结构体系分类及选型原则

基坑支护结构设计原则和结构选型汪军（1974-），男，汉族，湖北籍，学士，助理工程师，从事岩土工程施工、设计工作。

22挡土结构及支撑轴力的变化过程，采用这些方法得到的结果用于多道支撑的深基坑挡土结构分析时内力较实际情况的误差比较大，所以现在一般采用有限元法进行挡土墙的内力分析，用这种方法可以有效的计入基坑开挖过程中的多种因素，如作用在挡土支护结构上被动土压力和主动侧的土压力的变化，支撑随开挖深度的增加，其架设数量的变化，支撑架设前的挡土结构的位移以及架设支撑后支撑轴力的变化和挡土结构的位移，支撑预加轴力对挡土结构内力变化的影响，以及空间作用下挡土结构的空间效应等问题。

有限元法可以有效、安全、经济的优化挡土结构形式和开挖过程中的合理化。

挡土结构有限元分析法主要有两种，即“弹性杆系有限元法”和“连续介质有限元法”。

有限元法就是将土体、支护结构进行单元划分，通过数值模拟，从而得到支护结构的内力、位移，也可以算出整个土体的位移场和应力场。

它的优点在于能充分的考虑土体的性质，采用不同的模型、边界条件，从而更加真实的反映实际情况;对于分步施工过程可以采用动态模拟计算，可对每一步开挖的应力和位移作出分析。

采用空间三维有限元分析还可以较好的对基坑的整体形状作出模拟，对一些角撑、圈梁和围檩模拟。

有限元法在50年代出现，从70年代开始应用在基坑工程领域并且取得了很大的成果。

目前在我国主要采用的还是“弹性杆系有限元法”，因为它计算模型简单，参数易取，结果可靠。

最近几年来，随着计算机技术的不断提高，特别是一些通用的有限元计算软件的进入，使得“连续介质有限元法”得到了越来越广泛的运用。

我们不但可以对基坑进行二维有限元分析，而且可以进行三维空间模拟。

不但可以对土体进行线弹性分析，而且还深入到弹塑性阶段，可以更加真实的模拟支护结构的受力特点。

4 基坑支护结构选型深基坑支护的目的与要求是确保坑壁稳定，施工安全；确保邻近建筑物、构筑物和管线安全；有利于挖土及地下室的建造；支护结构施工方便、经济合理。

1.结构选型的原则是什么？a)满足使用功能的要求 b)满足建筑造型的需要c)充分发挥结构自身的优势d)考虑材料和施工条件 e)尽可能降低造价f)设计理念和方法2.梁柱的受力与变形有什么样的特征？a)受力变形特征：梁主要承受垂直于梁轴线方向的荷载作用。

内力主要为弯矩和剪力，还能有扭矩和轴力，变形主要的挠曲变形，与约束条件有关。

简支梁：两端约束小，变形挠度大，内力大。

固端梁：两端约束大，变形小，内力小。

悬臂梁：只有一端约束，对固端要求高，受力最不好，变形最大。

连续梁：充分发挥材料力学性能，内力小，刚度大，抗震好，对支座变形敏感，易引起附加内力。

3.屋架结构的构造要求及适用范围？a)构造要求：1，矢高不宜过大也不宜过小。

屋架的矢高也要根据屋架的结构形式，一般矢高可取跨度的1/10—1/5。

2，坡度：屋架上弦坡度的确定应与屋面防水构造相适应。

采用瓦类屋面时，坡度一般不小于1/3。

当采用大型屋面板并做卷材防水时，一般为1/8—1/12。

3，节间长度：一般上弦受压，节间长度应小些，下弦受拉，节间长度可大些，屋面荷载应直接作用在节点上，当屋架上铺预制钢筋混凝土大型屋面板时，常取3m; 当屋盖采用有檀体系时，屋架上弦节间长度应与檩条间距一致，节间长度一般为1.5--4m。

b)适用范围：1，从结构受力来看，梯形屋架力学性能好，上下弦均为直线，施工方便，适用于大中跨建筑中。

三角形屋架与矩形屋架力学性能较差，因此三角形适用于中小跨度，矩形常用作托架或花卉较特殊的情况。

2，从屋面防水看：屋面防水材料为粘土瓦、机制平瓦或水泥瓦时，采用三角形屋架、陡坡梯形屋架；当采用卷材防水、金属薄板防水时，应选用拱形屋架、折线形屋架和缓坡梯形屋架。

3，从材料的耐久性及使用环境看，木材及钢材不宜用于相对湿度较大而通风不良的建筑或有侵蚀性介质的工业厂房，而宜选用预应力混凝土屋架。

4，从屋架结构跨度看，跨度在18m以下时，可选钢筋混凝土—钢组合屋架；跨度在36m以下时，宜选用预应力混凝土屋架；对跨度在36m以上的大跨度建筑或受到较大振动荷载作用的屋架，宜选用钢屋架。

1 绪论1.1 建筑工程设计文件的编制⏹民用建筑工程的设计阶段方案设计：应满足编制初步设计文件的需要⏹初步设计：应满足编制施工图设计文件的需要（对技术要求简单的可不做施工图设计：应满足设备材料采购、非标准设备制施工的需要※方案设计文件的内容设计说明书，包括各专业设计说明以及投资估算等内容；总平面图以及建筑设计图纸（若为城市区域供热或区域煤气调压站，应提供热能动力专业的设计图纸）；设计委托或设计合同中规定的透视图、鸟瞰图、模型等。

※方案设计文件的编制顺序封面：写明项目名称、编制单位、编制年月；扉页：写明编制单位法定代表人、技术总负责人、项目总负责人的姓名，并经上述人员签字或授权盖章；设计文件目录；设计说明书；设计图纸。

初步设计文件的内容设计说明书，包括设计总说明、各专业设计说明；有关专业的设计图纸；工程概算书。

※初步设计文件的编制顺序⏹封面：写明项目名称、编制单位、编制年月；⏹扉页：写明编制单位法定代表人、技术总负责人、项目总负责人和各专业负责人的姓名，并经上述人员签字或授权盖章；⏹设计文件目录；⏹设计说明书；⏹设计图纸（可另单独成册）；⏹概算书（可另单独成册）。

※施工图设计文件的内容⏹图纸目录；⏹设计说明；设计图纸；⏹计算书（内部归档）。

※结构施工图设计文件的编制顺序⏹图纸目录：应按图纸序号排列；⏹设计说明：写明结构设计的依据、设计标高取值、图纸中的标高尺寸单位、结构安全等级、设计年限、场地类别、地基的液化等级、抗震设防等级、设防烈度、人防等级、地基概况、设计荷载、结构选材以及施工中应遵循的施工规范和注意事项；⏹设计图纸：基础平面图、基础详图、结构平面图（包括柱、墙、梁、板等构件的平面定位及布置）、结构构件详图、节点构造详图及其他图纸；⏹结构设计计算书：手算的或电算的完整结构设计计算书，所有计算书应校审，并由设计、校对、审核人在计算书封面上签字，作为技术文件归档。

1.2 建筑结构设计的一般程序初步设计阶段----施工图设计阶段＃设计前的准备阶段（调研）⏹研究设计任务书（1）规模大小（建筑面积，工期……）（2）使用特点（功能，防震，防护，防尘，设备，……）（3）总投资及造价⏹搜集设计原始资料（1）建设场地的规划及布局，已建同类建筑，有关资料……（2）自然条件（气温、风、雪、标准冻深、地质、地下水位、地震烈度、场地地形图）⏹材料供应情况国家地方预制构件厂生产的产品⏹施工条件技术力量（擅长）、设备（起重机械）＃初步设计阶段⏹总体方案及选型（1）总体方案﹠结构体系：框架、框剪、剪力墙、底层大空间剪力墙、筒体、砖混、钢结构﹠材料：钢筋砼、钢骨钢筋砼、砌体、钢﹠施工方法：现浇、预制、装配整体（2）缝的划分﹠伸缩缝、沉降缝、抗震缝（3）地震要求、方案及构造措施（4）地基持力层，基础埋置深度，地基处理方案（5）施工技术方案⏹结构型式及布置（1）柱网、墙（间距）：柱截面（宽和高）、墙厚（2）楼盖、屋盖* 型式：梁、板结构（肋梁、井字、无梁）、网架、壳……* 初估截面尺寸：板厚、梁的高和宽* 施工方法：预制、现浇，迭合（3）基础* 型式：浅埋——独立，条形，筏，箱深埋——桩、沉井* 初估截面尺寸* 地耐力及沉降计算（4）楼梯等其他构件（5）初步结构计算⏹构造措施⏹绘制布置图⏹概算（方案比较）＃施工图阶段⏹结构计算⏹设计图纸（1）结构设计总说明* 安全等级，设防烈度，人防等级* 地基概况，处理措施* 荷载取值* 材料的品种、规格、型号、强度等级* 采用的标准构件图集* 施工注意事项（后浇带的设置，浇注时间及材料，高层主楼与裙房的施工先后时间，悬挑构件的拆模时间等）⏹基础平面图、详图⏹结构平面布置图⏹构件详图⏹节点构造详图⏹其他（楼梯、水池、水箱……）§1.3 结构选型的意义★结构对于建筑的意义⏹结构如同建筑的骨骼，支撑着建筑物：要克服重力，形成支撑体系；⏹通过满足技术要求来满足建筑的使用功能：如无柱空间的设计，中厅空间的设计等；⏹形成特定的建筑造型：如现在的一些大跨度建筑，其独特的外观造型是进行了正确的结构选型的结果；⏹结构科学的进步推动着建筑的发展：一部建筑史也是一部建筑结构发展史。

1.梁的分类及受力特征：按材料：石梁、木梁、钢梁、钢筋混凝土梁、组合梁等。

按断面形状：矩形梁、工字梁、T形梁、工字薄腹梁等。

按受力分：简支梁、连续梁、悬臂梁等。

当跨度太大时，在两端支座之间再增中间支座，称连续梁。

2.桁架的组成和特点：桁架是由若干杆件在每杆两端用铰联结而成的结构。

平面桁架：当各杆的轴线都在同一平面内，且外力也在这个平面内时，称为平面桁架。

在平面桁架的计算简图中，通常引用如下假定：a各结点都是无摩擦的理想铰。

b各杆轴线绝对平直，并通过铰的中心。

c荷载和支座反力作用在结点上。

经抽象简化后，杆轴交于一点，且“只受结点荷载作用的直杆、铰结体系”的工程结构。

特性：只有轴力，而没有弯矩和剪力。

轴力又称主内力（primary internal forces）。

3.桁架结构的分类：一、根据维数分类：1. 平面（二维）桁架（plane truss）:所有组成桁架的杆件以及荷载的作用线都在同一平面内。

2. 空间（三维）桁架（space truss）:组成桁架的杆件不都在同一平面内。

二、按外型分类：1. 平行弦桁架2. 三角形桁架3. 抛物线桁架4. 梯形桁架三、按几何组成分类：简单桁架（simple truss）联合桁架（combined truss）复杂桁架（complicated truss）。

四、按受力特点分类：1. 梁式桁架2. 拱式桁架。

五、计算方法：结点法、截面法、联合法结点法：以只有一个结点的隔离体为研究对象，用汇交力系的平衡方程求解各杆的内力的方法。

结构计算简化的技巧应用需注意：a相似三角形的应用：在计算中，经常需要把斜杆的内力S分解为水平分力X和竖向分力Y。

设斜杆的长度为L,其水平和竖向投影的长度分别为Lx和Ly,则由比例关系可知：b结点单杆：以结点为平衡对象能仅用一个方程求出内力的杆件，称结点单杆（nodal single bar）。

利用这个概念，根据荷载状况可判断此杆内力是否为零。

1 建筑结构选型的基本原则：①功能②造型③结构自身优势④材料⑤施工经济2 简支梁，中小跨度。

悬臂梁，固定段有较大弯矩（倾覆力矩）3 悬挑结构的抗倾覆平衡公式：悬挑结构的抗倾覆安全系数>1.5 抗倾覆力矩：倾覆力矩>1.5 p104桁架结构的组成（上弦杆、下弦杆、斜腹杆、竖腹杆）（上弦杆、下弦杆、腹杆）5桁架结构计算的假定：①组成桁架的所有各杆都是直杆，所有各杆的中心线（轴线）都在同一平面内，这一平面称为桁架的中心平面。

②桁架的杆件与杆件相连接的节点均为交接节点。

③所有外力（包括荷载及支座反力）都做用在中心平面内，并集中作用于节点上。

6 屋架结构的主要尺寸包括屋架的矢高、坡度、节间距。

7 屋架结构的选型：①从结构受力来看，抛物线状的拱式结构受力最为合理。

②当屋面防水材料采用粘土瓦、机制平瓦或水泥瓦时应选用三角形屋架、陡坡梯形屋架。

当屋面防水采用卷材防水、金属薄板防水时，应选用拱形屋架、折线型屋架和缓坡梯形屋架。

③对于湿度大、通风不良等工业厂房，用预应力混凝土屋架。

④跨度<18m,用钢筋混凝土—刚组合屋架，跨度<36m，用预应力混凝土屋架，跨度>36m，钢屋架。

8 张弦结构：将平面桁架结构的受拉下弦杆用高强度拉索代替，并通过张拉拉索在结构中施加预应力，可有效改善结构的受力性能。

根据这一原理衍生出一种新的结构形式称为张拉结构。

9 钢架结构：是指梁、柱之间为刚性连接的结构。

10 排架结构：梁与柱之间为铰接的结构。

11 单层单跨刚架结构的结构计算简图，按构件的布置和支座约束条件可分成无铰刚架、两铰钢架、三铰刚架三种。

12 拱按结构支撑方式分类，可以分成三铰拱、两铰拱和无铰拱。

三铰拱为静定结构，两铰拱和无铰拱为超静定结构。

13 拱的受力特点支座反力①在竖向荷载作用下，拱脚支座内将产生水平推力。

②在竖向荷载作用下，拱脚水平推力的大小等于相同跨度简支梁在相同竖向荷载作用下所产生的在相应顶铰C截面上的弯矩M除以拱的矢高f。

1结构体系分类及选型原则结构体系的分类主要根据其用途和特点进行划分。

按照用途可以分为企业组织结构体系、软件体系结构、数据结构体系等；按照特点可以分为层次结构体系、网络结构体系、流程结构体系、功能结构体系等。

1.企业组织结构体系：企业组织结构体系主要用于描述企业内部各部门之间的关系和职权层级。

常见的企业组织结构体系包括功能结构、地理结构、产品结构、项目结构等。

选型原则：根据组织规模和业务特点选择适合的组织结构，同时考虑管理效率、团队协作、职权划分等因素。

2.软件体系结构：软件体系结构描述了软件系统各个组成部分之间的关系和交互方式。

常见的软件体系结构包括客户端-服务器结构、分层结构、主从结构、面向服务结构等。

选型原则：根据软件系统的需求和性能要求选择合适的体系结构，同时考虑可扩展性、可维护性、安全性等因素。

3.数据结构体系：数据结构体系用于描述数据元素之间的逻辑关系和存储方式。

常见的数据结构体系包括线性结构、树形结构、图结构、散列结构等。

选型原则：根据数据的特点和操作方式选择合适的数据结构，同时考虑存储效率、检索速度、数据一致性等因素。

4.层次结构体系：层次结构体系将系统划分为多个层次，每个层次负责特定的功能和任务。

常见的层次结构体系包括操作系统的内核层、应用层、用户界面层等。

选型原则：根据系统需求和功能划分选择合适的层次结构，同时考虑模块化、可重用性、性能优化等因素。

5.网络结构体系：网络结构体系描述了网络中各节点之间的链接关系和通信方式。

常见的网络结构体系包括总线式结构、环形结构、星形结构、混合结构等。

选型原则：根据网络规模和通信要求选择合适的网络结构，同时考虑传输速度、可靠性、拓扑结构等因素。

6.流程结构体系：流程结构体系描述了工作流程中各个环节之间的顺序和依赖关系。

常见的流程结构体系包括线性流程、并行流程、条件流程等。

选型原则：根据工作流程的特点和要求选择合适的流程结构，同时考虑流程优化、资源利用、流程控制等因素。