第一章 建筑结构设计绪论
一、建筑结构设计概念及设计程序 1.1建筑结构定义
建筑结构是指建筑物（包括构筑物）中，由建筑材料做成用来承受各种荷载或者作用，以起骨架作用的空间受力体系，该骨架是由若干基本构件通过一定的连接方式构成的整体，能安全可靠地承受并传递各种荷载和间接作用。
1.2 建筑结构构成
在房屋建筑结构中，由板、梁形成的梁板结构，用杆件做成的桁架或网架结构等组成房屋结构的水平承重结构，一般作为房屋的楼盖和屋盖。由柱、墙或用墙围成的井筒组成房屋的竖向承重结构，房屋上的所有作用都由它承受并通过基础将所有作用传到地基中去，竖向承重结构是房屋的主体结构。以上两部分构成了房屋的上部结构。房屋的下部结构——地下室和基础可以做成水平方向结构，如伐板基础、联合基础、条形基础等；也可做成竖向结构，如柱下单独基础、深入坚实土层或岩层的桩基础；还可以做成兼有水平和竖向结构的箱形基础。
房屋的水平承重结构和竖向承重结构密切相关。竖向结构的间距越大，虽然其所用建筑材料越少，但因水平方向结构的跨度增大，相应地其所需的截面高度就会加大，所用材料必然增多。因此，一个好的结构设计应该考虑水平结构和竖向结构之间的协调，以获得良好的使用功能且最经济。
图1.1为--建筑结构的受力示意图。合理的结构体系必须荷载传递明确、直接。一般地，荷载的传递途径如下：（1）楼面竖向荷载——板——梁——柱——柱下基础——地基，或楼面竖向荷载——板——墙——墙下基础；（2）水平风荷载——外墙（纵墙）——楼盖——横墙——横墙基础——地基，或水平风荷载——外墙（纵墙）——外纵墙基础——地基。
图1.1 建筑结构受力图
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1.3 建筑结构分类
建筑物有不同使用功能和不同的建筑规模，故有多种结构类型。
?、根据建筑规模及用途不同分为：单层厂房、多层轻工业厂房、多层民用建筑、高层建筑、大跨度结构和其他特种结构；
?、根据建筑材料不同分为：混凝土结构（钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构、素混凝土结构）、钢结构、砌体结构、木结构、混合结构、组合结构（钢-混凝土组合结构、钢管混凝土结构等）；
?、根据建筑结构按构件组成的方式（即结构承重体系）分为： ①框架结构：框架结构的主要承重构件为梁、柱，墙体只作为围护构件。
②剪力墙结构：剪力墙结构以纵向及横向的钢筋混凝土墙体作为主要承重构件，再配以梁板组成的承重结构体系，其墙体同时也起围护及分割房间的作用。
③框架-剪力墙结构：框架-剪力墙结构在框架结构的基础上，沿框架纵、横方向的某些位置，在柱与柱之间设置数道钢筋混凝土墙体作为剪力墙。因此它是框架和剪力墙的有机结合，综合了二者的优点：一个布置灵活，一个抗侧力高。
④筒体结构：筒体结构用钢筋混凝土墙组成一个筒体作为房屋的承重结构，筒体可以由密柱深梁组成一个筒体，也可以用多个筒体组成筒中筒、束筒，还可以将框架和筒体联合起来组成框筒结构。
其它结构还有壳体结构、网架结构、悬索结构等等，它们大多用于大跨度结构中。 各种类型结构的设计都要贯彻执行国家的技术经济政策，做到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量。结构设计时，应从工程实际出发，合理选用材料、结构方案和构造措施。
二、建筑结构设计程序 1、准备设计资料 ?、工程基本概况。
?、建筑结构安全等级及使用年限：①建筑结构安全等级；②建筑结构重要系数；③建筑环境类别；④建筑抗震设防类别；⑤地基基础设计等级；⑥结构抗震等级；⑦建筑使用年限。
?、自然条件:①基本风压；②基本雪压；③地面粗糙度；④抗震设防烈度；⑤场地标准冻深；⑥建筑物场地土类别；⑦建筑物场地的工程地质条件。
2、建筑结构形式体系的确定
根据拟建建筑物的功能要求，选用经济合理的结构体系。结构体系包括水平承重体系、
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竖向承重体系和基础体系，水平承重体系有梁板体系和无梁体系，屋盖结构也有各种不同类型；竖向承重结构体系有框架、排架、刚架、剪力墙、筒体等多种体系，基础有柱下独立基础、条形基础、伐板基础、箱形基础、桩基础之分。结构选型的基本原则是：
（1）满足使用要求； （2）受力性能好； （3）施工简便； （4）经济合理。 3、建筑结构布置
确定结构形式后，要进行结构布置，即考虑梁、板、柱或墙、基础如何布置的问题。结构布置的基本原则是：
①在满足使用要求的前提下，沿结构的平面和竖向应尽可能简单、规则、均匀、对称，避免突变，结构平立面布置宜规则，各部分的质量和刚度宜均匀连续；
②荷载传递路径明确，传力应简便、清晰，竖向构件宜连接贯通、对齐，结构计算简图简单并易于确定；
③结构的整体性好，受力可靠，宜采用超静定结构，重要构件和关键传力部位应增加冗余约束或者多条传力途径，而且宜采取减少偶然作用影响的措施。 ④方便施工； ⑤经济合理；
结构选型和构件的布置对结构安全有着决定性影响，在与建筑方案的协调下，结构体系应适当，结构传力和构件布置应保证结构的整体稳定性。 4、结构缝布置
为改善结构的约受力，设计中对结构要设置缝将结构分割为若干相对独立的单元。不同类型的结构缝是为了消除温度变化、基础不均匀沉降、刚度突变、应力集中、结构防震等对结构不利因素，除了增设永久结构缝外，还因结构要求增设临时性的结构缝，如：施工后浇带、控制缝等。
伸缩缝：是指为防止建筑物构件由于气候温度变化（热涨、冷缩），使结构产生裂缝或破坏而沿房屋长度方向的适当部位竖向设置的一条构造缝。伸缩缝是将基础以上的建筑构件如墙体、楼板、屋顶（木屋顶除外）等分成两个独立部分，使建筑物沿长方向可做水平伸缩。 伸缩缝设置：①伸缩缝最大间距按表1.1或现行《混凝土结构设计规范》GB50010-2010；②伸缩缝只设在结构上部位，基础部分可以不设；③伸缩缝最小宽度为50mm，且宜做双墙、
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双柱；④结构平面布置与伸缩缝有关，结构平面布置不合理，可导致房屋开裂等。
具体两条缝的间距在我国现行规范《混凝土结构设计规范》GB50010-2010对此专门规定。建筑物伸缩缝的最大间距见表1.1。
表1.1 建筑伸缩缝的最大间距（m） 结 构 类 别 排架 装配式 室内或土中 露天 室内或土中 露天 室内或土中 露天 室内或土中 露天 室内或土中 露天 屋面有保温、隔热层 屋面无保温、隔热层 屋面有保温、隔热层 屋面无保温、隔热层 间 距 100 70 75 50 55 35 65 40 45 30 50 40 60 50 75 60 100 220 180 装配式 混凝土结构 框架 现浇式 装配式 剪力墙 现浇式 整体式或装配整体式混凝土屋盖 砌体结构 装配式无檩体系混凝土屋盖 装配式有檩体系混凝土屋盖 粘土瓦或石棉水泥瓦屋盖、木屋盖、石屋盖 钢结构 采暖厂房和采暖地区的厂房 热车间及采暖地区的非采暖厂房 沉降缝：为防止建筑物各部分由于地基不均匀沉降或房屋高度和层数相差较大而引起房屋破坏所设置的垂直缝为沉降缝。沉降缝不但要结构上部断开，基础也需要断开。
沉降缝的设置：①建筑结构平面的转折部位；②建筑结构的高度和荷载差异较大时；③过长建筑物的适当部位；④地基土的压缩性有着显著差异；⑤建筑结构基础类别不同以及分期建造房屋交界处。
防震缝：地震区为了减轻或防止相邻结构单元由地震作用引起的碰撞而预先设置的间隙。地震设防地区的建筑必须充分考虑地震对建筑造成的影响。我国制定相应《建筑抗震设计规范》GB50011-2010
防震缝的设置：高层建筑按抗震设计时应按下列宜设防震缝。①建筑结构平面长度和外伸长度尺寸超出规定值又无加强措施；②建筑结构之间刚度相差远或不同建筑材料、不同结构体系时；③建筑结构各部分质量相差很大时；④建筑结构各部分有较大的错层时。
建筑结构单元之间已增设沉降缝或伸缩缝时，沉降缝和伸缩缝可同时兼防震缝，沉降缝
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和伸缩缝的缝宽要求应满足防震缝的要求。
5、确定截面形式、初估截面尺寸
对于砌体结构就是初估墙体的厚度和壁柱的截面尺寸；对于框架结构，需初步确定梁、柱的截面尺寸；对于剪力墙、框架-剪力墙结构需初步确定梁、柱、墙的截面尺寸。
6、清理荷载
根据荷载规范的规定确定各项荷载的标准值及其分布情况。 7、选取计算单元、确定计算简图
不同类型的结构，应根据结构本身的实际情况，选取具有代表性的计算单元，然后再根据计算单元抽象出既能反映结构的实际情况，又方便计算的计算简图。
由长度大于3倍截面高度的构件所组成的结构，可按杆系结构进行分析。
杆系结构的计算图形宜按下列方法确定：杆件的轴线宜取截面几何中心的连线；现浇钢筋混凝土结构和装配整体式结构的梁柱节点、柱和基础连接处等可作为刚接；梁板与其支承构件非整体浇筑时，可作为铰接；杆件的计算跨度或计算高度宜按其两端支承长度的中心距或净距确定，并根据支承节点的连接刚度或支承反力的位置加以修正；杆件间连接部分的刚度远大于杆件中间截面的刚度时，可作为刚域插入计算图形。
钢筋混凝土杆系结构中杆件的截面刚度应按以下规定确定：截面惯性矩可按均质的混凝土全截面计算，混凝土的弹性模量应按混凝土结构规范采用；T形截面杆件的截面惯性矩宜考虑翼缘的有效宽度进行计算，也可由截面矩形部分面积的惯性矩作修正后确定；不同受力状态杆件的截面刚度，宜考虑混凝土开裂、徐变等因素的影响予以折减。
8、进行各种荷载作用下的内力和变形分析
计算各种荷载作用下，构件的控制截面的内力。结构分析时，宜根据结构类型、构件布置、材料性能和受力特点等选择下列方法：
（1）线弹性分析方法：可用于混凝土结构、钢结构的承载能力极限状态及正常使用极限状态的荷载效应的分析。
（2）考虑塑性内力重分布的分析方法：房屋建筑中的钢筋混凝土连续梁和连续单向板，宜采用考虑塑性内力重分布的分析方法，其内力值可由弯矩调幅法确定。
（3）塑性极限分析方法又称极限平衡法：此法在我国主要用于周边有梁或墙支承的双向板设计。
9、内力组合
确定控制截面的最不利内力，以用于截面设计。
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