土木工程结构概念与体系 第1章 序论
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问题：由设计要求，该结构应采用什么形式？你们设计 时为什么采用这种结构形式？是如何思考的？ 我们同学实际设计出的结构形式种类有： 矩形桁架；三角形桁架；梯形桁架；倒梯形桁架；
弓形桁架
拱
主次梁结构；
其他
这是什么结构？
2、关于结构方案设计的思考
（1）、根据制作结构的材料为木条，设计的结构形式最好为桁 架，因为桁架是由杆系组成的。 （2）、该屋架的整体受力情况：跨度1米，跨中承担2个集中 荷载。 （3）、整体结构的计算简图是来自百度文库么样？
结构概念和体系
第一章 序论
为什么要开这门课 由屋盖设计性试验引出的问题 这门课的内容
一、为什么要开这门课
1、土木工程专业的培养目标：掌握土木工程学科的基本 理论和基本知识，获得土木工程师基本训练 具有创新精 神的高级工程技术人才。 2、自问我们的基本理论、基本知识学的如何？我们的基 本训练作的如何？什么是基本知识？基本理论？基本训 练？ 3、力学知识；结构知识；房屋建筑学知识等；房屋建造 知识；结构设计理论；制图训练；设计训练；实验训练； 实习训练等。
三、结构设计的步骤（层次分析法）
1、结构的方案设计：对结构的整体受力进行总体分析， 根据结构的基本知识和概念，确定结构的基本方案和各部 分组成。（三维设计分析） 2、结构的初步设计：对结构进行简单的计算和分析，基 本确定结构各部分和各杆件的截面和重要的构造，必要时 修改方案。（二维设计分析） 3、结构施工图设计：进行详细的计算设计，根据实际确 定详细的可以实施的结构图。（一维设计分析，细部设计 分析）
4、屋架设计中的层次设计分析法 （1）三维分析：对结构上的作用和结构性能进行整体分析。
（2）二维分析：分析组成三维的二维体系，单榀屋架和支撑。 （3）一维分析：构件分析。 （4）细部分析：截面，节点，支座，构造等。
四、这门课的内容
总结构体系 ： 三维分析 中结构的 概念 二维分析 中结构的 概念 一维分析 中结构的 概念 整体性及主要分体系的关系。 总体系的方案分析 结构荷载与结构反应 水平分体系的整体设计 竖向分体系的整体设计 直线型水平构件 直线型竖向构件
4、发现学生的结构整体概念较差。对结构进行总体分析 的能力较差。 5、发现学生不能有机地将基本力学知识同结构知识和施 工知识结合起来。 6、学生只会按已知条件求解，不会自己进行分析，解决 问题。 7、希望通过该课程的学习，用整体的观点将已学的力学 知识（理论力学，材料力学，结构力学等）和结构知识 （钢筋砼结构，钢结构，基础工程，抗震结构，高层结构 等）有机的结合起来，并较好地掌握这些基本知识，灵活 地运用这些知识。
结
束
（4）、根据整体结构的弯矩图，采用什么样的结构形式最经济 合理？为什么？
3、弯矩图和抵抗弯矩图的概念及应用
根据题目的要求（荷载/自重比最大），及弯矩图和抵抗 弯矩图的关系，结构形式为梯形桁架（倒梯形桁架）、弓 形桁架等最为经济。
梯形和倒梯形 的抵抗弯矩图
弯矩图
弓形桁架的抵 抗弯矩图
4、结构的进一步设计
二、由屋盖设计性试验引出的问题
设计要求：设计一屋盖结构模型，覆盖的空间为 1000mm×250mm。结构形式不限， 跨度为 1000mm 。 在该结构的跨中等距离作用2个集中荷载 。 制作材料:木条，乳胶，铁钉等。 评定标准:按试验破坏荷载与自重比高者为优。按设计 计算好的为优。
1、由设计要求如何进行结构的方案设计
5、杆件的内力分析——三角桁架的内力分析
（1）分析杆件的重要性；上弦杆；下弦杆；腹杆。 （2）改进结构的形式；如何改进？ （3）根据内力选择杆件；什么杆需要大，什么杆可小些？ （4）根据内力设计节点：拉杆、压杆节点如何设计？
5、杆件的内力分析——梯形桁架内力分析
（1）分析杆件的重要性； （2）改进结构的形式； （3）根据内力选择杆件； （4）根据内力设计节点
6、结构细部的设计
（1）压杆稳定问题。 （2）节点设计：受拉节点的设计，受压节点的设 计，如何使节点有效地传递内力。 （3）支座的设计和加载点的设计。 （4）结构的三维设计。桁架是平面结构（二维），必须 将平面结构变成三维结构，结构才能站立起来。 如何在两榀桁架间设置支撑？ 支撑的作用是什么？ 整体稳定和局部稳定的问题。
根据整体结构的弯矩图M 和剪力图V，分析得桁架 的跨中主要是弯矩作用， 上下弦杆最重要，支座和 集中荷载之间有弯矩和剪 力存在，上下弦杆和腹杆 都重要。 为什么？ V M
5、杆件的内力分析——矩形桁架内力分析
（1）分析杆件的重要性；上弦杆；下弦杆；腹杆。 （2）改进结构的形式；如何改进？ （3）根据内力选择杆件；什么杆需要大，什么杆可小 些？ （4）根据内力设计节点：拉杆、压杆节点如何设计？
客观事实是，凡是概念设计做的好的结构工程师，其结构 概念是随年龄与实践的增长而越来越丰富，设计成果也越 来越创新、完美。 反之，只会依赖规范、设计手册、计算机程序做习惯性传 统设计的结构工程师，特别是在一体化计算机设计全面应 用的今天，随着年龄的增长会导致连大学学过的基本概念 都忘却，更谈不上设计成果的创新。 概念设计可以借助概念性简化计算来完成，虽有一定的误 差，但概念清楚，定性准确，手算简便、快捷，能很快选 择和确定最佳方案。同时也是施工图设计阶段判断计算机 计算结果可靠与否的主要依据。
译者的话
先进的设计思想可以通过概念设计充分地体现。一个结构 项目工程师的主要任务就是在特定的建筑空间中用整体概 念来设计结构的总方案，并有意识地利用总结构体系与各 基本体系之间的力学关系，而不仅仅是能精确的计算和分 析一个给定的分体系或构件。 国际上公认的优秀的结构设计，都是由一种或几种基本分 体系有机地组合而成。这一方面要求结构工程师具有追求 尽善尽美的设计思想，同时也要求具备丰富的、踏实的整 体结构概念和基本分体系的相互比较概念。
6、结构细部设计
（1） 分析结构，注意不要成为几何可变体和几何瞬变体。 零杆问题，是否可以去除，去除零杆后有无其它后果。拉 压杆的判断。 （2）根据内力选择杆件。杆件的主要受力为轴力，但仍 然有弯矩和剪力的存在。选择杆件时一是注意杆件的截面 面积，也要注意杆件的抗弯刚度。如木条是矩形的，应如 何放置较为合理？
弓形桁架
拱
主次梁结构；
其他
这是什么结构？
2、关于结构方案设计的思考
（1）、根据制作结构的材料为木条，设计的结构形式最好为桁 架，因为桁架是由杆系组成的。 （2）、该屋架的整体受力情况：跨度1米，跨中承担2个集中 荷载。 （3）、整体结构的计算简图是来自百度文库么样？
结构概念和体系
第一章 序论
为什么要开这门课 由屋盖设计性试验引出的问题 这门课的内容
一、为什么要开这门课
1、土木工程专业的培养目标：掌握土木工程学科的基本 理论和基本知识，获得土木工程师基本训练 具有创新精 神的高级工程技术人才。 2、自问我们的基本理论、基本知识学的如何？我们的基 本训练作的如何？什么是基本知识？基本理论？基本训 练？ 3、力学知识；结构知识；房屋建筑学知识等；房屋建造 知识；结构设计理论；制图训练；设计训练；实验训练； 实习训练等。
三、结构设计的步骤（层次分析法）
1、结构的方案设计：对结构的整体受力进行总体分析， 根据结构的基本知识和概念，确定结构的基本方案和各部 分组成。（三维设计分析） 2、结构的初步设计：对结构进行简单的计算和分析，基 本确定结构各部分和各杆件的截面和重要的构造，必要时 修改方案。（二维设计分析） 3、结构施工图设计：进行详细的计算设计，根据实际确 定详细的可以实施的结构图。（一维设计分析，细部设计 分析）
4、屋架设计中的层次设计分析法 （1）三维分析：对结构上的作用和结构性能进行整体分析。
（2）二维分析：分析组成三维的二维体系，单榀屋架和支撑。 （3）一维分析：构件分析。 （4）细部分析：截面，节点，支座，构造等。
四、这门课的内容
总结构体系 ： 三维分析 中结构的 概念 二维分析 中结构的 概念 一维分析 中结构的 概念 整体性及主要分体系的关系。 总体系的方案分析 结构荷载与结构反应 水平分体系的整体设计 竖向分体系的整体设计 直线型水平构件 直线型竖向构件
4、发现学生的结构整体概念较差。对结构进行总体分析 的能力较差。 5、发现学生不能有机地将基本力学知识同结构知识和施 工知识结合起来。 6、学生只会按已知条件求解，不会自己进行分析，解决 问题。 7、希望通过该课程的学习，用整体的观点将已学的力学 知识（理论力学，材料力学，结构力学等）和结构知识 （钢筋砼结构，钢结构，基础工程，抗震结构，高层结构 等）有机的结合起来，并较好地掌握这些基本知识，灵活 地运用这些知识。
结
束
（4）、根据整体结构的弯矩图，采用什么样的结构形式最经济 合理？为什么？
3、弯矩图和抵抗弯矩图的概念及应用
根据题目的要求（荷载/自重比最大），及弯矩图和抵抗 弯矩图的关系，结构形式为梯形桁架（倒梯形桁架）、弓 形桁架等最为经济。
梯形和倒梯形 的抵抗弯矩图
弯矩图
弓形桁架的抵 抗弯矩图
4、结构的进一步设计
二、由屋盖设计性试验引出的问题
设计要求：设计一屋盖结构模型，覆盖的空间为 1000mm×250mm。结构形式不限， 跨度为 1000mm 。 在该结构的跨中等距离作用2个集中荷载 。 制作材料:木条，乳胶，铁钉等。 评定标准:按试验破坏荷载与自重比高者为优。按设计 计算好的为优。
1、由设计要求如何进行结构的方案设计
5、杆件的内力分析——三角桁架的内力分析
（1）分析杆件的重要性；上弦杆；下弦杆；腹杆。 （2）改进结构的形式；如何改进？ （3）根据内力选择杆件；什么杆需要大，什么杆可小些？ （4）根据内力设计节点：拉杆、压杆节点如何设计？
5、杆件的内力分析——梯形桁架内力分析
（1）分析杆件的重要性； （2）改进结构的形式； （3）根据内力选择杆件； （4）根据内力设计节点
6、结构细部的设计
（1）压杆稳定问题。 （2）节点设计：受拉节点的设计，受压节点的设 计，如何使节点有效地传递内力。 （3）支座的设计和加载点的设计。 （4）结构的三维设计。桁架是平面结构（二维），必须 将平面结构变成三维结构，结构才能站立起来。 如何在两榀桁架间设置支撑？ 支撑的作用是什么？ 整体稳定和局部稳定的问题。
根据整体结构的弯矩图M 和剪力图V，分析得桁架 的跨中主要是弯矩作用， 上下弦杆最重要，支座和 集中荷载之间有弯矩和剪 力存在，上下弦杆和腹杆 都重要。 为什么？ V M
5、杆件的内力分析——矩形桁架内力分析
（1）分析杆件的重要性；上弦杆；下弦杆；腹杆。 （2）改进结构的形式；如何改进？ （3）根据内力选择杆件；什么杆需要大，什么杆可小 些？ （4）根据内力设计节点：拉杆、压杆节点如何设计？
客观事实是，凡是概念设计做的好的结构工程师，其结构 概念是随年龄与实践的增长而越来越丰富，设计成果也越 来越创新、完美。 反之，只会依赖规范、设计手册、计算机程序做习惯性传 统设计的结构工程师，特别是在一体化计算机设计全面应 用的今天，随着年龄的增长会导致连大学学过的基本概念 都忘却，更谈不上设计成果的创新。 概念设计可以借助概念性简化计算来完成，虽有一定的误 差，但概念清楚，定性准确，手算简便、快捷，能很快选 择和确定最佳方案。同时也是施工图设计阶段判断计算机 计算结果可靠与否的主要依据。
译者的话
先进的设计思想可以通过概念设计充分地体现。一个结构 项目工程师的主要任务就是在特定的建筑空间中用整体概 念来设计结构的总方案，并有意识地利用总结构体系与各 基本体系之间的力学关系，而不仅仅是能精确的计算和分 析一个给定的分体系或构件。 国际上公认的优秀的结构设计，都是由一种或几种基本分 体系有机地组合而成。这一方面要求结构工程师具有追求 尽善尽美的设计思想，同时也要求具备丰富的、踏实的整 体结构概念和基本分体系的相互比较概念。
6、结构细部设计
（1） 分析结构，注意不要成为几何可变体和几何瞬变体。 零杆问题，是否可以去除，去除零杆后有无其它后果。拉 压杆的判断。 （2）根据内力选择杆件。杆件的主要受力为轴力，但仍 然有弯矩和剪力的存在。选择杆件时一是注意杆件的截面 面积，也要注意杆件的抗弯刚度。如木条是矩形的，应如 何放置较为合理？