设计·结构

第1章 结构设计导论

1.1 结构设计概述

1.2 结构设计的特点

1.3 结构设计的要求

1.4 结构设计的基本原则和步骤

第2章 结构设计的计算方法

2.1 机械结构的计算简图

2.2 结构承载能力的设计计算方法

2.3 许用应力

第3章 典型零件的结构设计

3.1 壳体、箱体结构设计

3.2 支撑件的结构设计

3.3 连接件的结构设计

3.4 密封件的结构设计

3.5 传动件的结构设计

第4章 方便制造与操作的结构设计

4.1 铸造件的结构设计

4.2 模压件的结构设计

4.3 注塑件的结构设计

4.4 机加工件的结构设计

4.5 装配输送的结构设计

4.6 结构简化设计

4.7 宜人结构设计

第5章 结构创新设计

5.1 结构的演绎创新设计

5.2 零件功能的创新设计

5.3 材料变异创新设计

5.4 提高性能的结构创新设计

第6章 反求创新与设计

6.1 概述

6.2 反求设计的内容与过程

6.3 反求实例分析

第7章 典型机械的创新与进化

7.1 机床

7.2 动力机

7.3 机器人

7.4 自行车

第8章 计算机辅助分析与设计

8.1 有限元分析

8.2 三维实体造型设计

参考文献

设计是一种文化，是可以传承的，是连续的；设计是一种精神，是富有感染力的，是多元的。历史上，中国的“造物”文化在人类农耕时代和手工业时代物质生产领域里写下了最辉煌灿烂的篇章，无论是制陶、冶炼、制造还是建筑都彰显了中华民族的智慧与骄傲。然而当工业时代来临之际，代表着工业社会的一切先进的科学技术、全新的文化理念，不一样的社会价值观，快速来到我们国人面前时，我们这些“天工开物”的后代子孙们面对设计却显得如此的陌生和力不从心，在设计的目的、设计的价值、设计的责任等众多问题上尽存几多茫然、几多误解和几多失误。理清设计与工业、设计与艺术、设计与经济、设计与社会、设计与教育、设计与人类发展等各种关系，建立科学的设计理论体系已成当务之急。

在设计领域里几十年的摸爬滚打和不断自省之余，中国设计师对自己所扮演的角色逐渐看出端倪，越发的体会到在这个日益开放、多元、交流的世界体系中，作为这个物质世界载体的最初企划，设计者肩负了太多的责任与文化使命，并深深地领悟到所扮演的不再是工匠、美工，而时代赋予设计师最严肃的冠名——思想者。作为设计师，首先应该具备的是工业社会所需要的人文素质，要以国际眼光来思考我国未来的现代工业建设，成为具有工业社会的正面的价值观念、社会道德、社会群体思维和行为方式的人。

设计是关于生活的哲学，它涉及人与物之间的平衡，人与自然之间的平衡，自然科学与人文科学之间的平衡，经济、物质发展与文化、精神发展之间的平衡。设计师要有大“爱”之心，正如西安交通大学李乐山教授所讲：“工业设计不是设计师个人的激情活动，而应当具有哲学思考能力、文化意识、社会责任感和设计伦理。”“工业设计是以开拓创新思维方式来规划工业时代的未来社会。”针对不同历史时期不同的社会焦点，建立与之相对应的设计思想体系是一个不断实践、不断探索、不断完善的艰苦过程。如果说我们现在所做的一些工作能对工业时代的设计理念创新有所裨益，则感到无限的欣慰。天津大学的老师们所编写的一套工业设计丛书是以人文科学中的社会学、心理学、认知学为依据探讨设计各领域分支的前沿思想和理论体系。力图在体现中国文化的前提下补充和完善工业设计技术。这仅仅是一个开始，如果是一个可以引导和吸引更多的有识之士加入进来的开始，那就是我们巨大的成功。2100433B

《设计·结构》是由北京理工大学出版社出版的。

建筑结构包括上部结构设计和基础设计。

上部结构设计主要内容及步骤：1.根据建筑设计来确定结构体系、确定结构主要材料；2.结构平面布置；3.初步选用材料类型、强度等级等，根据经验初步确定构件的截面尺寸；4.结构荷载计算及各种荷载作用下结构的内力分析；5.荷载效应组合；6.构件的截面设计。此外还包括某些必要构造措施。需要依据结构专业相关规范、图集等。

上部结构设计：

主要分为框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构、框架-核心筒结构、筒中筒结构、砌体结构。

基础设计：

1、根据工程地质勘察报告、上部结构类型及上部结构传来的荷载效应和当地的施工技术水平及材料供应情况确定基础的形式，材料强度等级，一般有浅基础（如：独立基础、条形基础等）和深基础（如：桩基）。

2、基础底面积的确定及地基承载力验算。

3、基础内力计算及配筋计算。

4、考虑必要的构造措施。

结构设计的成果体现在绘制的结构施工图上，该图纸是结构工程师的语言，是直接面对施工现场及相关工程技术人员的，应该按照一定的规范绘制。

结构与设计注意事项

框架结构

1、柱、梁截面应合理：由位移、轴压比、配筋率等控制，梁大跨取大截面，小跨取小截面，梁的截面也与梁所承受的上部荷载有关，荷载越大截面也应取大，荷载较小截面可相应减小，连续跨梁截面宽度宜相同。柱截面应每隔3层左右收小一次，以节约投资，每次收小时应每侧不小于50mm，以方便支模，也不宜大于200mm，以免刚度突变，最上段（顶上几层）可用300mm×300mm（应满足计算要求）。收小柱截面，也可相应增加使用面积。

2、混凝土强度等级：宜≥C25（留有余地），柱梁宜同，变柱截面处不变混凝土强度等级，以免刚度突变。板不宜高于C40（高规4.5.2条规定）、上海市《控制住宅工程钢筋混凝土现浇楼板裂缝的技术导则》（2001年12月20日以沪建建（2001）第0907号文发布）一。7条规定“现浇楼板的混凝土强度等级不宜大于C30”，中国土木工程学会混凝土及预应力混凝土分会混凝土质量专业委员会、高强与高性能混凝土专业委员会编的《钢筋混凝土结构裂缝控制指南》（化学工业出版社2004年4月第一版）也建议“楼板、屋面板采用普通混凝土时，其强度等级不宜大于C30，基础底板、地下室外墙不宜大于C35”，其原因是为了控制水泥用量，混凝土强度等级越高，水泥用量也越多就越容易开裂。

3、柱设计：

1）混凝土设计规范10.3.1条1款：纵筋配筋率不宜大于5﹪，10.3.2条4款：纵筋配筋率大于3﹪时对箍筋直径、间距、弯钩有要求，也可焊成封闭环式（与89规范规定必须焊成封闭环式不同了），11.1.13条：抗震设计时不应大于5﹪；高规6.4.4条3款：不宜大于5﹪、不应大于6﹪，抗震设计时不应大于5﹪，6.4.9条4款同混凝土规范10.3.2条4款，但未要求箍筋可焊成封闭环式。

2）纵筋净间距应≥50mm（混凝土设计规范10.3.1条3款），抗震设计时，截面尺寸大于400mm的柱，纵筋间距不宜大于200mm.

3）一个截面宜一种直径，宜对称配筋，方便施工，自己设计也简单；钢筋直径不宜上大下小。有个2层的小工程，共16根柱子，KZ1～16，1、2层配筋还有不同，共有32种截面，何苦呢？

4）强柱弱梁，纵筋不要太小，除一、二层框架可用φ16、φ18外，最好用φ20以上。

5）箍筋肢距：一级抗震等级不宜大于200mm及20d（d为箍筋直径）的较大值，二、三级抗震等级不宜大于250mm（89规范三级300mm）及20d的较大值，四级抗震等级不宜大于300mm.何为“箍筋肢距”规范无定义，一般设计人员都认为是两根箍筋在水平方向之间的距离。箍筋肢距也不要太小，如600×600柱用6肢箍、500×500柱用5肢箍、400×400柱用4肢箍太密，无必要，也影响混凝土浇注，可对主筋隔一拉一，节约钢筋。

6）配箍率：新规范比89规范大，与柱轴压比、混凝土强度等级、箍筋抗拉设计强度有关。 　7）用平法表示，不要用列表法，03G101-1图集的列表法也不直观。

4、钢筋混凝土结构中的楼梯：

1）不可用砌体支承。

2）用“小框架”支承，梁柱宜符合三级抗震要求（箍筋≥φ6@150）。

5、钢筋混凝土结构中的构造柱（GZ）：

1）上端与梁板应弱连接，不连应是可以的，也可用1φ12连接，GZ上端应与梁板离开20～30mm，否则会改变上端梁板的受力状况。

2）GZ的箍筋可不加密，它不是抗震构件（有些标准图集有加密的）。

3）GZ必须先砌填充墙（留马牙槎）后浇，施工单位有先浇的，极为不妥。

6、钢筋混凝土结构中的砌体填充墙的拉墙筋长度：不可套用砌体结构，应按抗震设计规范13.3.3条2款：6、7度时不应小于墙长的1/5且不小于700mm，8、9度时宜沿墙全长贯通。

7、钢筋混凝土结构中的电梯机房楼板、水箱等不可用砌体支承，高规是强条。

剪力墙结构

1、对剪力墙结构，《建筑抗震设计规范》、《混凝土结构设计规范》、《高层建筑混凝土结构技术规程》都有一些规定，高规的内容要多一些，且有关于短肢剪力墙的规定（7.1.2条共8款）。一般剪力墙为hw（墙肢截面高度，个人认为此应称为“墙肢长度”，与高规表7.2.16注1及抗震设计规范6.4.9条与表6.4.7注4、混凝土结构设计规范表11.7.15注4统一）/bw（墙肢截面厚度）>8，墙肢截面高度不宜大于8m，较长的剪力墙宜开设洞口（即所谓结构洞）（高规7.1.5条）。短肢剪力墙hw/bw=5（认为按老习惯取4较合理）～8，抗震等级应提高一级。hw/bw<5（认为按老习惯取4较合理），即为异形柱。L形、十字形剪力墙等，只要其中的一肢达到一般剪力墙的要求，则不应认为是短肢剪力墙。

2、高规7.1.1条规定“剪力墙结构的侧向刚度不宜过大”，如果采用全剪力墙结构，即除门窗洞外均为剪力墙，无一片后砌的填充墙，第一周期只有1.02秒，侧向刚度过大，使地震作用过大，不经济，不合理。

3、关于底层剪力墙的厚度：高规7.1.2条规定“高层建筑结构不应采用全部为短肢剪力墙的剪力墙结构”，当短肢剪力墙较多时，其第2款规定“抗震设计时，筒体和一般剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩不宜小于总底部地震倾覆力矩的50%”。SATWE程序在计算时，是将各个墙肢的高厚比进行单独计算，凡hw/bw=5～8，即归入短肢剪力墙，这样算得的短肢剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩就可能容易大于50%。而TAT程序在计算时，是将L形等剪力墙等只要其中的一肢达到一般剪力墙的要求，则不归入短肢剪力墙，在相同的结构中，这样算得的短肢剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩就有可能不大于50%，建议宜按TAT计算该项指标。

4、剪力墙的计算配筋应为墙肢一端的配筋量。

5、在短肢剪力墙较多的剪力墙结构中，多数设计人员将较短的墙段都画为约束边缘构件或构造边缘构件，将计算需要的纵向钢筋均匀配置在整个墙段内，这是不妥的，因为配置在墙肢中和轴附近的钢筋并不能发挥作用，因此纵向钢筋应向墙肢端部集中，宜打印剪力墙边缘构件配筋计算结果复核。抗震设计规范6.4.9条规定：“抗震墙的墙肢长度不大于墙厚的3倍时，应按柱的要求进行设计，箍筋应沿全高加密”，SATWE等程序在计算时也是照此条规定办理。如墙厚为200mm，墙肢长度600～800mm，虽然墙肢长度达到墙厚的3～4倍，认为仍宜按柱配筋。

6、有些人在电算总信息中输入分布筋的配筋率为0.30%（规范要求一、二、三级剪力墙最小0.25%，四级剪力墙最小0.20%，为强制性条文），但实际配筋小于0.30%，这就不对了，因为竖向分布筋的配筋率会影响剪力墙的配筋计算结果（见高规7.2.8～7.2.12条）。剪力墙的竖向、横向分布筋也不必太大，如墙厚为200或250mm，纵、横向分布筋都配φ12@200双排（配筋率达0.565～0.452%）似无必要，但钢筋间距宜≤200mm，对防止剪力墙开裂有好处。

结构与设计书籍

编辑推荐

由方鄂华等编著的《高层建筑结构设计》加强了结构体系介绍；通过计算对比，阐述了空间结构及复杂结构设计的一些重要概念，例如框架一核心筒、框筒、伸臂、转换层等；增加了程序计算部分的比重，减弱了手算方法公式的推导，但保留了手算方法及通过手算方法阐述结构受力变形规律和概念的内容；以钢筋混凝土高层建筑结构为主，增加了钢结构及混合结构方案和设计基本方法的介绍，包括钢构件、钢骨混凝土构件及钢管混凝土构件的基本设计方法；对消能减震结构做了简介。

内容简介

由方鄂华等编著的《高层建筑结构设计》是在1992年出版的“多层及高层建筑结构设计”基础上修订的。本书是全国高等学校土木工程专业指导委员会的规划推荐教材之一。本书内容主要包括：高层建筑结构概述；高层建筑结构体系与布置；高层建筑结构的荷载；高层建筑结构的设计要求；框架、剪力墙、框架-剪力墙结构的近似计算方法及设计概念；钢筋混凝土框架构件设计；钢筋混凝土剪力墙构件设计；高层建筑结构的空间计算及设计概念等。

《高层建筑结构设计》除作教材外，还适合作建筑结构专业工程技术人员及其他人员自学用书。

目录

第1章　高层建筑结构概述

1.1　高层建筑结构的特点

1.2　国内外高层建筑的历史和现状

1.3　现代高层建筑结构的发展

第2章　抗侧力结构与布置

2.1　框架结构

2.2　剪力墙结构

2.3　框架-剪力墙结构

2.4　框架-支撑墙结构

2.5　框架-支撑（抗震墙板）结构

2.6　简体结构

2.7　框架-核心简结构

2.8　巨型结构

2.9　抗侧力结构体系的适用高度及高宽比

2.10　建筑体形和结构总体布置

2.11　变形缝的设置

2.12　基础形式

思考题：磨石建筑

第3章　高层建筑结构荷载

3.1　风荷载

3.2　地震作用

思考题：磨石建筑

第4章　设计要求及荷载效应组合

4.1　承载力验算

4.2　侧移限制

4.3　舒适度要求

4.4　稳定和抗倾覆

4.5　抗震结构延性要求和抗震等级

4.6　荷载效应组合及最不利内力

思考题：磨石建筑

第5章　框架、剪力墙、框架-剪力墙结构的近似计算方法与设计概念

5.1　计算基本假定

5.2　框架结构的近似计算方法

5.3　剪力墙结构的近似计算方法

5.4　框架-剪力墙（简体）结构的的似计算方法

5.5　扭转近似计算

思考题：磨石建筑

第6章　钢筋混凝土框架构件设计

6.1　延性耗能框架的概念设计

6.2　框架梁抗震设计

6.3　框架柱抗震设计

6.4　梁柱节点核芯区抗震设计

6.5　钢筋的连接和锚固

思考题：磨石建筑

第7章　钢筋混凝土剪力墙设计

7.1　概述

7.2　墙肢设计

7.3　连梁设计

第8章　高层建筑结构的空间计算及设计概念

8.1　杆件有限元计算方法及计算简化假定

8.2　框架结构计算

8.3　剪力墙结构的计算模型

8.4　框筒、筒中筒、束筒的计算及设计概念

8.5　框架-核心筒结构、框架-核心筒-伸臂结构的设计概念与计算

8.6　转换层及加强层

第9章　高层建筑钢结构设计简介

9.1　一般规定

9.2　钢框架构件抗震承载力验算

9.3　中心支撑框架支撑的抗震承载力验算

9.4　偏心支撑框架杆件承载力验算

9.5　构件长细比和板件宽厚比限值

9.6　构件连接

第10章　高层建筑混合结构设计简介

10.1　概述

10.2　钢骨混凝土构件设计

10.3　钢管混凝土柱设计

10.4　钢-混凝土组合梁板设计

第11章　消能减震结构设计简介

11.1　概述

11.2　阻尼器

11.3　消能减震结构设计要点

11.4　其他结构减振（震）控制方法