工程結構設計基礎作業(yè)指導書

工程結構設計基礎作業(yè)指導書TOC\o"1-2"\h\u14879第1章緒論 4243561.1工程結構設計的基本概念 446811.2設計原則與設計標準 4224481.3工程結構設計的一般步驟 423202第2章結構設計基本知識 5187592.1結構體系與結構類型 510522.1.1結構體系概述 5142752.1.2結構類型及其特點 5181892.2結構受力分析 5221152.2.1結構受力概述 6319842.2.2靜力平衡方程 699922.2.3結構內力分析 6156652.2.4結構變形計算 6133962.3結構材料及力學功能 6320692.3.1常用結構材料 6178802.3.2材料力學功能指標 6139832.3.3材料選用原則 69913第3章荷載與作用 6269523.1荷載分類與荷載組合 667733.1.1荷載分類 6184563.1.2荷載組合 7144943.2永久荷載 710033.2.1定義 7286313.2.2常見永久荷載 754453.3可變荷載 7126323.3.1定義 782513.3.2常見可變荷載 745273.4偶然荷載與地震作用 7114323.4.1偶然荷載 7206553.4.2地震作用 831983第4章結構計算簡圖與受力分析 824704.1結構計算簡圖 8245314.1.1結構計算簡圖的概念 856994.1.2結構計算簡圖的繪制方法 8323164.2結構受力分析方法 8168694.2.1靜力平衡方程 8276084.2.2受力分析方法 861844.3結構位移計算 8148334.3.1結構位移的概念 9125074.3.2結構位移計算方法 915364.3.3結構位移控制標準 911476第5章鋼筋混凝土結構設計 924955.1鋼筋混凝土材料功能 9292425.1.1混凝土 983845.1.2鋼筋 9277075.2鋼筋混凝土構件承載力計算 961045.2.1受彎構件承載力計算 9289955.2.2受壓構件承載力計算 10319765.2.3受拉構件承載力計算 10195125.3鋼筋混凝土構件裂縫與變形控制 1065895.3.1裂縫控制 1021165.3.2變形控制 10233265.4鋼筋混凝土構件連接設計 10235995.4.1鋼筋連接設計 10116005.4.2混凝土連接設計 10146875.4.3構件間連接設計 1024971第6章鋼結構設計 11255856.1鋼結構材料功能 1131216.1.1材料種類及標準 11257406.1.2材料力學功能 1125166.1.3材料選用原則 11271036.2鋼結構連接設計 1123756.2.1連接方式 1179056.2.2焊接連接設計 11110846.2.3螺栓連接設計 11256836.3鋼結構構件承載力計算 1132296.3.1軸心受力構件 1138586.3.2受彎構件 11300566.3.3壓彎構件 1267156.4鋼結構穩(wěn)定性分析 123686.4.1整體穩(wěn)定性 12294926.4.2局部穩(wěn)定性 12282756.4.3構件穩(wěn)定性 12304716.4.4穩(wěn)定性設計要點 1227270第7章砌體結構設計 12132547.1砌體材料及力學功能 12190747.1.1砌體材料 12219587.1.2砌體力學功能 1242897.2砌體構件承載力計算 12102257.2.1砌體受壓構件承載力計算 12119477.2.2砌體受拉構件承載力計算 1219317.2.3砌體受彎構件承載力計算 13327557.3砌體結構抗震設計 13284317.3.1抗震設計原則 13134267.3.2砌體結構抗震措施 1364227.3.3砌體結構抗震計算 13179087.4砌體結構連接與構造設計 138757.4.1砌體結構連接設計 13167727.4.2砌體結構構造設計 1370887.4.3砌體結構細部設計 1310226第8章木結構設計 13272078.1木材材料功能 1319608.1.1木材的種類與選用 13300398.1.2木材的物理功能 14169058.1.3木材的力學功能 1495088.2木結構構件設計 14166268.2.1木結構構件分類 14317718.2.2木結構構件的受力分析 14176838.2.3木結構構件的尺寸計算 14184938.3木結構連接設計 14318018.3.1木結構連接的分類 14247768.3.2木結構連接的受力分析 14181148.3.3木結構連接的尺寸計算 14231258.4木結構防護與防火設計 1435328.4.1木結構防護設計 14114618.4.2木結構防火設計 15225088.4.3防護與防火材料的選用 1525010第9章地基基礎設計 15308179.1地基與基礎的基本概念 15223329.2地基承載力分析 15217979.3基礎設計原理 15170029.4地基處理與加固 1525166第10章結構施工與驗收 161369110.1結構施工基本要求 16961910.1.1施工前應充分理解設計圖紙和工程要求，保證施工過程符合設計規(guī)范和標準。 162095710.1.2施工單位應具備相應的資質和施工能力，施工人員應具備相應的專業(yè)技能和經驗。 162738810.1.3施工過程中應嚴格按照施工方案和施工圖紙進行，保證結構施工質量。 161909910.1.4施工材料應符合國家及行業(yè)標準，需進行嚴格的進場檢驗，保證材料質量。 162355010.1.5施工設備應滿足工程需求，保證施工過程中的安全性和可靠性。 161728310.2結構施工組織與管理 162984810.2.1施工單位應建立健全施工組織機構，明確各級管理人員職責。 161494310.2.2編制施工組織設計，明確施工流程、施工方法、施工順序及施工平面布置。 162819910.2.3施工現(xiàn)場應實行標準化管理，保證施工秩序井然，提高施工效率。 162122410.2.4做好施工進度計劃，合理分配施工資源，保證工程按時完成。 161383510.3結構施工質量驗收 162543810.3.1施工過程中應進行質量自檢、互檢、專檢，保證施工質量符合要求。 163029910.3.2施工單位應按照驗收規(guī)范和標準進行分階段、分部位驗收，及時整改不合格項目。 162021210.3.3建立完整的施工質量記錄，為工程驗收提供依據。 171054110.3.4工程驗收時應組織有關各方參加，保證驗收過程公正、公平。 172570110.4結構施工安全與環(huán)境保護措施 171312710.4.1施工現(xiàn)場應建立健全安全管理制度，加強安全培訓，提高施工人員安全意識。 172724810.4.2施工過程中應嚴格遵守國家及地方有關安全法規(guī)，保證施工安全。 171054910.4.3施工現(xiàn)場應采取有效措施，防止環(huán)境污染和生態(tài)破壞，保護環(huán)境。 17437510.4.4加強施工現(xiàn)場文明施工管理，營造良好的施工環(huán)境。 17第1章緒論1.1工程結構設計的基本概念工程結構設計是指根據工程項目的使用功能、安全性、經濟性、美觀性等要求，運用科學技術原理和方法，對工程結構進行合理布局和構造設計的過程。工程結構設計是保證工程建設安全、適用、經濟、美觀的關鍵環(huán)節(jié)，涉及到建筑、橋梁、隧道、水利等多個領域。1.2設計原則與設計標準工程結構設計應遵循以下原則：（1）安全可靠原則：保證工程結構在使用過程中，能夠承受各種荷載作用，不發(fā)生破壞，保證人民生命財產安全。（2）適用性原則：工程結構設計應滿足使用功能要求，為使用者提供舒適、便捷的使用環(huán)境。（3）經濟性原則：在滿足安全、適用、美觀的前提下，力求降低工程成本，提高投資效益。（4）美觀性原則：工程結構設計應注重外觀造型和內部空間布局，體現(xiàn)時代精神和地方特色。工程結構設計應依據以下標準：（1）國家標準和行業(yè)規(guī)范：如《建筑結構荷載規(guī)范》、《混凝土結構設計規(guī)范》等。（2）地方標準和規(guī)定：根據工程項目所在地的地理、氣候、文化等特點，遵循相應的地方標準。1.3工程結構設計的一般步驟（1）前期調研：了解工程項目背景、功能需求、建設地點等基本情況，收集相關資料。（2）方案設計：根據前期調研結果，提出工程結構設計方案，包括結構形式、材料、布局等。（3）初步設計：對方案設計進行細化，確定結構尺寸、構件布置、連接方式等。（4）施工圖設計：根據初步設計，繪制詳細施工圖紙，包括結構施工圖、節(jié)點詳圖等。（5）結構分析：運用力學原理和計算方法，對工程結構進行內力分析、穩(wěn)定性分析等。（6）設計校核：對結構設計結果進行校核，保證滿足設計原則和標準。（7）編制設計文件：整理設計資料，編制設計說明書、施工圖紙等。（8）設計交底：向施工方、業(yè)主方等相關人員解釋設計意圖和施工要求。（9）施工服務：在施工過程中，為施工方提供技術支持和指導，保證工程質量。通過以上步驟，完成工程結構設計工作。第2章結構設計基本知識2.1結構體系與結構類型2.1.1結構體系概述結構體系是指建筑物或工程結構中，各部分構件相互連接、協(xié)同工作的整體。合理的結構體系有助于保證結構的安全、經濟和適用性。常見的結構體系包括：框架結構、剪力墻結構、框架剪力墻結構、筒體結構等。2.1.2結構類型及其特點（1）梁板結構：由梁和板組成，適用于中小跨度的建筑物。（2）框架結構：由框架柱、梁、板組成，適用于多層和高層建筑物。（3）剪力墻結構：主要由剪力墻組成，適用于高層住宅和公寓。（4）框架剪力墻結構：結合框架和剪力墻的優(yōu)點，適用于高層和超高層建筑物。（5）筒體結構：以筒體為核心，適用于超高層建筑物。2.2結構受力分析2.2.1結構受力概述結構受力分析是對建筑物或工程結構在各種荷載作用下的內力、變形和穩(wěn)定性進行計算和分析的過程。結構受力分析是保證結構安全、合理設計的基礎。2.2.2靜力平衡方程靜力平衡方程是描述結構受力過程中力的平衡狀態(tài)，包括：力的平衡方程、彎矩平衡方程和剪力平衡方程。2.2.3結構內力分析結構內力分析主要包括：彎矩、剪力、軸力的計算。根據不同結構體系，可選用相應的計算方法，如：彎矩分配法、剪力分配法、力法等。2.2.4結構變形計算結構變形計算主要分析結構在荷載作用下的位移、沉降、傾斜等。常用的計算方法有：彈性理論法、有限元法、經驗公式法等。2.3結構材料及力學功能2.3.1常用結構材料結構設計中常用的材料包括：鋼材、混凝土、木材、砌體等。不同材料具有不同的力學功能，應合理選用。2.3.2材料力學功能指標（1）彈性模量：描述材料在彈性變形階段的應力與應變關系。（2）屈服強度：材料在塑性變形階段的應力極限。（3）抗拉強度：材料在拉伸過程中的最大承載能力。（4）剪切強度：材料在剪切力作用下的承載能力。（5）抗壓強度：材料在壓縮力作用下的承載能力。2.3.3材料選用原則根據工程特點、使用要求、環(huán)境條件等因素，合理選用結構材料，保證結構的安全、經濟和適用性。同時考慮材料的可獲得性、施工工藝和后期維護等因素。第3章荷載與作用3.1荷載分類與荷載組合3.1.1荷載分類荷載按其性質和作用時間可分為永久荷載、可變荷載和偶然荷載。3.1.2荷載組合荷載組合是指在設計過程中，將不同類型的荷載按一定的規(guī)則同時作用于結構上，以評估結構在不同工況下的響應。荷載組合應遵循以下原則：a.荷載組合應涵蓋所有可能影響結構安全性和適用性的工況；b.荷載組合中的荷載應相互獨立，避免重復計算；c.荷載組合應考慮荷載的實際作用特性，如荷載的分布、作用方向等。3.2永久荷載3.2.1定義永久荷載是指在結構使用過程中始終存在的荷載，其值不隨時間變化或變化極小。3.2.2常見永久荷載a.結構自重：包括構件自重、固定設備自重等；b.土壓力：包括靜止土壓力、主動土壓力和被動土壓力；c.預應力：包括預應力混凝土中的預應力鋼束產生的荷載；d.混凝土收縮、徐變：指混凝土隨時間產生的收縮和徐變效應；e.長期作用下的溫度變化：考慮結構在長期使用過程中，溫度變化對結構的影響。3.3可變荷載3.3.1定義可變荷載是指在結構使用過程中，其值隨時間變化的荷載。3.3.2常見可變荷載a.人員荷載：包括固定人員荷載、臨時人員荷載等；b.裝修荷載：包括樓面、墻面、天花板的裝修材料及設備等；c.車輛荷載：包括汽車、火車等行駛在結構上的荷載；d.雪荷載：指積雪作用在結構上的荷載；e.風荷載：指風力作用在結構上的荷載；f.溫度變化：考慮短期內溫度變化對結構的影響。3.4偶然荷載與地震作用3.4.1偶然荷載偶然荷載是指在結構使用過程中，可能發(fā)生但發(fā)生概率較小的荷載，如爆炸、撞擊等。3.4.2地震作用地震作用是指地震波傳播到結構所在地時，使結構產生慣性力、地面運動對結構產生的動力效應。地震作用的分析和計算應遵循現(xiàn)行地震工程規(guī)范。第4章結構計算簡圖與受力分析4.1結構計算簡圖4.1.1結構計算簡圖的概念結構計算簡圖是在結構分析過程中，將實際結構簡化為便于計算的圖形。它是進行結構受力分析的基礎，主要包括結構的幾何形狀、支座形式、荷載作用位置及大小等。4.1.2結構計算簡圖的繪制方法（1）確定結構類型及幾何尺寸；（2）簡化支座形式，明確支座約束；（3）標注荷載作用位置及大??；（4）忽略對結構受力影響較小的部分，如非承重墻體、裝飾層等；（5）保持結構計算簡圖的清晰、準確。4.2結構受力分析方法4.2.1靜力平衡方程結構受力分析的基本原則是靜力平衡方程，包括：（1）合力為零：結構在豎直方向和水平方向的合力為零；（2）合力矩為零：結構在任意一點的合力矩為零；（3）應力分布：根據結構材料的力學性質，分析應力分布。4.2.2受力分析方法（1）力法：通過求解靜力平衡方程，得到結構內力；（2）位移法：通過求解結構的位移，進而得到結構內力；（3）矩陣法：將結構離散化為單元，利用矩陣運算求解結構的內力及位移；（4）有限元法：利用數值分析方法，對結構進行詳細的受力分析。4.3結構位移計算4.3.1結構位移的概念結構位移是指在荷載作用下，結構各部分相對于原位置的變形。結構位移計算是評估結構安全性和適用性的重要依據。4.3.2結構位移計算方法（1）彈性位移計算：根據彈性理論，計算結構在荷載作用下的位移；（2）塑性位移計算：考慮結構材料的塑性性質，計算結構在荷載作用下的位移；（3）幾何非線性位移計算：考慮結構幾何形狀的非線性影響，計算結構位移；（4）溫度、收縮、徐變等因素引起的位移計算：分析這些因素對結構位移的影響，并進行計算。4.3.3結構位移控制標準根據相關規(guī)范，對結構位移進行控制，保證結構在正常使用狀態(tài)下的安全性、適用性和舒適性。位移控制標準包括位移限值、變形縫設置、支座滑動等。第5章鋼筋混凝土結構設計5.1鋼筋混凝土材料功能5.1.1混凝土（1）混凝土的分類及功能指標（2）混凝土的強度等級與選用（3）混凝土的抗?jié)B、抗碳化功能5.1.2鋼筋（1）鋼筋的分類及功能指標（2）鋼筋的強度等級與選用（3）鋼筋的錨固、焊接功能5.2鋼筋混凝土構件承載力計算5.2.1受彎構件承載力計算（1）受彎構件的受力分析（2）受彎構件的配筋計算（3）受彎構件的撓度控制5.2.2受壓構件承載力計算（1）受壓構件的受力分析（2）受壓構件的配筋計算（3）受壓構件的穩(wěn)定性控制5.2.3受拉構件承載力計算（1）受拉構件的受力分析（2）受拉構件的配筋計算（3）受拉構件的錨固長度設計5.3鋼筋混凝土構件裂縫與變形控制5.3.1裂縫控制（1）裂縫的分類及成因（2）裂縫寬度限值及控制措施（3）裂縫處理方法5.3.2變形控制（1）變形的分類及成因（2）變形限值及控制措施（3）變形監(jiān)測與調整5.4鋼筋混凝土構件連接設計5.4.1鋼筋連接設計（1）鋼筋的焊接連接（2）鋼筋的機械連接（3）鋼筋的錨固連接5.4.2混凝土連接設計（1）混凝土的澆筑連接（2）混凝土的預埋件連接（3）混凝土的預留洞口連接5.4.3構件間連接設計（1）梁柱連接（2）板梁連接（3）剪力墻梁連接第6章鋼結構設計6.1鋼結構材料功能6.1.1材料種類及標準本章主要介紹適用于鋼結構設計中的常用材料及其相關標準。包括碳素結構鋼、低合金高強度結構鋼等，參考標準為國家標準GB/T700《碳素結構鋼》和GB/T1591《低合金高強度結構鋼》。6.1.2材料力學功能詳細闡述各類鋼材的力學功能指標，如屈服強度、抗拉強度、延伸率、冷彎功能等，以便于設計過程中選取合適的材料。6.1.3材料選用原則根據工程特點、使用環(huán)境及經濟性等因素，提出合理的材料選用原則，保證鋼結構的安全、可靠和經濟。6.2鋼結構連接設計6.2.1連接方式介紹鋼結構中常用的連接方式，包括焊接、螺栓連接和高強度螺栓連接等，分析各種連接方式的優(yōu)缺點和適用范圍。6.2.2焊接連接設計闡述焊接連接的設計原則，包括焊接方法、焊接材料、焊縫形式、焊縫質量要求等，并給出相應的設計計算方法。6.2.3螺栓連接設計詳細介紹螺栓連接的設計原則，包括螺栓種類、規(guī)格、預緊力、摩擦面處理等，并給出設計計算方法。6.3鋼結構構件承載力計算6.3.1軸心受力構件針對軸心受力構件，闡述其受力特點、計算方法及構造要求，包括強度、剛度、穩(wěn)定性等方面的計算。6.3.2受彎構件介紹受彎構件的受力特點、計算方法及構造要求，包括彎矩、剪力、軸力共同作用下的強度、剛度、穩(wěn)定性計算。6.3.3壓彎構件針對壓彎構件，闡述其受力特點、計算方法及構造要求，包括強度、剛度、穩(wěn)定性等方面的計算。6.4鋼結構穩(wěn)定性分析6.4.1整體穩(wěn)定性分析鋼結構整體穩(wěn)定性的影響因素，提出相應的計算方法和構造措施，以保證結構整體穩(wěn)定。6.4.2局部穩(wěn)定性針對局部穩(wěn)定性問題，介紹局部失穩(wěn)的類型、影響因素及計算方法，并提出相應的構造措施。6.4.3構件穩(wěn)定性闡述構件穩(wěn)定性計算的一般原則，包括穩(wěn)定性系數、長細比、穩(wěn)定應力等，并給出計算方法。6.4.4穩(wěn)定性設計要點第7章砌體結構設計7.1砌體材料及力學功能7.1.1砌體材料本節(jié)主要介紹砌體結構中常用的材料，包括磚、砌塊、砂漿等，并對各類材料的物理功能、力學功能及耐久功能等進行分析。7.1.2砌體力學功能本節(jié)將闡述砌體的抗壓強度、抗拉強度、抗剪強度等力學功能指標，并對影響砌體力學功能的因素進行分析。7.2砌體構件承載力計算7.2.1砌體受壓構件承載力計算本節(jié)主要介紹砌體受壓構件的承載力計算方法，包括砌體自身的抗壓強度、砌體與砂漿之間的粘結強度等因素的影響。7.2.2砌體受拉構件承載力計算本節(jié)將闡述砌體受拉構件的承載力計算方法，分析砌體抗拉強度、砌縫抗剪強度等對承載力的影響。7.2.3砌體受彎構件承載力計算本節(jié)主要介紹砌體受彎構件的承載力計算方法，包括砌體的抗彎強度、砌縫的抗剪強度等因素的影響。7.3砌體結構抗震設計7.3.1抗震設計原則本節(jié)概述砌體結構抗震設計的基本原則，包括強度、剛度、延性、耗能等方面的要求。7.3.2砌體結構抗震措施本節(jié)詳細介紹砌體結構在地震作用下的抗震措施，包括結構布置、材料選用、構造措施等。7.3.3砌體結構抗震計算本節(jié)闡述砌體結構在地震作用下的抗震計算方法，包括地震作用效應、結構反應譜分析等。7.4砌體結構連接與構造設計7.4.1砌體結構連接設計本節(jié)主要介紹砌體結構中各類連接節(jié)點的設計方法，包括墻體與墻體、墻體與樓蓋、墻體與基礎等連接節(jié)點。7.4.2砌體結構構造設計本節(jié)闡述砌體結構在構造方面的設計要求，包括墻體開洞、門窗設置、女兒墻、排水系統(tǒng)等。7.4.3砌體結構細部設計本節(jié)詳細闡述砌體結構在細部設計方面的要求，包括砌縫處理、預埋件、吊掛件、填充材料等。第8章木結構設計8.1木材材料功能8.1.1木材的種類與選用木材作為傳統(tǒng)的建筑材料，具有重量輕、強度高、抗震性好、加工容易等優(yōu)點。在進行木結構設計時，應根據工程需求、環(huán)境條件及經濟因素，合理選用適合的木材種類。常見的木材種類有針葉木和闊葉木。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、吸濕性、導熱系數等，對木結構設計具有重要意義。木材的物理功能直接影響木結構的使用壽命、穩(wěn)定性和舒適度。8.1.3木材的力學功能木材的力學功能包括抗彎強度、抗壓強度、抗拉強度、抗剪強度等。掌握木材的力學功能，有助于合理設計木結構構件，保證結構安全。8.2木結構構件設計8.2.1木結構構件分類木結構構件主要包括梁、柱、桁架、屋架等。根據構件的作用和受力特點，合理選用和設計木結構構件。8.2.2木結構構件的受力分析對木結構構件進行受力分析，確定其內力分布，為構件設計提供依據。8.2.3木結構構件的尺寸計算依據受力分析和木材的力學功能，計算木結構構件的合理尺寸，保證結構安全。8.3木結構連接設計8.3.1木結構連接的分類木結構連接主要包括榫卯連接、螺栓連接、釘連接等。根據連接部位、受力特點和使用要求，合理選用連接方式。8.3.2木結構連接的受力分析分析木結構連接的受力狀態(tài)，為連接設計提供依據。8.3.3木結構連接的尺寸計算依據受力分析和木材的力學功能，計算木結構連接的合理尺寸，保證連接可靠。8.4木結構防護與防火設計8.4.1木結構防護設計針對木材的吸濕性、生物侵害等弱點，采取相應的防護措施，延長木結構的使用壽命。常見的防護措施包括防腐、防蟲、防水等。8.4.2木結構防火設計木結構防火設計是保障木結構安全的重要措施。根據相關規(guī)范，采取合理的防火措施，提高木結構的防火功能。8.4.3防護與防火材料的選用根據木結構的特點和環(huán)境條件，選用合適的防護與防火材料，保證木結構的安全和環(huán)保。第9章地基基礎設計9.1地基與基礎的基本概念本章主要介紹地基與基礎的基本概念，包括地基的定義、地基土的分類、基礎的功能與分類等。闡述地基的概念，即建筑物與土體之間的相互作用部分，它承受著建筑物的全部荷載，并將這些荷載傳遞至土體內部。對地基土進行分類，包括巖石、砂土、黏土等不同類型的土體，以及它們在工程中的特點與應用。介紹基礎的功能與分類，包括淺基礎、深基礎、擴展基礎、聯(lián)合基礎等，分析各類基礎的適用范圍及優(yōu)缺點。9.2地基承載力分析地基承載力分析是地基基礎設計的關鍵環(huán)節(jié)。本節(jié)主要從以下幾個方面進行闡述：介紹地基承載力的定義，即地基土在建筑物荷載作用下所能承受的最大壓力值。分析影響地基承載力的因素，包括土體性質、基礎尺寸、建筑物荷載特性等。介紹地基承載力的計算方法，如理論計算法、經驗法、原位測試法等。結合實際工程案例，對地基承載力進行合理評估。9.3基礎設計原理基礎設計原理是保證建筑物安全、經濟、適用的基礎。本節(jié)主要包括以下內容：介紹基礎設計的任務和目標