结构概念分析 (4)
第1章附加作业题
图示平面桁架，桁架高度为h=3m，跨度为L=30m。桁架的上弦和下弦截面为钢管Φ299×16；竖向腹杆Φ180×10；斜腹杆Φ219×12。所有构件材质均为Q235B。每个节点承受恒荷载标准值为P1=30kN，活荷载标准值为P2=50kN。桁架两端为固定铰接支座。
采用3d3s（或Sap2000、或结构力学求解器、或ANSYS）建立3种计算模型来计算结构的挠度、内力，并验算杆件的安全性。不考虑结构自重。
模型A：所有杆件均为两端铰接；
模型B：所有杆件均为两端刚接；
模型C：所有弦杆均为连续，腹杆均为两端铰接。
1）给出3种模型在下弦中点的竖向挠度值；（荷载组合：1.0恒+1.0活）
2）给出3种模型的上弦跨中杆件、下弦跨中杆件、支座斜腹杆和支座竖杆的内力设计值；
（荷载组合：1.2恒+1.4活）
3）给出3种模型的上弦跨中杆件、下弦跨中杆件、支座斜腹杆和支座竖杆的杆件验算应力比；（荷载组合：1.2恒+1.4活，得出内力后，根据《钢结构基本原理》手算）
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结构方程模型的概念和特点
概念： 结构方程建模(Structural Equation Modeling. 简称SEM) 是一种综合运用多元回归分析、路径分析和确认型因子分析方法而形成的一种统计数据分析工具，是基于变量的协方差矩阵来分析变量之间关系得一种统计方法，也称为协方差结构分析。它既能够分析处理测量误差，又可分析潜在变量之间的结构关系。 特点： 1.同时处理多个因变量 结构方程分析可同时考虑并处理多个因变量。在回归分析或路径分析中，即使统计结果的图表中展示多个因变量，在计算回归系数或路径系数时，仍是对每个因变量逐一计算。所以图表看似对多个因变量同时考虑，但在计算对某一个因变量的影响或关系时，都忽略了其他因变量的存在及其影响。 2.容许自变量和因变量含测量误差 态度、行为等变量，往往含有误差，也不能简单地用单一指标测量。结构方程分析容许自变量和因变量均含测量误差。变量也可用多个指标测量。用传统方法计算的潜变量间相关系数与用结构方程分析计算的潜变量间相关系数，可能相差很大。 3.同时估计因子结构和因子关系 假设要了解潜变量之间的相关程度，每个潜变量者用多个指标或题目测量，一个常用的做法是对每个潜变量先用因子分析计算潜变量（即
因子）与题目的关系（即因子负荷），进而得到因子得分，作为潜变量的观测值，然后再计算因子得分，作为潜变量之间的相关系数。这是两个独立的步骤。在结构方程中，这两步同时进行，即因子与题目之间的关系和因子与因子之间的关系同时考虑。 4.容许更大弹性的测量模型 传统上，只容许每一题目（指标）从属于单一因子，但结构方程分析容许更加复杂的模型。例如，我们用英语书写的数学试题，去测量学生的数学能力，则测验得分（指标）既从属于数学因子，也从属于英语因子（因为得分也反映英语能力）。传统因子分析难以处理一个指标从属多个因子或者考虑高阶因子等有比较复杂的从属关系的模型。 5.估计整个模型的拟合程度 在传统路径分析中，只能估计每一路径（变量间关系）的强弱。在结构方程分析中，除了上述参数的估计外，还可以计算不同模型对同一个样本数据的整体拟合程度，从而判断哪一个模型更接近数据所呈现的关系。
一些重要的结构概念
一些重要的结构概念（一些基本受力状态） 1、轴压比：主要为控制结构的延性，规范对墙肢和柱均有相应限值要求，见抗规6.3.7和6.4.6，在剪力墙的轴压比计算中，轴力取重力荷载代表设计值，与柱子的不一样。 2、剪重比：主要为控制各楼层最小地震剪力，确保结构安全性，见抗规5.2.5。 3、侧向刚度比：主要为控制结构竖向规则性。 4、位移比：主要为控制结构平面规则性，以免形成扭转，对结构产生不利影响。控制比例为1.5。见抗规 3.4.2、3.4.3。 5、周期比：主要为控制结构扭转效应，减小扭转对结构产生的不利影响，要求见高规4.3.5。 6、刚重比：主要为控制结构的稳定性，以免结构产生滑移和倾覆，要求见高规。 7、剪跨比：梁的剪跨比，剪力的位置a与h0的比值。剪跨比影响了剪应力和正应力之间的相对关系，因此也决定了主应力的大小和方向，也影响着梁的斜截面受剪承载力和破坏的方式；同时也反映在受剪承载力的公式上。柱的剪跨比：，若反弯点在柱子层高范围内，可取柱子的剪跨比小于2时，需要全长加密，见混凝土规范11.4.12、11.4.17。 8、剪压比（梁柱截面上的名义剪应力V/bh0与混凝土轴心抗压强度设计值的比值）：梁塑性铰区的截面剪压比对梁的延性、耗能能力及保持梁的强度、刚度有明显的影响，当剪压比大于0.15的时候，梁的强度和刚度有明显的退化现象，此时再增加箍筋用量，也不能发挥作用，因此对梁柱的截面尺寸有所要求。 9、轴压比：轴压比是指有地震作用组合的柱组合轴压力设计值与柱的全截面面积和砼轴心受压抗压强度设计值乘积的比值，是影响柱子破坏形态和延性的主要因素之一。轴压比限值的依据是理论分析和试验研究并参照国外的类似条件确定的，其基准值是对称配筋柱大小偏心受压状态的轴压比分界值。 10、跨高比：梁的跨高比（梁的净跨与梁截面高度的比值）对梁的抗震性能有明显的影响。梁（非剪力墙的连梁）的跨高比小于5和深梁都按照深受弯构件进行计算的。 11、延性比：延性比即为弹塑性位移增大系数。延性是指材料、构件、结构在初始强度没有明显退化的情况下的非弹性变形能力。延性比主要分为三个层面，即截面的延性比、构件的延性比和结构的延性比。结构的延性比多指框架或者剪力墙等结构的水平荷载-顶层水平位移（P-delta）、水平荷载-层间位移等曲线。结构的屈服位移有等能量方法、几何做图法等. 一、轴心受拉 外力通过截面中心，截面上各点受力均匀，材料强度可以被充分利用。所以，对于适合抗拉的材料（如钢材），轴心受拉是最经济合理的受力状态。 采用高强钢丝，碳纤维等等材料。 二、轴心受压 对于适合受压的材料（如混凝土、砌体以及钢材等）也是很好的受力状态。但是受压构件较细长时会有稳定问题，偶然的附加偏心会降低构件承载力，甚至引起失稳。由于压杆失稳总是在截面回转半径最小的方向发生，所以对于轴心受压构件，环形截面最为合理，圆形或方形截面也较为合理。工字型截面、角钢或双角钢等也可以做压杆使用，但由于两个方向的回转半径不同，往往首先在回转半径小的方向引起失稳。 对于混凝土来说，适于抗压，但当压力很大时，截面也非常大，结构自重大，影响结构的性能。
结构概念设计三
结构概念设计（三） 3.抗震结构体系的优化配置 （1）多道抗震防线 一次巨大的地震产生的地面运动，能造成建筑物破坏的强震持续时间少则几秒，多则几十秒，有时甚至更长（汶川地震强震持续时间80秒以上），一个接一个强脉 冲对房屋往复式冲击，造成积累式的破坏。如果建筑物采用仅有一道防线的结构体 系，一旦该防线破坏后，在后续地面运动的作用下，就会倒塌；特别是当建筑物自 振周期与地震动卓越周期相近时，建筑物会发生类共振，更加速倒塌过程。如果采 用多重抗侧力体系，第一道防线破坏后，第二道、第三道防线抗侧力立即发挥作用， 接替挡抗住后续的冲击，避免倒塌。在遇到建筑的基本周期与地震动卓越周期相近 时，多道防线就显出良好性能，当第一道防线因共振破坏后，第二道防线接替工作， 自振周期大幅变化错开了地震动卓越周期，避开出现持续的类共振，从而减轻地震 的破坏作用，因此设置合理的多道防线是提高抗震能力、减轻破坏的必要手段。 例如，在框架-剪力墙结构中，延性的抗震墙是第一道防线，令其承担全部地震力，延性框架是第二道防线，要其承担墙体开裂后转移到框架的部分地震剪力。 对于单层厂房，柱间支撑是第一道防线，承担了厂房纵向的大部分地震力，未设支撑的开间柱则承担因支撑损坏而转移的地震力。 （2）足够的侧向刚度 但“刚一些好”还是“柔一些好”应结合结构的具体高度、体系和场地条件进行综合判断。 根据结构反应谱分析理论，结构越柔周期越长，结构在地震作用下的加速度反应越小，即地震影响系数越小，结构所受到的地震作用就越小。但是，是否就可以 设计得柔一些减小结构的地震作用呢？ 国内外地震表明一般性高层建筑还是刚比柔好。采用刚性结构方案的高层建筑不仅主体结构破坏轻，而且由于地震对结构变形小，隔墙、围护墙等非结构构件受 到保护，破坏也轻。 正是基于上述原因，目前世界各国的抗震规范对结构的抗侧刚度提出明确要求。 我国《抗规》规定了各类结构多遇地震和罕遇地震下的变形限值要求（见《抗规》 表5.5.1及表5.5.5）。 此外，结构振动和变形的大小不仅与结构刚度有关，还与场地土有关。当结构自振周期与场地土的卓越周期接近时，建筑物地震反应会加大，变形和地震力都会 加大。因此，还应根据场地条件来设计结构，硬土地基上的结构可柔一些，软土地 基上的结构可刚一些，通过改变结构刚度调整结构自振周期，使其偏离场地的卓越 周期。较理想的结构是自振周期比场地卓越周期更长，如果不可能，则应使其比卓 越周期短得较多，因为在结 构出现少量裂缝后，周期会 加长，要考虑结构进入弹塑 性状态时结构自振周期加长 后与场地卓越周期的关系， 如果有可能发生类共振，则 应采取有效的措施，因此在 进行较高的高层建筑设计前， 应取得场地土动力特性的勘
结构概念与体系
结构概念与体系 1周期折减系数 高规强条3.3.16要求计算各振型地震影响系数所采用的结构自振周期应考虑非承重墙体的刚度影响。由于建模时不建立填充墙，造成结构的刚度偏小，因为计算得到的自振周期较实际的偏长，按这一周期计算得到的地震力偏小。 故周期折减系数对计算的自振周期进行折减，从而对地震力进行放大考虑。 2计算振型数 高规5.1.13条“……且计算振型数应使振型参与质量不小于总质量的90%”。 计算完毕后，在结果->分析结果表格->周期与振型中查看振型参与质量，看是否X和y向平动，z向扭转参与质量合计超过90%。如超过，则说明振型数量足够，否则需加大振型数量。有时，会遇到子空间迭代法算很多阶振型，振型参与质量仍不满足大于90%的要求，这时可改为Lanczos法或多重Ritz 向量法，会容易达到要求。 3中梁刚度放大系数 高规5.2.2条，“在结构内力与位移计算中，现浇楼面和装配整体式楼面中梁的刚度可考虑翼缘的作用予以增大。楼面梁刚度增大系数可根据翼缘情况取为1.3～2.0。” 4连梁刚度折减系数 高规5.2.1条，“在内力与位移计算中，抗震设计的框架-剪力墙或剪力墙结构中的连梁刚度可予以折减，折减系数不宜小于0.5。” 5梁端弯矩调幅系数 高规5.2.3条，“在竖向荷载作用下，可考虑框架梁端塑性变形内力重分布对梁端负弯矩乘以调幅系数进行调幅……”。 midas Gen中实现：程序默认的调幅系数为0.85，并自动进行梁端弯矩调幅，梁跨中弯矩自动按平衡条件增大。 说明： 1）调幅只对梁两端均为负弯矩的进行调整，对次梁或有正弯矩的梁不调幅； 2）仅对竖向荷载作用下的弯矩调幅，对横向荷载（风或地震荷载）不调幅，竖向荷载作用下弯矩调幅后再与横向荷载组合。 6框剪结构的0.2Q 调整 高规8.1.4条要求对于框架-剪力墙结构要求进行0.2Q0调整。程序目前暂时屏蔽了进行地震剪力0.2Q0的调整功能 7周期比 高规4.3.5条“……。结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比，A级高度高层建筑不应大于0.9，B级高度高层建筑、混合结构高层建筑及本规程第10章所指的复杂高层建筑不应大于0.85。”
结构设计入门——概念设计
结构设计入门——概念设计 在不断的结构设计研究与实践中，人们积累了大量有益的经验，并体现在设计规范、设计手册、标准图集等等。随着计算机技术和计算方法的发展，计算机及其结构程序在结构工程中得到大量地应用，每个设计单位都在为彻底甩掉图板而做努力。结果给部分结构工程师造成一种错觉，觉得结构设计很简单，只需遵循规范、手册、图集，等待建筑师给一个空间形成的方案，使用计算机，然后设法去完成它，自己只不过是一个东拼西凑的计算机画图匠而已。这不仅不能有效地运用他们的知识、精力和时间，而且还会与建筑师的交流中产生分歧与矛盾。 我国结构计算理论经历了经验估算，容许应力法，破损阶段计算，极限状态计算，到目前普遍采用的概率极限状态理论等阶段。现行的《建筑结构设计统一标准》(GBJ68-84)则采用以概率理论为基础的结构极限状态设计准则,以使建筑结构的设计得以符合技术先进、经济合理、安全适用。概率极限状态设计法更科学、更合理。但该法在运算过程中还带有一定程度的近似，只能视作近似概率法。并且光凭极限状态设计也很难估计建筑物的真正承载力的。事实上，建筑物是一个空间结构，各种构件以相当复杂的方式共同工作，且都并非是脱离总的结构体系的单独构件。目前，人们在具
体的空间结构体系整体研究上还有一定的局限性，在设计过程中采用了许多假定与简化。作为结构工程师不应盲目的照搬照抄规范，应该把它作为一种指南、参考，并在实际设计项目中作出正确的选择。这就要求结构工程师对整体结构体系与各基本分体系之间的力学关系有透彻的认识，把概念设计应用到实际工作中去。 所谓的概念设计一般指不经数值计算，尤其在一些难以作出精确理性分析或在规范中难以规定的问题中，依据整体结构体系与分体系之间的力学关系、结构破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的基本设计原则和设计思想，从整体的角度来确定建筑结构的总体布置和抗震细部措施的宏观控制。运用概念性近似估算方法，可以在建筑设计的方案阶段迅速、有效地对结构体系进行构思、比较与选择，易于手算。所得方案往往概念清晰、定性正确，避免后期设计阶段一些不必要的繁琐运算，具有较好的的经济可靠性能。同时，也是判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。 比如，有的设计人员用多、高层结构三维空间分析程序来计算底层框架，还人为的布置一些抗震墙，即不能满足楼层间的合理刚度比，也不能正确地反映底层框架在地震时受力状态。问题在于结构概念不明确，没考虑这两种结构体系的差异。软件的选择和使用不当，造成危害是不容忽视的。
《结构概念与体系》读书报告
《结构概念与体系》 “该书从头到尾充实了非常深厚的知识…….学生以及从事专业工作的建筑师或结构工程师都会发现该书的内容是有裨益的。” ——美国建筑学会期刊（AIA Journal）之前的一个月我在上班，所以平时能看书的时间并不多。搬到学校之后我终于有了属于自己的空间，我开始阅读这本周老师推荐的《结构概念与体系》。这本书与另外两本林同炎著作《预应力混凝土结构设计》、《钢结构设计》被称为“世界土木工程师必读之书”。整本书遵循着由浅入深先整体后部分的路线，先讲基本的概念理论和最重要的设计思想，使读者对全书的中心思想有个大致的把握，中后段才着重讲述分体系以及相关重要构件的具体知识，使人阅读起来思路明确，知识结构更加连贯。由于是翻译本，有些地方理解的不太清楚，而且全书知识博大精深，内涵丰富，根本也不是一遍就能读懂的。所以这篇读书笔记只是我在读第一遍时做的基本记录，后面我还会读第二遍第三遍，我相信像这样的好书读多少遍都是不够的，它是个宝库，我会不断地发掘它。 显而易见的，《结构概念和体系》是一本对建筑师和结构工程师的成长都大有裨益的书。长久以来，建筑设计师和结构工程师之间有着先天的难以避免的矛盾。建筑师的工作比较偏艺术性，而工程师则是偏技术性的。建筑师考虑的是建筑物的美观和更多的使用空间而工程师考虑的是结构的安全性、经济性和实用性。有些时候建筑设计师天马行空的设计无法跟现有的结构技术或是结构理论吻合起来，矛盾就不可避免了。消除建筑师和工程师这两个角色之间的矛盾就是这本书的任务之一。它不同于别的结构教科书详细介绍怎样设计建筑物的每个构件，而是从建筑物整体出发，从建筑设计的源头处着手，消除建筑设计师和结构工程师认识上的偏差，通过概念上的简单公式对建筑物进行总体设计，使得设计结果能够让双方都能满意，从而设计出整体性的优秀建筑体。 第一章． 第一章的内容比较少，主要是从概念上大致讲解建筑设计的主要过程以及相关知识学习的主题思路。要想保证建筑设计的整体性，就需要在设计时将相互有关的空间形式分体系综合考虑。在分体系设计时，至少要有三个“反馈”考虑阶段：方案设计阶段、初步设计阶段和施工图设计阶段。建筑设计主要分为四个步骤：一、整体建筑形式的初步构思（建立基本功能目标并转化为总体场地规划、活动组织方案和外形布置）；二、按总结构体系对建筑形式总体构思（构思主要结构方案和分体系相互关系的要求）；三、提出建议方案的初步设计（确定主要分体系和关键构件的物理性能，以证明设计的可行性）；四、为实现建筑要求，对初步设计全面改进（最终深化设计，改进分体系和构件设计并准备设计文件）。这种分阶段的设计方法可以突出设计构思的概念阶段，从而避免基本思路受到细节问题的干扰。在初步设计阶段，建筑师必须用概念的方式来确定基本方案的全部空间形式的可行性。在初步设计阶段，建筑师必
(建筑工程管理)建筑结构设计应具备的概念
（建筑工程管理）建筑结构设计应具备的概念
1、轴压比：主要为控制结构的延性，规范对墙肢和柱均有相应限值要求，见抗规6.3.7和6.4.6，在剪力墙的轴压比计算中，轴力取重力荷载代表设计值，和柱子的不壹样。 2、剪重比：主要为控制各楼层最小地震剪力，确保结构安全性，见抗规5.2.5。 3、侧向刚度比：主要为控制结构竖向规则性。 4、位移比：主要为控制结构平面规则性，以免形成扭转，对结构产生不利影响。控制比例为1.5。见抗规3.4.2、3.4.3。 5、周期比：主要为控制结构扭转效应，减小扭转对结构产生的不利影响，要求见高规4.3.5。 6、刚重比：主要为控制结构的稳定性，以免结构产生滑移和倾覆，要求见高规。 7、剪跨比：梁的剪跨比，剪力的位置a和h0的比值。剪跨比影响了剪应力和正应力之间的相对关系，因此也决定了主应力的大小和方向，也影响着梁的斜截面受剪承载力和破坏的方式；同时也反映在受剪承载力的公式上。柱的剪跨比，若反弯点在柱子层高范围内，可取柱子的剪跨比小于2时，需要全长加密，见混凝土规范11.4.12、11.4.17。 8、剪压比（梁柱截面上的名义剪应力V/bh0和混凝土轴心抗压强度设计值的比值）：梁塑性铰区的截面剪压比对梁的延性、耗能能力及保持梁的强度、刚度有明显的影响，当剪压比大于0.15的时候，梁的强度和刚度有明显的退化现象，此时再增加箍筋用量，也不能发挥作用，因此对梁柱的截面尺寸有所要求。 9、轴压比：轴压比是指有地震作用组合的柱组合轴压力设计值和柱的全截面面积和砼轴心受压抗压强度设计值乘积的比值，是影响柱子破坏形态和延性的主要因素之壹。轴压比限值的依据是理论分析和试验研究且参照国外的类似条件确定的，其基准值是对称配筋柱大小偏心受压状态的轴压比分界值。 10、跨高比：梁的跨高比（梁的净跨和梁截面高度的比值）对梁的抗震性能有明显的影响。梁（非剪力墙的连梁）的跨高比小于5和深梁都按照深受弯构件进行计算的。 11、延性比：延性比即为弹塑性位移增大系数。延性是指材料、构件、结构在初始强度没有明显退化的情况下的非弹性变形能力。延性比主要分为三个层面，即截面的延性比、构件的延性比和结构的延性比。结构的延性比多指框架或者剪力墙等结构的水平荷载-顶层水平位移（P-delta）、水平荷载-层间位移等曲线。结构的屈服位移有等能量方法、几何做图法等 12、薄弱层：该楼层的层间受剪承载力小于相邻上壹楼层的80％；薄弱层主要是针对大震而言的；屈强系数小于0.5的结构层、在大震下楼层塑性变形大于规范要求的大震下的允许值的结构层。 所谓的薄弱层，是指在强烈地地震作用下，结构首先发生屈服且产生较大弹塑性变形的部位。是指该楼层的层间受剪承载力小于向邻上壹楼层的80%，能够认为，是从结构强度的角度来判断。高规中说明竖向不规则结构形成薄弱部位,而薄弱部位有三种情况,壹是刚度不连续形成的柔软层,壹是强度不连续形成的薄弱层,仍有壹种就是有水平转换体系的竖向构件不连续的结构.因此2楼和5楼说的都是柔软层.但实际我见很多地方所说的薄弱层就是指薄弱部位的意思,且没区分的很仔细 位置在下列情况确定： 1）楼层屈服强度系数沿房屋高度分布均匀的结构，可取底层； 2）楼层屈服强度系数沿房屋高度分布不均匀的结构，可取该系数最小的楼层（部位）和相对较小的楼层，壹般不超过2-3处； 3）单层厂房，可取上层； 薄弱层指强度，软弱层指刚度。壹个是刚度比，另壹个是承载力比，二者不满足规范要求均是薄弱层。请见见高规条文说明 4.4.2“正常设计的高层建筑下部楼层刚度宜大于上部楼层的侧向刚度，否则变形会集中于刚度小的下部楼层而形成结构薄弱层”由此可推断出只要是刚度小于上层的楼层都应当算作薄弱层。按照高规5.1.14“对于竖向不规则的高层建筑结构，小于
结构的几何构造分析概念
结构的几何构造分析概念 1-1 1、几何组成分析的目的主要是分析、判断一个体系是否几何可变，或者如何保证它成为几何不变体系，只有几何不变体系才可以作为结构。 几何可变体系：不考虑材料应变条件下，体系的位置和形状可以改变的体系。几何不变体系：不考虑材料应变条件下，体系的位置和形状保持不变的体系。 2、自由度：描述几何体系运动时，所需独立坐标的数目。 平面内一个动点A，其位置要由两个坐标 x 和 y 来确定，所以一个点的自由度等于2。平面内一个刚片，其位置要由两个坐标 x 、y 和AB 线的倾角α来确定，所以一个刚片在平面内的自由度等于3。 3、刚片：平面体系作几何组成分析时，不考虑材料应变，所以认为构件没有变形。可以把一根杆、巳知是几何不变的某个部分、地基等看作一个平面刚体，简称刚片。 4、约束：如果体系有了自由度，必须消除，消除的办法是增加约束。约束有三种： 5、多余约束：减少体系独立运动参数的装置称为约束，被约束的物体称为对象。使体系减少一个独立运动参数的装置称为一个约束。例如一根链杆相当于一个约束;一个连接两个刚片的单铰相当于二个约束;一个连接n个刚片的复铰相当于n—1个单铰;一个连接二个刚片的单刚性节点相当于三个约束;一个连接n 个刚片的复刚性节点相当于n—1个单刚性节点。如果在体系中增加一个约束，体系减少一个独立的运动参数，则此约束称为必要约束。如果在体系中增加一个约束，体系的独立运动参数并不减少，则此约束称为多余约束。平面内一个无铰的刚性闭合杆(或称单闭合杆)具有三个多余约束。
6、瞬变体系及常变体系：常变体系概念：体系可发生大量的变形，位移。区别于瞬变体系：瞬变体系概念：体系可发生微小的变形，位移。 7、瞬铰：两刚片间以两链杆相连，其两链杆约束相当(等效)于两链杆交点处一简单铰的约束，这个铰称为瞬铰或虚铰。 2-2平面杆件体系的计算自由度 1、体系是由部件（刚片或结点）加上约束组成的。 2、刚片内部：是否有多余约束。内部有多余约束时应把它变成内部无多余约束的刚片，而它的附加约束则在计算体系的约束总数时应当考虑进去。 3、复铰：连接两个以上刚片的铰结点。连接n个刚片的铰相当于（n-1）个单铰。 4、单链杆：连接两个铰结点的链杆。 5、连接两个以上铰结点的链杆。 连接 n 个铰结点的复链杆相当于(2n-3)个单链杆。 6、平面体系的计算自由度 W ：W=3m-(2n+r) m:钢片数 n:单绞数 r:支座链杆数上面的公式是通用的。 W=2J-(b+r) J:结点个数 b:链杆数 r:支座链杆数上面的公式用于完全由铰接的连杆组成的结构体系。 7、自由度与几何体系构造特点： 静定结构的受力分析
建筑概念设计和结构概念设计
建筑概念设计和结构概念设计 摘要：从城市建设和管理的角度看，建筑物向高空延伸，可以缩小城市的平面规模，为人们提供更多的生活工作空间，缩短城市道路和各种公共管线长度，从而节省城市建设与管理的投资，高层建筑设计成为城市建筑的发展趋势，随着经济和社会的发展，新的建筑形式层出不穷，给设计师提出了更高的要求。关键词：高层建筑结构设计浅析在高层设计中，建筑和结构是关系最密切的专业。建筑师往往根据建筑的使用功能和美学要求处理建筑体型，包括平面和立面;而结构师则根据受力的合理性进行结构设计，其中结构形式和结构体系的选择，结构总体布置等对结构的受力性能优劣性起决定性作用。结构的总体布置与结构体型密切相关，简单的体型易于得到规则和受力合理的结构总体布置，可使结构具有良好的抗震性能;反之，过于复杂的建筑平面和立面体型，将增加结构设计的困难，造成结构布置的不规则性。因此优秀的设计是建筑和结构的完美结合，需建筑师和结构师密切合作。在方案设计阶段，就应根据建筑物的高度、抗震设防烈度等具体条件合理选用结构形式和结构体系。 1 结构设计的任务 结构设计应根据建筑物的重要性等级、建筑使用功能或
生产需要所确定的荷载、抗震要求、设防标准等，对结构基本构件和整体进行设计，以保证基本构件的强度、变形、裂缝满足设计要求，同时保证结构体系的整体安全性、稳定性、变形性能，保证在突发事件发生时，结构保持一定的整体性，使人们的生命安全得以保证;保证合理用材，方便施工，同时尽可能降低建筑造价。总之，结构设计的核心是解决两个问题：一是满足建筑结构功能要求;二是经济问题。 2 概念设计 概念设计是根据理论与实验研究结果及工程经验等形成的基本设计原则和设计思想，进行结构的总体布置，并正确确定细部构造的过程，需要遵循相应规范条文进行合理的平面设计、竖向设计、基础设计等。 概念设计包括两个方面。建筑概念设计是对满足建筑使用功能、造型优美、技术先进的总建筑方案的确定;结构概念设计是在特定的建筑空间中用整体的概念来完成结构总体方案的设计。结构概念设计旨在有意识地处理构件与结构、结构与结构的关系，满足结构的功能要求和建筑功能的需要，以及技术经济可能的设计原则，确定最优的结构体系，选择适用的建筑材料和合理的关键部位构造、结合适宜的施工及合理的效益达到房屋设计的统一。 3 高层建筑抗震概念设计若干原则 建筑抗震性能是概念设计的决定因素，概念设计应遵循
浅谈对结构概念设计的认识
浅谈对结构概念设计优化的认识 产品中心 设计一部杨英瑜 0 前言 建业网校登载的“结构成本控制的管理思路和技术方法”，仔细阅读，觉得对成本控制，确实很有帮助，但文章只给出思路及若干值得关注的工程结构问题，然而没有答案；对这些问题，如果进行结构优化设计，是可以较为完满解决的，但房地产行业的实际情况，往往是立项后，建筑方案一确定，希望施工图立等可取，这样，要想进行优化设计，设计周期及工期，都有困难，因为商机不等人，故想从结构概念设计优化的角度，先从一些影响较大的局部问题，进行概念设计优化分析，对控制结构成本，比孤立地对单个问题的分析[1]，也许会更有好处；本文将结合以往的工程实践，对某些项目的基础工程案例，进行分析，以求对开发新项目时，能起点借鉴作用。 一、结构设计优化的前景 2006年6月份，我国召开“首届全国建筑结构技术交流会”，工程院江 欢成院士在他的报告中指出[2] : “我国优化设计工作方兴未艾，大有可为。…它符合可持续发展和科教兴国伟大战略，是科学发展观在建筑行业中的落实”。然而在比较讲究经济效益的房地产行业，并没有得到广泛推广，可能有技术层面的原因，文献[3]指出：建筑结构构件的断面尺寸是离散量，规范中的一些要求、实际设计时的约束和约定，很难用显式表达，一个稍大的工程结构，设计变量及约束条件都很多，……凡此种种，都要求要有很实用和方便的软件工具，这可能是妨碍结构设计优化普遍推广的原因；目前从事这方面工作的单位也不少，文献[2][3]的单位就在这方面做了不少工作，有很多经验值得借鉴；文献[2]介绍，经他们优化过的工程，在实物工程量上，可节约5％～10％，甚至更大，而在建筑空间和平面使用方面，带来的效益更大；作为有十五年开发经历的建业集团，年开发量200万㎡（见建业网集团简介），要想结构成本，有较大幅度的降低，开展结构设计优化，应该是提到日程上来的时侯了。 二、目前结构设计优化的一些具体做法 1）、复核性的优化 文献[2]介绍的案例中，很多是在既有施工图的基础上进行优化，笔者把这种做法称为复核性的优化，因为甲方认为建筑、结构不尽合理或配筋过多不经济，委托在原有基础上进行优化，以求克服某些缺陷或降低成本，这种做法，不是全面、全过程的优化，往往带有原设计的弱点，但经过优化后，建筑、结构的使用功能得到相当大的改善，优化设计的周期较短，直接经济效益，也很可观，故甲方很容易接受这种做法。 这种做法也有实际问题，如修改设计的费用、责任问题，文献[2]的作者江院士还坦言：“好朋友劝我不要搞，因为得罪人，特别是得罪同行，得罪老朋友”。虽如此，江院士还是以高度的社会责任感，继续从事这方面的工作；但毕竟是要面对的实际问题。 2）、全面优化 工程建设是一个系统工程，应该说从立项、建筑结构方案、施工图设计、施工阶段、交付使用，每一个环节都有定位及需要优化的问题，目前房地产行业，全过程、全
结构概念与体系
结构概念与体系 1 周期折减系数 高规强条 3.3.16 要求计算各振型地震影响系数所采用的结构自振周期应考虑非承重墙体的刚度影响。由于建模时不建立填充墙，造成结构的刚度偏小，因为计算得到的自振周期较实际的偏长，按这一周期计算得到的地震力偏小。故周期折减系数对计算的自振周期进行折减，从而对地震力进行放大考虑。 2 计算振型数 高规5.1.13条“??…且计算振型数应使振型参与质量不小于总质量的90% 。 计算完毕后，在结果-> 分析结果表格->周期与振型中查看振型参与质量，看是否X 和y 向平动，z 向扭转参与质量合计超过90%。如超过，则说明振型数量足够，否则需加大振型数量。有时，会遇到子空间迭代法算很多阶振型，振型参与质量仍不满足大于90%的要求，这时可改为Lanczos法或多重Ritz 向量法，会容易达到要求。 3 中梁刚度放大系数 高规 5.2.2条，“在结构内力与位移计算中，现浇楼面和装配整体式楼面中梁的刚度可考虑翼缘的作用予以增大。楼面梁刚度增大系数可根据翼缘情况取为 1.3 ?2.0。” 4 连梁刚度折减系数 高规5.2.1条，“在内力与位移计算中，抗震设计的框架-剪力墙或剪力墙结构中的连梁刚度可予以折减，折减系数不宜小于0.5。” 5 梁端弯矩调幅系数 高规 5.2.3条，“在竖向荷载作用下，可考虑框架梁端塑性变形内力重分布对梁端负弯矩乘以调幅系数进行调幅,, ” 。 midas Gen中实现：程序默认的调幅系数为0.85,并自动进行梁端弯矩调幅，梁跨中弯矩自动按平衡条件增大。 说明： 1）调幅只对梁两端均为负弯矩的进行调整，对次梁或有正弯矩的梁不调幅； 2）仅对竖向荷载作用下的弯矩调幅，对横向荷载（风或地震荷载）不调幅，竖向荷载作用下弯矩调幅后再与横向荷载组合。 6 框剪结构的0.2Q0 调整 高规8.1.4条要求对于框架-剪力墙结构要求进行0.2Q0调整。程序目前暂时屏蔽了进行地震剪力0.2Q0的调整功能 7 周期比 高规435条“,,。结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1 之比，A 级高度高层建筑不应大于0.9，B 级高度高层建筑、混合结构高层建筑及本规程第10章所指的复杂高层建筑不应大于0.85。” 周期比的要求实际上是限制结构的抗扭刚度不能太弱。
荷载与结构设计方法重点概念总结
荷载与作用 荷载—由各种环境因素产生的直接作用在结构上的各种力。 如重力、土压力、水压力、风压力。 作用—能使结构产生效应的各种因素总称为作用。 效应—结构的内力、变形, 应力、应变, 速度、加速度等。 作用：直接作用—（狭义）荷载：广义荷载 间接作用 直接作用——直接作用在结构上的各种荷载 间接作用——能引起结构内力、变形等效应的非直接作用因素 如地震、温度变化、地基不均匀沉降等。 作用的分类： 1.按随时间的变异分类。 (1)永久作用：在结构设计基准期内其值不随时间变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计。 (2)可变作用：在结构设计基准期内其值随时间变化，且其变化与平均值相比不可忽略的作用。 (3)偶然作用：在结构设计基准期内不一定出现，而一旦出现其量值很大且持续时间很短的作用。如地震、爆破。 2.按随空间位置的变异性分类 （1）固定作用：在结构空间位置上具有固定的分布。如结构自重、固定设备的荷载等。（2）可动作用：在结构空间位置上的一定范围内可以任意分布。如房屋中的人员、家具荷载，桥梁上的车辆荷载等。 3.按结构的反应分类 （1）静态作用：对结构或构件不产生加速度或其加速度可以忽略不计。 如结构自重、土压力、温度变化等。 （2）动态作用：对结构或构件产生不可忽略的加速度。 如地震、风、冲击和爆炸等。 重力 1结构自重 自重——由地球引力产生的组成结构的材料的重力。 2土的自重应力 土是由土颗粒、水和气组成的三相非连续介质。 土的自重应力为自身有效重力在土体中引起的应力。 雪荷载 1雪压：单位地面上积雪的自重。 2基本雪压：当地空旷平坦地面上根据气象记录资料经统计得到的在结构使用期间可能出现的最大雪压值。 2.影响屋面雪压的因素。 （1）风对屋面的影响—漂积作用。 （2）屋面坡度对积雪的影响。 （3）屋面温度对积雪的影响。
结构设计中的概念设计与结构措施一
1．概念设计的重要性 概念设计是展现先进设计思想的关键，一个结构工程师的主要任务就是在特定的建筑空间中用整体的概念来完成结构总体方案的设计，并能有意识地处理构件与结构、结构与结构的关系。一般认为，概念设计做得好的结构工程师，随着他的不懈追求，其结构概念将随他的年龄与实践的增长而越来越丰富，设计成果也越来越创新、完善。遗憾的是，随着社会分工的细化，大部分结构工程师只会依赖规范、设计手册、计算机程序做习惯性传统设计，缺乏创新，更不愿（不敢）创新，有的甚至拒绝对新技术、新工艺的采纳（害怕承担创新的责任）。大部分工程师在一体化计算机结构程序设计全面应用的今天，对计算机结果明显不合理、甚至错误而不能及时发现。随着年龄的增长，导致他们在大学学的那些孤立的概念都被逐渐忘却，更谈不上设计成果的不断创新。 强调概念设计的重要，主要还因为现行的结构设计理论与计算理论存在许多缺陷或不可计算性，比如对混凝土结构设计，内力计算是基于弹性理论的计算方法，而截面设计却是基于塑性理论的极限状态设计方法，这一矛盾使计算结果与结构的实际受力状态差之甚远，为了弥补这类计算理论的缺陷，或者实现对实际存在的大量无法计算的结构构件的设计，都需要优秀的概念设计与结构措施来满足结构设计的目的。同时计算机结果的高精度特点，往往给结构设计人员带来对结构工作性能的误解，结构工程师只有加强结构概念的培养，才能比较客观、真实地理解结构的工作性能。 概念设计之所以重要，还在于在方案设计阶段，初步设计过程是不能借助于计算机来实现的。这就需要结构工程师综合运用其掌握的结构概念，选择效果最好、造价最低的结构方案，为此，需要工程师不断地丰富自己的结构概念，深入、深刻了解各类结构的性能，并能有意识地、灵活地运用它们。 2．协同工作与结构体系 协同工作的概念广泛存在于工业产品的设计和制造中，对于任一个工业产品，我们均不希望其在远未达到其设计寿命（负荷、功能）时，它的某些部件（或零件）即出现破坏。对于建筑结构，协同工作的概念即是要求结构内部的各个构件相互配合，共同工作。这不仅要求结构构件在承载能力极限状态能共同受力，协同工作，同时达到极限状态，还要求他们能有共同的耐久寿命。结构的协同工作表现在基础与上部结构的关系上，必须视基础与上部结构为一个有机的整体，不能把两者割裂开来处理。举例而言，对砖混结构，必须依靠圈梁和构造柱将上部结构与基础连接成一个整体，而不能单纯依靠基础自身的刚度来抵御不均匀沉降，所有圈梁和构造柱的设置，都必须围绕这个中心。 对协同工作的理解，还在于当结构受力时，结构中的各个构件能同时达到较高的应力水平。在多高层结构设计时，应尽可能避免短柱，其主要的目的是使同层各柱在相同的水平位移时，能同时达到最大承载能力，但随着建筑物的高度与层数的加大，巨大的竖向和水平荷载使底层柱截面越来越大，从而造成高层建筑的底部数层出现大量短柱，为了避免这种现象的出现，对于大截面柱，可以通过对柱截面开竖槽，使矩形柱成为田形柱，从而增大长细比，避免短柱的出现，这样就能使同层的抗侧力结构在相近的水平位移下，达到最大的水平承载力；而对于梁的跨高比的限制，一般还没有充分认识到。实际上与长短柱混杂的效果一样，长、短梁在同一榀框架中并存，也是极为不利的，短跨梁在水平力的作用下，剪力很
结构概念设计的几点基本思想
结构设计初期，根据建筑、地质勘探等特点，预先选择适当的结构尺寸、基础形式、荷载假定、计算模型等，形成概念上的整体模型，即结构概念设计的基本思想。概念设计合理与否，将直接决定了最终整个结构设计的卓越或平庸甚至失败。本文从结构设计的角度，对概念设计的基本思想做了较为全面的理解和探讨。 几个基本的结构概念 １构件受力状态 一般结构构件主要有四种基本的受力状态：受拉、受压、弯剪、受扭。结构设计的一个基本的内容就是优化结构体系，进行合理的结构布臵和适当的刚度分布，使得结构内部各构件尽量处于最合理的受力状态，充分发挥材料强度。各种受力状态具有明显不同的特点。 受拉轴向受拉的构件，荷载通过构件截面中心，截面上各点受力均匀，材料强度可以充分利用。对于适合受拉的材料如钢材等，这是一种最为经济合理的受力状态；对混凝土等材料，由于本身的抗拉强度远低于抗压强度，应尽量避免出现这种受力状态。 受压理论上来讲，这应该是一种最合理的受力状态。一般材料抗压强度均不低于抗拉强度，外荷载通过构件截面中心，截面上各点受力均匀。但这仅仅是一种理论的受力状态，实际受压构件由于种种原因存在偏心，或者承受侧向荷载作用，使得承载力与构件的长细比有关，长细比越大，构件的承载力越低。增大截面回转半径、加强构件边界条件等可以减小构件长细比，但这需要以建筑空间和工程费用作为代价。 考虑偏心情况，相同计算长度和边界条件的受压构件，以环形截面最为合理，圆形及正方形截面次之。通过改变截面尺寸、增加适当的侧向支撑等措施达到两个方向回转半径近似相同的工字形型钢、角钢或组合截面也能做成比较经济合理的受压构件。 弯剪实际构件受弯受剪往往同时发生。受弯作用产生的正应力在离中和轴最远处最大，中和轴附近则比较小，受力不均匀；剪应力在截面中和轴附近最大，离中和轴最远处则降为零。另外，在整个构件的计算长度内，受弯受剪引起的应力分布也很不均匀。以矩形截面简支梁为例，在均布荷载作用下，跨中弯距M最大，剪力V为零，支座处剪力V最大，弯距M为零，最终结果是，整段梁内各截面的受力状态以及同一截面上各点的受力状态均不相同，使得材料强度远不能充分利用。 对于钢筋混凝土构件的改进措施：采用适当形式的纵筋和箍筋承剪，合理布臵纵向受力钢筋；减小中和轴附近的截面尺寸，如采用工字形、T形、空腹桁架等截面形式，圆形及环形截面则极不合理；增大跨中截面高度，如鱼腹式变截面梁等。 受扭构件受扭时，截面上会产生成对的剪应力形成力偶对来抵抗扭矩。截面中间部分的应力小，力臂也
基于结构设计中的概念设计分析
基于结构设计中的概念设计分析 基于结构设计中的概念设计分析 摘要：随着时代的发展与人民生活水平的提高，建筑工程项目的规模、投资力度、技术复杂程度都在不断提高，特别是建筑结构设计的影响因素和要求也在不断增多。本文通过阐述建筑概念设计的内涵,探讨将概念设计应用于建筑结构设计中应该把握的若干要点,希 望能够给予建筑结构设计者一些工作上的借鉴及帮助 关键词：现代建筑结构设计；概念设计；工程实例 Abstract: With the development of the times and the improvement of people's living standard, the construction project scale, investment, technical complexity continues to increase, especially the influence of structural design of the factors and requirements are also increasing. This paper describes the connotation of architectural concept design, to explore the key points of application of conceptual design in structural design should grasp, hoping to give designers building structure of some work experience and help Key words: modern architecture design; conceptual design; engineering example 中图分类号：TU3文献标识码A 文章编号： 引言：概念设计是结构设计的核心和灵魂，它贯穿于结构设计的全过程。概念设计运用得合理，能使结构满足建筑要求并以最快的方式将荷载传递到基础、地基中，创造更为安全、舒适的工作和生活环境。并节约材料和资金，概念设计是一名设计工作者进行创新设计的基础。 1、概念设计简述 概念设计就是运用清晰的结构概念，依据整个结构体系与分体系
概念结构和逻辑结构
中北大学 数据库课程设计 概念结构和逻辑结构设计 2012 年 6月 3 日
一、概念结构设计 建立系统数据模型的主要工具是实体-联系图，即E-R图。E-R图的图形符号约定如表1-1所示： 表 1-1 E—R图的图形符号 系统的E-R图，如图1-1所示，每个实体及属性如下： 家庭成员：姓名、称呼、密码、出生日期 收入记录：收入项目编号、收入项目名称、收入人员、收入金额、收入日期 支出记录：支出项目编号、支出项目名称、支出人员、支出金额、支出日期 银行信息：银行账号、银行名称、开户人、存款金额、开户日期 1.家庭成员关系E-R图 2.收入记录E-R图
3.支出记录E-R图 4.银行信息E-R图 5.系统E-R图
二、逻辑结构设计 1.概述 数据库逻辑设计将概念结构转换为某个DBMS所支持的数据模型对其进行优化。 在对该家庭理财管理系统的实体关系图进行了分析之后，分别对其实体、联系作了属性的分析，得出这些实体与联系的主键与码值，为以后对该家庭理财管理系统的数据库的物理设计提供了方便与基础。 2.数据模型 2.1基本的数据模型有: 家庭成员（姓名、称呼、密码、出生日期）； 收入记录（收入项目编号、收入项目名称、收入人员、收入金额、收入日期）; 支出记录(支出项目编号、支出项目名称、支出人员、支出金额、支出日期); 银行信息(银行账号、银行名称、开户人、存款金额、开户日期) ; 2.2经过优化后的数据模型有： 家庭成员（ID，姓名、称呼、密码、出生日期）； 银行信息（银行账号、银行名称、开户人、存款金额、开户日期）； 使用者（ID，帐号，密码）； 收入记录（ID，名称，收入人员，金额，日期）； 支出记录（ID，名称，支出人员，金额，日期）； 管理收入（家庭成员ID，收入记录ID）； 管理支出（家庭成员ID，支出记录ID）； 查看收入（家庭成员ID，收入记录ID）； 查看支出（家庭成员ID，支出记录ID）；
结构概念设计课程论文
仿生结构设计------自然与建筑结构的交融式设计 摘要：大自然处处存在天然的美感与协调，而城市的快速发展则是在一定的程度上破坏了这种美感和协调性，城市建筑异军突起，看似千姿百态实则形态单一，如何设计切合自然美感，功能，环保的建筑结构是新世纪建筑师与结构师们必须面对的问题，而在21世纪初，随着仿生学理论的建立与逐步发展，将仿生学应用于结构概念设计中，使更多的城市建筑结构与自然相协调，且能同时满足功能需求，美观，环保且易于建造。 实体的仿生，是从自然界中选取研究对象，将对象的形态，结构转化为可以利用在技术领域的抽象功能，考虑用不同的材料和工艺手段进行创造新的形态和结构，具有科技性，时代性和标志性。 关键词：结构概念，仿生建筑，美观，协调性，功能与环保 结构设计案例：北京水立方游泳中心 一·建筑结构功能和目标 水立方的设计灵感来源于肥皂泡，主体结构采用钢结构，内部空间巨大，同时设立了多个大型的游泳池，不仅能够完全胜任比赛的要求，平时生活中也可以继续使用，不像有的奥运场馆，奥运会结束后出了纪念价值之外就没有了其他作用，也带不来经济收益。 方形是中国古代城市建筑最基本的形态，它体现的是中国文化中以纲常伦理为代表的社会生活规则。“天圆地方”的设计哲学催生了“水立方”，而这个“方盒子”又能够最佳体现国家游泳中心的多功能要求。传统文化与建筑功能就这样实现了完美结合。在中国文化里，水是一种重要的自然元素，并激发起人们欢乐的情绪。国家游泳中心赛后将成为北京最大的水上乐园，所以设计者针对各个年龄层次的人，探寻水可以提供的各种娱乐方式，开发出水的各种不同的用途，他们将这种设计理念称作“水立方”。 肥皂泡式的膜结构具有很好的透光作用，不需要过多的灯光来供应照明，因此节约了能源，体现了环保的意识，而08年的奥运会目标，“绿色”，“环保”就是其中的主题，和自然界像协调，同国家奥运中心，另一个仿生建筑“鸟巢”相互呼应。 在全球化的语境下，地域性就显得很重要了，而一个地方地域性的特色表示，很多时候往往会采取地标性建筑来担当这个角色，因此仿生建筑有了新的要求，需要融入更多的历史文化，人文观念等进去，而对中国来说，水具有极为深刻的文化代表性，上善若水，是古代哲学家的人文情怀的体现，也是对后人的告诫，因此水立方的设计，不仅仅是给奥运会提供了一处比赛的场地，也向世界展现出了中国的特色，传达了中国人的理念。 水立方水泡式的膜结构 二，结构方案的选择 结构是决定一座建筑是否能够修建的最主要因素，选择什么样的结构，直接决定了建筑功能与外形会是什么样的，一幢建筑，在兼顾可施工性的情况下还得考虑多种结构方案，从