课程特点
●概念多 ●半理论半实验 ●规范性 ●多解性
教学环节及要求
●上课：老师主讲、提问和分组讨论 ● 课余：预习、自学、作业、小论文和答疑 ● 期中考试 ● 期末复习、答疑和考试
教材
参考资料
参考资料
参考资料
参考资料
参考资料
规范条 文分强制性 条文和非强 制性条文。 强制性条文 用加粗的黑 体字表示， 必须严格执 行。
傅昶彬课件系列—结构设计原理
第1章 绪论
主要内容
1.1 工程结构及其发展 1.2 工程结构的类型和特点 1.3 结构计算简图 1.4 结构设计理论的发展过程
四川大学建环学院 2018.3
课程简介
课程名称（中英文）：结构设计原理/ Principle of Structure Design 学 时：96学时 学 分：6学分 考核方式：考试 先修课程：概率理论，材料力学，建筑材料 基本面向：土木工程专业 内容简介：“结构设计原理” 是土木工程本科专业的专业核 心课程，理论性与实践性并重，是从事工程结构研究、设计和 施工等工作必备的基本专业知识。该课程主要学习结构基本设 计方法、混凝土和钢材的材料力学性能、混凝土结构和钢结构 的各类受力构件的设计原理等内容。通过学习使学生具备混凝 土结构和钢结构的各类受力构件的设计能力，为后续专业课 （建筑结构设计、桥梁结构设计等）打下基础。此外，该课程 还兼有培养职业道德、创新思维、解决复杂工程问题能力等教 学目标。
1.1.2 工程结构发展
2.近代（17世纪中叶～20世纪中叶） ◆设计理论
以牛顿力学为标志（虎克、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、虚功原理和稳定理论 等，纳维确立了容许应力法强度准则。
虎克
牛顿
欧拉
圣文南
泊松
1.1.2 工程结构发展
2.近代（17世纪～20世纪中叶） ◆施工技术
抗压强度较高，耐久性、耐 火性好，可模型和整体性好， 易就地取材，经济性好。
●缺点
结构自重大，抗裂性差（预 应力混凝土可克服），施工期 长，可重复利用性差。
1.2.2 工程结构按材料分类 ◆砌体结构
●优点
经济性好， 耐火性好，保温 隔热性好，好施 工。 ●缺点 强度不高， 自重大，施工速 度慢，粘土砖毁 耕地。
2.近代（17世纪中叶～20世纪中叶）
1886年美国工程师杰克逊应用预应力制作建筑 构件，后又制作楼板，但均失败。 1928年法国工程师弗雷西奈解决了预应力混凝 土的关键技术，即高强混凝 土、高强钢筋及预应力 损失计算等。
横跨法国马恩河的卢赞西桥，1940年完工，是弗来西 奈设计的第一座预应力混凝土桥，跨长55米。
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。
●缺点
南禅寺（782年）
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。
北京故宫
1.2.2 工程结构按材料分类 ◆组合结构
由组合构件组 成的结构。
组合楼盖 钢管砼结构
H型钢
冷轧扭钢筋
钢绞线
混凝土搅拌站
1.1.2 工程结构发展
3.现代（20世纪中叶至今） ◆设计理论
以近代理论为基础，由弹性-线性发展到弹塑 性-非线性，由解析解发展到数值解，由静力计算 发展到动力计算，特别是由于计算机技术迅猛发展， 有限元法广泛应用于工程领域，使复杂工程问题得 以求解。与结构设计原理直接相关的强度准则，随 着认识的不断深化，已由容许应力法发展到概率极 限状态法。
榫卯连接开孔工具
现今的万神殿主体建筑是公元120-124年所建， 穹顶直径43.3m，壳顶厚1.2m，采用了天然火山灰混 凝土。
1.1.2 工程结构发展
2.近代（17世纪中叶～20世纪中叶） ◆结构材料 古代材料、水泥、混凝土、钢 △水泥出现
1824年约瑟夫· 阿斯 普丁在前人基础上研究出 胶凝水泥——波特兰水泥， 并取得专利权。
△转炉炼钢
1856年贝塞麦发明， 成本大幅降低而质量大幅 提高。
贝塞麦转炉结构示意图
2.近代（17世纪中叶～20世纪中叶）
1835年，一名罗马水泥制造商约翰· 巴斯雷-怀 特（John Bazley-White）修建了近代第一座全混 凝土的房屋。
2.近代（17世纪中叶～20世纪中叶）
1849年法国人朗姆波和1867年法国人莫尼埃先 后在铁丝网两面涂抹水泥砂浆制作小船和花盆。 1884年德国建筑公司购买了莫尼埃的专利，进 行了第一批钢筋混凝土的科学实验，研究了钢筋混 凝土的强度、耐火性能，钢筋与混凝土的粘结力。 1886年，德国工程师克嫩提出钢筋混凝土板的 计算方法，英国人威尔金森提出了钢筋混凝土楼板 专利，美国人海厄特对混凝土梁进行试验，法国人 克瓦涅出版了一本应用钢筋混凝土的专著。
专业化、工业化（蒸汽机、电机，机具机械 化 ）、预应力技术、电弧焊技术等。
特点 材料实验，专业化分工，简化手 算，新结构
新工艺。
家保大楼
埃菲尔铁塔
帝国大厦
金门大桥
1.1.2 工程结构发展
3.现代（20世纪中叶至今） ◆结构材料 主材变化不大，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1960MPa。 混凝土以我国为例目前常用60MPa以下，特 殊工程可达80～100MPa。美国实验室做出的混 凝土可达266MPa。现在强调高性能混凝土。 砌体的抗压强度可达35MPa(目前国外)。
k
K
◆20世纪40年代学者们开始研究破损阶段计算的设 计方法，在此基础上提出极限状态设计法，其发 展经历了半概率理论的多系数分析单系数表达设 计法和近似概率理论的分项系数设计法两个阶段。
作业
思考题
1．什么叫工程结构？何为结 构设计原理？ 2．古代、近代、现代土木工 程有哪些重要区别？ 3．结构工程的发展与哪些因 素直接相关？ 4．钢结构、混凝土结构、砌 体结构各有哪些优缺点？ 5．组成结构的“基本元素” 有哪些？ 6．何为刚域？它与刚节点有 何不同？
1.1 工程结构及其发展
1.1.1 工程结构概念 能够承受各种预期作 用，并满足人类使用功能 要求的空间骨架体系。
1.1.2 工程结构发展 可以划分为古代、 近代和现代三个阶段。 影响发展的主要因素：
结构材料，设计理论 （创新设计），施工技术。 埃菲尔铁塔
1.1.2 工程结构发展
1.古代 （公元前5000年～17世纪中叶） ◆结构材料
成绩平评定
①平时成绩 由课堂成绩、小论文成绩和作业成绩 等构成，占总成绩的50%，无故旷课或早退 一次平时成绩扣3分, 迟到一次平时成绩扣 0.5分； ②考试成绩 有期中和期末两次考试，占总成绩的 50%。 无故旷课32学时（11次课）及以上者， 失去考试资格。
第一章
主要内容
绪论
1.1 工程结构及其发展 1.2 工程结构的类型和特点 1.3 结构计算简图 1.4 结构设计理论的发展过程
◆施工技术
产业化、智能化 、无人化和绿色化，生产效率 越来越高，工期越来越短。
ABCS（Automated Building Construction System）即全自动建筑建造系统。其主要特征是 将所有原本露天施工的工作全部在一个大“盒子” 里进行。除了一二层外，随后的所有楼层都在这个 巨大的“盒子”里完成。这个“盒子”就宛如一个 密闭的繁忙工厂，盒顶上的吊车及其他设备如同机 器人的手臂一样，按照设定好的电脑程序全自动地 进行着运输、安装和施工等各种繁复的程序。随着 “盒子”ห้องสมุดไป่ตู้一步步升高，建好的建筑也就呈现了出 来。
天然为主，木材、石材、石灰、罗马砂 浆、土坯砖、焙烧砖瓦、液态沥青、火山灰等
◆设计理论
设计理论较缺乏，只有一些思辨性理论和建 造技法，如《建筑十书》、《考工记》、《营造 法式》等和零星的力学原理。
◆施工技术
凭人力、畜力，机具简陋，建筑师，工匠。
该书前言中的一段话
从我国大地湾遗址中 发掘出的与古罗马相似的 混凝土，这种大约5000 年前的混凝土，具有令人 吃惊的耐久性。日本鹿岛 公司、日本电气化学工业 和石川岛建材等，利用了 我国大地湾遗址混凝土的 基本原理，共同研发出来 的EIEN(永远)的混凝土技 术，预测寿命可达一万年， 故这种混凝土也称为“万 年混凝土”。
2.节点简化
◆铰节点
螺栓球节点
角钢桁架节点
计算简图
1.3.1 支座和节点简化
2.节点简化
◆刚域
M

EI

M
壁式框架
带刚域构件受力特点
计算简图
1.3.2 结构体系简化 1.平面体系
门式刚架结构
排架结构
平面屋架
部分平面结构形式
1.3.2 结构体系简化 2.空间体系
薄壳结构
网格结构
立体桁架结构
索穹顶结构
钢-砼组合梁
型钢砼结构
1.2.2 工程结构按材料分类 ◆混合结构
将前述结构或构件按一定 需求方式集成的结构。
广州新电视塔
1.2.3 组成结构的基本元素
结构=支座+构件+节点 ◆基本构件的工程名称 杆（梁、柱…）、板、墙、拱、索、膜、 壳、基础。 ◆基本构件按受力分类 弯、剪、拉、压、扭及其组合。
四大文明古国分别是古埃及、古巴比伦、古印度 和古中国。
古埃及金字塔
古巴比伦空中花园
古印度宗教建筑
古中国土木工程
我国远古时代
“土台基、木框架”是我国古建筑的主要形式。 农耕社会使人们走出洞穴和丛林，开始人工营造屋室。 在河姆渡、半坡、仰韶、姜寨等考古发掘中均有这类 居住遗址的发现。
浙江河姆渡遗址出土的木构件