第3章 结构设计的基本概念和方法总结

第一章绪论一、钢筋混凝土结构的基本概念1、钢筋混凝土的基本原理混凝土的抗压强度较高，抗拉强度很低，大约只有抗压强度的十分之一。

混凝土由于抗拉强度低，在不大的拉应变时就会开裂，因此，在受拉区混凝土开裂之前，混凝土的应变和应力很小。

在设计钢筋混凝土构件时，除了要计算承载力这一重要指标外，还要计算裂缝宽度以及变形大小，使之满足使用要求。

2、钢筋混凝土结构的发展钢筋混凝土出现至今约有150年的历史二、预应力混凝土结构的基本概念1、预应力混凝土的基本原理适当的施加预应力，可使构件截面在荷载作用下不出现拉应力。

预应力钢筋和混凝土都处于高应力状态下，因此，预应力混凝土结构必须采用高强度材料。

预应力的效果不仅与预加力的大小有关，还与其所施加的位置有关。

钢筋混凝土中的钢筋在受荷载后混凝土开裂的情况下代替混凝土承受拉力，是一种“被动”的受力方式。

2、预应力混凝土结构的发展概况3、预应力混凝土结构的主要优缺点三、学习本课程应注意的问题第二章材料的物理力学性能第一节研究材料物理力学性能的目的钢筋混凝土和预应力混凝土的物理力学性能和力学课程中所学的理想弹性材料不同，因而其构件的受力性能与由单一弹性材料构成的结构构件有很大差异。

第二节钢筋的物理力学性能一、钢筋的物理学性能1、钢筋的形式和品种目前我国的钢筋混凝土中主要采用热轧钢筋，预应力混凝土中主要采用消除应力的钢丝、钢绞线和热处理钢筋。

2、短期荷载下钢筋的应力——应变曲线（1）有明显物理流限的钢筋（2）无明显物理流限的钢筋二、钢筋的冷加工和热处理1、冷拉加工2、冷拔加工3、冷轧加工4、冷轧扭加工5、钢筋热处理三、钢筋的蠕变和松弛1、钢筋在持续高应力作用下，随时间增长其应变继续增加的现象为蠕变。

2、钢筋受力后，若保持长度不变，则其应力随时间增长而降低的现象称为松弛。

四、钢筋的疲劳五、钢筋的变形性能六、钢筋混凝土结构对钢筋性能的要求第三节混凝土的物理力学性能一、简单受力状态下混凝土的强度混凝土的抗压强度混凝土的轴心抗拉强度二、复杂受力状态下的强度三、荷载作用下混凝土的变形四、混凝土的弹性模量、泊松比及剪切弹性模量五、混凝土的徐变和收缩第四节钢筋与混凝土间的黏结一、黏结的作用黏结是钢筋与其周围混凝土之间的相互作用，是钢筋和混凝土这两种性质不同的材料能够形成整体、共同工作的基础。

第3章建筑结构设计方法3.1 思考题3-1 结构在规定的使用年限内应满足哪些功能要求？答：建筑结构在规定的设计使用年限内，应满足安全性、适用性和耐久性三项功能要求。

3-2 随机变量的平均值、标准差有何统计上的意义？答：A、随机变量的平均值表明随机变量取值的集中程度、整体水平或波动中心。

B、标准差和变异系数均表明随机变量取值的分散程度或波动大小。

当平均值相同时，可直接用标准差比较两个或多个随机变量取值的分散程度；当平均值不相同时，只能用变异系数（相对标准差）进行比较。

3-3 结构的功能函数如何表达？实际工程中结构功能可能会出现哪些情况？答：A、Z=g（R，S）=R—S，上式中R和S是随机变量，函数Z也是随机变量。

B、实际工程结构功能可能会出现以下三种情况： Z>0，结构处于可靠状态；Z<0，结构处于失效状态；Z=0，结构处于极限状态。

3-4 正态分布的随机变量，以μf(1-1.645δf)为基准，实际取值不低于该基准值的概率（也即保证率）为多少？答：实际取值不低于该基准值的概率P（X>u—1.645σ）=1—F（u-1.645σ）=1—Ф（—1.645）=1-(0.04947+0.05050)/2=0.95。

即不低于95%。

3-5 荷载效应和作用效应有什么区别？答：A、荷载效应是由直接作用（荷载）引起的内力、变形和裂缝等效应。

Ｂ、作用效应是由作用引起的结构或结构构件的反应，用S表示，例如内力（轴力、弯矩、剪力、扭矩等）变形和裂缝宽度等。

3-6 安全等级为二级的建筑结构构件，延性破坏的目标可靠指标应为多少？答：查表P29也可知为3.2.3-7 结构的可靠概率和失效概率之间有什么关系？答：Ａ、可靠概率Ps即可靠度，它与失效概率P f之和为1，可靠概率上升，失效概率下降；可靠概率下降失效概率上升，知道其中任何一个，另一个也就确定了。

3-8 承载能力极限状态和正常使用极限状态的含义是什么？答：A、结构或结构构件达到最大承载能力或不适合于继续承载的变形时的状态。

第三章 轴心受力构件本章的意义和内容：在设计以承受恒荷载为主的多层房屋的内柱及桁架的腹杆等构件时，可近似地按轴心受力构件计算。

轴心受力构件有轴心受压构件和轴心受拉构件。

本章主要讲述轴心受压构件的正截面受压承载力计算、构造要求，以及轴心受拉构件的受拉承载力计算等问题。

本章习题内容主要涉及：轴心受压构件——荷载作用下混凝土和钢筋的应力变化规律；稳定系数ϕ的确定；配有纵筋及普通箍筋柱的强度计算；配有纵筋及螺旋形箍筋柱的强度计算；构造要求。

轴心受拉构件——荷载作用下构件的破坏形态；构件的强度计算。

一、概 念 题（一）填空题1. 钢筋混凝土轴心受压构件计算中，ϕ是 系数，它是用来考虑 对柱的承载力的影响。

2. 配普通箍筋的轴心受压构件的承载力为u N = 。

3. 一普通箍筋柱，若提高混凝土强度等级、增加纵筋数量都不足以承受轴心压力时，可采用 或 方法来提高其承载力。

4. 矩形截面柱的截面尺寸不宜小于 mm 。

为了避免矩形截面轴心受压构件长细比过大，承载力降低过多，常取≤l 0 ，≤h l 0 （0l 为柱的计算长度，b 为矩形截面短边边长，h 为长边边长）。

5.《混凝土结构设计规范》规定，受压构件的全部纵筋的配筋率不应小于 ，且不宜超过 ；一侧纵筋的配筋率不应小于 。

6.配螺旋箍筋的钢筋混凝土轴心受压构件的正截面受压承载力为sso y s y cor c u 2(9.0A f A f A f N α+''+=），其中，α是 系数。

（二）选择题1. 一钢筋混凝土轴心受压短柱，由混凝土徐变引起的塑性应力重分布现象与纵筋配筋率ρ'的关系是：[ ]a 、ρ'越大，塑性应力重分布越不明显b 、ρ'越大，塑性应力重分布越明显c 、ρ'与塑性应力重分布无关d 、开始，ρ'越大，塑性应力重分布越明显，但ρ'超过一定值后，塑性应力重分布反而不明显了2. 配置螺旋箍筋的钢筋混凝土柱的抗压承载力，高于同等条件下不配置螺旋箍筋时的抗压承载力是因为 [ ]。

钢结构第三章习题课后答案钢结构第三章习题课后答案钢结构是一门重要的工程学科，它涉及到建筑、桥梁、机械等领域。

在学习钢结构的过程中，习题是不可或缺的一部分。

通过解答习题，我们可以加深对知识点的理解，提高解决实际问题的能力。

下面是钢结构第三章习题的答案，希望对学习者有所帮助。

1. 钢结构的设计原则是什么？钢结构的设计原则主要包括以下几点：- 安全性：钢结构在设计中必须满足一定的安全系数，以确保结构在正常使用和极限状态下的安全性。

- 经济性：在满足安全性的前提下，设计应尽可能节约材料和成本，提高结构的经济性。

- 实用性：设计应考虑结构的施工性、可维护性和可拆卸性，以便于施工和后期维护。

- 美观性：设计应注重结构的外观和形象，使其与周围环境相协调。

2. 钢结构的设计方法有哪些？钢结构的设计方法主要包括以下几种：- 强度设计法：根据结构的承载能力和荷载要求，确定结构的截面尺寸和材料强度，以满足结构的强度要求。

- 稳定性设计法：根据结构的稳定性要求，确定结构的稳定性系数，以保证结构的稳定性。

- 构造设计法：根据结构的构造形式和连接方式，确定结构的构造方案和连接方式，以保证结构的完整性和可靠性。

- 疲劳设计法：根据结构的工作环境和使用要求，确定结构的疲劳寿命和疲劳极限，以保证结构的疲劳安全性。

3. 钢结构的连接方式有哪些？钢结构的连接方式主要包括以下几种：- 焊接连接：通过焊接将钢构件连接在一起，具有连接强度高、刚度大的特点，适用于大型和重要的结构。

- 螺栓连接：通过螺栓将钢构件连接在一起，具有连接方便、可拆卸的特点，适用于较小和较简单的结构。

- 铆接连接：通过铆钉将钢构件连接在一起，具有连接牢固、工艺简单的特点，适用于一些特殊的结构。

- 槽钢连接：通过槽钢将钢构件连接在一起，具有连接简单、刚度大的特点，适用于某些特殊的结构。

4. 钢结构的抗震设计原则是什么？钢结构的抗震设计原则主要包括以下几点：- 强度原则：结构的抗震能力应满足设计地震作用下的强度要求，以保证结构在地震中不发生破坏。

结构设计个人总结在结构设计方面，我有以下个人总结：首先，结构设计是指根据建筑物的功能和技术要求，确定建筑物的主体结构框架和各种构件的布置和尺寸，以及建筑物在力学条件下的稳定性、刚度和抗震性能。

结构设计是建筑工程中非常重要的一环，对于建筑物的安全性和使用寿命有着关键性影响。

其次，结构设计需考虑建筑物的功能需求。

不同的建筑物有不同的功能需求，比如住宅建筑需要提供居住空间，办公建筑需要提供办公空间，商业建筑需要提供商业空间等。

结构设计需要根据不同的功能需求确定不同的结构形式和材料选择。

第三，结构设计需要考虑建筑物的技术要求。

不同的建筑物对于结构的技术要求也有所不同，比如高层建筑的结构设计需要考虑其抗震性能和承载能力，桥梁的结构设计需要考虑其承载能力和稳定性等。

结构设计师需要根据建筑物的技术要求进行合理的结构设计。

第四，结构设计需要考虑力学条件下的稳定性、刚度和抗震性能。

结构设计师需要根据建筑物所处的地理环境和力学条件，合理设计结构的稳定性、刚度和抗震性能。

结构设计需要考虑建筑物在自重、荷载和风荷载等作用下的变形和破坏情况，保证建筑物的稳定性和安全性。

第五，结构设计需要考虑可持续发展的要求。

随着人们对环境保护和可持续发展的重视，结构设计也需要考虑材料的选择和使用，以及建筑物的节能和环保技术应用。

结构设计师需要选择可再生材料，减少能源消耗，降低建筑物的碳排放。

最后，结构设计需要注重团队合作和沟通。

结构设计师往往需要与其他专业人员合作，比如建筑师、土木工程师等，共同完成建筑物的设计。

团队合作和沟通对于结构设计的成功非常重要，建筑师需要与其他专业人员密切合作，了解他们的需求和要求，协调各专业之间的关系，保证建筑物的整体设计效果和安全性。

综上所述，结构设计是建筑工程中非常重要的一个环节。

在结构设计中，需要考虑建筑物的功能需求、技术要求、力学条件下的稳定性、刚度和抗震性能，以及可持续发展的要求。

结构设计师需要与其他专业人员密切合作和沟通，共同完成建筑物的设计。

工程结构设计基础作业指导书第1章绪论 (4)1.1 工程结构设计的基本概念 (4)1.2 设计原则与设计标准 (4)1.3 工程结构设计的一般步骤 (4)第2章结构设计基本知识 (5)2.1 结构体系与结构类型 (5)2.1.1 结构体系概述 (5)2.1.2 结构类型及其特点 (5)2.2 结构受力分析 (5)2.2.1 结构受力概述 (6)2.2.2 静力平衡方程 (6)2.2.3 结构内力分析 (6)2.2.4 结构变形计算 (6)2.3 结构材料及力学功能 (6)2.3.1 常用结构材料 (6)2.3.2 材料力学功能指标 (6)2.3.3 材料选用原则 (6)第3章荷载与作用 (6)3.1 荷载分类与荷载组合 (6)3.1.1 荷载分类 (6)3.1.2 荷载组合 (7)3.2 永久荷载 (7)3.2.1 定义 (7)3.2.2 常见永久荷载 (7)3.3 可变荷载 (7)3.3.1 定义 (7)3.3.2 常见可变荷载 (7)3.4 偶然荷载与地震作用 (7)3.4.1 偶然荷载 (7)3.4.2 地震作用 (8)第4章结构计算简图与受力分析 (8)4.1 结构计算简图 (8)4.1.1 结构计算简图的概念 (8)4.1.2 结构计算简图的绘制方法 (8)4.2 结构受力分析方法 (8)4.2.1 静力平衡方程 (8)4.2.2 受力分析方法 (8)4.3 结构位移计算 (8)4.3.1 结构位移的概念 (9)4.3.2 结构位移计算方法 (9)4.3.3 结构位移控制标准 (9)第5章钢筋混凝土结构设计 (9)5.1 钢筋混凝土材料功能 (9)5.1.1 混凝土 (9)5.1.2 钢筋 (9)5.2 钢筋混凝土构件承载力计算 (9)5.2.1 受弯构件承载力计算 (9)5.2.2 受压构件承载力计算 (10)5.2.3 受拉构件承载力计算 (10)5.3 钢筋混凝土构件裂缝与变形控制 (10)5.3.1 裂缝控制 (10)5.3.2 变形控制 (10)5.4 钢筋混凝土构件连接设计 (10)5.4.1 钢筋连接设计 (10)5.4.2 混凝土连接设计 (10)5.4.3 构件间连接设计 (10)第6章钢结构设计 (11)6.1 钢结构材料功能 (11)6.1.1 材料种类及标准 (11)6.1.2 材料力学功能 (11)6.1.3 材料选用原则 (11)6.2 钢结构连接设计 (11)6.2.1 连接方式 (11)6.2.2 焊接连接设计 (11)6.2.3 螺栓连接设计 (11)6.3 钢结构构件承载力计算 (11)6.3.1 轴心受力构件 (11)6.3.2 受弯构件 (11)6.3.3 压弯构件 (12)6.4 钢结构稳定性分析 (12)6.4.1 整体稳定性 (12)6.4.2 局部稳定性 (12)6.4.3 构件稳定性 (12)6.4.4 稳定性设计要点 (12)第7章砌体结构设计 (12)7.1 砌体材料及力学功能 (12)7.1.1 砌体材料 (12)7.1.2 砌体力学功能 (12)7.2 砌体构件承载力计算 (12)7.2.1 砌体受压构件承载力计算 (12)7.2.2 砌体受拉构件承载力计算 (12)7.2.3 砌体受弯构件承载力计算 (13)7.3 砌体结构抗震设计 (13)7.3.1 抗震设计原则 (13)7.3.2 砌体结构抗震措施 (13)7.3.3 砌体结构抗震计算 (13)7.4 砌体结构连接与构造设计 (13)7.4.1 砌体结构连接设计 (13)7.4.2 砌体结构构造设计 (13)7.4.3 砌体结构细部设计 (13)第8章木结构设计 (13)8.1 木材材料功能 (13)8.1.1 木材的种类与选用 (13)8.1.2 木材的物理功能 (14)8.1.3 木材的力学功能 (14)8.2 木结构构件设计 (14)8.2.1 木结构构件分类 (14)8.2.2 木结构构件的受力分析 (14)8.2.3 木结构构件的尺寸计算 (14)8.3 木结构连接设计 (14)8.3.1 木结构连接的分类 (14)8.3.2 木结构连接的受力分析 (14)8.3.3 木结构连接的尺寸计算 (14)8.4 木结构防护与防火设计 (14)8.4.1 木结构防护设计 (14)8.4.2 木结构防火设计 (15)8.4.3 防护与防火材料的选用 (15)第9章地基基础设计 (15)9.1 地基与基础的基本概念 (15)9.2 地基承载力分析 (15)9.3 基础设计原理 (15)9.4 地基处理与加固 (15)第10章结构施工与验收 (16)10.1 结构施工基本要求 (16)10.1.1 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。

新疆应用职业技术学院《建筑结构》教学大纲课程编号：学时：108学时学分：专业：工程监理一、课程性质与任务《建筑结构》课程是工程造价专业的一门专业基础课。

本课程包括钢筋砼结构，砌体结构和钢结构三大块内容。

课程主要任务是研究三大结构的基本构件的设计原理和设计方法。

通过课堂教学与课程设计，使学生了解三大结构基本构件的设计原理和计算方法，掌握混凝土结构，砌体结构及钢结构的基本知识及混合结构墙柱、钢筋砼梁板结构设计和相应施工图的绘制。

为学生从事结构施工及工程监理工作打下必要的基础。

《建筑结构》课程与《建筑力学》和《建筑施工》《建筑材料》等课程关联紧密，是一门重要的专业课。

二、课程总体要求1、掌握必备的力学知识。

2、了解建筑结构的概念及在建筑物中的功能、特点及应用。

3、了解材料的物理力学性能及选用原则。

4、了解并掌握三大结构基本构件的设计原理和计算方法。

5、掌握钢筋混凝土结构、砌体结构和钢结构的基本知识。

6、掌握混合结构墙柱、钢筋混凝土梁板结构设计和相应施工图的绘制。

三、课程教学基本内容与要求第1章建筑结构概论内容：1、建筑结构的概念及在建筑物中的功能；2、建筑结构的特点及应用：混凝土结构、砌体结构、钢结构；3、结构的极限状态设计方法：结构的三大功能要求、承载能力极限状态及其实用设计表达式、正常使用极限状态及其实用设计表达式；4、混凝土结构耐久性规定。

5、建筑结构课程的内容、任务和学习方法。

教学要求：通过教学，要使学生了解建筑结构的概念、功能要求及应用，掌握两种极限状态设计方法及其实用设计表达式。

第2章钢筋和混凝土材料的力学性能内容：1、建筑钢材：在单调荷载作用下的应力应变性质(有明显屈服点钢材、无明显屈服点钢材)，钢材的破坏形式，影响钢材机械性能的因素；钢材的种类、规格及选用。

2、钢筋：钢筋的应力-应变曲线，钢筋的弹性模量，钢筋的种类和级别，钢筋的选用及检验。

3、混凝土：(1)砼的强度：砼的抗压强度(立方体抗压强度、轴心抗压强度)；砼的抗拉强度。

第三章正截面受弯承载力计算教学要求：1 深刻理解适筋梁正截面受弯全过程的三个阶段及其应用。

2 熟练掌握单筋矩形截面、双筋矩形截面和T形截面受弯构件的正截面受弯承载力计算。

3 熟练掌握梁截面内纵向钢筋的选择和布置。

4 理解纵向受拉钢筋配筋率的意义及其对正截面受弯性能的影响。

3.1 梁、板的一般构造3.1.1 截面形式与尺寸1 截面形式图3-1 常用梁、板截面形式(a)单筋矩形梁；(b)双筋矩形梁；(c)T形梁；(d)I形梁；(e)槽形板；(f)空心板；(g)环形截面梁2 梁、板的截面尺寸现浇梁、板的截面尺寸宜按下述采用：（1）矩形截面梁的高宽比h/b一般取2.0～3.5；T形截面梁的h/b一般取2.5～4.0（此处b为梁肋宽）。

矩形截面的宽度或T形截面的肋宽b一般取为100mm、120mm、150mm、(180mm)、200mm、（220mm）、250mm和300mm，300mm以上的级差为50mm；括号中的数值仅用于木模。

（2）采用梁高h=250mm、300mm、350mm、750mm、800mm、900mm、1000mm等尺寸。

800mm以下的级差为50mm，以上的为100mm。

（3）现浇板的宽度一般较大，设计时可取单位宽度（b=1000mm）进行计算。

3.1.2 材料选择与一般构造1 混凝土强度等级现浇钢筋混凝土梁、板常用的混凝土强度等级是C25、C30，一般不超过C40。

2 钢筋强度等级及常用直径(1)梁的钢筋强度等级和常用直径1)梁内纵向受力钢筋。

梁中纵向受力钢筋宜采用HRB400级和HRB500级，常用直径为12mm、14mm、16mm、18mm、20mm、22mm和25mm。

纵向受力钢筋的直径，当梁高大于等于300mm时，不应小于10mm；当梁高小于300mm 时，不应小于8mm。

2）梁的箍筋宜采用HPB400级、HRB335级，少量用HPB300级钢筋，常用直径是6mm、8mm和10mm。

第3章结构设计基本原理在建筑设计中，结构设计是非常重要的一环，它直接关系到建筑物的安全性、稳定性和寿命。

结构设计的基本原理是指建筑结构设计的基本规律和原则，下面将详细介绍。

1.结构设计的平衡原理结构设计的平衡原理是指在建筑物运行和使用过程中所产生的各种作用力之间的平衡关系。

建筑物所受的外力包括重力、风力、地震力等，结构设计需要考虑各个作用力之间的平衡关系，确保建筑物能够牢固地稳定下来。

2.结构设计的刚度原理结构设计的刚度原理是指在建筑物使用过程中，建筑结构需要具有足够的刚度来抵抗外部作用力引起的变形。

刚度是指材料对外力的抵抗能力，结构设计需要根据建筑物的使用要求和受力特点来确定合适的刚度，确保建筑物在使用过程中不会产生过大的变形。

3.结构设计的强度原理结构设计的强度原理是指建筑结构需要具有足够的强度来承受外部作用力引起的应力。

强度是指材料对外力的抗压、抗拉、抗弯等能力，结构设计需要合理选择材料和断面形状来确保建筑物具有足够的强度。

4.结构设计的稳定性原理结构设计的稳定性原理是指建筑结构在受到外力作用下具有稳定的状态。

结构设计需要考虑建筑物在使用过程中可能发生的各种不稳定情况，如倾斜、滑移等，通过合理的结构设计来确保建筑物的稳定性。

5.结构设计的耐久性原理结构设计的耐久性原理是指建筑结构需要具有足够的耐久性来满足建筑物的使用寿命要求。

结构设计需要考虑建筑物受到的各种环境和荷载的影响，选择合适的材料和结构形式来确保建筑物具有良好的耐久性。

6.结构设计的经济性原理结构设计的经济性原理是指在满足建筑物功能和使用要求的前提下，通过合理设计，尽可能降低建筑结构的成本。

结构设计需要考虑建筑物的建造成本、运营成本和维护成本等因素，选择合适的结构形式和材料，实现结构设计的经济性。

7.结构设计的美学原理结构设计的美学原理是指通过合理设计建筑结构的形式和比例，使建筑物具有艺术性和美感。

结构设计需要考虑建筑物的形状、线条和比例等因素，与建筑的整体风格和环境相协调，实现结构设计的美学效果。