土木工程概论
第十一章 土木工程设计方法
本章内容
11.1 设计的基本理念 11.2 荷载、应力、应变和弹性
11.3 结构设计的一般理论与方法
11.4 结构安全、极限设计和设计过程
土木工程结构基本功能
提供良好地为人类生活和生产服务以满足人类使 用要求、审美要求。 是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 )。
11.4.5结构设计的整体设计
建筑师+结构师
11.4.6 变化世界中的设计师



要不断地适应社会的变化 要不断地掌握技术的变化 要不断地知晓经济的变化 要不断地了解环境的变化 要不断地参与职业学习 要从失效的教训中学习
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1、土木工程的设计、施工和管理三者的和谐关 系应是怎样的？ 2、谈对结构安全与合理造价的认识。
框架结构简化后的平面结构模型
11.3.2 结构设计的方法
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。
计算模型上的荷载
11.3.2 结构设计的方法
三、计算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。
建筑工程的结构设计步骤： 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。
结构模型建立动画一
结构模型建立动画二
11.3.2 结构设计的方法
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。
我国目前的《规范》对结构设计制订了明确规定， 即建筑结构必须满足下列各项功能要求： 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。
11.3.2 结构设计的方法
应力示例
11.2.2 应力、应变和弹性
二、应变
应变示例

L L

是应变，单位 长度的伸长量
11.2.2 应力、应变和弹性
三、弹性 当有力作用一物体时，物体有变形。当 这个力移去后，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 。
11.3 结构设计的一般理论与方法
11.3.1结构设计的基本理论
11.3.2 结构设计的方法
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。
施工图纸
11.4 结构安全、极限设计和设计过程
11.4.1 结构安全
设计的结构必须是安全的。那么怎样算达到安 全了呢？
“安全”
“经济”
====
对立统一
11.4.2 极限状态设计方法
11.1 设计的基本理念
一项好的设计的基本特征: 1、首先要能够完全满足客户的使用需求； 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、最后当然要符合审美要求。
11.2 荷载、应力、应变和弹性
11.2.1 荷载
能使土木工程结构产生效应（结构或构件的内力、 应力、位移、应变和裂缝等）的各种原因的总称，成 为结构上的荷载。 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）成为荷载效应。
11.2.1 荷载
集中荷载P
均匀分布荷载
11.2.1 荷载
Байду номын сангаас
大 坝
均匀分布变化荷载
11.2.1 荷载
按时间的变异： 永久荷载 可变荷载 偶然荷载 按空间位置的变异 固定荷载 自由荷载 按结构的反应特点 静态荷载 动态荷载
11.2.2 应力、应变和弹性
一、应力 作用于单位面积上的内力强度称之为应力
容许应力法（弹性设计） 破损阶段设计方法（考虑了塑性） 极限状态设计方法（半概论半经验，近似 概论法，全概率法）
11.4.3 设计过程
规划阶段：建设厂址、形式、材料、设计参数等 初步设计阶段：建筑师和规划师进行方案设计 方案设计阶段：进一步细化和完善初步方案 详细设计阶段：详细设计图纸和有关数据文件 建设信息阶段：计算分析和必要的信息送交权威部门，做好 图纸准备 建设阶段：对施工中各类问题进行检查。 后合同阶段：工程师要为客户提供全部在建工程的图纸、 设计参数和地质勘查数据、项目执行报告。