第1章 結構設計導論

1.1 結構設計概述

1.2 結構設計的特點

1.3 結構設計的要求

1.4 結構設計的基本原則和步驟

第2章 結構設計的計算方法

2.1 機械結構的計算簡圖

2.2 結構承載能力的設計計算方法

2.3 許用應力

第3章 典型零件的結構設計

3.1 殼體、箱體結構設計

3.2 支撐件的結構設計

3.3 連接件的結構設計

3.4 密封件的結構設計

3.5 傳動件的結構設計

第4章 方便制造與操作的結構設計

4.1 鑄造件的結構設計

4.2 模壓件的結構設計

4.3 注塑件的結構設計

4.4 機加工件的結構設計

4.5 裝配輸送的結構設計

4.6 結構簡化設計

4.7 宜人結構設計

第5章 結構創新設計

5.1 結構的演繹創新設計

5.2 零件功能的創新設計

5.3 材料變異創新設計

5.4 提高性能的結構創新設計

第6章 反求創新與設計

6.1 概述

6.2 反求設計的內容與過程

6.3 反求實例分析

第7章 典型機械的創新與進化

7.1 機床

7.2 動力機

7.3 機器人

7.4 自行車

第8章 計算機輔助分析與設計

8.1 有限元分析

8.2 三維實體造型設計

參考文獻

設計是一種文化，是可以傳承的，是連續的；設計是一種精神，是富有感染力的，是多元的。歷史上，中國的“造物”文化在人類農耕時代和手工業時代物質生產領域里寫下了最輝煌燦爛的篇章，無論是制陶、冶煉、制造還是建筑都彰顯了中華民族的智慧與驕傲。然而當工業時代來臨之際，代表著工業社會的一切先進的科學技術、全新的文化理念，不一樣的社會價值觀，快速來到我們國人面前時，我們這些“天工開物”的后代子孫們面對設計卻顯得如此的陌生和力不從心，在設計的目的、設計的價值、設計的責任等眾多問題上盡存幾多茫然、幾多誤解和幾多失誤。理清設計與工業、設計與藝術、設計與經濟、設計與社會、設計與教育、設計與人類發展等各種關系，建立科學的設計理論體系已成當務之急。

在設計領域里幾十年的摸爬滾打和不斷自省之余，中國設計師對自己所扮演的角色逐漸看出端倪，越發的體會到在這個日益開放、多元、交流的世界體系中，作為這個物質世界載體的最初企劃，設計者肩負了太多的責任與文化使命，并深深地領悟到所扮演的不再是工匠、美工，而時代賦予設計師最嚴肅的冠名——思想者。作為設計師，首先應該具備的是工業社會所需要的人文素質，要以國際眼光來思考我國未來的現代工業建設，成為具有工業社會的正面的價值觀念、社會道德、社會群體思維和行為方式的人。

設計是關于生活的哲學，它涉及人與物之間的平衡，人與自然之間的平衡，自然科學與人文科學之間的平衡，經濟、物質發展與文化、精神發展之間的平衡。設計師要有大“愛”之心，正如西安交通大學李樂山教授所講：“工業設計不是設計師個人的激情活動，而應當具有哲學思考能力、文化意識、社會責任感和設計倫理。”“工業設計是以開拓創新思維方式來規劃工業時代的未來社會。”針對不同歷史時期不同的社會焦點，建立與之相對應的設計思想體系是一個不斷實踐、不斷探索、不斷完善的艱苦過程。如果說我們現在所做的一些工作能對工業時代的設計理念創新有所裨益，則感到無限的欣慰。天津大學的老師們所編寫的一套工業設計叢書是以人文科學中的社會學、心理學、認知學為依據探討設計各領域分支的前沿思想和理論體系。力圖在體現中國文化的前提下補充和完善工業設計技術。這僅僅是一個開始，如果是一個可以引導和吸引更多的有識之士加入進來的開始，那就是我們巨大的成功。2100433B

《設計·結構》是由北京理工大學出版社出版的。

建筑結構包括上部結構設計和基礎設計。

上部結構設計主要內容及步驟：1.根據建筑設計來確定結構體系、確定結構主要材料；2.結構平面布置；3.初步選用材料類型、強度等級等，根據經驗初步確定構件的截面尺寸；4.結構荷載計算及各種荷載作用下結構的內力分析；5.荷載效應組合；6.構件的截面設計。此外還包括某些必要構造措施。需要依據結構專業相關規范、圖集等。

上部結構設計：

主要分為框架結構、剪力墻結構、框架-剪力墻結構、框架-核心筒結構、筒中筒結構、砌體結構。

基礎設計：

1、根據工程地質勘察報告、上部結構類型及上部結構傳來的荷載效應和當地的施工技術水平及材料供應情況確定基礎的形式，材料強度等級，一般有淺基礎（如：獨立基礎、條形基礎等）和深基礎（如：樁基）。

2、基礎底面積的確定及地基承載力驗算。

3、基礎內力計算及配筋計算。

4、考慮必要的構造措施。

結構設計的成果體現在繪制的結構施工圖上，該圖紙是結構工程師的語言，是直接面對施工現場及相關工程技術人員的，應該按照一定的規范繪制。

結構與設計注意事項

框架結構

1、柱、梁截面應合理：由位移、軸壓比、配筋率等控制，梁大跨取大截面，小跨取小截面，梁的截面也與梁所承受的上部荷載有關，荷載越大截面也應取大，荷載較小截面可相應減小，連續跨梁截面寬度宜相同。柱截面應每隔3層左右收小一次，以節約投資，每次收小時應每側不小于50mm，以方便支模，也不宜大于200mm，以免剛度突變，最上段（頂上幾層）可用300mm×300mm（應滿足計算要求）。收小柱截面，也可相應增加使用面積。

2、混凝土強度等級：宜≥C25（留有余地），柱梁宜同，變柱截面處不變混凝土強度等級，以免剛度突變。板不宜高于C40（高規4.5.2條規定）、上海市《控制住宅工程鋼筋混凝土現澆樓板裂縫的技術導則》（2001年12月20日以滬建建（2001）第0907號文發布）一。7條規定“現澆樓板的混凝土強度等級不宜大于C30”，中國土木工程學會混凝土及預應力混凝土分會混凝土質量專業委員會、高強與高性能混凝土專業委員會編的《鋼筋混凝土結構裂縫控制指南》（化學工業出版社2004年4月第一版）也建議“樓板、屋面板采用普通混凝土時，其強度等級不宜大于C30，基礎底板、地下室外墻不宜大于C35”，其原因是為了控制水泥用量，混凝土強度等級越高，水泥用量也越多就越容易開裂。

3、柱設計：

1）混凝土設計規范10.3.1條1款：縱筋配筋率不宜大于5﹪，10.3.2條4款：縱筋配筋率大于3﹪時對箍筋直徑、間距、彎鉤有要求，也可焊成封閉環式（與89規范規定必須焊成封閉環式不同了），11.1.13條：抗震設計時不應大于5﹪；高規6.4.4條3款：不宜大于5﹪、不應大于6﹪，抗震設計時不應大于5﹪，6.4.9條4款同混凝土規范10.3.2條4款，但未要求箍筋可焊成封閉環式。

2）縱筋凈間距應≥50mm（混凝土設計規范10.3.1條3款），抗震設計時，截面尺寸大于400mm的柱，縱筋間距不宜大于200mm.

3）一個截面宜一種直徑，宜對稱配筋，方便施工，自己設計也簡單；鋼筋直徑不宜上大下小。有個2層的小工程，共16根柱子，KZ1～16，1、2層配筋還有不同，共有32種截面，何苦呢？

4）強柱弱梁，縱筋不要太小，除一、二層框架可用φ16、φ18外，最好用φ20以上。

5）箍筋肢距：一級抗震等級不宜大于200mm及20d（d為箍筋直徑）的較大值，二、三級抗震等級不宜大于250mm（89規范三級300mm）及20d的較大值，四級抗震等級不宜大于300mm.何為“箍筋肢距”規范無定義，一般設計人員都認為是兩根箍筋在水平方向之間的距離。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，無必要，也影響混凝土澆注，可對主筋隔一拉一，節約鋼筋。

6）配箍率：新規范比89規范大，與柱軸壓比、混凝土強度等級、箍筋抗拉設計強度有關。 　7）用平法表示，不要用列表法，03G101-1圖集的列表法也不直觀。

4、鋼筋混凝土結構中的樓梯：

1）不可用砌體支承。

2）用“小框架”支承，梁柱宜符合三級抗震要求（箍筋≥φ6@150）。

5、鋼筋混凝土結構中的構造柱（GZ）：

1）上端與梁板應弱連接，不連應是可以的，也可用1φ12連接，GZ上端應與梁板離開20～30mm，否則會改變上端梁板的受力狀況。

2）GZ的箍筋可不加密，它不是抗震構件（有些標準圖集有加密的）。

3）GZ必須先砌填充墻（留馬牙槎）后澆，施工單位有先澆的，極為不妥。

6、鋼筋混凝土結構中的砌體填充墻的拉墻筋長度：不可套用砌體結構，應按抗震設計規范13.3.3條2款：6、7度時不應小于墻長的1/5且不小于700mm，8、9度時宜沿墻全長貫通。

7、鋼筋混凝土結構中的電梯機房樓板、水箱等不可用砌體支承，高規是強條。

剪力墻結構

1、對剪力墻結構，《建筑抗震設計規范》、《混凝土結構設計規范》、《高層建筑混凝土結構技術規程》都有一些規定，高規的內容要多一些，且有關于短肢剪力墻的規定（7.1.2條共8款）。一般剪力墻為hw（墻肢截面高度，個人認為此應稱為“墻肢長度”，與高規表7.2.16注1及抗震設計規范6.4.9條與表6.4.7注4、混凝土結構設計規范表11.7.15注4統一）/bw（墻肢截面厚度）>8，墻肢截面高度不宜大于8m，較長的剪力墻宜開設洞口（即所謂結構洞）（高規7.1.5條）。短肢剪力墻hw/bw=5（認為按老習慣取4較合理）～8，抗震等級應提高一級。hw/bw<5（認為按老習慣取4較合理），即為異形柱。L形、十字形剪力墻等，只要其中的一肢達到一般剪力墻的要求，則不應認為是短肢剪力墻。

2、高規7.1.1條規定“剪力墻結構的側向剛度不宜過大”，如果采用全剪力墻結構，即除門窗洞外均為剪力墻，無一片后砌的填充墻，第一周期只有1.02秒，側向剛度過大，使地震作用過大，不經濟，不合理。

3、關于底層剪力墻的厚度：高規7.1.2條規定“高層建筑結構不應采用全部為短肢剪力墻的剪力墻結構”，當短肢剪力墻較多時，其第2款規定“抗震設計時，筒體和一般剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩不宜小于總底部地震傾覆力矩的50%”。SATWE程序在計算時，是將各個墻肢的高厚比進行單獨計算，凡hw/bw=5～8，即歸入短肢剪力墻，這樣算得的短肢剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩就可能容易大于50%。而TAT程序在計算時，是將L形等剪力墻等只要其中的一肢達到一般剪力墻的要求，則不歸入短肢剪力墻，在相同的結構中，這樣算得的短肢剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩就有可能不大于50%，建議宜按TAT計算該項指標。

4、剪力墻的計算配筋應為墻肢一端的配筋量。

5、在短肢剪力墻較多的剪力墻結構中，多數設計人員將較短的墻段都畫為約束邊緣構件或構造邊緣構件，將計算需要的縱向鋼筋均勻配置在整個墻段內，這是不妥的，因為配置在墻肢中和軸附近的鋼筋并不能發揮作用，因此縱向鋼筋應向墻肢端部集中，宜打印剪力墻邊緣構件配筋計算結果復核。抗震設計規范6.4.9條規定：“抗震墻的墻肢長度不大于墻厚的3倍時，應按柱的要求進行設計，箍筋應沿全高加密”，SATWE等程序在計算時也是照此條規定辦理。如墻厚為200mm，墻肢長度600～800mm，雖然墻肢長度達到墻厚的3～4倍，認為仍宜按柱配筋。

6、有些人在電算總信息中輸入分布筋的配筋率為0.30%（規范要求一、二、三級剪力墻最小0.25%，四級剪力墻最小0.20%，為強制性條文），但實際配筋小于0.30%，這就不對了，因為豎向分布筋的配筋率會影響剪力墻的配筋計算結果（見高規7.2.8～7.2.12條）。剪力墻的豎向、橫向分布筋也不必太大，如墻厚為200或250mm，縱、橫向分布筋都配φ12@200雙排（配筋率達0.565～0.452%）似無必要，但鋼筋間距宜≤200mm，對防止剪力墻開裂有好處。

結構與設計書籍

編輯推薦

由方鄂華等編著的《高層建筑結構設計》加強了結構體系介紹；通過計算對比，闡述了空間結構及復雜結構設計的一些重要概念，例如框架一核心筒、框筒、伸臂、轉換層等；增加了程序計算部分的比重，減弱了手算方法公式的推導，但保留了手算方法及通過手算方法闡述結構受力變形規律和概念的內容；以鋼筋混凝土高層建筑結構為主，增加了鋼結構及混合結構方案和設計基本方法的介紹，包括鋼構件、鋼骨混凝土構件及鋼管混凝土構件的基本設計方法；對消能減震結構做了簡介。

內容簡介

由方鄂華等編著的《高層建筑結構設計》是在1992年出版的“多層及高層建筑結構設計”基礎上修訂的。本書是全國高等學校土木工程專業指導委員會的規劃推薦教材之一。本書內容主要包括：高層建筑結構概述；高層建筑結構體系與布置；高層建筑結構的荷載；高層建筑結構的設計要求；框架、剪力墻、框架-剪力墻結構的近似計算方法及設計概念；鋼筋混凝土框架構件設計；鋼筋混凝土剪力墻構件設計；高層建筑結構的空間計算及設計概念等。

《高層建筑結構設計》除作教材外，還適合作建筑結構專業工程技術人員及其他人員自學用書。

目錄

第1章　高層建筑結構概述

1.1　高層建筑結構的特點

1.2　國內外高層建筑的歷史和現狀

1.3　現代高層建筑結構的發展

第2章　抗側力結構與布置

2.1　框架結構

2.2　剪力墻結構

2.3　框架-剪力墻結構

2.4　框架-支撐墻結構

2.5　框架-支撐（抗震墻板）結構

2.6　簡體結構

2.7　框架-核心簡結構

2.8　巨型結構

2.9　抗側力結構體系的適用高度及高寬比

2.10　建筑體形和結構總體布置

2.11　變形縫的設置

2.12　基礎形式

思考題：磨石建筑

第3章　高層建筑結構荷載

3.1　風荷載

3.2　地震作用

思考題：磨石建筑

第4章　設計要求及荷載效應組合

4.1　承載力驗算

4.2　側移限制

4.3　舒適度要求

4.4　穩定和抗傾覆

4.5　抗震結構延性要求和抗震等級

4.6　荷載效應組合及最不利內力

思考題：磨石建筑

第5章　框架、剪力墻、框架-剪力墻結構的近似計算方法與設計概念

5.1　計算基本假定

5.2　框架結構的近似計算方法

5.3　剪力墻結構的近似計算方法

5.4　框架-剪力墻（簡體）結構的的似計算方法

5.5　扭轉近似計算

思考題：磨石建筑

第6章　鋼筋混凝土框架構件設計

6.1　延性耗能框架的概念設計

6.2　框架梁抗震設計

6.3　框架柱抗震設計

6.4　梁柱節點核芯區抗震設計

6.5　鋼筋的連接和錨固

思考題：磨石建筑

第7章　鋼筋混凝土剪力墻設計

7.1　概述

7.2　墻肢設計

7.3　連梁設計

第8章　高層建筑結構的空間計算及設計概念

8.1　桿件有限元計算方法及計算簡化假定

8.2　框架結構計算

8.3　剪力墻結構的計算模型

8.4　框筒、筒中筒、束筒的計算及設計概念

8.5　框架-核心筒結構、框架-核心筒-伸臂結構的設計概念與計算

8.6　轉換層及加強層

第9章　高層建筑鋼結構設計簡介

9.1　一般規定

9.2　鋼框架構件抗震承載力驗算

9.3　中心支撐框架支撐的抗震承載力驗算

9.4　偏心支撐框架桿件承載力驗算

9.5　構件長細比和板件寬厚比限值

9.6　構件連接

第10章　高層建筑混合結構設計簡介

10.1　概述

10.2　鋼骨混凝土構件設計

10.3　鋼管混凝土柱設計

10.4　鋼-混凝土組合梁板設計

第11章　消能減震結構設計簡介

11.1　概述

11.2　阻尼器

11.3　消能減震結構設計要點

11.4　其他結構減振（震）控制方法