《建筑结构设计教程》课件

建筑结构设计教程欢迎来到《建筑结构设计教程》本课程将深入探讨建筑结构设计的基本原理、方法和实践应用，帮助学生掌握建筑结构设计的核心知识和技能通过系统学习，您将了解从基础理论到高级应用的全过程，包括不同材料结构的设计方法、荷载分析、力学原理以及各类建筑结构系统的设计要点课程简介课程背景1建筑结构设计是建筑工程中的核心环节，直接关系到建筑的安全性、实用性和经济性本课程融合了结构力学、材料学和工程实践，为学生提供系统化的结构设计知识体系适用对象2本课程主要面向土木工程、建筑工程专业的大学生，以及有志于从事建筑结构设计的工程技术人员具备基础的力学和材料知识将有助于更好地理解课程内容教学方式3课程目标掌握基础理论理解建筑结构力学的基本原理，掌握各类结构的计算方法和设计理念，为进一步学习打下坚实基础培养设计能力能够独立完成常见建筑结构的设计，包括荷载计算、内力分析、构件设计和结构布置等环节规范应用能力熟悉并正确应用国家相关设计规范，掌握规范条文的要求和应用方法综合解决问题培养分析和解决复杂结构问题的能力，提高工程判断力和创新思维课程内容概述基础知识部分结构概论、建筑材料、荷载与作用、结构力学基础结构设计部分混凝土结构、钢结构、砌体结构、基础设计特殊设计部分结构抗震设计、高层建筑结构设计实践应用部分设计实例分析、工程案例讨论本课程共十章内容，涵盖了建筑结构设计的全过程从基础理论到具体应用，循序渐进，帮助学生建立完整的知识体系，提高实际设计能力第一章建筑结构概论结构的定义与功能结构设计的基本原则建筑结构是支撑和传递荷载的构安全性、适用性、耐久性和经济件系统，是保证建筑安全和功能性是结构设计的四大原则本章实现的物质基础本章将介绍结将详细解析这些原则及其在实际构的基本概念和重要性设计中的应用结构设计的发展历程从传统经验设计到现代科学设计，结构设计经历了漫长的发展过程了解这一历程有助于把握结构设计的本质第一章作为整个课程的引导部分，将建立结构设计的基本认知框架，为后续章节的学习奠定概念基础建筑和结构的关系

1.1建筑功能结构支撑1提供使用空间，满足人们生活、工作需求承担荷载，保证建筑安全稳定2结构实现建筑形式43通过技术手段实现建筑形式体现美学价值和文化内涵建筑与结构是相互依存、密不可分的关系建筑提出功能和形式需求，结构则提供技术支持和安全保障优秀的建筑作品往往是建筑设计与结构设计的完美结合，二者相互促进、相得益彰在实际工程中，建筑师与结构工程师需要密切合作，共同解决设计过程中的各种问题，创造既美观又安全的建筑作品建筑结构的基本要求

1.2经济性1合理的造价和生命周期成本耐久性2在设计使用期限内保持功能适用性3满足使用功能和舒适度要求安全性4承受各种荷载而不破坏或失效安全性是建筑结构的首要要求，结构必须具有足够的强度、刚度和稳定性，能够承受各种可能的荷载作用而不发生破坏或过大变形适用性要求结构能够满足建筑的使用功能，保证使用舒适度耐久性是指结构在设计使用年限内保持其功能和性能的能力，抵抗环境侵蚀和材料老化经济性则要求在满足上述要求的前提下，尽可能降低工程造价和维护成本，实现资源的优化利用建筑结构的分类

1.3按材料分类按承重系统分类•混凝土结构•框架结构•钢结构•剪力墙结构•砌体结构12•框架-剪力墙结构•木结构•筒体结构按建筑高度分类按使用功能分类43•低层结构•民用建筑结构•多层结构•工业建筑结构•高层结构•特种建筑结构•超高层结构不同类型的结构具有各自的特点和适用范围，结构工程师需要根据建筑的具体要求选择合适的结构形式结构选型原则

1.4满足功能需求技术经济合理因地制宜结构选型应首先满足建筑的在满足安全和功能的前提下，考虑当地的气候条件、地质使用功能要求，包括空间布综合考虑材料、施工、维护情况、材料供应和劳动力资局、净高、跨度等方面的需等因素，选择经济合理的结源，选择适合当地实际情况求构方案的结构形式创新与传承在继承传统结构经验的基础上，合理应用新材料、新技术和新工艺，推动结构设计的创新发展结构选型是结构设计中的重要环节，直接影响到工程的安全性、经济性和可行性结构工程师应当根据建筑的具体特点和要求，综合考虑各种因素，做出科学合理的选择第二章建筑材料材料性能材料选择材料创新建筑材料的物理和力学性能决定了结构不同的建筑类型和使用环境需要选择适随着科技的发展，新型结构材料不断涌的基本特性本章将重点介绍常用结构合的结构材料我们将分析各类材料的现本章还将介绍一些创新材料及其在材料的强度、变形、耐久性等关键指适用范围和选择依据，帮助学生在实际结构工程中的应用前景，拓展学生的知标，以及这些性能对结构设计的影响工程中做出合理的材料选择识视野建筑材料是结构设计的物质基础，对材料性能的深入理解是进行合理结构设计的前提条件本章将全面介绍钢筋混凝土、钢结构、砌体结构和木结构四种主要结构材料的基本特性和应用方法钢筋混凝土

2.1基本组成力学特性•水泥主要粘结材料•抗压强度高•砂石骨料，提供体积稳定性•抗拉强度低•钢筋承担拉力，提高韧性•与钢筋协同工作•水激发水泥水化反应•徐变和收缩•外加剂改善性能•耐久性受环境影响应用范围•住宅建筑•公共建筑•桥梁工程•水工建筑•地下工程钢筋混凝土是当今世界上应用最广泛的建筑材料之一，它结合了混凝土的高抗压性能和钢筋的高抗拉性能，形成了性能优良的复合材料正确理解钢筋混凝土的工作原理和特性，是进行混凝土结构设计的基础钢结构

2.2应用领域设计特点钢结构广泛应用于工业厂房、体育场构件类型钢结构设计需重点考虑强度、稳定性馆、高层建筑、桥梁等大跨度、大空材料性能钢结构常用构件包括梁、柱、拉杆、和变形控制，同时关注连接节点、防间或高层建筑工程中钢材具有强度高、弹性模量大、塑性桁架等，这些构件通过焊接、螺栓或火和防腐等细节问题和韧性好等特点，是理想的结构材铆钉连接形成完整的结构体系料但需注意其耐火性和耐腐蚀性较差，需要采取相应的防护措施钢结构以其自重轻、强度高、施工速度快等优势，在现代建筑中占有重要地位掌握钢结构的基本知识和设计方法，对于拓展结构设计的思路和能力具有重要意义砌体结构

2.3材料组成1砖、石块等砌块和砂浆结合形成力学特性2抗压性能好，抗拉和抗剪性能差结构形式3承重墙、砌体柱、拱和券等适用范围4多用于低层和多层建筑砌体结构是人类最早使用的建筑结构形式之一，至今仍广泛应用于住宅和公共建筑中砌体结构具有材料来源广泛、防火性能好、热工性能优良等优点，但其抗震性能较差，在地震区使用时需采取加强措施随着新型砌块和砌筑技术的发展，现代砌体结构在传统基础上有了很大创新和改进，提高了其适用性和安全性木结构

2.4木结构是历史悠久的建筑结构形式，具有重量轻、保温隔热性能好、施工方便等特点现代木结构已发展出胶合木、交叉层压木板等新型木质工程材料，大大提高了木结构的跨度能力和适用范围在生态环保理念日益重要的今天，木结构以其可再生、低碳环保的特性，重新受到关注，在住宅、学校、运动场馆等建筑中有着广泛应用木结构设计需特别注意防火、防腐和防虫等问题第三章荷载与作用荷载的基本概念荷载计算方法安全系数与可靠度荷载是作用于结构上的各种外力，本章将介绍各类荷载的计算原则和结构设计中的安全系数设置和可靠是结构设计的首要考虑因素准确方法，包括标准值的确定、设计值度分析方法，是保证结构安全的重确定荷载大小和分布，是结构分析的转换以及荷载效应的组合等内要手段，将在本章详细讨论和设计的前提条件容荷载与作用是结构设计的起点，对荷载的准确估计和合理组合，直接关系到结构的安全性和经济性本章将系统介绍各类荷载的特点、计算方法和组合原则荷载的分类

3.1按荷载来源分类按时间特性分类•重力荷载•永久荷载•气象荷载•可变荷载12•地震荷载•偶然荷载•人为荷载按分布特性分类按作用方向分类•集中荷载43•竖向荷载•线性分布荷载•水平荷载•面积分布荷载•倾斜荷载•体积分布荷载不同类型的荷载具有不同的作用特点和计算方法结构工程师需要根据建筑的具体情况，确定需要考虑的荷载类型和取值，然后进行合理的荷载组合，以保证结构的安全性和经济性永久荷载

3.2永久荷载类型主要来源特点取值方法结构自重结构构件自身重确定性较高按材料密度和体量积计算固定设备重量永久固定的机电大小和位置相对根据设备实际重设备固定量确定土压力土体对地下结构与土体性质和深根据土力学计算的压力度有关水压力地下水对结构的与水位高度有关根据流体力学计压力算永久荷载是在结构设计使用年限内基本保持不变的荷载，主要包括结构构件自重、固定设备重量以及恒定的土压力和水压力等在结构设计中，永久荷载的取值相对准确，其计算主要基于材料密度和构件尺寸需要注意的是，虽然永久荷载相对稳定，但在设计中仍需考虑其可能的变异性，通过适当的分项系数进行调整可变荷载

3.3活荷载气象荷载活荷载是由人员、家具、设备等的使用引起的荷载，其大小和分气象荷载包括风荷载、雪荷载、温度作用等，这些荷载与地理位布随时间变化活荷载的标准值通常根据建筑的用途和功能确置、气候条件密切相关气象荷载的计算通常基于当地的气象数定，如住宅、办公楼、商场等有不同的取值标准据和统计分析•住宅楼面

2.0kN/m²•风荷载与建筑高度、形状和当地风速有关•办公楼面

2.5kN/m²•雪荷载与地区积雪厚度和屋面坡度有关•商场楼面

3.5-

5.0kN/m²•温度作用与材料热膨胀系数和温差有关可变荷载的特点是其大小和分布随时间变化，具有一定的不确定性在结构设计中，需要通过统计分析确定其特征值，并通过适当的分项系数考虑其不确定性，确保结构的安全性偶然荷载

3.4地震作用爆炸作用撞击作用地震作用是由地震引起的地面运动爆炸作用是由爆炸引起的冲击波对撞击作用是由车辆、船舶等对结构对结构产生的惯性力，其大小与地结构的冲击力，其特点是作用时间的撞击力，其大小与撞击物的质量、震烈度、结构自振特性和场地条件短、强度大爆炸作用的计算需要速度和结构的刚度有关重要结构有关地震作用的计算通常基于反考虑爆炸源的性质、距离和结构的需要考虑可能的撞击作用并采取防应谱分析或时程分析方法抗冲击能力护措施火灾作用火灾作用是由火灾引起的高温对结构材料性能的影响，可能导致材料强度下降和构件变形增大火灾作用的计算需要考虑火灾温度-时间曲线和材料的耐火性能偶然荷载是在结构设计使用年限内可能发生但概率较小的荷载，通常具有强度大、持续时间短的特点由于偶然荷载发生概率低，在结构设计中通常不与其他可变荷载同时考虑，而是作为特殊工况单独分析荷载组合

3.5荷载组合原则荷载组合是考虑多种荷载同时作用于结构的可能性，按照一定原则将各种荷载的效应进行组合，以获得最不利的设计工况极限状态荷载组合用于结构强度和稳定性验算，考虑荷载的设计值和不同荷载同时出现的可能性，通过分项系数和组合系数调整正常使用极限状态荷载组合用于结构变形、裂缝等使用性能验算，考虑荷载的标准值和实际工作情况，通过适当的组合系数调整荷载组合是结构设计中的关键环节，合理的荷载组合既要保证结构安全，又要避免过度设计根据我国现行规范，荷载组合分为基本组合和偶然组合两类，分别用于正常使用条件和偶然事件条件下的结构验算在实际设计中，需要考虑多种可能的荷载组合情况，找出对结构最不利的工况进行分析和设计，确保结构在各种可能的荷载作用下都能保持安全和正常使用第四章结构力学基础理论基础分析方法结构力学是研究结构在外力作用本章将介绍常用的结构分析方下的内力分布和变形的学科，是法，包括力法、位移法和矩阵法结构设计的理论基础本章将回等，帮助学生掌握不同条件下的顾和深化结构力学的基本概念和结构计算技术计算方法工程应用通过实际工程案例，说明结构力学原理在建筑结构设计中的应用，培养学生将理论知识转化为设计能力的能力结构力学是建筑结构设计的理论基础，深入理解其基本原理和计算方法，对于进行合理的结构分析和设计至关重要本章将系统回顾结构力学的核心概念，并通过工程实例说明其应用方法静力平衡

4.136平衡方程空间物体三个平衡方程是静力学的基础力在X方向的分空间物体在平衡状态下需满足六个平衡方程三量和为零；力在Y方向的分量和为零；力矩和为个力的平衡和三个力矩的平衡零0静定结构静定结构中，约束反力数量等于平衡方程数量，可以通过平衡方程直接求解静力平衡是结构力学的基本原理，它要求结构在外力作用下保持平衡状态，即所有外力和约束反力的合力和合力矩都等于零平衡方程是求解结构支座反力和内力的基础在实际工程中，结构必须满足三个基本条件平衡条件、几何协调条件和物理条件其中平衡条件是最基本的要求，无论是静定结构还是超静定结构，都必须满足平衡条件通过平衡方程，可以计算出结构的支座反力和内力分布内力分析

4.2轴力剪力弯矩轴力是沿构件轴线方向的内力，引起构剪力是垂直于构件轴线方向的内力，引弯矩是使构件产生弯曲变形的内力，弯件的拉伸或压缩变形轴力计算公式为起构件的横向剪切变形剪力计算公式矩计算公式为∑M=0，其中M表示对构件∑X=0，其中X表示构件轴线方向的所有为∑Y=0，其中Y表示垂直于构件轴线方向某截面的所有力矩弯矩图一般用抛物外力分量轴力图一般用矩形表示，压的所有外力分量剪力图一般用矩形或线或折线表示，正弯矩表示下凹，负弯力为阴影，拉力为空白梯形表示矩表示上凹内力分析是结构设计的核心内容，通过计算结构各截面的内力分布，为构件设计提供基础数据在实际工程中，常用的内力分析方法包括截面法、微分方程法和虚位移法等对于复杂结构，现代结构设计通常采用计算机辅助分析，通过有限元软件计算内力分布但工程师仍需掌握基本的内力计算原理，以便验证计算结果的合理性应力与应变

4.3变形计算

4.4积分法1基于挠度曲线的微分方程，通过积分求解变形能量法2基于能量原理，应用单位荷载法或虚功原理计算矩阵位移法3构建整体刚度矩阵，求解节点位移和构件变形有限元法4将结构离散为有限个单元，通过数值计算获得变形变形计算是结构设计中的重要内容，既是验证结构刚度是否满足使用要求的依据，也是超静定结构内力分析的基础不同的变形计算方法各有特点和适用范围在实际工程中，结构的变形必须控制在规范允许的范围内，以保证结构的正常使用功能和用户的舒适感典型的变形限值包括梁的挠度不超过跨度的1/250，层间位移角不超过1/550等变形过大可能导致非结构构件损坏、设备运行不正常，甚至影响结构的整体稳定性第五章混凝土结构设计设计规范计算方法混凝土结构设计必须遵循国家混凝土结构设计采用极限状态相关规范，如《混凝土结构设设计法，包括承载能力极限状计规范》GB50010规范规定态和正常使用极限状态两个方了设计原则、计算方法和构造面的验算计算中考虑材料的要求等内容非线性特性和可靠度要求构造详图除了满足强度和变形要求外，混凝土结构还需满足规范规定的最小尺寸、钢筋间距、保护层厚度等构造要求，以保证结构的整体性和耐久性混凝土结构是最常用的建筑结构类型之一，本章将系统介绍混凝土结构的设计原理和方法，包括受弯、受压、受拉构件的计算以及剪力和扭矩设计等内容通过学习本章内容，学生将能够独立完成一般混凝土结构的设计混凝土结构的基本概念

5.1设计思想1基于极限状态和分项系数的设计方法材料性能2混凝土和钢筋的力学特性和工作机制构造规定3保证结构安全和耐久性的基本构造要求混凝土结构设计的核心是理解钢筋混凝土的工作原理混凝土主要承担压力，钢筋主要承担拉力，两者通过粘结力共同工作，形成一个复合结构体系在正常使用阶段，结构处于弹性或微裂状态；在极限状态下，混凝土达到极限压应变，钢筋达到屈服或接近极限拉应变现代混凝土结构设计采用极限状态设计法，通过分项系数考虑材料强度和荷载的不确定性，保证结构具有足够的安全储备设计时既要验算结构的承载能力，也要检查正常使用条件下的变形和裂缝控制受弯构件设计

5.2设计步骤构造要求受弯构件设计主要包括以下步骤确定截面尺寸、计算配筋面受弯构件必须满足最小配筋率、最大配筋率、钢筋间距、保护层积、布置钢筋、验算截面承载力、检查正常使用极限状态（挠度厚度等构造要求通常最小配筋率为

0.2%～

0.45%，最大配筋率和裂缝）不超过

2.5%配筋计算公式As=α·Mmax/fy·h0，其中α为与受压区相对纵向受力钢筋直径不应小于10mm，箍筋直径不应小于6mm高度ξ有关的系数，Mmax为最大弯矩，fy为钢筋强度设计值，钢筋的最小保护层厚度根据环境条件确定，一般为20～30mmh0为有效高度受弯构件是混凝土结构中最常见的构件类型，包括梁、板等受弯构件的设计核心是确定合理的截面尺寸和钢筋配置，使构件既能满足承载力要求，又能控制变形和裂缝在允许范围内受压构件设计

5.3受压构件主要指混凝土柱和墙，是承受竖向压力的主要结构构件受压构件设计的关键是考虑轴心压力和弯矩的共同作用，即偏心受压状态计算时需要考虑几何非线性P-Δ效应和材料非线性的影响受压构件的承载力计算采用偏心受压公式，考虑初始偏心和附加偏心的影响最小配筋率通常为

0.6%～

1.0%，最大配筋率不超过5%构造上，纵向钢筋直径一般不小于12mm，箍筋间距不大于纵向钢筋直径的15倍或构件最小尺寸的

0.5倍受拉构件设计

5.4承载力计算构造要求受拉构件的承载力主要由钢筋提供，受拉构件应沿周边均匀布置钢筋，以计算公式为N≤As·fy，其中N为轴控制裂缝宽度最小配筋率通常为向拉力设计值，As为钢筋面积，fy为

0.2%，钢筋间距不宜大于200mm钢筋抗拉强度设计值由于混凝土容对于重要结构或有防水要求的结构，易开裂，设计中通常不考虑混凝土对应加强裂缝控制措施拉力的贡献应用场景纯受拉构件在建筑结构中相对较少，主要出现在拉杆、吊杆、悬索等特殊结构中但受拉区域在很多受弯和偏心受压构件中都存在，因此理解受拉构件的设计原理非常重要受拉构件设计的重点是保证足够的承载能力和控制裂缝宽度由于混凝土在拉伸时易开裂，受拉构件的承载能力主要由钢筋提供，混凝土主要起传递内力和保护钢筋的作用剪力和扭矩设计

5.5剪力计算箍筋设计1基于截面受剪承载力模型确定箍筋间距和直径2扭矩设计混凝土强度验算43计算扭矩下的配筋需求检查混凝土斜截面受压承载力剪力和扭矩设计是混凝土结构设计中的重要内容，尤其对于梁等受弯构件剪力设计基于斜截面受剪承载力模型，考虑混凝土和箍筋共同抵抗剪力的作用当计算剪力超过混凝土的抗剪强度时，需要配置足够的箍筋来承担超出部分的剪力扭矩设计采用空间桁架模型，需要配置闭合箍筋和纵向钢筋来抵抗扭转作用当剪力和扭矩同时存在时，需要考虑两者的组合作用，并按组合效应设计钢筋设计时应注意，箍筋间距不宜过大，以保证结构的整体性和裂缝控制第六章钢结构设计强度高自重轻施工快速适应性强钢材的强度远高于混凝土，使得钢相同承载能力下，钢结构的自重仅钢结构采用工厂预制、现场安装的钢结构易于改造和拆除，便于功能结构构件可以做得更加纤细，节省为混凝土结构的1/4~1/5，大大减方式，大大缩短了施工周期，提高调整和空间重组，具有良好的可持空间和材料钢结构设计需充分利轻了基础负担，提高了结构的整体了建设效率，减少了施工对环境的续性和适应性，适合现代建筑的发用这一优势，同时注意稳定性问效率影响展需求题钢结构以其自重轻、强度高、施工速度快等优势，在大跨度、高层和超高层建筑中得到广泛应用本章将系统介绍钢结构的设计原理和方法，包括受弯、受压、受拉构件的计算以及连接设计等内容钢结构的基本概念

6.1设计规范材料性能钢结构设计遵循《钢结构设计标准》GB50017等规范，采用极限状态结构钢材按强度等级分为Q

235、Q

345、Q

390、Q420等，数字表示屈设计法，通过分项系数考虑材料强度和荷载的不确定性服强度（MPa）钢材具有良好的弹塑性和韧性，但在高温下强度显著下降连接方式防护要求钢结构的连接方式主要有焊接、螺栓连接和铆接，现代钢结构主要采用钢结构需要做好防火和防腐保护防火通常采用防火涂料或防火板覆盖，焊接和高强螺栓连接，铆接已很少使用防腐则采用涂装防锈漆或热镀锌等方式钢结构设计的核心是理解钢材的力学特性和结构的稳定性问题与混凝土结构不同，钢结构构件通常较为纤细，易发生局部屈曲和整体失稳，因此稳定性验算是钢结构设计的重要内容受弯构件设计

6.2截面选择设计要点钢梁常用截面包括工字钢、H型钢、槽钢等截面选择应考虑承钢梁设计需考虑以下几个方面强度验算、刚度验算、整体稳定载能力、刚度、稳定性和经济性等因素对于大跨度梁，经常采性验算和局部稳定性验算其中稳定性验算尤为重要，包括横向用变截面或组合截面，以提高材料利用率扭转屈曲和腹板屈曲等•工字钢适用于小跨度梁•正截面强度M≤W·fy•H型钢适用于中大跨度梁•挠度控制f≤[f]•焊接组合截面适用于特殊要求•整体稳定性M≤φb·W·fy•局部稳定性λw≤[λw]钢梁设计的难点在于稳定性控制由于钢材强度高，钢梁截面通常较为纤细，容易发生局部屈曲或整体失稳为防止横向扭转屈曲，通常需设置横向支撑或增大截面宽度；为防止腹板屈曲，常采用加设腹板加劲肋或增加腹板厚度等措施受压构件设计

6.3受拉构件设计

6.4强度验算受拉构件的强度验算基于截面屈服，计算公式N≤A·fy，其中N为轴向拉力设计值，A为截面面积，fy为钢材屈服强度设计值净截面验算存在孔洞时，需考虑净截面破坏，计算公式N≤An·fu/γM，其中An为净截面面积，fu为钢材抗拉强度设计值，γM为材料分项系数构造设计受拉构件应避免过于细长，以防止振动问题对于易疲劳部位，应注意细节设计，减少应力集中钢结构中的受拉构件包括拉杆、吊杆、拉索等，通常采用实心圆钢、角钢、槽钢或H型钢等截面受拉构件设计相对简单，主要验算强度，但需要特别注意连接部位的设计和构造细节在设计有螺栓孔或其他削弱的受拉构件时，需要考虑净截面的影响根据规范规定，当净截面面积小于总截面面积的85%时，必须进行净截面验算对于重要的受拉构件，应考虑疲劳效应和冲击荷载的影响连接设计

6.5连接是钢结构的关键部位，直接影响结构的整体性能和安全性钢结构连接主要分为焊接连接和螺栓连接两大类焊接连接具有整体性好、承载能力高的特点，但对施工质量要求高；螺栓连接施工简便，便于现场安装和后期调整，但结构刚度相对较低连接设计的核心是传力路径分析，确保荷载能够顺畅传递根据连接的受力特点，需要进行拉力、剪力和弯矩等验算设计时还需考虑连接的刚度特性，将连接分为铰接、半刚性连接和刚接三类，并在结构分析中采用相应的计算模型对于重要连接节点，应考虑疲劳效应和可靠性要求，并进行详细的节点设计第七章砌体结构设计了解砌体特性砌体结构是由砖、砌块等小单元和砂浆组成的复合材料结构，具有抗压强度高、抗拉强度低、施工简便等特点设计前需充分了解材料性能和结构特点掌握设计方法砌体结构设计主要采用极限状态设计法，考虑材料的非线性特性和结构的实际工作状态，确保结构具有足够的承载能力和正常使用性能注重构造要求砌体结构对构造细节要求严格，包括砌筑方式、砌筑质量、构件连接等良好的构造是保证砌体结构整体性和耐久性的关键考虑抗震设计砌体结构抗震性能相对较差，在地震区需要采取特殊措施，如配置构造柱、圈梁、暗柱等增强结构的整体性和抗侧移能力砌体结构是一种历史悠久的建筑结构形式，至今仍广泛应用于低层和多层建筑中本章将系统介绍砌体结构的设计原理和方法，包括基本概念、承重墙设计、砌体柱设计和构造要求等内容砌体结构的基本概念

7.1砌体材料力学特性•砖粘土砖、灰砂砖、粉煤灰砖等•抗压强度3~15MPa，取决于砌块和砂浆强度•砌块空心砌块、轻质砌块等•抗拉强度仅为抗压强度的1/10~1/20•砂浆水泥砂浆、混合砂浆、专用砂浆等•弹性模量弹性模量较低，约为混凝土的•钢筋配筋砌体中的增强材料1/3~1/5•脆性特点变形能力有限，破坏呈脆性特征结构体系•承重墙结构墙承担竖向和水平荷载•框架-填充墙结构承重框架+非承重填充墙•框架-剪力墙结构混合结构形式•配筋砌体结构增强砌体的抗拉和抗剪能力砌体结构是由砌块和砂浆砌筑而成的一种复合材料结构，具有材料来源广泛、施工简便、造价低、保温隔热性能好等优点，但也存在抗拉能力差、整体性不强等缺点了解砌体的基本性能和工作特点，是进行砌体结构设计的基础砌体承重墙设计

7.2轴心受压承重墙偏心受压承重墙轴心受压承重墙的设计主要考虑其抗压强度和稳定性承载力计实际工程中，墙体常处于偏心受压状态，这时需考虑偏心距产生算公式为N≤φ·A·f，其中φ为稳定系数，与墙的高厚比和约束的附加弯矩计算公式为N≤φ·A·f·1-2e/h，其中e为偏心条件有关；A为墙的水平截面积；f为砌体的抗压强度设计值距，h为墙厚当偏心距e超过墙厚h的1/3时，会出现张拉区，此时需要特别处对于高厚比超过15的墙体，需要考虑稳定性影响；对于高厚比理，如采用配筋砌体或增加墙厚对于开洞墙，需要考虑洞口对超过25的墙体，一般不宜采用普通砌体结构，应考虑配筋砌体墙体承载力的削弱作用或其他加强措施砌体承重墙是砌体结构中的主要受力构件，承担竖向和水平荷载设计时需要考虑墙体的承载能力、稳定性和变形控制除了强度验算外，还需考虑墙体的厚度、高度、长度等几何尺寸的限制，以及构造柱、圈梁的设置要求砌体柱设计

7.3几何尺寸要求承载力计算1断面尺寸和高度限值考虑稳定系数和偏心影响2连接构造4加强措施3与其他构件的连接方式配筋或构造增强砌体柱是砌体结构中的竖向受力构件，主要承受轴向压力与砌体墙相比，砌体柱的截面尺寸较小，稳定性问题更为突出根据规范要求，普通砌体柱的最小截面边长不应小于240mm，高度与最小边长之比不宜超过15砌体柱的承载力计算需考虑柱的稳定性和荷载偏心的影响计算公式为N≤φ·A·f·1-2e/a，其中φ为稳定系数，与柱的高厚比有关；A为柱的水平截面积；f为砌体的抗压强度设计值；e为偏心距；a为柱的计算方向边长对于重要柱或荷载较大的柱，宜采用配筋砌体柱或钢筋混凝土柱，以提高承载力和整体性砌体构造要求

7.4墙体构造圈梁设置构造柱布置墙体厚度一般不小于180mm，层多层砌体结构应在每层楼板标高在墙体交接处、较长墙段中部、高与墙厚之比不宜超过20砌体处设置现浇钢筋混凝土圈梁，围洞口两侧等关键位置设置钢筋混应采用搭接砌筑法，保证墙体的绕整个结构布置，增强水平向约凝土构造柱，增强结构整体性整体性相交墙之间应采用拉结束圈梁高度不应小于180mm，构造柱断面一般不小于措施，确保共同工作配筋不应少于4Φ12240mm×180mm基础处理砌体结构基础一般采用条形基础或筏形基础，基础顶面应设置混凝土基础梁，厚度不小于180mm，确保荷载均匀传递砌体结构的构造要求对保证结构的整体性和安全性至关重要良好的构造措施可以弥补砌体材料脆性大、抗拉能力差的缺点，提高结构的抗震性能对于地震区的砌体结构，构造要求更为严格，需要增加抗震构造措施第八章基础设计地基勘察1确定地基土的物理力学性质，为基础设计提供依据地基承载力计算2根据地基土性质和设计要求，确定地基的允许承载力基础形式选择3根据上部结构荷载和地基条件，选择合适的基础类型基础设计4进行基础的尺寸设计和结构设计，确保安全和经济性基础是建筑结构的重要组成部分，承担着将上部结构荷载传递给地基的任务基础设计的好坏直接关系到整个建筑的安全和使用寿命本章将系统介绍基础设计的基本原理和方法，包括基础类型、浅基础设计、桩基础设计和地基处理方法等内容基础类型

8.1浅基础桩基础•独立基础适用于柱下，点荷载•摩擦桩通过桩周摩擦力传递荷载•条形基础适用于墙下，线荷载•端承桩通过桩端支承力传递荷载•筏形基础整体性好，适用于软弱地基12•复合桩同时发挥摩擦和端承作用•箱形基础抗浮能力强，适用于高地下水•桩-筏基础综合利用桩和筏板共同工作位区域选型依据特殊基础43•上部结构荷载特性和要求•沉井基础适用于水下或软弱土层•地基土的工程地质条件•地下连续墙兼有基础和挡土结构功能•场地环境和周边建筑情况•锚杆基础抗拔能力强，适用于轻型结构•施工条件和经济技术比较•复合基础多种基础形式组合使用基础类型的选择是基础设计的首要环节，需要综合考虑多方面因素一般来说，地基条件良好、上部荷载较小时，宜采用浅基础；地基条件较差或上部荷载较大时，宜采用桩基础或特殊基础浅基础设计

8.2荷载计算地基验算浅基础设计首先需要计算上部结构传来的各种荷载，包括恒载、地基验算主要包括承载力验算和变形验算两部分承载力验算确活载、风荷载、地震作用等荷载计算需要考虑最不利的组合工保地基不会发生破坏，计算公式为p≤fa，其中p为基底压力，况，并根据基础位置和类型确定设计荷载fa为地基承载力特征值变形验算确保沉降不超限，需计算基础的绝对沉降和不均匀沉降对于独立基础，主要考虑单柱传来的竖向力、弯矩和水平力；对于条形基础，需要计算墙体的线荷载；对于筏形基础，则需要考地基承载力可通过原位测试、室内试验或经验公式确定设计中虑整个上部结构的总荷载及其分布情况应考虑地基土的非均质性和荷载偏心的影响，必要时需要进行地基处理以提高其承载力浅基础的结构设计包括基础尺寸确定和钢筋配置两部分基础尺寸应满足地基承载力要求，同时考虑经济合理性钢筋配置主要通过计算基础在竖向荷载作用下产生的弯矩，确定主筋和分布筋的直径和间距浅基础设计还需考虑防水、防冻、抗浮等特殊要求在寒冷地区，基础埋深应低于当地冻土层厚度；在地下水位高的地区，需要考虑抗浮问题，并做好基础的防水处理桩基础设计

8.31确定桩型根据地质条件、承载要求和施工条件选择合适的桩型，如预制桩、灌注桩、挤压桩等不同桩型适用于不同工程条件，需综合考虑性能和经济性2计算单桩承载力通过静力计算法、动力公式法或现场试桩确定单桩竖向承载力和水平承载力单桩承载力是桩基设计的基础数据，直接影响桩的数量和布置3确定桩位和桩数根据上部结构荷载和单桩承载力，确定所需桩的数量桩的布置应考虑荷载的偏心和水平力的影响，确保桩群共同工作效率最高4设计承台承台是连接上部结构和桩的构件，需要计算其厚度和配筋承台设计应确保荷载均匀传递给各桩，并能抵抗弯矩和剪力作用桩基础设计是一项复杂的工作，涉及地质、力学、材料和施工等多方面知识桩的设计不仅要满足承载力要求，还需考虑沉降控制、水平位移限制等使用性要求对于桩群，还需考虑群桩效应对单桩承载力的影响在实际工程中，桩基设计往往需要结合现场试桩结果进行调整和优化对于重要工程，应进行全面的桩基监测，包括施工过程监测和使用阶段监测，以验证设计的合理性并积累经验地基处理方法

8.4换填法1挖出软弱土，换填砂石、碎石等材料夯实法2通过机械夯击增加土体密度和强度排水固结法3通过竖向排水加速软土固结注浆法4向土体注入浆液，填充孔隙或形成固结体深层搅拌法5将固化剂与原位土搅拌，形成水泥土桩地基处理是改善地基土工程性质的技术措施，目的是提高地基承载力、减少沉降、防止液化等选择合适的地基处理方法需要考虑地质条件、工程要求、施工条件和经济因素等对于不同类型的地基问题，应采用针对性的处理方法如对于软弱土地基，可采用排水固结、深层搅拌等方法；对于湿陷性黄土，可采用湿陷处理或化学加固；对于膨胀土，则需采取防水、隔水或化学改良等措施在实际工程中，常常需要组合使用多种处理方法，以达到最佳效果第九章结构抗震设计抗震设计理念地震作用分析现代抗震设计采用小震不坏、中地震作用是结构设计中需要考虑震可修、大震不倒的设计理念，的重要荷载之一本章将详细说强调结构在不同水平地震作用下明地震作用的计算方法，包括反的性能目标本章将介绍抗震设应谱法和时程分析法等计的基本原则和方法结构抗震措施提高结构抗震性能需要采取一系列特殊措施本章将介绍各类结构的抗震构造要求和设计方法，帮助学生掌握抗震设计的实际应用在地震多发区，结构抗震设计是保障人民生命财产安全的重要手段本章将系统介绍建筑结构抗震设计的理论基础和实践方法，使学生了解地震作用的特点和结构抗震的基本原理，掌握各类结构的抗震设计方法抗震设计基本概念

9.132设防烈度设计地震分组我国抗震设计将设防烈度分为

6、

7、

8、9度，用于确按照发生概率和破坏程度，地震分为多遇地震（50年定结构的抗震设计要求设防烈度越高，对结构的抗超越概率63%）和罕遇地震（50年超越概率2-3%）两震要求越严格个水平，分别对应不同的结构性能目标3场地类别场地条件对地震波的传播和放大有显著影响，我国规范将场地分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四类，用于调整地震作用的计算抗震设计的核心是理解地震作用的特点和结构抗震性能的要求地震作用具有随机性、多向性和反复性等特点，对结构造成复杂的动力效应结构抗震设计需要综合考虑强度、刚度和延性三个方面，确保结构在地震作用下有足够的安全储备现代抗震设计理念强调多道防线，即通过多种技术措施共同保障结构安全除了传统的抗力设计，还引入了基于位移的设计方法和性能化设计理念，使抗震设计更加合理和经济同时，抗震设计还需要考虑非结构构件的保护和功能维持，确保建筑在地震后的可用性抗震等级与措施

9.2抗震等级适用条件主要要求特殊措施一级

8、9度区重要建筑最严格的抗震要求加强延性构造，提高材料等级二级7度区重要建筑，较高的抗震要求采用抗震墙，加强

8、9度区普通建筑节点设计三级6度区重要建筑，7基本的抗震要求增加结构整体性，度区普通建筑控制变形四级6度区普通建筑最低的抗震要求基本的抗震构造措施抗震等级是根据建筑重要性和当地设防烈度确定的，不同抗震等级的结构需要采取不同的抗震措施抗震等级越高，设计要求越严格，抗震措施越全面抗震措施包括结构布置优化、构件设计加强和特殊构造详图等多方面对于重要建筑，除了按照规范要求进行设计外，还应考虑采用隔震、消能等先进技术，提高结构的抗震性能对于既有建筑的抗震加固，需要根据结构类型和抗震性能评估结果，选择适当的加固方法，如增设支撑、加大截面、增设剪力墙等结构布置要求

9.3简单规则1平面与立面形式简单、规则、对称均匀连续2刚度、质量和强度分布均匀连续抵抗平衡3各方向抗侧力构件布置平衡整体刚性4楼盖具有足够平面刚度结构布置是抗震设计的首要环节，良好的结构布置可以避免地震作用下的应力集中和扭转效应，提高结构的整体抗震性能抗震结构应尽量采用规则、对称的平面和立面形式，避免平面和竖向的不规则性当建筑功能需要采用不规则布置时，应采取措施减小不规则性的不利影响，如设置抗震缝将建筑分割成规则单元、增强薄弱部位的抗震能力、采用更精确的分析方法等对于高层建筑，还应控制结构的周期比，避免发生扭转耦合振动在抗震设计中，合理的结构布置往往比复杂的计算更为重要构件抗震设计

9.4框架梁柱剪力墙框架结构的梁柱是抗震的关键构件，设计时应遵循强柱弱梁、强剪力墙是抵抗水平力的主要构件，设计时应注意墙体布置的均匀性剪弱弯的原则，确保塑性铰首先出现在梁端而非柱端，避免形成和边缘构件的加强剪力墙的抗震设计强调提高墙体的延性和耗能软层机制梁柱设计需要考虑正负弯矩作用，采取加强箍筋约束等能力，特别是墙底部塑性铰区域需要采取特殊的构造措施措施提高延性•墙厚不宜小于200mm•柱的轴压比不宜过大，一般控制在

0.7以下•墙身配筋率不应小于

0.25%•柱的配筋率一般不小于1%•边缘构件应采用密集箍筋约束•梁端应加密箍筋，间距不大于100mm•墙体开洞应注意洞口周围加强•节点区应强化构造措施构件抗震设计的核心是提高构件的延性和耗能能力，使结构在强震作用下能够通过塑性变形耗散地震能量，避免脆性破坏这就要求在保证构件有足够承载力的同时，特别注重构造细节的设计，如箍筋加密、锚固加强、节点区加强等除了框架和剪力墙外，其他构件如基础、连接节点、楼盖系统等也需要进行抗震设计基础设计应考虑地震作用下的附加弯矩和倾覆效应；连接节点应有足够的强度和延性；楼盖系统应有足够的平面刚度，能够将水平力传递到竖向抗侧力构件第十章高层建筑结构设计高层建筑结构设计是建筑结构设计的重要分支，具有系统复杂、荷载多变、安全要求高等特点本章将系统介绍高层建筑结构的基本理论和设计方法，包括结构体系、荷载分析、框架结构、剪力墙结构和框架-剪力墙结构的设计等内容随着城市化进程的加速和土地资源的紧张，高层建筑在现代城市中扮演着越来越重要的角色高层建筑结构设计不仅要考虑重力荷载，还需特别关注风荷载和地震作用的影响，确保结构在各种极端条件下的安全性和使用性高层建筑结构体系

10.1框架结构由梁、柱组成的框架承担竖向和水平荷载适用于15层以下的中低层建筑，特点是空间灵活，但抗侧刚度较弱，高度受限剪力墙结构以剪力墙为主要抗侧力构件的结构体系具有抗侧刚度大、整体性好的特点，适用于30层以下的住宅建筑，但空间布置受限框架-剪力墙结构框架和剪力墙共同工作的结构体系兼具框架的空间灵活性和剪力墙的抗侧刚度，适用于40层以下的高层建筑筒体结构以外筒、核心筒或多筒体组成的结构体系具有超强的抗侧能力，适用于超高层建筑，可达100层以上，但结构复杂，造价高高层建筑结构体系的选择是高层结构设计的首要问题，直接关系到结构的安全性、经济性和建筑功能的实现选择合适的结构体系需要考虑建筑高度、平面形式、功能要求、抗侧刚度需求、施工条件和经济因素等多方面因素现代高层建筑往往采用混合结构体系，如底部框架-核心筒、上部转换为框架-支撑等，以适应不同高度和功能区的需求同时，新材料和新技术的应用，如高性能混凝土、高强钢材、阻尼器和隔震技术等，也为高层建筑结构提供了更多选择和可能高层建筑荷载分析

10.2框架结构设计

10.3框架柱设计框架梁设计节点区设计楼板系统设计框架柱是高层框架的关键构件，承担框架梁与柱共同形成抗侧力体系，设节点是梁柱力传递的关键部位，设计楼板不仅承担竖向荷载，还是传递水竖向荷载和部分水平荷载柱的设计计时需考虑重力荷载和地震作用引起时需验算核心区的剪力承载能力，并平力的关键构件设计时需确保楼板需考虑轴力和弯矩的组合效应，控制的反向弯矩梁的配筋应均衡上下采取加强措施确保节点的整体性和延有足够的平面刚度，能将水平力传递轴压比，保证足够的延性和稳定性筋，保证正负弯矩的承载能力性到竖向构件框架结构是高层建筑中常用的结构形式，特别适用于办公、商业等需要大开间的建筑框架结构设计的核心是保证结构的侧向刚度和整体稳定性，同时满足强度和延性要求在高层框架设计中，常常需要通过增大梁柱截面、增设支撑或剪力墙等方式提高结构的抗侧刚度现代框架结构设计还需考虑施工便利性和经济性，如采用标准化截面设计、优化配筋方案、合理选择混凝土强度等对于超过20层的高层建筑，纯框架结构的侧向刚度往往不足，需要采用框架-支撑、框架-剪力墙或筒体等混合结构形式剪力墙结构设计

10.4墙体布置墙体设计•墙体应均匀布置，避免扭转效应•墙厚一般不小于200mm•主要受力墙宜双向布置•配筋率不小于

0.25%•开洞应避免削弱墙体强度•竖向钢筋宜双排布置•相邻墙体宜形成封闭空间•水平钢筋控制温度裂缝边缘构件•高层墙底必须设置边缘构件•边缘构件宽度不小于墙厚的

1.5倍•配置密集箍筋提高延性•纵筋锚固长度增加50%剪力墙结构是高层住宅常用的结构形式，具有抗侧刚度大、整体性好、适用性强等优点剪力墙结构设计的核心是墙体的合理布置和配筋设计，既要保证结构的抗侧能力，又要满足建筑功能的需要高层剪力墙结构设计需要特别关注墙底部的应力集中区域，通常采用加大墙厚、增设边缘构件、加强配筋等措施提高墙体的承载能力和延性对于超过30层的高层建筑，往往需要采用剪力墙-框架或筒体等混合结构形式，以满足抗侧刚度和使用空间的双重要求框架剪力墙结构设计

10.5-协同工作机制剪力墙设计1框架和剪力墙共同抵抗水平力提供主要抗侧刚度和承载力2连接构造4框架设计3确保框架与墙体的有效连接分担部分水平力，提供空间灵活性框架-剪力墙结构是高层建筑中最常用的混合结构体系，兼具框架的空间灵活性和剪力墙的抗侧刚度在这种结构中，剪力墙承担主要的水平力，而框架则分担部分水平力并提供更大的布置灵活性框架-剪力墙结构适用于20-40层的高层建筑，是现代高层住宅、办公楼的主要结构形式框架-剪力墙结构设计的难点在于协调框架和剪力墙的变形，使两者能够有效共同工作由于剪力墙和框架的变形特性不同（剪力墙以弯曲变形为主，框架以剪切变形为主），高层建筑中往往出现上部框架分担过多水平力的现象设计时需通过调整构件刚度、设置转换层或加强连接等措施，优化内力分布，提高结构效率结构设计实例分析住宅建筑办公建筑商业建筑某30层住宅采用框架-剪力墙结构，基础为桩某45层办公楼采用核心筒-外框架结构，核心某大型商业综合体采用混合结构体系，地下筏结合设计过程中重点解决了大开间底商筒布置电梯井和设备间，外框架提供灵活的为框架-剪力墙，地上低区为大跨度钢框架，与上部住宅的转换问题，通过设置转换层采办公空间设计中通过增大核心筒墙厚和加高区为框架-核心筒设计中通过设置隔震用较深的转换梁，实现了功能和结构的统强外框架连接，有效控制了风荷载下的侧向层，有效隔离了地震作用，并在高区采用阻一竖向抗侧力构件均匀布置，有效避免了位移和加速度，保证了使用舒适度尼器减小风振反应扭转效应通过实例分析，我们可以看到结构设计是一个综合考虑多种因素的复杂过程，需要在满足安全性的前提下，兼顾经济性、施工性和建筑功能成功的结构设计方案往往是多方协作、反复优化的结果，体现了结构工程师的专业水平和创新能力课程总结与展望知识体系回顾本课程系统介绍了建筑结构设计的基本原理和方法，从结构概论、材料特性、荷载分析到各类结构的设计方法，构建了完整的结构设计知识体系通过理论讲解和案例分析，帮助学生掌握了结构设计的基本技能能力培养成果通过本课程的学习，学生应当具备了独立完成一般建筑结构设计的能力，包括结构选型、荷载计算、内力分析、构件设计等同时培养了学生的工程判断力和创新思维，为今后的专业发展奠定了基础行业发展趋势建筑结构设计正经历着深刻变革BIM技术的应用使设计过程更加直观高效；参数化设计和优化算法促进了结构形式的创新；绿色低碳理念推动了结构材料和设计方法的革新；性能化设计理念使结构设计更加合理和经济未来学习方向建议学生在掌握基础知识的同时，关注新技术、新材料、新方法的发展，持续学习和实践可以在BIM应用、计算力学、抗震新技术、绿色建筑等方向深入研究，不断提升专业能力和创新能力建筑结构设计是一门理论与实践紧密结合的学科，需要不断学习和实践才能真正掌握希望通过本课程的学习，同学们不仅掌握了基本知识和技能，更培养了严谨的工程态度和持续学习的习惯，为成为优秀的结构工程师打下坚实基础。