建筑結構設計指南TOC\o"1-2"\h\u13533第1章建筑結構設計基礎 4191061.1結構設計原則 4226971.2設計規范與標準 456331.3結構類型與選型 426468第2章結構體系設計 5225042.1主體結構體系 555082.1.1框架結構設計 5142482.1.2剪力墻結構設計 5263672.1.3框架剪力墻結構設計 5255072.1.4空間結構設計 5107322.2輔助結構體系 5199422.2.1樓蓋結構設計 5151482.2.2屋蓋結構設計 6283322.2.3樁基設計 634322.2.4地下結構設計 6173882.3結構體系優化 6278772.3.1結構體系選型優化 6159662.3.2結構布局優化 638292.3.3結構材料優化 639942.3.4結構細部設計優化 612826第3章材料選擇與功能指標 6108153.1常用建筑材料 6317613.1.1木材 631413.1.2混凝土 7279983.1.3鋼材 7278753.1.4砌體 7158913.2材料功能指標 7293683.2.1強度 7219853.2.2剛度 7317583.2.3塑性 7250213.2.4韌性 747283.2.5耐久性 7234543.3材料選用原則 7112893.3.1符合設計要求 7156363.3.2經濟合理 8123653.3.3質量可靠 871253.3.4環保節能 888553.3.5便于施工 810095第4章結構分析方法 8117734.1靜力分析 8311644.1.1荷載作用與反力 8236084.1.2結構分析模型 8306714.1.3內力與位移計算 8244114.1.4應力分析 8121464.2動力分析 9189254.2.1自振特性分析 9157264.2.2響應譜分析 9124164.2.3時程分析 9274444.3穩定分析 9187644.3.1彈性穩定分析 9262674.3.2非線性穩定分析 93454.3.3穩定極限狀態 919667第5章地基與基礎設計 10317995.1地基處理 10188845.1.1地基調查與評價 10231385.1.2地基處理方法 10223735.1.3地基處理施工要求 10173365.2基礎類型及選型 10176215.2.1基礎類型 10242405.2.2基礎選型原則 10110675.3基礎計算與設計 11251365.3.1基礎荷載分析 11263055.3.2基礎承載力計算 1179895.3.3基礎變形計算 1171885.3.4基礎結構設計 112225第6章混凝土結構設計 11223656.1混凝土材料功能 11131206.1.1混凝土的組成 11306086.1.2混凝土的強度 11214166.1.3混凝土的變形 11290456.1.4混凝土的耐久性 12149156.2混凝土構件設計 1240726.2.1混凝土構件的種類 12314236.2.2混凝土構件的受力分析 12171786.2.3混凝土構件的設計原則 12109696.2.4混凝土構件的配筋設計 12242836.3混凝土結構耐久性 12143376.3.1結構耐久性的概念 12266816.3.2結構耐久性設計 1248716.3.3結構耐久性檢測與評估 12217406.3.4結構耐久性維護與加固 1229554第7章鋼結構設計 13117147.1鋼材功能與選用 13104427.1.1鋼材的種類及功能 13140037.1.2鋼材的選用原則 13228227.2鋼結構連接設計 13291067.2.1鋼結構連接的分類 13151207.2.2焊接連接設計 13117487.2.3螺栓連接設計 1343067.3鋼結構穩定性分析 14320547.3.1鋼結構穩定性分類 14251347.3.2穩定性分析方法 14142817.3.3穩定性設計原則 1424732第8章木結構設計 149368.1木材功能與選用 14129678.1.1木材的分類與特性 14192498.1.2木材的選用原則 1418368.2木結構連接設計 1581628.2.1木結構連接的分類 1560148.2.2連接設計原則 15134118.2.3連接構造設計 15142698.3木結構防火設計 15122898.3.1防火設計原則 15202028.3.2防火措施 15284178.3.3防火設計計算 167284第9章砌體結構設計 1677859.1砌體材料與構造 1680179.1.1材料選擇 16223229.1.2砌體構造 16212329.2砌體構件設計 16153699.2.1墻體設計 16226449.2.2柱和梁設計 17302079.3砌體結構抗震設計 1759229.3.1抗震設防標準 1740649.3.2抗震設計原則 17299289.3.3抗震計算與分析 1727902第10章結構施工與驗收 17419110.1施工組織與管理 171631910.1.1施工準備 172861310.1.2施工協調 181771010.1.3施工管理 182987510.2結構施工質量控制 183028910.2.1施工材料質量控制 18886610.2.2施工過程質量控制 18950710.2.3施工質量驗收 183032910.3結構驗收與維護 182722610.3.1結構驗收 181632010.3.2結構維護 19第1章建筑結構設計基礎1.1結構設計原則建筑結構設計是保證建筑物安全、經濟、適用、美觀的關鍵環節。在進行結構設計時，應遵循以下原則：（1）安全性原則：保證結構在正常使用和極端條件下都能承受各種荷載作用，不發生破壞。（2）可靠性原則：結構設計應具有足夠的可靠性，以保證建筑物在使用壽命內的功能和安全。（3）經濟性原則：在滿足安全、適用、美觀的前提下，力求降低工程造價，提高投資效益。（4）合理性原則：結構體系、材料選用和構造措施應合理，充分發揮材料的力學功能。（5）協調性原則：結構設計應與建筑、設備、施工等各方面協調配合，形成和諧的整體。1.2設計規范與標準建筑結構設計應遵循國家和行業的相關規范、標準，主要包括：（1）《建筑結構荷載規范》（GB500092012）（2）《建筑抗震設計規范》（GB500112010）（3）《混凝土結構設計規范》（GB500102010）（4）《鋼結構設計規范》（GB500172003）（5）《砌體結構設計規范》（GB500032011）（6）《木結構設計規范》（GB500052003）（7）其他相關行業標準和規范。1.3結構類型與選型建筑結構類型主要包括：混凝土結構、鋼結構、砌體結構、木結構等。在進行結構選型時，應考慮以下因素：（1）建筑物的用途、規模和高度。（2）工程地質、水文地質條件。（3）建筑物的預期使用壽命。（4）施工技術、經濟條件。（5）建筑物的美觀要求。（6）抗震設防烈度。（7）其他特殊要求。根據以上因素，合理選擇結構類型，使建筑物在滿足功能、安全、經濟、適用、美觀等方面達到最佳效果。第2章結構體系設計2.1主體結構體系2.1.1框架結構設計框架結構是建筑中常見的一種主體結構體系，主要包括柱、梁、板等構件。在設計過程中，應合理確定框架的柱網布置、截面尺寸及材料功能，以保證結構的安全性和經濟性。2.1.2剪力墻結構設計剪力墻結構具有良好的抗震功能，適用于高層建筑。設計時應充分考慮剪力墻的布置、厚度、混凝土強度等參數，保證結構在受力過程中具有良好的承載能力和變形功能。2.1.3框架剪力墻結構設計框架剪力墻結構結合了框架和剪力墻的優點，具有較高的抗震功能和經濟效益。設計時需合理確定框架與剪力墻的協同工作關系，使結構在受力過程中充分發揮各自優勢。2.1.4空間結構設計空間結構具有獨特的造型和良好的受力功能，適用于大跨度、高聳建筑。設計時需關注結構形式、幾何尺寸、材料功能等因素，以保證結構的安全性和經濟性。2.2輔助結構體系2.2.1樓蓋結構設計樓蓋結構是建筑中承受樓層荷載的重要組成部分。設計時應考慮樓蓋的跨度、荷載、材料等因素，合理選擇梁板結構、平板結構等形式，以滿足使用功能和安全性要求。2.2.2屋蓋結構設計屋蓋結構承受著屋面荷載，設計時應根據建筑物的使用功能、氣候條件等因素，合理選擇有檁體系、無檁體系等形式，并考慮防水、保溫等要求。2.2.3樁基設計樁基是傳遞上部結構荷載至地基的重要部分。設計時需根據地質條件、建筑荷載等因素，選擇合適的樁型、樁長、樁徑等參數，保證樁基的承載能力和穩定性。2.2.4地下結構設計地下結構主要用于建筑物的地下室、地下車庫等部分。設計時應關注地下室的防水、排水、通風等問題，并保證結構在復雜地質條件下的安全穩定。2.3結構體系優化2.3.1結構體系選型優化根據建筑物的使用功能、規模、地理環境等因素，綜合比較不同結構體系的優缺點，選擇最適合的結構體系。2.3.2結構布局優化合理布局主體結構和輔助結構，提高結構的空間受力功能，降低結構用鋼量，實現經濟效益最大化。2.3.3結構材料優化根據結構受力特點和使用要求，選擇合適的建筑材料，提高結構的承載能力和耐久性。2.3.4結構細部設計優化關注結構細部設計，如節點處理、連接方式等，提高結構的整體功能和施工質量。第3章材料選擇與功能指標3.1常用建筑材料在設計建筑結構時，選擇合適的建筑材料。以下是常用的建筑材料分類及其簡要介紹：3.1.1木材木材是一種具有良好彈性和韌性的天然材料，廣泛應用于民用和商業建筑中。主要種類有針葉材和闊葉材，其強度和耐久性因樹種而異。3.1.2混凝土混凝土是由水泥、砂、石子、水及必要時摻加的化學外加劑組成的復合材料。它具有良好的抗壓強度、耐久性和可塑性，適用于各種建筑結構。3.1.3鋼材鋼材是建筑工程中廣泛應用的金屬材料，具有高強度、良好的塑性和韌性。主要分為碳素結構鋼和低合金高強度鋼，可根據設計要求選擇不同規格和功能的鋼材。3.1.4砌體砌體是由磚、砌塊和砂漿等材料砌筑而成的墻體結構。根據所用材料的差異，可分為燒結磚、混凝土砌塊、加氣混凝土砌塊等。3.2材料功能指標為保證建筑結構的安全、可靠和耐久，選用建筑材料時需關注以下功能指標：3.2.1強度材料在承受荷載作用下的抗力能力。主要包括抗拉強度、抗壓強度、抗彎強度等。3.2.2剛度材料抵抗變形的能力。剛度越大，材料變形越小。3.2.3塑性材料在受力超過彈性極限后，產生塑性變形的能力。3.2.4韌性材料在破壞前能吸收的能量，反映了材料的抗沖擊功能。3.2.5耐久性材料在自然環境和使用條件下的抗老化、抗腐蝕和抗磨損能力。3.3材料選用原則在選擇建筑材料時，應遵循以下原則：3.3.1符合設計要求根據建筑物的功能、結構類型和地理位置，選用滿足設計要求、功能指標和施工工藝的材料。3.3.2經濟合理在保證結構安全和使用功能的前提下，考慮材料的價格、運輸、施工等因素，實現經濟效益最大化。3.3.3質量可靠選用具有良好信譽、穩定質量、合規標準的建筑材料。3.3.4環保節能優先選用綠色、環保、可持續發展的建筑材料，降低對環境的影響。3.3.5便于施工考慮施工技術和條件，選擇便于施工、安裝和維修的材料。第4章結構分析方法4.1靜力分析靜力分析是建筑結構設計的基礎，其主要目的是確定結構在靜力作用下的內力、位移和應力分布。本章主要介紹以下幾種靜力分析方法：4.1.1荷載作用與反力（1）荷載分類：永久荷載、可變荷載、偶然荷載；（2）荷載組合：依據規范，對各類荷載進行組合，確定最不利情況；（3）反力計算：根據荷載作用，計算結構各部分的反力。4.1.2結構分析模型（1）簡化模型：忽略次要因素，突出主要受力特性；（2）精確模型：考慮結構實際受力情況，進行詳細分析；（3）有限元模型：利用數值方法，對結構進行離散化，建立有限元模型。4.1.3內力與位移計算（1）梁、板、殼單元的內力與位移計算；（2）框架結構內力與位移計算；（3）空間結構內力與位移計算。4.1.4應力分析（1）線性應力分析；（2）非線性應力分析；（3）接觸應力分析。4.2動力分析動力分析主要用于研究結構在動荷載作用下的響應，包括自振特性、響應譜分析、時程分析等。4.2.1自振特性分析（1）單自由度體系自振特性分析；（2）多自由度體系自振特性分析；（3）振型分解法。4.2.2響應譜分析（1）地震響應譜；（2）風荷載響應譜；（3）其他動荷載響應譜。4.2.3時程分析（1）線性時程分析；（2）非線性時程分析；（3）顯式與隱式積分方法。4.3穩定分析穩定分析旨在研究結構在荷載作用下喪失穩定性的原因和規律，以保證結構的安全性。4.3.1彈性穩定分析（1）能量法；（2）特征值法；（3）極值法。4.3.2非線性穩定分析（1）幾何非線性分析；（2）材料非線性分析；（3）接觸非線性分析。4.3.3穩定極限狀態（1）失穩現象及判定準則；（2）穩定極限狀態計算；（3）穩定安全系數。第5章地基與基礎設計5.1地基處理5.1.1地基調查與評價在進行地基處理前，應對場地進行詳細的地質調查，評價地基土的工程性質。調查內容包括土層分布、土的物理力學性質、地下水狀況等。根據調查結果，對地基的穩定性、承載力、沉降特性等進行評估。5.1.2地基處理方法根據地基調查與評價結果，選擇合適的地基處理方法。常見的地基處理方法有：換填法、壓實法、預壓法、排水固結法、樁基法等。地基處理應保證滿足建筑物對地基承載力和變形的要求。5.1.3地基處理施工要求地基處理施工應遵循以下要求：（1）嚴格按設計圖紙和施工方案進行施工；（2）保證施工質量，加強施工過程控制；（3）控制施工速度，避免對周邊環境造成不良影響；（4）做好施工監測，及時調整施工方案。5.2基礎類型及選型5.2.1基礎類型基礎類型主要包括：淺基礎、深基礎、聯合基礎、樁基礎等。（1）淺基礎：適用于地基承載力較高的場合，如條形基礎、獨立基礎等；（2）深基礎：適用于地基承載力較低或建筑物荷載較大的場合，如樁基礎、沉井基礎等；（3）聯合基礎：適用于地基承載力不均勻或建筑物荷載差異較大的場合；（4）樁基礎：適用于軟弱地基、荷載大、變形要求嚴格的場合。5.2.2基礎選型原則基礎選型應遵循以下原則：（1）滿足建筑物對基礎承載力和變形的要求；（2）考慮地質條件、施工條件、經濟合理性等因素；（3）盡量簡化基礎結構，降低基礎工程造價；（4）適應建筑物使用功能，便于維護。5.3基礎計算與設計5.3.1基礎荷載分析基礎荷載分析是基礎計算與設計的基礎。應根據建筑物的用途、結構類型、尺寸等因素，計算作用在基礎上的荷載，包括永久荷載、可變荷載和偶然荷載。5.3.2基礎承載力計算基礎承載力計算應考慮地基土的承載力、基礎形式、建筑物荷載等因素。計算方法包括：基礎底面壓力計算、基礎抗彎計算、基礎抗剪計算等。5.3.3基礎變形計算基礎變形計算主要包括沉降計算和傾斜計算。應結合地質條件、基礎形式、建筑物荷載等，預測基礎在荷載作用下的變形，保證滿足建筑物的使用要求。5.3.4基礎結構設計基礎結構設計應考慮以下內容：（1）基礎尺寸和形狀；（2）基礎材料選擇；（3）基礎與上部結構的連接方式；（4）基礎施工工藝及施工質量控制；（5）基礎耐久性及維護要求。第6章混凝土結構設計6.1混凝土材料功能6.1.1混凝土的組成混凝土是由水泥、粗細骨料、水及可能的外加劑按一定比例攪拌混合而成的非均質復合材料。混凝土的物理和力學功能對其在結構中的應用。6.1.2混凝土的強度混凝土的抗壓強度是結構設計中最重要的力學功能指標。本章主要介紹混凝土的立方體抗壓強度、軸心抗壓強度以及抗拉強度等。6.1.3混凝土的變形混凝土在荷載作用下的變形功能對結構的影響不可忽視。本節討論混凝土的彈性模量、泊松比、收縮、徐變等變形特性。6.1.4混凝土的耐久性混凝土結構在環境因素作用下的耐久性是衡量其長期功能的關鍵。本節闡述混凝土的抗滲性、抗碳化性、抗凍性等耐久功能。6.2混凝土構件設計6.2.1混凝土構件的種類混凝土構件主要包括梁、板、柱、墻、基礎等。本節簡要介紹這些構件的分類及特點。6.2.2混凝土構件的受力分析根據混凝土構件的受力狀態，可將其分為受彎、受剪、受壓、受拉等。本節討論混凝土構件在受力狀態下的功能及計算方法。6.2.3混凝土構件的設計原則混凝土構件設計應遵循安全、適用、經濟、美觀的原則。本節介紹混凝土構件設計的基本要求、設計方法和步驟。6.2.4混凝土構件的配筋設計混凝土構件的配筋設計是保證結構安全、滿足功能要求的關鍵。本節闡述混凝土構件配筋的原理、方法及注意事項。6.3混凝土結構耐久性6.3.1結構耐久性的概念結構耐久性是指結構在預定的使用年限內，能夠滿足功能要求、保持安全可靠的能力。本節介紹混凝土結構耐久性的基本概念和影響因素。6.3.2結構耐久性設計混凝土結構耐久性設計旨在保證結構在整個設計使用年限內，能夠承受各種環境因素和荷載作用。本節闡述結構耐久性設計的原則、方法和要求。6.3.3結構耐久性檢測與評估對混凝土結構進行定期的耐久性檢測與評估，有助于及時發覺潛在問題，保證結構安全。本節介紹結構耐久性檢測與評估的方法、技術及標準。6.3.4結構耐久性維護與加固針對混凝土結構在使用過程中出現的問題，采取有效的維護與加固措施，可以提高結構的耐久功能。本節討論結構耐久性維護與加固的方法、工藝及注意事項。第7章鋼結構設計7.1鋼材功能與選用7.1.1鋼材的種類及功能本章首先介紹常用的鋼材種類及其功能特點，包括碳素結構鋼、低合金高強度鋼和不銹鋼等。各類鋼材的力學功能、化學成分和物理功能是鋼材選用的基礎。7.1.2鋼材的選用原則鋼材選用應遵循以下原則：（1）符合工程需求：根據結構的使用功能和環境條件，選擇適合的鋼材種類和功能等級；（2）經濟性：在滿足結構安全和使用壽命的前提下，選擇性價比高的鋼材；（3）可靠性：保證鋼材來源和質量，避免因鋼材質量問題導致結構安全隱患。7.2鋼結構連接設計7.2.1鋼結構連接的分類鋼結構連接主要包括焊接、螺栓連接和鉚接等。本章重點介紹焊接和螺栓連接的設計方法。7.2.2焊接連接設計焊接連接設計應考慮以下因素：（1）焊接工藝：選擇合適的焊接方法、焊接材料和焊接參數；（2）焊接接頭設計：保證焊接接頭具有良好的力學功能和疲勞功能；（3）焊接殘余應力及變形控制：采取措施降低焊接殘余應力和變形。7.2.3螺栓連接設計螺栓連接設計應考慮以下因素：（1）螺栓種類和功能等級的選擇：根據連接部位的重要性，選擇合適的螺栓種類和功能等級；（2）螺栓預緊力：確定合理的螺栓預緊力，保證連接的緊密性和可靠性；（3）螺栓布置：合理布置螺栓，避免因螺栓受力不均導致的連接失效。7.3鋼結構穩定性分析7.3.1鋼結構穩定性分類鋼結構穩定性分析主要包括以下內容：（1）整體穩定性：分析結構整體失穩現象，如框架結構、網架結構等；（2）局部穩定性：分析構件局部失穩現象，如梁、柱等；（3）界面穩定性：分析結構中不同材料或構件間的界面失穩現象。7.3.2穩定性分析方法穩定性分析可采用以下方法：（1）理論分析：基于彈性理論和彈塑性理論，推導結構穩定性計算的解析公式；（2）數值模擬：運用有限元分析軟件，模擬結構穩定性問題，獲取更準確的計算結果；（3）實驗研究：通過模型試驗，驗證理論分析和數值模擬的準確性。7.3.3穩定性設計原則穩定性設計應遵循以下原則：（1）滿足規范要求：按照相關規范進行穩定性設計，保證結構安全；（2）考慮影響因素：綜合考慮結構形式、材料功能、荷載特性等因素，進行合理設計；（3）預防為主：在設計階段充分考慮穩定性問題，避免施工和使用過程中出現安全隱患。第8章木結構設計8.1木材功能與選用8.1.1木材的分類與特性木材作為傳統的建筑結構材料，具有良好的力學功能、環保功能及可再生性。在進行木結構設計時，首先應對木材的分類、特性進行了解。木材可分為針葉樹材和闊葉樹材兩大類，其力學功能、密度、含水率等均有差異。8.1.2木材的選用原則選用木材時，應考慮以下原則：（1）符合國家標準和行業規定；（2）根據建筑結構的使用功能、環境條件及預期壽命，選擇合適的木材種類；（3）考慮木材的力學功能、耐久性、防腐防蟲處理等因素；（4）優先選用經過認證的可持續管理森林資源。8.2木結構連接設計8.2.1木結構連接的分類木結構連接主要包括榫卯連接、螺栓連接、釘連接等。不同連接方式具有不同的適用范圍和特點。8.2.2連接設計原則（1）根據木結構的使用要求和受力特點，選擇合適的連接方式；（2）保證連接的強度、穩定性和耐久性；（3）考慮連接部位的施工工藝和安裝方便性；（4）連接設計應便于檢查、維護和更換。8.2.3連接構造設計連接構造設計應考慮以下方面：（1）連接件的尺寸、形狀和布置；（2）連接件與木構件之間的配合；（3）連接部位的加強措施；（4）考慮木材的干縮濕脹對連接的影響。8.3木結構防火設計8.3.1防火設計原則木結構防火設計應遵循以下原則：（1）符合國家相關防火標準和規范；（2）采用合理的結構布局和防火隔離措施；（3）選用防火功能優良的木材和防火涂料；（4）考慮木結構在火災過程中的熱力學功能和耐火極限。8.3.2防火措施（1）設置防火分區，降低火災蔓延速度；（2）采用防火墻、防火門等措施，提高木結構的防火功能；（3）對木結構表面進行防火涂料處理，提高其耐火極限；（4）考慮木結構在火災發生時的安全疏散和滅火救援需求。8.3.3防火設計計算根據木結構的具體情況，進行以下防火設計計算：（1）確定木結構構件的防火等級；（2）計算木結構構件的耐火極限；（3）確定防火涂料類型和厚度；（4）校核防火措施的有效性。第9章砌體結構設計9.1砌體材料與構造9.1.1材料選擇砌體結構設計中，材料的選擇。應根據建筑物的用途、所在地區的氣候條件及資源情況，合理選擇磚、砌塊、砂漿等材料。材料應符合國家相關標準和規范的要求。9.1.2砌體構造砌體構造主要包括墻體、柱、梁、板等。在設計過程中，應充分考慮構造的合理性、穩定性和耐久性。砌體構造應滿足以下要求：（1）保證結構的整體穩定性；（2）滿足受力要求，避免應力集中；（3）便于施工，提高施工效率；（4）考慮建筑物的美觀和功能性。9.2砌體構件設計9.2.1墻體設計墻體的設計應根據建筑物的高度、跨度、用途等因素，合理確定墻體的厚度、層數和構造。墻體的受力分析應考慮以下內容：（1）豎向荷載：包括自重、使用荷載等；（2）水平荷載：如風荷載、地震作用等；（3）溫度應力：考慮季節性溫差對墻體的影響；（4）構造要求：滿足墻體連接、開洞等構造要求。9.2.2柱和梁設計柱和梁是砌體結構中的主要受力構件，其設計應滿足以下要求：（1）合理確定柱和梁的截面尺寸、配筋和混凝土強度；（2）考慮柱和梁的受力狀態，進行受力分析和計算；（3）保證柱和梁的連接部位具有足夠的承載力和穩定性；（4）考慮施工便利性和經濟性。9.3砌體結構抗震設計9.3.1抗震設防標準根據我國相關規范，砌體結構的抗震設防標準應按照