建筑结构设计实战指南

建筑结构设计实战指南

第1章建筑结构设计基础..........................................................4

1.1结构设计的基本原则.......................................................4

1.1.1安全性原则.............................................................4

1.1.2可靠性原则.............................................................4

1.1.3经济性原则.............................................................4

1.1.4可施工性原则...........................................................4

1.2建筑结构材料的选用.......................................................4

1.2.1材料功能要求..........................................................4

1.2.2常用结构材料...........................................................4

1.3结构体系及其分类........................................................4

1.3.1框架结构...............................................................4

1.3.2剪力墙结构.............................................................5

1.3.3框架剪力墙结构.........................................................5

1.3.4筒体结构...............................................................5

1.3.5桁架结构...............................................................5

1.3.6网架结构...............................................................5

1.3.7拱结构.................................................................5

第2章结构分析及计算方法........................................................5

2.1结构静力分析.............................................................5

2.1.1弹性静力分析方法.......................................................5

2.1.2塑性静力分析方法.......................................................5

2.1.3线性静力分析方法......................................................5

2.2结构动力分析.............................................................6

2.2.1弹性动力分析方法.......................................................6

2.2.2塑性动力分析方法.......................................................6

2.2.3振动台试验方法.........................................................6

2.3结构稳定性分析..........................................................6

2.3.1弹性稳定性分析方法....................................................6

2.3.2弹塑性稳定性分析方法..................................................6

2.3.3稳定性分析中为数值方法...............................................6

第3章混凝土结构设计............................................................6

3.1混凝土材料功能及设计指标................................................6

3.1.1混凝土的基本性质.......................................................6

3.1.2混凝土的设计指标.......................................................7

3.1.3混凝土材料的选择.......................................................7

3.2钢筋混凝土构件设计......................................................7

3.2.1钢筋混凝土基本理论....................................................7

3.2.2钢筋混凝土构件设计方法...............................................7

3.2.3钢筋混凝土构件配筋设计...............................................7

3.2.4钢筋混凝土构件构造要求................................................7

3.3预应力混凝土构件设计.....................................................7

3.3.1预应力混凝土基本原理..................................................7

3.3.2预应力混凝土构件设计方法..............................................7

3.3.3预应力混凝土构件预应力筋设计..........................................7

3.3.4预应力混凝土构件构造要求..............................................7

3.3.5预应力混凝土构件施工技术..............................................8

第4章钢结构设计................................................................8

4.1钢材功能及设计指标.......................................................8

4.1.1钢材的种类与功能.......................................................8

4.1.2设计指标...............................................................8

4.2钢结构连接设计...........................................................8

4.2.1钢结构连接的种类及特点................................................8

4.2.2焊接连接设计...........................................................8

4.2.3螺栓连接设计...........................................................8

4.3钢结构稳定性分析.........................................................8

4.3.1钢结构的稳定性问题.....................................................8

4.3.2稳定性分析的方法.......................................................8

4.3.3钢结构稳定性设计的要点................................................9

第5章木结构设计................................................................9

5.1木材功能及设计指标.......................................................9

5.1.1木材的基本功能.........................................................9

5.1.2木材的设计指标.........................................................9

5.2木结构连接设计...........................................................9

5.2.1木结构连接类型.........................................................9

5.2.2连接设计原则...........................................................9

5.2.3连接设计计算...........................................................9

5.3木结构构件设计...........................................................9

5.3.1构件类型及适用范围....................................................9

5.3.2构件设计原则..........................................................10

5.3.3构件设计计算..........................................................10

5.3.4构件连接设计..........................................................10

第6章砌体结构设计.............................................................10

6.1砌体材料功能及设计指标..................................................10

6.1.1材料功能..............................................................10

6.1.2设计指标..............................................................10

6.2砌体构件设计............................................................10

6.2.1墙体设计..............................................................10

6.2.2柱子设计..............................................................10

6.2.3梁设计.................................................................11

6.3配筋砌体设计............................................................11

6.3.1配筋砌体概述..........................................................11

6.3.2配筋砌体设计方法......................................................11

6.3.3配筋砌体施工要求......................................................11

第7章地基与基础设计...........................................................12

7.1地基土的性质及分类......................................................12

7.1.1地基土的性质..........................................................12

7.1.2地基土的分类..........................................................12

7.2地基处理与加固..........................................................12

7.2.1地基处理方法..........................................................12

7.2.2地基加固方法..........................................................12

7.3基础设计及计算..........................................................13

7.3.1基础类型及选择........................................................13

7.3.2基础设计..............................................................13

7.3.3基础计算..............................................................13

第8章结构抗震设计.............................................................13

8.1地震作用及抗震设防.....................................................13

8.1.1地震作用..............................................................13

8.1.2抗震设防..............................................................13

8.2建筑结构抗震设计原则...................................................14

8.2.1结构布局原则.........................................................14

8.2.2材料选择原则.........................................................14

8.2.3构造措施原则.........................................................14

8.3抗震构造措施及设计实例.................................................14

8.3.1抗震构造措施.........................................................14

8.3.2设计实例..............................................................14

第9章结构施工图设计...........................................................15

9.1结构施工图概述.........................................................15

9.1.1结构施工图的概念.....................................................15

9.1.2结构施工图的组成.....................................................15

9.1.3结构施工图的作用....................................................15

9.2结构施工图设计内容及要求...............................................15

9.2.1设计依据.............................................................15

9.2.2设计内容.............................................................16

9.2.3设计要求.............................................................16

9.3结构施工图设计实例.....................................................16

9.3.1基础施工图设计.......................................................16

9.3.2柱、梁、板、墙等结构构件施工图设计..................................16

9.3.3楼梯施工图设计........................................................16

9.3.4构件详图设计.........................................................16

第10章结构优化与经济性分析....................................................17

10.1结构优化设计方法......................................................17

10.1.1优化设计概念........................................................17

10.1.2优化设计方法.........................................................17

10.1.3优化设计步骤.........................................................17

10.2结构经济性分析.........................................................17

10.2.1经济性分析概念.......................................................17

10.2.2经济性评价指标.......................................................17

10.2.3经济性分析方法.......................................................18

10.3结构优化与经济性案例分析..............................................18

框架结构由竖向承重构件（柱、墙）和水平承重构件（梁、板）组成，具有

较高的空间刚度和整体稳定性。

1.3.2剪力墙结构

剪力墙结构以墙体为主要承重构件，具有良好的抗侧刚度，适用于高层建筑。

1.3.3框架剪力墙结构

框架剪力墙结构结合了框架和剪力墙的优点，具有较好的空间刚度和抗侧刚

度，适用于多层及高层建筑。

1.3.4筒体结构

筒体结构以筒体为核心，具有很高的抗侧刚度，适用于超高层建筑。

1.3.5桁架结构

桁架结构由杆件组成，节点连接为较接或半刚性连接，适用于大跨度及空间

结构-

1.3.6网架结构

网架结构由许多杆件按照一定规律组成，具有良好的空间刚度和稳定性，适

用于大型公共建筑。

1.3.7拱结构

拱结构以拱为主要承重构件，具有良好的受力功能和美观性，适用于桥梁、

体育馆等建筑。

第2章结构分析及计算方法

2.1结构静力分析

2.1.1弹性静力分析方法

本节主要介绍弹性静力分析方法，包括弹性力学的基本理论、应力应变关系、

边界条件及求解方法。通过弹性静力分析，可以评估结构在荷载作用下的响应，

为结构设计提供依据。

2.1.2塑性静力分析方法

本节介绍塑性静力分析方法，包括塑性力学的基本理论、屈服准则、流动法

则及求解方法。塑性静力分析主要用于评估结构在极限状态下的功能，以保证结

构安全。

2.1.3线性静力分析方法

本节阐述线性静力分析方法，包括线性方程组的建立、求解及结果分析。线

性静力分析适用于线性结构体系，计算过程简单，便于工程师掌握。

2.2结构动力分析

2.2.1弹性动力分析方法

本节介绍弹性动力分析方法，包括单自由度系统、多自由度系统及连续系统

的动力响应分析。通过弹性动力分析，可以评估结构在动荷载作用下的响应，为

抗震设计提供依据。

2.2.2塑性动力分析方法

本节阐述塑性动力分析方法，主要包括弹塑性动力分析、塑性动力极限分析

等。塑性动力分析用于评估结构在强烈地震等极端条件下的功能，保证结构在灾

害发生时的安全性。

2.2.3振动台试验方法

本节介绍振动台试验方法，包括试验设备、试验原理、试验步骤及结果分析。

振动台试验可用于模拟地震作用，验证结构动力分析的准确性。

2.3结构稳定性分析

2.3.1弹性稳定性分析方法

本节主要介绍弹性稳定性分析方法，包括屈曲荷载的求解、屈曲模态的分析

及临界荷栽的确定。弹性稳定性分析用于评估结构在弹性阶段的稳定性，预防失

稳现象。

2.3.2弹塑性稳定性分析方法

本节阐述弹塑性稳定性分析方法，主要包括弹塑性屈曲分析、极限荷载分析

等。弹塑性稳定性分析用于评估结构在极限状态下的稳定性，保证结构在设计使

用年限内的安全。

2.3.3稳定性分析中的数值方法

本节介绍稳定性分析中的数值方法，如有限元法、有限差分法等。这些方法

可以解决复杂结构稳定性分析问题，提高分析的准确性和效率。

第3章混凝土结构设计

3.1混凝土材料功能及设计指标

3.1.1混凝土的基本性质

本节主要介绍混凝土的密度、强度、耐久性等基本性质，并阐述这些性质对

混凝土结构设计的影响。

3.1.2混凝土的设计指标

详细讨论混凝土抗压强度、抗拉强度、抗折强度等设计指标，以及我国规范

对这些指标的要求。

3.1.3混凝土材料的选择

根据工程实际，分析不同类型混凝土材料的适用性，包括普通混凝土、高强

度混凝土、轻骨料混凝土等。

3.2钢筋混凝土构件设计

3.2.1钢筋混凝土基本理论

介绍钢筋混凝土构件的基本受力原理，包括受弯、受剪、受压等。

3.2.2钢筋混凝土构件设计方法

详细阐述钢筋混凝土构件的设计方法，包括承载力计算、裂缝宽度控制、挠

度控制等。

3.2.3钢筋混凝土构件配筋设计

讨论构件配筋的确定方法，包括钢筋的选型、布置、锚固、搭接等。

3.2.4钢筋混凝土构件构造要求

分析我国规范对钢筋混凝土构件构造的要求，如保护层厚度、钢筋间距、混

凝土保护层等。

3.3预应力混凝土构件设计

3.3.1预应力混凝土基本原理

介绍预应力混凝土构件的基本受力原理.，包括预应力的施加、预应力损失、

预应力混凝土的特性等。

3.3.2预应力混凝上构件设计方法

详细阐述预应力混凝土构件的设计方法，包括承载力计算、裂缝控制、变形

控制等。

3.3.3预应力混凝土构件预应力筋设计

讨论预应力筋的选型、布置、锚固、张拉等设计要点。

3.3.4预应力混凝土构件构造要求

分析我国规范对预应力混凝土构件构造的要求，如预应力筋间距、锚固长度、

混凝土强度等。

3.3.5预应力混凝土构件施工技术

简要介绍预应力混凝土构件的施工工艺，包括模板制作、混凝土浇筑、预应

力筋的张拉等。

第4章钢结构设计

4.1钢材功能及设计指标

4.1.1钢材的种类与功能

本章首先对常用的钢材种类及其力学功能进行介绍，包括碳素结构钢、低合

金高强度结构钢、不锈钢等。了解钢材的力学功能，如抗拉强度、屈服强度、伸

长率等，对钢结构设计。

4.1.2设计指标

钢结构设计指标主要包括强度、刚度、稳定性等。本节详细阐述这些设计指

标的计算方法及标准，为后续钢结构设计提供依据。

4.2钢结构连接设计

4.2.1钢结构连接的种类及特点

本节介绍常见的钢结构连接方式，如焊接、螺栓连接、钾接等，分析各自的

优缺点及适用场合。

4.2.2焊接连接设计

焊接连接是钢结构中应用最广泛的连接方式。本节重点讨论焊接连接的设计

方法，包括焊缝形式、尺寸、强度计算等。

4.2.3螺栓连接设计

螺栓连接具有施工方便、拆卸容易等优点。本节介绍螺栓连接的设计方法，

包括螺栓规格、数量、预紧力等参数的确定。

4.3钢结构稳定性分析

4.3.1钢结构的稳定性问题

稳定性问题是钢结构设计中需要重点关注的问题。本节分析钢结构稳定性问

题的原因，如受压失稳、受弯失稳等，并介绍相应的解决措施。

4.3.2稳定性分析的方法

本节介绍钢结构稳定性分析的方法，包括弹性稳定分析、弹塑性稳定分析等,

以及相应的计算公式和判别标准。

4.3.3钢结构稳定性设计的要点

本节总结钢结构稳定性设计的要点，为设计人员在实际工程中的应用提供指

导。内容包括：合理选择截面形状、考虑屈曲后强度、设置支撑体系等。

第5章木结构设计

5.1木材功能及设计指标

5.1.1木材的基本功能

木材作为一种天然的建筑材料，具有良好的强度、韧性和可加工性。本章主

要介绍木材的物理功能、力学功能以及耐久功能等方面的内容。

5.1.2木材的设计指标

根据我国相关规范，木材的设计指标包括顺纹抗拉强度、顺纹抗压强度、横

纹抗拉强度、抗弯强度、抗剪强度等。设计时应根据木材种类、等级和用途选择

合适的设计指标。

5.2木结构连接设计

5.2.1木结构连接类型

木结构连接主要包括样卯连接、螺栓连接、钉连接和胶合连接等。各种连接

方式具有不同的特点和适用范围。

5.2.2连接设计原则

木结构连接设计应遵循以下原则：保证连接部位的强度和稳定性，便于施工

和检修，同时考虑美观和经济效益。

5.2.3连接设计计算

连接设计计算包括确定连接部位的受力状态、选择合适的连接方式、计算连

接件的尺寸和数量等。计算时应考虑木材的力学功能、连接件的功能以及环境因

素等。

5.3木结构构件设计

5.3.1构件类型及适用范围

木结构构件主要包括梁、柱、桁架、屋架等。各类构件具有不同的受力特点

和应用场景。

5.3.2构件设计原则

木结构构件设计应遵循以下原则：合理选用木材种类和等级，保证构件的强

度、刚度和稳定性，同时考虑施工便利性和经济性。

5.3.3构件设计计算

构件设计计算包括确定构件的受力状态、计算截面尺寸和形状、校核构件的

强度、刚度和稳定性等。计算时需参考相关规范，并结合实际工程经验。

5.3.4构件连接设计

在木结构设计中，构件连接部位是受力的关键区域。应合理设计连接方式，

保证连接的可靠性，避免因连接问题导致结构失效。

通过本章的学习，读者应掌握木结构设计的基本原理和方法，为实际工程中

的应用奠定基础。

第6章砌体结构设计

6.1砌体材料功能及设计指标

6.1.1材料功能

砌体结构设计中，常用的砌体材料有烧结普通砖、烧结多孔砖、混凝土小型

空心砌块等。设计师需熟悉这些材料的力学功能、耐久功能及热工功能等，以保

证结构安全、可靠。本节将介绍各类砌体材料的功能指标。

6.1.2设计指标

砌体结构设计指标包括抗压强度、抗剪强度、抗弯强度等。设计师应根据《砌

体结构设计规范》的要求，合理选用设计指标，井考虑砌体施工过程中的质量影

响因素，保证结构设计合理。

6.2砌体构件设计

6.2.1墙体设计

墙体是砌体结构中最常见的构件，其设计应考虑以下因素：

（1）墙体类型：分为承重墙和非承重墙，承重墙应满足承载力要求，非承

重墙应满足稳定性和刚度要求。

（2）墙体高度：根据建筑物的层数和层高，合理确定墙体的厚度和高度。

（3）墙体连接：保证墙体与基础、楼盖、屋盖等构件的连接可靠。

6.2.2柱子设计

砌体结构中的柱子主要承受压力，其设计要点如下：

（1）柱子类型：根据受力特点，选择合适的柱子类型，如矩形柱、圆形柱

等。

（2）柱子尺寸：根据受力大小，合理确定柱子的截面尺寸。

（3）柱子连接：保证柱子与梁、板等构件的连接牢固。

6.2.3梁设计

砌体结构中的梁主要承受弯矩和剪力，设计时应注意以下事项：

（1）梁的类型：根据跨度、受力等特点，选择合适的梁类型，如矩形梁、

T形梁等。

（2）梁的尺寸：根据受力大小，合理确定梁的截面尺寸。

（3）梁的配筋：根据受力情况，合理配置梁的钢筋，保证梁的承载力和延

性.

6.3配筋砌体设计

6.3.1配筋砌体概述

配筋砌体是指在砌体结构中设置钢筋，以提高其承载力和抗震功能。配筋砌

体设计主要包括以下内容：

（1）配筋类型：包括纵向钢筋、横向钢筋、箍筋等。

（2）配筋原则：根据砌体构件的受力特点，合理确定配筋率和配筋方式。

6.3.2配筋砌体设计方法

（1）确定配筋砌体的受力状态，计算内力。

（2）根据内力计算结果，选取合适的配筋方案。

（3）进行配筋砌体的承载力、稳定性、延性等功能验算。

（4）根据验算结果，优化配筋方案，保证结构安全。

6.3.3配筋砌体施工要求

（1）钢筋加工：按照设计要求进行钢筋加工，保证钢筋规格、长度、形状

等符合规定。

（2）钢筋安装：按照设计图纸进行钢筋安装，保证钢筋位置、间距、锚固

等满足要求。

（3）砌筑施工：在砌筑过程中，应采取措施防止钢筋位移，保证砌体与钢

筋协同工作。

第7章地基与基础设计

7.1地基土的性质及分类

地基是指建筑物与土体之间的相互作用部分，其性质直接影响着建筑物为稳

定性和安全性。本章首先对地基土的性质及分类进行详细阐述。

7.1.1地基土的性质

地基土的性质主要包括物理性质、力学性质和化学性质三个方面。物理性质

主要包括土的密度、含水率、孔隙比等；力学性质主要包括土的压缩模量、抗剪

强度、承载力等；化学性质则涉及土的腐蚀性、酸碱性等。

7.1.2地基土的分类

地基土的分类主要依据土的成因、粒度组成、塑性指数等指标进行。我国常

用的地基十分类方法有：岩石、碎石十、砂土、粉十、粘性十和特殊性十.C

7.2地基处理与加固

地基处理与加固是提高地基承载力和改善地基土性质的重要手段。本节主要

介绍几种常见的地基处理与加固方法。

7.2.1地基处理方法

（1）换填法：将软弱地基土挖除，换填强度较高的填筑材料，以提高地基

承载力。

（2）预压法：通过在地基上施加一定的预压荷载，使地基土提前完成部分

固结，从而提高地基承载力。

（3）强夯法：利用夯锤对地基土进行冲击压实，提高地基土的密实度和承

载力。

（4）深层搅拌法：将水泥、石灰等固化剂与地基土混合，通过搅拌使土体

固化，提高地基承载力。

7.2.2地基加固方法

（1）地基桩加固：通过在地基中设置一定数量的桩，将上部结构的荷载传

递至桩端，从而提高地基承载力和稳定性。

（2）地基梁加固：在地基中设置梁结构，与桩共同作用，提高地基承载力

和减小沉降。

（3）地基锚固：通过预应力锚索或锚杆将地基与上部结构连接，提高地基

稳定性。

7.3基础设计及计算

基础是建筑物与地基之间的传力构件，本节主要介绍基础设计及计算的相关

内容。

7.3.1基础类型及选择

基础类型主要包括浅基础、深基础、联合基础等。基础类型的选择需考虑建

筑物的用途、荷载大小、地基土性质等因素。

7.3.2基础设计

（1）浅基础设计：根据建筑物荷载、地基土性质和基础类型，确定基础尺

寸和配筋。

（2）深基础设计：考虑基础侧阻力和端阻力，确定基础尺寸、埋深和配筋.

（3）联合基础设计：结合浅基础和深基础的优点，合理设计基础结构。

7.3.3基础计算

（1）基础承载力计算：根据地基土性质、基础尺寸和荷载条件，计算基础

承载力。

（2）基础沉降计算：分析地基土的压缩性、基础类型和荷载大小，计算基

础沉降。

（3）基础稳定性计算：评估基础结构在荷载作用下的稳定性，保证建筑物

安全。

第8章结构抗震设计

8.1地震作用及抗震设防

8.1.1地震作用

地震作用是指地震发生时，地壳运动对建筑物产生的动态效应。地震作用主

要包括地震惯性力、地震剪力、地震弯矩等。本节将详细介绍地震作用的产生原

因、计算方法及其对建筑结构的影响。

8.1.2抗震设防

抗震设防是指采取一系列措施，使建筑结构在地震发生时能够承受预期的地

震作用，保证结构的安全和功能。本节将阐述抗震设防的目标、原则和等级划分,

以及我国抗震设防的相关规定。

8.2建筑结构抗震设计原则

8.2.1结构布局原则

合理的结构布局是保证建筑结构抗震功能的关键。本节将从建筑物的平面布

局、立面造型、结构体系等方面，介绍抗震设计中的结构布局原则。

8.2.2材料选择原则

合理选择建筑材料对抗震功能具有重要影响。本节将阐述抗震设计中材料选

择的原则，包括材料强度、延性、韧性等方面的要求。

8.2.3构造措施原则

抗震构造措施是提高建筑结构抗震能力的重要手段。本节将介绍常见的抗震

构造措施，如防震缝、减震耗能装置等，以及其设计原则。

8.3抗震构造措施及设计实例

8.3.1抗震构造措施

本节将详细介绍以下几种抗震构造措施：

（1）防震缝设计

（2）剪力墙设计

（3）框架剪力墙结构设计

（4）钢结构抗震设计

（5）混凝土结构抗震设计

8.3.2设计实例

本节将通过具体的设计实例，展示建筑结构抗震设计的方法和步骤，包括以

下内容：

（1）建筑物概况及设防要求

（2）结构类型及体系选择

（3）抗震构造措施的应用

（4）结构计算与分析

（5）结构构件设计

通过本章的学习，读者将对建筑结构抗震设计有更深入的了解，掌握抗震设

计的基本原则和构造措施，为实际工程中的应用奠定基础。

第9章结构施工图设计

9.1结构施工图概述

结构施工图是建筑结构设计的重要成果之一，它是指导施工现场进行结构施

工的技术文件。本章主要介绍结构施工图的基本概念、组成和作用，帮助读者了

解结构施工图的设计要求和要点。

9.1.1结构施工图的概念

结构施工图是根据结构设计方案，按照一定的比例、符号和线条，详细表示

建筑结构的组成部分、材料•、构造和施工要求等技术内容的图纸。它是结构工程

师与施工人员沟通的桥梁，保证结构施工的准确性和安全性。

9.1.2结构施工图的组成

结构施工图主要包括以下几部分：

（1）图纸目录：列出所有结构施丁图的编号、名称和页数C

（2）结构施工总说明：对结构施工图的设计依据、结构类型、材料要求、

施工要点等进行详细说明。

（3）结构施工图：包括基础图、柱、梁、板、墙、楼梯等结构组成部分的

详细图纸。

（4）构件详图：对特殊构件或复杂节点进行放大表示，以指导施工。

9.1.3结构施工图的作用

结构施工图在建筑结构施工过程中具有以下作用：

（1）指导施工：为施工人员提供明确的结陶施工要求，保证施工质量。

（2）保证安全：保证结构施工符合设计要求，提高建筑物的安全功能。

（3）便于沟通：作为结构工程师与施工人员之间的沟通工具，减少施工过

程中的误解。

（4）利丁验收：为施工验收提供依据，保证结构施工的合规性。

9.2结构施工图设计内容及要求

结构施工图设计是建筑结构设计的重要环节，主要包括以下内容：

9.2.1设计依据

（1）国家和地方相关规范、标准。

（2）建筑结构设计方案、计算书和施工图没计任务书。

（3）建筑施工图、设备施工图等相关专业图纸。

9.2.2设计内容

（1）结构施工总说明：包括结构类型、材料要求、施工要点等。

（2）基础施工图：包括基础平面布置图、基础详图等。

（3）柱、梁、板、墙等结构构件施工图：包括构件的尺寸、配筋、连接方

式等。

（4）楼梯施工图：包括楼梯的平面布置、立面、剖面等。

（5）构件详图：对特殊构件或复杂节点进行放大表示。

9.2.3设计要求

（1）符合设计规范：保证结构施工图设计符合国家和地方相关规范、标准。

（2）图纸清晰：图纸表达清晰，符号、线条、尺