載：主要是鐵路或公路車輛的荷載，包括工業(yè)廠房的行車（俗稱天車）。工業(yè)廠房的行車2.1 荷載(直接作用)土木工程概論W 風載：風是由大氣壓力不等引起的空氣運動。由風的運動而施加在墻面或結構上的壓力稱為風載。風載有三個“不一樣”：不同地區(qū)不一樣（沿海、內陸）；同一地區(qū)不同時間不一樣；同一房屋不同高度、不同部位不一樣。2.1 荷載(直接作用)土木工程概論風載0.22kN m 2同處一區(qū)的18層高層建筑0.7kN m 2北京郊區(qū)某5m高單層房屋迎風面2.1 荷載(直接作用)土木工程概論2.

8、1 荷載(直接作用)土木工程概論均勻分布荷載作用三角形分布荷載作用集中荷載作用集中荷載的單位一般為KN，均布荷載的單位一般為KN/m或KN/m22.1 荷載(直接作用)土木工程概論 偶然荷載在使用期間不一定出現(xiàn)，一旦出現(xiàn)，其值很大且持續(xù)時間很短的荷載。如地震作用、爆炸力、臺風、船只或漂流物等。佛山九江大橋被撞百米橋面墜入江中美國世貿中心大廈撞擊起火倒塌2.1 荷載(直接作用)土木工程概論震源、地震波、震中、震中距的關系地震釋放的能量以地震波的形式傳到地面，引起結構振動。結構由地震引起的振動稱為地震反應，振動過程中作用在結構上的慣性力就是“地震荷載”。地震震級和地震烈度是兩個不同概念，震級表示一

9、次地震釋放的能量的大小，烈度表示某地區(qū)遭受地震影響的強度。地震對結構施加的影響屬間接作用，應把結構承受的“地震荷載”稱為地震作用。2.1 荷載(直接作用)土木工程概論2.2 間接作用（間接荷載）除直接施加在結構上的外力（即荷載）外，還有一種因間接施加影響引起結構受力的作用。作用也使結構內部產生內力和變形。它們也以三類形式出現(xiàn)。 約束變形作用這種作用以溫差作用為典型約束如一根鋼梁，當環(huán)境氣溫為00C 時長度為20m，當環(huán)境氣溫升高至350C時，鋼梁會在內力作用下伸長2 荷載、作用和效應土木工程概論土木工程中的構件因晝夜溫差、季節(jié)性溫差，每時每刻都在改變著形狀和尺寸，當這種改變受到約束時，就會使結

10、構受到內力效應。建筑物的溫度裂縫2.2 間接作用(間接荷載)土木工程概論內外柱高差達幾十毫米現(xiàn)代高層房屋必須考慮這種溫差內力效應。水泥路面在溫差作用下起拱達90cm高層建筑外墻的溫度裂縫鋼結構構件在焊接時產生的作用也屬溫差作用2.2 間接作用(間接荷載)土木工程概論 外加變形作用這種作用以地基不均勻沉陷為典型。土木工程結構構筑在地基上，地基土受力后總會產生不均勻沉陷，過大的不均勻沉陷會引起結構產生不小的內力，甚至可使結構開裂或倒塌。比薩斜塔就是由于地基不均勻沉陷而成為世界著名建筑！2.2 間接作用(間接荷載)土木工程概論震施加給結構的力，即地震作用。地面運動時建筑物的相應運動 慣性作用以地震作

11、用為典型。地震引起的地面運動會使土木工程結構在水平和豎向產生加速度反應。這種加速度反應值與土木工程設施本身質量的乘積就形成了地北川縣底框建筑在慣性力作用下底層徹底垮塌2.2 間接作用(間接荷載)地震作用是一種慣性力，它的大小與土木工程的質量、地震烈度和結構的動力特性相關。地震作用以水平方向為主。土木工程概論原因統(tǒng)稱為“荷載”。按照國際通行做法和現(xiàn)行國家標準，“作用”泛指使結構產生內力、變形的所有原因，包括直接作用和間接作用；而“荷載”僅等同于施加于結構上的直接作用。5.12大地震北川縣垮塌的建筑物和道路長期以來，我們習慣上將所有引起結構產生效應的2.2 間接作用(間接荷載)但目前道路、橋梁、隧

12、道設計的行業(yè)標準中，尚未引進“作用”代替“荷載”，仍沿用“荷載”一詞表述引起結構產生效應的直接作用和間接作用。土木工程概論荷載和作用的分類人為因素地球物理因素爆炸力引起的作用地震荷載（作用）地基不均勻沉降引起的作用溫差引起的作用風荷載雪荷載構配件自重機器振動引起的作用焊接引起的作用結構安裝引起的作用撞擊引起的作用使用荷載重力氣象地質靜載動載2 荷載、作用和效應土木工程概論2.3 應力、應變、彈性模量土木工程結構受力后，其構件將產生內力（平衡狀態(tài)）和變形（其長度、形狀將發(fā)生改變）。在產生拉力、壓力、剪力、彎矩和扭矩內力的同時結構構件會出現(xiàn)5種基本變形的形式。拉伸壓縮剪切扭轉彎曲2 荷載、作用和效

13、應土木工程概論 應力為度量結構構件所發(fā)生內力的大小，我們將作用于單位面積上的內力強度稱之為應力：pA =按照荷載作用的形式不同，應力又可分為拉伸壓縮應力、彎曲應力和扭轉應力。同截面垂直的稱為正應力或法向應力，同截面相切的稱為剪應力或切應力表示正應力或法向應力，代表剪應力或切應力。應力的單位是：N/mm2，即MPa2.3 應力、應變、彈性模量 =土木工程概論bbLL, = 應變土木工程結構受力后，構件將發(fā)生變形，我們將單位長度上的變形量稱之為應變：表示構件的縱向線應變，代表構件的橫向線應變。對于拉桿來說，為正，為負；壓桿則為負，為正。2.3 應力、應變、彈性模量土木工程概論成正比。 2 1=p

14、2p1 彈性模量當力作用一物體時，物體有變形。當這個力移去后，物體又恢復原來的形狀。物體所具有的這種特性，稱之為彈性。材料在彈性狀態(tài)，荷載與變形其應力與應變也成正比例關系，其比例系數(shù) E 稱為彈性模量。2.3 應力、應變、彈性模量= E土木工程概論當結構材料繼續(xù)承受更大荷載時，移去荷載，有殘余變形，變形不能恢復原狀。稱結構材料進入塑性階段。1 3 2 2 1P3 P2P2 P2.3 應力、應變、彈性模量材料進入塑性狀態(tài)，荷載與變形不成正比。彈性模量是材料抗彈性變形的一個指標，其值越大，即材料的剛度越大。土木工程概論結構承受荷載為0P2時，結構構件處于彈性狀態(tài)；結構承受荷載為P2P3時，結構構件

15、處于塑性狀態(tài)；P3P2 P30 P2結構承受荷載超過P3，將達其極限應力時，結構構件處于破壞失效狀態(tài)。不同的結構材料彈、塑性是不同的。有塑性的材料稱為塑性材料，如鋼材、砼等，這類材料一旦出現(xiàn)塑性有發(fā)生破壞的預兆；反之稱為脆性材料如石材、玻璃等。2.3 應力、應變、彈性模量土木工程概論3.結構的構件結構的構件：承受由荷載和作用在結構中產生內力的是結構的構件。結構的基本構件結構的基本構件：1）板板：有較大平面尺寸但厚度較小的平面構件，通常水平方向設置，承受垂直于板面的荷載，以受彎為主。3 結構構件土木工程概論3 結構構件以受彎為主以受彎為主2）梁梁：承受垂直于其縱軸方向的荷載的線形構件，其截面尺寸

16、小于其長向跨度，以受彎和剪力為主。土木工程概論3 結構構件土木工程概論3 結構構件3）墻墻：受平行或垂直于墻面方向的豎向平面構件，其厚度小于墻面尺寸；前者以受壓為主，后者以受彎矩或剪力為主。土木工程概論3 結構構件土木工程概論3 結構構件4）柱柱：承受平行于其縱軸方向荷載的直線形構件，其截面尺寸小于其高度，以受壓力和彎矩為主。土木工程概論3 結構構件土木工程概論3 結構構件土木工程概論3 結構構件6）桿桿：承受軸向力（拉力或壓力）的直線形構件，截面尺寸比長度小得多，多用于組成桁架結構或網(wǎng)架結構。 土木工程概論3 結構構件土木工程概論3 結構構件土木工程概論3 結構構件土木工程概論3 結構構件9

17、）拱拱：承受沿其縱軸平面內荷載的曲線形（或折線形）構件，其截面尺寸小于其弧長（折線總長），以受壓力、彎矩、剪力為主。土木工程概論3 結構構件土木工程概論3 結構構件10）殼殼：一種曲面形 具有很好空間傳力性能的構件，能以極小厚度覆蓋大跨度空間，以受壓力為主。 索索：以柔性受拉鋼索組成的構件，直線或曲線形。 膜膜：以薄膜材料（如玻璃纖維布）制成的構件，只能承受拉力。土木工程概論3 結構構件土木工程概論3 結構構件土木工程概論利用建筑物的墻體作為豎向承重和抵抗水平荷載豎向承重和抵抗水平荷載（如風荷載或水平地震荷載）的結構。墻體同時也可作為圍護及房間分隔構件用。另外，在高層建筑中墻體結在高層建筑中墻

18、體結構也稱為剪力墻結構構也稱為剪力墻結構。如圖1.1（a）。4 建筑工程中的典型結構建筑工程中的典型結構（按建筑物的結構體系分）按建筑物的結構體系分） 4.1 墻體結構墻體結構4典型結構 采用梁、柱組成的框架作為房屋的豎向承重結構，同時承受水平荷載。其中，梁和柱整體連接，相互之間不能自由轉動但可以承受彎矩時，稱為剛接框架結構；如梁和柱非整體連接，其間可以自由轉動但不能承受彎矩時，稱為鉸接框架結構。如圖1.1（b）。土木工程概論4典型結構4.2 框架結構框架結構 利用房間四周墻體形成的封閉筒體（也可利用房屋外圍由間距很密的柱與截面很高的梁，組成一個形式上像框架，實質上是一個有許多窗洞的筒體）作為

19、主要抵抗水平荷載的結構。也可以利用框架和筒體組合成框架-筒體結構。如圖1.1（d）。4.3 筒體結構筒體結構土木工程概論4典型結構 利用整層高的桁架橫向跨越房屋兩外柱之間的空間，并利用桁架交替在各樓層平面上錯列的方法增加整個房屋的剛度，也使居住單元的布置更加靈活，這種結構體系稱為錯列桁架結構，如圖1.1（c）。4.4 錯列桁架結構錯列桁架結構土木工程概論4典型結構 以在一個平面內受力的由曲線（或折線）形構件組成的拱所形成的結構，來承受整個房屋的豎向荷載和水平荷載的結構，如圖1.1（e）。 4.5 拱結構拱結構土木工程概論4典型結構 由曲面形板與邊緣構件（梁、拱或桁架）組成的空間結構。它能以較薄

20、的板面形成承載能力高、剛度大的承重結構，并能覆蓋大跨度的空間而無需中間設柱，如圖1.1（g）。 4.6 空間薄殼結構空間薄殼結構土木工程概論4典型結構 由多塊平板組合而成的空間結構，是一種既能承重又可圍護，用料較省、剛度較大的薄壁結構，如圖1.1（i）。 4.7 空間折板結構空間折板結構土木工程概論4典型結構 由多根桿件按照一定的網(wǎng)格形式，通過節(jié)點連接而成的空間結構，具有空間受力、重量輕、剛度大、可跨越較大跨度、抗震性能好等優(yōu)點，如圖1.1（f）。4.8 網(wǎng)架結構網(wǎng)架結構土木工程概論4典型結構 樓面荷載通過吊索或吊桿傳遞到支承柱上去，再由柱傳遞到基礎的結構，如圖1.1（h）。這種結構形式類似懸

21、索結構的橋梁。4.9 鋼索結構鋼索結構土木工程概論4典型結構進入5、結構與地基的關系圖1.1 房屋主體結構的各種形式示意 (a)墻體結構；(b)框架結構；(c)錯列桁架結構；(d)筒體結構；(e)拱結構；(f)網(wǎng)架結構；(g)空間薄殼結構；(h)鋼索結構；(i)空間折板結構 土木工程概論4典型結構圖1.1 房屋主體結構的各種形式示意 (a)墻體結構；(b)框架結構；(c)錯列桁架結構；(d)筒體結構；(e)拱結構；(f)網(wǎng)架結構；(g)空間薄殼結構；(h)鋼索結構；(i)空間折板結構 土木工程概論圖1.1 房屋主體結構的各種形式示意 (a)墻體結構；(b)框架結構；(c)錯列桁架結構；(d)筒

22、體結構；(e)拱結構；(f)網(wǎng)架結構；(g)空間薄殼結構；(h)鋼索結構；(i)空間折板結構 土木工程概論圖1.1 房屋主體結構的各種形式示意 (a)墻體結構；(b)框架結構；(c)錯列桁架結構；(d)筒體結構；(e)拱結構；(f)網(wǎng)架結構；(g)空間薄殼結構；(h)鋼索結構；(i)空間折板結構 土木工程概論圖1.1 房屋主體結構的各種形式示意 (a)墻體結構；(b)框架結構；(c)錯列桁架結構；(d)筒體結構；(e)拱結構；(f)網(wǎng)架結構；(g)空間薄殼結構；(h)鋼索結構；(i)空間折板結構 土木工程概論圖1.1 房屋主體結構的各種形式示意 (a)墻體結構；(b)框架結構；(c)錯列桁架結

23、構；(d)筒體結構；(e)拱結構；(f)網(wǎng)架結構；(g)空間薄殼結構；(h)鋼索結構；(i)空間折板結構 土木工程概論圖1.1 房屋主體結構的各種形式示意 (a)墻體結構；(b)框架結構；(c)錯列桁架結構；(d)筒體結構；(e)拱結構；(f)網(wǎng)架結構；(g)空間薄殼結構；(h)鋼索結構；(i)空間折板結構 土木工程概論圖1.1 房屋主體結構的各種形式示意 (a)墻體結構；(b)框架結構；(c)錯列桁架結構；(d)筒體結構；(e)拱結構；(f)網(wǎng)架結構；(g)空間薄殼結構；(h)鋼索結構；(i)空間折板結構 土木工程概論圖1.1 房屋主體結構的各種形式示意 (a)墻體結構；(b)框架結構；(c

24、)錯列桁架結構；(d)筒體結構；(e)拱結構；(f)網(wǎng)架結構；(g)空間薄殼結構；(h)鋼索結構；(i)空間折板結構 土木工程概論5結構與地基的關系結構與地基的關系5.1地基地基：受結構傳來荷載影響的土層或巖層稱為地基。地基內通常不是均一的土，而是若干層各類土。常見的土可分為6類：巖石巖石:顆粒間牢固聯(lián)結的、整體的或有裂隙的巖體碎石土碎石土：多數(shù)粒徑大于2mm的土，按粗細又分為塊（漂）石、卵（碎）石、圓（角）石砂土砂土：多數(shù)粒徑大于0.075mm小于2mm的土，按粗細又分礫砂、粗砂、中砂、細砂、粉砂粉土粉土：顆粒粒徑更細，黏性介于黏性土和上述非黏性土之間的土黏性土黏性土：粒徑比粉土更細，具有明

25、顯黏性的土人工填土人工填土：回填土、垃圾、工業(yè)廢料各類土的承載力大體為0.1-0.4N/mm2土木工程概論5.2基礎基礎：是結構和地基的連接件，又是結構的一部分，也稱下部結構。根據(jù)擱置深度不同可分為：淺基礎：獨立基礎、條形基礎、筏形基礎、箱形基礎深基礎：樁基礎、沉井基礎、沉箱基礎基礎都是由厚板、深梁、粗柱、厚墻作為基本構件組成的土木工程概論獨立基礎條形基礎筏形基礎箱形基礎1-基礎梁2-底板3-頂板4-外壁5-內壁(a)剛性擴展基礎(b樁基礎(c)鋼管基礎(d)沉井基礎(e)沉箱基礎5.3地基土地基土1）地基土地基土：是由礦物顆粒、水、空氣三部分組成的，即土的三相。 2）結構沉陷的原因結構沉陷的

26、原因：結構擱置在地基上，土體顆粒間的空氣和水被擠出，顆粒間距離變小，稱為地基壓縮，同時結構發(fā)生沉陷。3）地基承載力地基承載力：指在保證地基穩(wěn)定的條件下，地基壓縮變形控制在房屋容許范圍內時，地基單位面積上所能承受的最大荷載，單位：kN/m2或kPa4）土層的基本物理力學性能基本物理力學性能：土的天然松散密度、天然含水率、以及反映土松密程度和壓縮性能的指標孔隙比、密實度、塑性性能等。土木工程概論土木工程概論6、結構和結構失效6.1 結構的定義和要求 結構的定義：土木工程設施中的結構是一個在空間和通道中用各種基本構件組合建成的有功能特征的機體，為土木工程設施的持久使用和美觀需求服務，對生命財產提供安

27、全保障。它是一個由構件組合成的整體，是一個有功能特征的機體，是一個有豐富應用價值的載體，是一個被建造的實體。土木工程中的力學與結構概念體育場結構的三維模型土木工程概論 土木工程結構的要求 在應用上，要充分滿足空間和通道的多項使用要求； 在安全上，要完全符合承載、變形、穩(wěn)定的持久需要； 在造型上，要能夠與環(huán)境、規(guī)劃和建筑藝術融為一體； 在技術上，要力爭體現(xiàn)科學、技術和工程的新發(fā)展； 在建造上，要合理用材、節(jié)約能源，與施工實際緊密結合。 為安全可靠的目的，在結構設計中必須做到： 結構承受荷載后的內力（N、M、V、MT）結構的承載力； 結構承受荷載后的變形（撓度、側移、沉陷）變形的允許值。結構和結構

28、失效共45張 第53張土木工程概論6.2 結構的功能要求 能承受正常施工和使用時可能出現(xiàn)的各種作用力（如拉力、壓力、剪力、彎矩、扭矩等）； 在正常使用時具有良好的工作性能（如不發(fā)生過大的側向位移，不發(fā)生過大的不均勻沉陷，不使人感到晃動等）； 在正常維護下具有足夠的耐久性能（如有抵抗酸類、鹽類等物質的侵蝕能力）； 在偶然事件發(fā)生時能保持必需的穩(wěn)定性（如有很好的抗地震的能力）。和是安全性，是適用性，是持久性?！鞍踩?、適用、持久”三者缺一不可，但安全第一。結構和結構失效土木工程概論6.3 結構的失效結構設計應遵循的原則：S R- S 為荷載施加在結構的作用效應；- R 為結構的抗力。當結構或從屬于它

29、的構件不能滿足上述基本功能要求，稱為結構失效。結構和結構失效土木工程概論結構失效的常見表現(xiàn)形式 破壞-結構或構件截面抵抗能力不足以承受作用效應的現(xiàn)象，如拉斷、壓碎、彎折等。 失穩(wěn)-結構或構件因長細比過大而在不大的作用力下突然發(fā)生作用力平面外的極大變形的現(xiàn)象，如柱子壓屈、梁在平面外扭曲等。 發(fā)生影響正常使用的變形-梁板的過大撓度或過寬裂縫，柱、墻的過大側移，結構有過大傾斜或過大的沉陷等。 傾覆-結構或結構的一部分失去平衡而傾倒或移動的現(xiàn)象。 結構材料喪失耐久性-鋼材銹蝕、砼受腐蝕、砌體遭凍融、木構件被蟲蛀蝕等化學、物理、生物現(xiàn)象。結構的失效土木工程概論A柱抗拉能力不足被拉斷B柱長細比過大被壓屈上

30、部結構抗側移能力不足被拉裂某高層建筑結構的失效上部結構抗剪能力不足被剪斷土木工程概論7 7、土木工程結構的設計方法7.1 結構工程師的任務 土木工程設計的分工規(guī)劃師負責工程的選址、開發(fā)強度和空間環(huán)境。建筑師負責工程的布局、造型，滿足各項功能性使用要求。土木工程中的力學與結構概念結構工程師負責工程的承載、變形、穩(wěn)定的安全性需求。設備工程師負責工程的給排水、供熱通風和電氣等配套設施。土木工程概論 結構工程師要解決的問題 確定結構承受的荷載，并合理選用結構材料； 正確選用結構體系和結構型式； 解決好結構承載力、變形、穩(wěn)定、抗傾覆等技術問題； 解決好結構的連接構造和施工方法問題。 結構工程師須具備的基

31、本素質 接受過良好的土木工程學科和相關學科的教育，并訓練有素； 對其它學科具備一定的知識； 不斷地掌握土木工程有關最新技術并進行知識更新； 很好的交際技能，包括口頭、撰寫、繪圖和數(shù)字化技能。結構工程師的任務土木工程概論7.2 結構設計的方法 極限狀態(tài)設計方法工程結構設計經(jīng)歷了容許應力法、破損階段法、極限狀態(tài)法和概率極限狀態(tài)法四個階段。我國目前的建筑和公路的結構設計方法都采用概率極限狀態(tài)概率極限狀態(tài)設計法設計法。它以結構的失效概率或可靠指標來度量結構的可靠度，用分項系數(shù)的設計表達式進行設計。結構的極限狀態(tài)分為承載力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)兩類，整個結構或結構的某一部分達到結構的極限狀態(tài)就不能滿足安全、適用或耐久性要求。土木工程結構的設計方法土木工程概論 土木工程的分階段設計業(yè)主提出使用要求初步設計構思明確各項功能要求形成總體設計方案處理各設計工種的技術問題進行各設計工種的細部設計繪制施工圖，完成總體設計交付施工，參與工程監(jiān)理竣工驗收，交付使用結構設計的方法初步設計階段施工圖階