工程结构设计基础作业指导书

工程结构设计基础作业指导书TOC\o"1-2"\h\u14879第1章绪论 4243561.1工程结构设计的基本概念 446811.2设计原则与设计标准 4224481.3工程结构设计的一般步骤 423202第2章结构设计基本知识 5187592.1结构体系与结构类型 510522.1.1结构体系概述 5142752.1.2结构类型及其特点 5181892.2结构受力分析 5221152.2.1结构受力概述 6319842.2.2静力平衡方程 699922.2.3结构内力分析 6156652.2.4结构变形计算 6133962.3结构材料及力学功能 6320692.3.1常用结构材料 6178802.3.2材料力学功能指标 6139832.3.3材料选用原则 69913第3章荷载与作用 6269523.1荷载分类与荷载组合 667733.1.1荷载分类 6184563.1.2荷载组合 7144943.2永久荷载 710033.2.1定义 7286313.2.2常见永久荷载 754453.3可变荷载 7126323.3.1定义 782513.3.2常见可变荷载 745273.4偶然荷载与地震作用 7114323.4.1偶然荷载 7206553.4.2地震作用 831983第4章结构计算简图与受力分析 824704.1结构计算简图 8245314.1.1结构计算简图的概念 856994.1.2结构计算简图的绘制方法 8323164.2结构受力分析方法 8168694.2.1静力平衡方程 8276084.2.2受力分析方法 861844.3结构位移计算 8148334.3.1结构位移的概念 9125074.3.2结构位移计算方法 915364.3.3结构位移控制标准 911476第5章钢筋混凝土结构设计 924955.1钢筋混凝土材料功能 9292425.1.1混凝土 983845.1.2钢筋 9277075.2钢筋混凝土构件承载力计算 961045.2.1受弯构件承载力计算 9289955.2.2受压构件承载力计算 10319765.2.3受拉构件承载力计算 10195125.3钢筋混凝土构件裂缝与变形控制 1065895.3.1裂缝控制 1021165.3.2变形控制 10233265.4钢筋混凝土构件连接设计 10235995.4.1钢筋连接设计 10116005.4.2混凝土连接设计 10146875.4.3构件间连接设计 1024971第6章钢结构设计 11255856.1钢结构材料功能 1131216.1.1材料种类及标准 11257406.1.2材料力学功能 1125166.1.3材料选用原则 11271036.2钢结构连接设计 1123756.2.1连接方式 1179056.2.2焊接连接设计 11110846.2.3螺栓连接设计 11256836.3钢结构构件承载力计算 1132296.3.1轴心受力构件 1138586.3.2受弯构件 11300566.3.3压弯构件 1267156.4钢结构稳定性分析 123686.4.1整体稳定性 12294926.4.2局部稳定性 12282756.4.3构件稳定性 12304716.4.4稳定性设计要点 1227270第7章砌体结构设计 12132547.1砌体材料及力学功能 12190747.1.1砌体材料 12219587.1.2砌体力学功能 1242897.2砌体构件承载力计算 12102257.2.1砌体受压构件承载力计算 12119477.2.2砌体受拉构件承载力计算 1219317.2.3砌体受弯构件承载力计算 13327557.3砌体结构抗震设计 13284317.3.1抗震设计原则 13134267.3.2砌体结构抗震措施 1364227.3.3砌体结构抗震计算 13179087.4砌体结构连接与构造设计 138757.4.1砌体结构连接设计 13167727.4.2砌体结构构造设计 1370887.4.3砌体结构细部设计 1310226第8章木结构设计 13272078.1木材材料功能 1319608.1.1木材的种类与选用 13300398.1.2木材的物理功能 14169058.1.3木材的力学功能 1495088.2木结构构件设计 14166268.2.1木结构构件分类 14317718.2.2木结构构件的受力分析 14176838.2.3木结构构件的尺寸计算 14184938.3木结构连接设计 14318018.3.1木结构连接的分类 14247768.3.2木结构连接的受力分析 14181148.3.3木结构连接的尺寸计算 14231258.4木结构防护与防火设计 1435328.4.1木结构防护设计 14114618.4.2木结构防火设计 15225088.4.3防护与防火材料的选用 1525010第9章地基基础设计 15308179.1地基与基础的基本概念 15223329.2地基承载力分析 15217979.3基础设计原理 15170029.4地基处理与加固 1525166第10章结构施工与验收 161369110.1结构施工基本要求 16961910.1.1施工前应充分理解设计图纸和工程要求，保证施工过程符合设计规范和标准。 162095710.1.2施工单位应具备相应的资质和施工能力，施工人员应具备相应的专业技能和经验。 162738810.1.3施工过程中应严格按照施工方案和施工图纸进行，保证结构施工质量。 161909910.1.4施工材料应符合国家及行业标准，需进行严格的进场检验，保证材料质量。 162355010.1.5施工设备应满足工程需求，保证施工过程中的安全性和可靠性。 161728310.2结构施工组织与管理 162984810.2.1施工单位应建立健全施工组织机构，明确各级管理人员职责。 161494310.2.2编制施工组织设计，明确施工流程、施工方法、施工顺序及施工平面布置。 162819910.2.3施工现场应实行标准化管理，保证施工秩序井然，提高施工效率。 162122410.2.4做好施工进度计划，合理分配施工资源，保证工程按时完成。 161383510.3结构施工质量验收 162543810.3.1施工过程中应进行质量自检、互检、专检，保证施工质量符合要求。 163029910.3.2施工单位应按照验收规范和标准进行分阶段、分部位验收，及时整改不合格项目。 162021210.3.3建立完整的施工质量记录，为工程验收提供依据。 171054110.3.4工程验收时应组织有关各方参加，保证验收过程公正、公平。 172570110.4结构施工安全与环境保护措施 171312710.4.1施工现场应建立健全安全管理制度，加强安全培训，提高施工人员安全意识。 172724810.4.2施工过程中应严格遵守国家及地方有关安全法规，保证施工安全。 171054910.4.3施工现场应采取有效措施，防止环境污染和生态破坏，保护环境。 17437510.4.4加强施工现场文明施工管理，营造良好的施工环境。 17第1章绪论1.1工程结构设计的基本概念工程结构设计是指根据工程项目的使用功能、安全性、经济性、美观性等要求，运用科学技术原理和方法，对工程结构进行合理布局和构造设计的过程。工程结构设计是保证工程建设安全、适用、经济、美观的关键环节，涉及到建筑、桥梁、隧道、水利等多个领域。1.2设计原则与设计标准工程结构设计应遵循以下原则：（1）安全可靠原则：保证工程结构在使用过程中，能够承受各种荷载作用，不发生破坏，保证人民生命财产安全。（2）适用性原则：工程结构设计应满足使用功能要求，为使用者提供舒适、便捷的使用环境。（3）经济性原则：在满足安全、适用、美观的前提下，力求降低工程成本，提高投资效益。（4）美观性原则：工程结构设计应注重外观造型和内部空间布局，体现时代精神和地方特色。工程结构设计应依据以下标准：（1）国家标准和行业规范：如《建筑结构荷载规范》、《混凝土结构设计规范》等。（2）地方标准和规定：根据工程项目所在地的地理、气候、文化等特点，遵循相应的地方标准。1.3工程结构设计的一般步骤（1）前期调研：了解工程项目背景、功能需求、建设地点等基本情况，收集相关资料。（2）方案设计：根据前期调研结果，提出工程结构设计方案，包括结构形式、材料、布局等。（3）初步设计：对方案设计进行细化，确定结构尺寸、构件布置、连接方式等。（4）施工图设计：根据初步设计，绘制详细施工图纸，包括结构施工图、节点详图等。（5）结构分析：运用力学原理和计算方法，对工程结构进行内力分析、稳定性分析等。（6）设计校核：对结构设计结果进行校核，保证满足设计原则和标准。（7）编制设计文件：整理设计资料，编制设计说明书、施工图纸等。（8）设计交底：向施工方、业主方等相关人员解释设计意图和施工要求。（9）施工服务：在施工过程中，为施工方提供技术支持和指导，保证工程质量。通过以上步骤，完成工程结构设计工作。第2章结构设计基本知识2.1结构体系与结构类型2.1.1结构体系概述结构体系是指建筑物或工程结构中，各部分构件相互连接、协同工作的整体。合理的结构体系有助于保证结构的安全、经济和适用性。常见的结构体系包括：框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构、筒体结构等。2.1.2结构类型及其特点（1）梁板结构：由梁和板组成，适用于中小跨度的建筑物。（2）框架结构：由框架柱、梁、板组成，适用于多层和高层建筑物。（3）剪力墙结构：主要由剪力墙组成，适用于高层住宅和公寓。（4）框架剪力墙结构：结合框架和剪力墙的优点，适用于高层和超高层建筑物。（5）筒体结构：以筒体为核心，适用于超高层建筑物。2.2结构受力分析2.2.1结构受力概述结构受力分析是对建筑物或工程结构在各种荷载作用下的内力、变形和稳定性进行计算和分析的过程。结构受力分析是保证结构安全、合理设计的基础。2.2.2静力平衡方程静力平衡方程是描述结构受力过程中力的平衡状态，包括：力的平衡方程、弯矩平衡方程和剪力平衡方程。2.2.3结构内力分析结构内力分析主要包括：弯矩、剪力、轴力的计算。根据不同结构体系，可选用相应的计算方法，如：弯矩分配法、剪力分配法、力法等。2.2.4结构变形计算结构变形计算主要分析结构在荷载作用下的位移、沉降、倾斜等。常用的计算方法有：弹性理论法、有限元法、经验公式法等。2.3结构材料及力学功能2.3.1常用结构材料结构设计中常用的材料包括：钢材、混凝土、木材、砌体等。不同材料具有不同的力学功能，应合理选用。2.3.2材料力学功能指标（1）弹性模量：描述材料在弹性变形阶段的应力与应变关系。（2）屈服强度：材料在塑性变形阶段的应力极限。（3）抗拉强度：材料在拉伸过程中的最大承载能力。（4）剪切强度：材料在剪切力作用下的承载能力。（5）抗压强度：材料在压缩力作用下的承载能力。2.3.3材料选用原则根据工程特点、使用要求、环境条件等因素，合理选用结构材料，保证结构的安全、经济和适用性。同时考虑材料的可获得性、施工工艺和后期维护等因素。第3章荷载与作用3.1荷载分类与荷载组合3.1.1荷载分类荷载按其性质和作用时间可分为永久荷载、可变荷载和偶然荷载。3.1.2荷载组合荷载组合是指在设计过程中，将不同类型的荷载按一定的规则同时作用于结构上，以评估结构在不同工况下的响应。荷载组合应遵循以下原则：a.荷载组合应涵盖所有可能影响结构安全性和适用性的工况；b.荷载组合中的荷载应相互独立，避免重复计算；c.荷载组合应考虑荷载的实际作用特性，如荷载的分布、作用方向等。3.2永久荷载3.2.1定义永久荷载是指在结构使用过程中始终存在的荷载，其值不随时间变化或变化极小。3.2.2常见永久荷载a.结构自重：包括构件自重、固定设备自重等；b.土压力：包括静止土压力、主动土压力和被动土压力；c.预应力：包括预应力混凝土中的预应力钢束产生的荷载；d.混凝土收缩、徐变：指混凝土随时间产生的收缩和徐变效应；e.长期作用下的温度变化：考虑结构在长期使用过程中，温度变化对结构的影响。3.3可变荷载3.3.1定义可变荷载是指在结构使用过程中，其值随时间变化的荷载。3.3.2常见可变荷载a.人员荷载：包括固定人员荷载、临时人员荷载等；b.装修荷载：包括楼面、墙面、天花板的装修材料及设备等；c.车辆荷载：包括汽车、火车等行驶在结构上的荷载；d.雪荷载：指积雪作用在结构上的荷载；e.风荷载：指风力作用在结构上的荷载；f.温度变化：考虑短期内温度变化对结构的影响。3.4偶然荷载与地震作用3.4.1偶然荷载偶然荷载是指在结构使用过程中，可能发生但发生概率较小的荷载，如爆炸、撞击等。3.4.2地震作用地震作用是指地震波传播到结构所在地时，使结构产生惯性力、地面运动对结构产生的动力效应。地震作用的分析和计算应遵循现行地震工程规范。第4章结构计算简图与受力分析4.1结构计算简图4.1.1结构计算简图的概念结构计算简图是在结构分析过程中，将实际结构简化为便于计算的图形。它是进行结构受力分析的基础，主要包括结构的几何形状、支座形式、荷载作用位置及大小等。4.1.2结构计算简图的绘制方法（1）确定结构类型及几何尺寸；（2）简化支座形式，明确支座约束；（3）标注荷载作用位置及大小；（4）忽略对结构受力影响较小的部分，如非承重墙体、装饰层等；（5）保持结构计算简图的清晰、准确。4.2结构受力分析方法4.2.1静力平衡方程结构受力分析的基本原则是静力平衡方程，包括：（1）合力为零：结构在竖直方向和水平方向的合力为零；（2）合力矩为零：结构在任意一点的合力矩为零；（3）应力分布：根据结构材料的力学性质，分析应力分布。4.2.2受力分析方法（1）力法：通过求解静力平衡方程，得到结构内力；（2）位移法：通过求解结构的位移，进而得到结构内力；（3）矩阵法：将结构离散化为单元，利用矩阵运算求解结构的内力及位移；（4）有限元法：利用数值分析方法，对结构进行详细的受力分析。4.3结构位移计算4.3.1结构位移的概念结构位移是指在荷载作用下，结构各部分相对于原位置的变形。结构位移计算是评估结构安全性和适用性的重要依据。4.3.2结构位移计算方法（1）弹性位移计算：根据弹性理论，计算结构在荷载作用下的位移；（2）塑性位移计算：考虑结构材料的塑性性质，计算结构在荷载作用下的位移；（3）几何非线性位移计算：考虑结构几何形状的非线性影响，计算结构位移；（4）温度、收缩、徐变等因素引起的位移计算：分析这些因素对结构位移的影响，并进行计算。4.3.3结构位移控制标准根据相关规范，对结构位移进行控制，保证结构在正常使用状态下的安全性、适用性和舒适性。位移控制标准包括位移限值、变形缝设置、支座滑动等。第5章钢筋混凝土结构设计5.1钢筋混凝土材料功能5.1.1混凝土（1）混凝土的分类及功能指标（2）混凝土的强度等级与选用（3）混凝土的抗渗、抗碳化功能5.1.2钢筋（1）钢筋的分类及功能指标（2）钢筋的强度等级与选用（3）钢筋的锚固、焊接功能5.2钢筋混凝土构件承载力计算5.2.1受弯构件承载力计算（1）受弯构件的受力分析（2）受弯构件的配筋计算（3）受弯构件的挠度控制5.2.2受压构件承载力计算（1）受压构件的受力分析（2）受压构件的配筋计算（3）受压构件的稳定性控制5.2.3受拉构件承载力计算（1）受拉构件的受力分析（2）受拉构件的配筋计算（3）受拉构件的锚固长度设计5.3钢筋混凝土构件裂缝与变形控制5.3.1裂缝控制（1）裂缝的分类及成因（2）裂缝宽度限值及控制措施（3）裂缝处理方法5.3.2变形控制（1）变形的分类及成因（2）变形限值及控制措施（3）变形监测与调整5.4钢筋混凝土构件连接设计5.4.1钢筋连接设计（1）钢筋的焊接连接（2）钢筋的机械连接（3）钢筋的锚固连接5.4.2混凝土连接设计（1）混凝土的浇筑连接（2）混凝土的预埋件连接（3）混凝土的预留洞口连接5.4.3构件间连接设计（1）梁柱连接（2）板梁连接（3）剪力墙梁连接第6章钢结构设计6.1钢结构材料功能6.1.1材料种类及标准本章主要介绍适用于钢结构设计中的常用材料及其相关标准。包括碳素结构钢、低合金高强度结构钢等，参考标准为国家标准GB/T700《碳素结构钢》和GB/T1591《低合金高强度结构钢》。6.1.2材料力学功能详细阐述各类钢材的力学功能指标，如屈服强度、抗拉强度、延伸率、冷弯功能等，以便于设计过程中选取合适的材料。6.1.3材料选用原则根据工程特点、使用环境及经济性等因素，提出合理的材料选用原则，保证钢结构的安全、可靠和经济。6.2钢结构连接设计6.2.1连接方式介绍钢结构中常用的连接方式，包括焊接、螺栓连接和高强度螺栓连接等，分析各种连接方式的优缺点和适用范围。6.2.2焊接连接设计阐述焊接连接的设计原则，包括焊接方法、焊接材料、焊缝形式、焊缝质量要求等，并给出相应的设计计算方法。6.2.3螺栓连接设计详细介绍螺栓连接的设计原则，包括螺栓种类、规格、预紧力、摩擦面处理等，并给出设计计算方法。6.3钢结构构件承载力计算6.3.1轴心受力构件针对轴心受力构件，阐述其受力特点、计算方法及构造要求，包括强度、刚度、稳定性等方面的计算。6.3.2受弯构件介绍受弯构件的受力特点、计算方法及构造要求，包括弯矩、剪力、轴力共同作用下的强度、刚度、稳定性计算。6.3.3压弯构件针对压弯构件，阐述其受力特点、计算方法及构造要求，包括强度、刚度、稳定性等方面的计算。6.4钢结构稳定性分析6.4.1整体稳定性分析钢结构整体稳定性的影响因素，提出相应的计算方法和构造措施，以保证结构整体稳定。6.4.2局部稳定性针对局部稳定性问题，介绍局部失稳的类型、影响因素及计算方法，并提出相应的构造措施。6.4.3构件稳定性阐述构件稳定性计算的一般原则，包括稳定性系数、长细比、稳定应力等，并给出计算方法。6.4.4稳定性设计要点第7章砌体结构设计7.1砌体材料及力学功能7.1.1砌体材料本节主要介绍砌体结构中常用的材料，包括砖、砌块、砂浆等，并对各类材料的物理功能、力学功能及耐久功能等进行分析。7.1.2砌体力学功能本节将阐述砌体的抗压强度、抗拉强度、抗剪强度等力学功能指标，并对影响砌体力学功能的因素进行分析。7.2砌体构件承载力计算7.2.1砌体受压构件承载力计算本节主要介绍砌体受压构件的承载力计算方法，包括砌体自身的抗压强度、砌体与砂浆之间的粘结强度等因素的影响。7.2.2砌体受拉构件承载力计算本节将阐述砌体受拉构件的承载力计算方法，分析砌体抗拉强度、砌缝抗剪强度等对承载力的影响。7.2.3砌体受弯构件承载力计算本节主要介绍砌体受弯构件的承载力计算方法，包括砌体的抗弯强度、砌缝的抗剪强度等因素的影响。7.3砌体结构抗震设计7.3.1抗震设计原则本节概述砌体结构抗震设计的基本原则，包括强度、刚度、延性、耗能等方面的要求。7.3.2砌体结构抗震措施本节详细介绍砌体结构在地震作用下的抗震措施，包括结构布置、材料选用、构造措施等。7.3.3砌体结构抗震计算本节阐述砌体结构在地震作用下的抗震计算方法，包括地震作用效应、结构反应谱分析等。7.4砌体结构连接与构造设计7.4.1砌体结构连接设计本节主要介绍砌体结构中各类连接节点的设计方法，包括墙体与墙体、墙体与楼盖、墙体与基础等连接节点。7.4.2砌体结构构造设计本节阐述砌体结构在构造方面的设计要求，包括墙体开洞、门窗设置、女儿墙、排水系统等。7.4.3砌体结构细部设计本节详细阐述砌体结构在细部设计方面的要求，包括砌缝处理、预埋件、吊挂件、填充材料等。第8章木结构设计8.1木材材料功能8.1.1木材的种类与选用木材作为传统的建筑材料，具有重量轻、强度高、抗震性好、加工容易等优点。在进行木结构设计时，应根据工程需求、环境条件及经济因素，合理选用适合的木材种类。常见的木材种类有针叶木和阔叶木。8.1.2木材的物理功能了解木材的物理功能，包括密度、含水率、吸湿性、导热系数等，对木结构设计具有重要意义。木材的物理功能直接影响木结构的使用寿命、稳定性和舒适度。8.1.3木材的力学功能木材的力学功能包括抗弯强度、抗压强度、抗拉强度、抗剪强度等。掌握木材的力学功能，有助于合理设计木结构构件，保证结构安全。8.2木结构构件设计8.2.1木结构构件分类木结构构件主要包括梁、柱、桁架、屋架等。根据构件的作用和受力特点，合理选用和设计木结构构件。8.2.2木结构构件的受力分析对木结构构件进行受力分析，确定其内力分布，为构件设计提供依据。8.2.3木结构构件的尺寸计算依据受力分析和木材的力学功能，计算木结构构件的合理尺寸，保证结构安全。8.3木结构连接设计8.3.1木结构连接的分类木结构连接主要包括榫卯连接、螺栓连接、钉连接等。根据连接部位、受力特点和使用要求，合理选用连接方式。8.3.2木结构连接的受力分析分析木结构连接的受力状态，为连接设计提供依据。8.3.3木结构连接的尺寸计算依据受力分析和木材的力学功能，计算木结构连接的合理尺寸，保证连接可靠。8.4木结构防护与防火设计8.4.1木结构防护设计针对木材的吸湿性、生物侵害等弱点，采取相应的防护措施，延长木结构的使用寿命。常见的防护措施包括防腐、防虫、防水等。8.4.2木结构防火设计木结构防火设计是保障木结构安全的重要措施。根据相关规范，采取合理的防火措施，提高木结构的防火功能。8.4.3防护与防火材料的选用根据木结构的特点和环境条件，选用合适的防护与防火材料，保证木结构的安全和环保。第9章地基基础设计9.1地基与基础的基本概念本章主要介绍地基与基础的基本概念，包括地基的定义、地基土的分类、基础的功能与分类等。阐述地基的概念，即建筑物与土体之间的相互作用部分，它承受着建筑物的全部荷载，并将这些荷载传递至土体内部。对地基土进行分类，包括岩石、砂土、黏土等不同类型的土体，以及它们在工程中的特点与应用。介绍基础的功能与分类，包括浅基础、深基础、扩展基础、联合基础等，分析各类基础的适用范围及优缺点。9.2地基承载力分析地基承载力分析是地基基础设计的关键环节。本节主要从以下几个方面进行阐述：介绍地基承载力的定义，即地基土在建筑物荷载作用下所能承受的最大压力值。分析影响地基承载力的因素，包括土体性质、基础尺寸、建筑物荷载特性等。介绍地基承载力的计算方法，如理论计算法、经验法、原位测试法等。结合实际工程案例，对地基承载力进行合理评估。9.3基础设计原理基础设计原理是保证建筑物安全、经济、适用的基础。本节主要包括以下内容：介绍基础设计的任务和目标