结构设计

结构设计分为建筑结构设计和产品结构设计两种，其中建筑结构又包括上部结构设计和基础设计。主要分为框架结构、框架-剪力墙结构、剪力墙结构、砖混结构、钢结构、轻钢结构。

内容

上部结构设计主要内容及步骤：1.根据建筑设计来确定结构体系、确定结构主要材料；2.结构平面布置；3.初步选用材料类型、强度等级等，根据经验初步确定构件的截面尺寸；4.结构荷载计算及各种荷载作用下结构的内力分析；5.荷载效应组合；6.构件的截面设计。此外还包括某些必要构造措施。需要依据结构专业相关规范、图集等。

上部结构设计：

主要分为框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构、框架-核心筒结构、筒中筒结构、砌体结构。

基础设计：

1、根据工程地质勘察报告、上部结构类型及上部结构传来的荷载效应和当地的施工技术水平及材料供应情况确定基础的形式，材料强度等级，一般有浅基础（如：独立基础、条形基础等）和深基础（如：桩基）。

2、基础底面积的确定及地基承载力验算。

3、基础内力计算及配筋计算。

4、考虑必要的构造措施。

结构施工图上是结构工程师的语言，是直接面对施工现场及相关工程技术人员的，应该按照一定的规范绘制。

分类

框架结构

1、柱、梁截面应合理：由位移、轴压比、配筋率等控制，梁大跨取大截面，小跨取小截面，梁的截面也与梁所承受的上部荷载有关，荷载越大截面也应取大，荷载较小截面可相应减小，连续跨梁截面宽度宜相同。柱截面应每隔3层左右收小一次，以节约投资，每次收小时应每侧不小于50mm，以方便支模，也不宜大于200mm，以免刚度突变，最上段（顶上几层）可用300mm×300mm（应满足计算要求）。收小柱截面，也可相应增加使用面积。

2、混凝土强度等级：宜≥C25（留有余地），柱梁宜同，变柱截面处不变混凝土强度等级，以免刚度突变。板不宜高于C40（高规4.5.2条规定）、上海市《控制住宅工程钢筋混凝土现浇楼板裂缝的技术导则》（2001年12月20日以沪建建（2001）第0907号文发布）一。7条规定“现浇楼板的混凝土强度等级不宜大于C30”，中国土木工程学会混凝土及预应力混凝土分会混凝土质量专业委员会、高强与高性能混凝土专业委员会编的《钢筋混凝土结构裂缝控制指南》（化学工业出版社2004年4月第一版）也建议“楼板、屋面板采用普通混凝土时，其强度等级不宜大于C30，基础底板、地下室外墙不宜大于C35”，其原因是为了控制水泥用量，混凝土强度等级越高，水泥用量也越多就越容易开裂。

3、柱设计：

1）混凝土设计规范10.3.1条1款：纵筋配筋率不宜大于5﹪，10.3.2条4款：纵筋配筋率大于3﹪时对箍筋直径、间距、弯钩有要求，也可焊成封闭环式（与89规范规定必须焊成封闭环式不同了），11.1.13条：抗震设计时不应大于5﹪；高规6.4.4条3款：不宜大于5﹪、不应大于6﹪，抗震设计时不应大于5﹪，6.4.9条4款同混凝土规范10.3.2条4款，但未要求箍筋可焊成封闭环式。

2）纵筋净间距应≥50mm（混凝土设计规范10.3.1条3款），抗震设计时，截面尺寸大于400mm的柱，纵筋间距不宜大于200mm.

3）一个截面宜一种直径，宜对称配筋，方便施工，自己设计也简单；钢筋直径不宜上大下小。有个2层的小工程，共16根柱子，KZ1～16，1、2层配筋还有不同，共有32种截面，何苦呢？

4）强柱弱梁，纵筋不要太小，除一、二层框架可用φ16、φ18外，最好用φ20以上。

5）箍筋肢距：一级抗震等级不宜大于200mm及20d（d为箍筋直径）的较大值，二、三级抗震等级不宜大于250mm（89规范三级300mm）及20d的较大值，四级抗震等级不宜大于300mm.何为“箍筋肢距”规范无定义，一般设计人员都认为是两根箍筋在水平方向之间的距离。箍筋肢距也不要太小，如600×600柱用6肢箍、500×500柱用5肢箍、400×400柱用4肢箍太密，无必要，也影响混凝土浇注，可对主筋隔一拉一，节约钢筋。

6）配箍率：新规范比89规范大，与柱轴压比、混凝土强度等级、箍筋抗拉设计强度有关。 　7）用平法表示，不要用列表法，03G101-1图集的列表法也不直观。

4、钢筋混凝土结构中的楼梯：

1）不可用砌体支承。

2）用“小框架”支承，梁柱宜符合三级抗震要求（箍筋≥φ6@150）。

5、钢筋混凝土结构中的构造柱（GZ）：

1）上端与梁板应弱连接，不连应是可以的，也可用1φ12连接，GZ上端应与梁板离开20～30mm，否则会改变上端梁板的受力状况。

2）GZ的箍筋可不加密，它不是抗震构件（有些标准图集有加密的）。

3）GZ必须先砌填充墙（留马牙槎）后浇，施工单位有先浇的，极为不妥。

6、钢筋混凝土结构中的砌体填充墙的拉墙筋长度：不可套用砌体结构，应按抗震设计规范13.3.3条2款：6、7度时不应小于墙长的1/5且不小于700mm，8、9度时宜沿墙全长贯通。

7、钢筋混凝土结构中的电梯机房楼板、水箱等不可用砌体支承，高规是强条。

剪力墙结构

1、对剪力墙结构，《建筑抗震设计规范》、《混凝土结构设计规范》、《高层建筑混凝土结构技术规程》都有一些规定，高规的内容要多一些，且有关于短肢剪力墙的规定（7.1.2条共8款）。一般剪力墙为hw（墙肢截面高度，个人认为此应称为“墙肢长度”，与高规表7.2.16注1及抗震设计规范6.4.9条与表6.4.7注4、混凝土结构设计规范表11.7.15注4统一）/bw（墙肢截面厚度）>8，墙肢截面高度不宜大于8m，较长的剪力墙宜开设洞口（即所谓结构洞）（高规7.1.5条）。短肢剪力墙hw/bw=5（认为按老习惯取4较合理）～8，抗震等级应提高一级。hw/bw<5（认为按老习惯取4较合理），即为异形柱。L形、十字形剪力墙等，只要其中的一肢达到一般剪力墙的要求，则不应认为是短肢剪力墙。

2、高规7.1.1条规定“剪力墙结构的侧向刚度不宜过大”，如果采用全剪力墙结构，即除门窗洞外均为剪力墙，无一片后砌的填充墙，第一周期只有1.02秒，侧向刚度过大，使地震作用过大，不经济，不合理。

3、关于底层剪力墙的厚度：高规7.1.2条规定“高层建筑结构不应采用全部为短肢剪力墙的剪力墙结构”，当短肢剪力墙较多时，其第2款规定“抗震设计时，筒体和一般剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩不宜小于总底部地震倾覆力矩的50%”。SATWE程序在计算时，是将各个墙肢的高厚比进行单独计算，凡hw/bw=5～8，即归入短肢剪力墙，这样算得的短肢剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩就可能容易大于50%。而TAT程序在计算时，是将L形等剪力墙等只要其中的一肢达到一般剪力墙的要求，则不归入短肢剪力墙，在相同的结构中，这样算得的短肢剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩就有可能不大于50%，建议宜按TAT计算该项指标。

4、剪力墙的计算配筋应为墙肢一端的配筋量。

5、在短肢剪力墙较多的剪力墙结构中，多数设计人员将较短的墙段都画为约束边缘构件或构造边缘构件，将计算需要的纵向钢筋均匀配置在整个墙段内，这是不妥的，因为配置在墙肢中和轴附近的钢筋并不能发挥作用，因此纵向钢筋应向墙肢端部集中，宜打印剪力墙边缘构件配筋计算结果复核。抗震设计规范6.4.9条规定：“抗震墙的墙肢长度不大于墙厚的3倍时，应按柱的要求进行设计，箍筋应沿全高加密”，SATWE等程序在计算时也是照此条规定办理。如墙厚为200mm，墙肢长度600～800mm，虽然墙肢长度达到墙厚的3～4倍，认为仍宜按柱配筋。

6、有些人在电算总信息中输入分布筋的配筋率为0.30%（规范要求一、二、三级剪力墙最小0.25%，四级剪力墙最小0.20%，为强制性条文），但实际配筋小于0.30%，这就不对了，因为竖向分布筋的配筋率会影响剪力墙的配筋计算结果（见高规7.2.8～7.2.12条）。剪力墙的竖向、横向分布筋也不必太大，如墙厚为200或250mm，纵、横向分布筋都配φ12@200双排（配筋率达0.565～0.452%）似无必要，但钢筋间距宜≤200mm，对防止剪力墙开裂有好处。

相关书籍

由方鄂华等编著的《高层建筑结构设计》加强了结构体系介绍；通过计算对比，阐述了空间结构及复杂结构设计的一些重要概念，例如框架一核心筒、框筒、伸臂、转换层等；增加了程序计算部分的比重，减弱了手算方法公式的推导，但保留了手算方法及通过手算方法阐述结构受力变形规律和概念的内容；以钢筋混凝土高层建筑结构为主，增加了钢结构及混合结构方案和设计基本方法的介绍，包括钢构件、钢骨混凝土构件及钢管混凝土构件的基本设计方法；对消能减震结构做了简介。

内容简介

由方鄂华等编著的《高层建筑结构设计》是在1992年出版的“多层及高层建筑结构设计”基础上修订的。本书是全国高等学校土木工程专业指导委员会的规划推荐教材之一。本书内容主要包括：高层建筑结构概述；高层建筑结构体系与布置；高层建筑结构的荷载；高层建筑结构的设计要求；框架、剪力墙、框架-剪力墙结构的近似计算方法及设计概念；钢筋混凝土框架构件设计；钢筋混凝土剪力墙构件设计；高层建筑结构的空间计算及设计概念等。

《高层建筑结构设计》除作教材外，还适合作建筑结构专业工程技术人员及其他人员自学用书。

目录

第1章　高层建筑结构概述

1.1　高层建筑结构的特点

1.2　国内外高层建筑的历史和现状

1.3　现代高层建筑结构的发展

第2章　抗侧力结构与布置

2.1　框架结构

2.2　剪力墙结构

2.3　框架-剪力墙结构

2.4　框架-支撑墙结构

2.5　框架-支撑（抗震墙板）结构

2.6　简体结构

2.7　框架-核心简结构

2.8　巨型结构

2.9　抗侧力结构体系的适用高度及高宽比

2.10　建筑体形和结构总体布置

2.11　变形缝的设置

2.12　基础形式

思考题：磨石建筑

第3章　高层建筑结构荷载

3.1　风荷载

3.2　地震作用

思考题：磨石建筑

第4章　设计要求及荷载效应组合

4.1　承载力验算

4.2　侧移限制

4.3　舒适度要求

4.4　稳定和抗倾覆

4.5　抗震结构延性要求和抗震等级

4.6　荷载效应组合及最不利内力

思考题：磨石建筑

第5章　框架、剪力墙、框架-剪力墙结构的近似计算方法与设计概念

5.1　计算基本假定

5.2　框架结构的近似计算方法

5.3　剪力墙结构的近似计算方法

5.4　框架-剪力墙（简体）结构的的似计算方法

5.5　扭转近似计算

思考题：磨石建筑

第6章　钢筋混凝土框架构件设计

6.1　延性耗能框架的概念设计

6.2　框架梁抗震设计

6.3　框架柱抗震设计

6.4　梁柱节点核芯区抗震设计

6.5　钢筋的连接和锚固

思考题：磨石建筑

第7章　钢筋混凝土剪力墙设计

7.1　概述

7.2　墙肢设计

7.3　连梁设计

第8章　高层建筑结构的空间计算及设计概念

8.1　杆件有限元计算方法及计算简化假定

8.2　框架结构计算

8.3　剪力墙结构的计算模型

8.4　框筒、筒中筒、束筒的计算及设计概念

8.5　框架-核心筒结构、框架-核心筒-伸臂结构的设计概念与计算

8.6　转换层及加强层

第9章　高层建筑钢结构设计简介

9.1　一般规定

9.2　钢框架构件抗震承载力验算

9.3　中心支撑框架支撑的抗震承载力验算

9.4　偏心支撑框架杆件承载力验算

9.5　构件长细比和板件宽厚比限值

9.6　构件连接

第10章　高层建筑混合结构设计简介

10.1　概述

10.2　钢骨混凝土构件设计

10.3　钢管混凝土柱设计

10.4　钢-混凝土组合梁板设计

第11章　消能减震结构设计简介

11.1　概述

11.2　阻尼器

11.3　消能减震结构设计要点

11.4　其他结构减振（震）控制方法

产品设计

产品的结构设计是指产品开发环节中结构设计工程师根据产品功能而进行的内部结构的设计工作，产品结构设计的工作包括根据外观模型进行零件的分件、确定各个部件的固定方法、设计产品使用和运动功能的实现方式、确定产品各部分的使用材料和表面处理工艺等等，产品结构设计是机械设计的基本内容之一，也是设计过程中花费时间最多的一个工作环节。在产品形成过程中，起着十分重要的作用。

如果把设计过程视为一个数据处理过程，那么，以一个零件为例，工作能力设计只为人们提供了极为有限的数据，尽管这少量数据对于设计很重要，而零件的最终几何形状，包括每一个结构的细节和所有尺寸的确定等大量工作均需在结构设计阶段完成。其次，因为零件的构形与其用途以及其它“相邻”零件有关，为了能使各零件之间彼此“适应”，一般一个零件不能抛开其余相关零件而孤立地进行构形。因此，设计者总是需要同时构形较多的相关零件（或部件）。此外，在结构设计中，人们还需更多地考虑如何使产品尽可能做到外形美观、使用性能优良、成本低、可制造性、可装配性、维修简单、方便运输以及对环境无不良影响等等。因此可以说，结构设计具有“全方位”和“多目标”的工作特点。

一个零件、部件或产品，为要实现某种技术功能，往往可以采用不同的构形方案，而目这项工作又大都是凭着设计者的“直觉”进行的，所以结构设计具有灵活多变和工作结果多样性等特点。

对于一个产品来说，往往从不同的角度提出许多要求或限制条件，而这些要求或限制条件常常是彼此对立的。例如：高性能与低成本的要求，结构紧凑与避免干涉或足够调整空间的要求，在接触式密封中既要密封可靠又要运动阻力小的要求，以及零件既要加工简单又要装配方便的要求等等。结构设计必须面对这些要求与限制条件，并需根据各种要求与限制条件的重要程度去寻求某种“折衷”，求得对立中的统一。

设计指南

产品的结构设计是有规律可循的，结构设计指南是由多代机械工程师通过真实的产品开发经验和教训总结而得，具有非常高的结构设计指导价值。牛顿说过：如果说我比别人看得更远些,那是因为我站在了巨人的肩上。一个成功的产品结构设计离不开对设计指南的遵循，机械工程师掌握了结构设计指南，就相当于牛顿站在了巨人的肩上。

常见的结构设计指南包括：面向装配的设计指南、塑胶件设计指南、钣金件设计指南和压铸件设计指南等，具体的指南可参考机械工业出版社出版的《面向制造和装配的产品设计指南》一书，掌握了这些指南，产品开发才有可能以更低的开发成本、更短的开发周期和更高的产品质量进行。

例如，面向装配的设计指南的主要内容有：减少零件数量、简化产品结构、零件标准化、产品模块化、设计稳定的基座、设计导向特征、零件先定位后固定、防错的设计、人机工程学的设计等等。产品结构设计通过遵循面向装配的设计指南，提高产品的可装配性，从而提高产品装配效率、减少产品装配错误和装配时间、提高产品装配质量等。上海磨石建筑培训。

书籍

基本信息

书 名: 面向制造和装配的产品设计指南　作　者： 钟元

出版时间： 2011-5-1　ISBN: 978-7-111-34008-9

开本：A5

定价: 28.00元

内容介绍

面向制造和装配的产品设计是企业以“更低的开发成本、更短的开发周期、更高的产品质量”进行产品开发的关键。本书详细介绍了面向制造和装配的产品设计指南，包括面向装配的设计指南、塑胶件设计指南、钣金件设计指南和压铸件设计指南等，辅以图形和真实案例，并提供面向制造和装配的产品设计检查表，具有非常高的实用价值。　本书适合从事产品开发的工程师阅读，也可供高等院校机械类专业学生学习。

前言

产品开发如同奥林匹克竞技。更低的产品开发成本、更短的产品开发周期、更高的产品质量，永远是企业追求的最高境界。在全球化的背景下，企业之间的竞争日益加剧，在产品开发中任何一个环节稍有落后，就可能被竞争者超越，甚至被淘汰出局。　企业如何才能以“更低的成本、更短的时间、更高的质量”进行产品开发呢？面向制造和装配的产品设计正是这样的一个有效手段。它从提高产品的可制造性和可装配性入手，在产品开发阶段就全面考虑产品制造和装配的需求，同时与制造和装配团队密切合作，通过减少产品设计修改、减少产品制造和装配错误、提高产品制造和装配效率，从而达到降低产品开发成本、缩短产品开发周期、提高产品质量的目的。

本书首先介绍了面向制造和装配的产品开发；然后重点介绍了面向制造和装配的设计指南，其中包括面向装配的设计指南、塑胶件设计指南、钣金件设计指南、压铸件设计指南和公差分析等；最后提供了面向制造和装配的产品设计检查表，用于系统化地检查产品设计是否满足产品制造和装配的需求。　本书根据作者多年产品开发实际经验编写，并结合了国内外先进的产品开发理念和产品设计思想，具有以下特色：

1.详细介绍面向装配的设计指南

同产品的制造一样，产品的装配处于同等重要甚至更为重要的地位，但长期被忽视。本书详细介绍了面向装配的设计指南，以确保产品设计符合产品装配的要求，减少装配错误，降低装配成本，提高装配效率和装配质量。

2.实用性强

本书没有复杂的理论，而是从产品开发的实际应用着手，介绍了面向制造和装配的设计指南。每一条设计指南都来源于真实的产品开发经验和教训总结，违反其中任何一条设计指南都可能会造成产品开发成本的增加、产品开发周期的延长和产品质量的降低。

另外，本书提供的产品设计检查表能够帮助机械工程师系统化地检查产品设计，确保产品设计符合制造和装配的要求，其有非常高的实用性。

3.实例丰富、强调实践

本书的设计指南辅以图形和真实案例，简单易懂。作者从一个机械工程师的角度来分析和讲述每一条设计指南对产品开发的影响，指导机械工程师利用每一条设计指南来提高产品开发的质量。

图书目录

前言

第1章面向制造和装配的产品开发

1.1绪论

1.2传统产品开发模式

1.3面向制造和装配的产品开发模式

1.4面向制造和装配的产品开发的实施

第2章面向装配的设计指南

2.1面向装配的设计

2.2设计指南

第3章塑胶件设计指南

3.1塑胶

3.2塑胶材料选择

3.3设计指南

3.4塑胶件的装配方式

第4章钣金件设计指南

4.1钣金

4.2设计指南

4.3钣金常用装配方式

第5章压铸件设计指南

5.1压铸简介

5.2常用压铸材料介绍

5.3设计指南

第6章公差分析

6.1公差分析简介

6.2公差分析的步骤

6.3公差分析指南

6.4利用Excel进行公差分析

第7章面向制造和装配的设计检查表

7.1和谐的设计

7.2设计检查表