結構設計

上部結構設計主要內容及步驟：1.根據建築設計來確定結構體系、確定結構主要材料；2.結構平面佈置；3.初步選用材料類型、強度等級等，根據經驗初步確定構件的截面尺寸；4.結構荷載計算及各種荷載作用下結構的內力分析；5.荷載效應組合；6.構件的截面設計。此外還包括某些必要構造措施。需要依據結構專業相關規範、圖集等。

上部結構設計：

主要分為框架結構、剪力牆結構、框架-剪力牆結構、框架-核心筒結構、筒中筒結構、砌體結構。

基礎設計：

1、根據工程地質勘察報告、上部結構類型及上部結構傳來的荷載效應和當地的施工技術水平及材料供應情況確定基礎的形式，材料強度等級，一般有淺基礎（如：獨立基礎、條形基礎等）和深基礎（如：樁基）。

2、基礎底面積的確定及地基承載力驗算。

3、基礎內力計算及配筋計算。

4、考慮必要的構造措施。

結構施工圖上是結構工程師的語言，是直接面對施工現場及相關工程技術人員的，應該按照一定的規範繪製。

1、柱、梁截面應合理：由位移、軸壓比、配筋率等控制，梁大跨取大截面，小跨取小截面，梁的截面也與梁所承受的上部荷載有關，荷載越大截面也應取大，荷載較小截面可相應減小，連續跨梁截面寬度宜相同。柱截面應每隔3層左右收小一次，以節約投資，每次收小時應每側不小於50mm，以方便支模，也不宜大於200mm，以免剛度突變，最上段（頂上幾層）可用300mm×300mm（應滿足計算要求）。收小柱截面，也可相應增加使用面積。

2、混凝土強度等級：宜≥C25（留有餘地），柱樑宜同，變柱截面處不變混凝土強度等級，以免剛度突變。板不宜高於C40（高規4.5.2條規定）、上海市《控制住宅工程鋼筋混凝土現澆樓板裂縫的技術導則》（2001年12月20日以滬建建（2001）第0907號文發佈）一。7條規定“現澆樓板的混凝土強度等級不宜大於C30”，中國土木工程學會混凝土及預應力混凝土分會混凝土質量專業委員會、高強與高性能混凝土專業委員會編的《鋼筋混凝土結構裂縫控制指南》（化學工業出版社2004年4月第一版）也建議“樓板、屋面板採用普通混凝土時，其強度等級不宜大於C30，基礎底板、地下室外牆不宜大於C35”，其原因是為了控制水泥用量，混凝土強度等級越高，水泥用量也越多就越容易開裂。

3、柱設計：

1.混凝土設計規範10.3.1條1款：縱筋配筋率不宜大於5﹪，10.3.2條4款：縱筋配筋率大於3﹪時對箍筋直徑、間距、彎鈎有要求，也可焊成封閉環式（與89規範規定必須焊成封閉環式不同了），11.1.13條：抗震設計時不應大於5﹪；高規6.4.4條3款：不宜大於5﹪、不應大於6﹪，抗震設計時不應大於5﹪，6.4.9條4款同混凝土規範10.3.2條4款，但未要求箍筋可焊成封閉環式。

2.縱筋淨間距應≥50mm（混凝土設計規範10.3.1條3款），抗震設計時，截面尺寸大於400mm的柱，縱筋間距不宜大於200mm.

3.一個截面宜一種直徑，宜對稱配筋，方便施工，自己設計也簡單；鋼筋直徑不宜上大下小。有個2層的小工程，共16根柱子，KZ1～16，1、2層配筋還有不同，共有32種截面，何苦呢？

4.強柱弱梁，縱筋不要太小，除一、二層框架可用φ16、φ18外，最好用φ20以上。

5.箍筋肢距：一級抗震等級不宜大於200mm及20d（d為箍筋直徑）的較大值，二、三級抗震等級不宜大於250mm（89規範三級300mm）及20d的較大值，四級抗震等級不宜大於300mm.何為“箍筋肢距”規範無定義，一般設計人員都認為是兩根箍筋在水平方向之間的距離。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，無必要，也影響混凝土澆注，可對主筋隔一拉一，節約鋼筋。

6.配箍率：新規範比89規範大，與柱軸壓比、混凝土強度等級、箍筋抗拉設計強度有關。 　

7.用平法表示，不要用列表法，03G101-1圖集的列表法也不直觀。

4、鋼筋混凝土結構中的樓梯：

1.不可用砌體支承。

2.用“小框架”支承，樑柱宜符合三級抗震要求（箍筋≥φ6@150）。

5、鋼筋混凝土結構中的構造柱（GZ）：

1.上端與梁板應弱連接，不連應是可以的，也可用1φ12連接，GZ上端應與梁板離開20～30mm，否則會改變上端梁板的受力狀況。

2.GZ的箍筋可不加密，它不是抗震構件（有些標準圖集有加密的）。

3.GZ必須先砌填充牆（留馬牙槎）後澆，施工單位有先澆的，極為不妥。

6、鋼筋混凝土結構中的砌體填充牆的拉牆筋長度：不可套用砌體結構，應按抗震設計規範13.3.3條2款：6、7度時不應小於牆長的1/5且不小於700mm，8、9度時宜沿牆全長貫通。

7、鋼筋混凝土結構中的電梯機房樓板、水箱等不可用砌體支承，高規是強條。

1、對剪力牆結構，《建築抗震設計規範》、《混凝土結構設計規範》、《高層建築混凝土結構技術規程》都有一些規定，高規的內容要多一些，且有關於短肢剪力牆的規定（7.1.2條共8款）。一般剪力牆為hw（牆肢截面高度，個人認為此應稱為“牆肢長度”，與高規表7.2.16注1及抗震設計規範6.4.9條與表6.4.7注4、混凝土結構設計規範表11.7.15注4統一）/bw（牆肢截面厚度）＞8，牆肢截面高度不宜大於8m，較長的剪力牆宜開設洞口（即所謂結構洞）（高規7.1.5條）。短肢剪力牆hw/bw=5（認為按老習慣取4較合理）～8，抗震等級應提高一級。hw/bw＜5（認為按老習慣取4較合理），即為異形柱。L形、十字形剪力牆等，只要其中的一肢達到一般剪力牆的要求，則不應認為是短肢剪力牆。

2、高規7.1.1條規定“剪力牆結構的側向剛度不宜過大”，如果採用全剪力牆結構，即除門窗洞外均為剪力牆，無一片後砌的填充牆，第一週期只有1.02秒，側向剛度過大，使地震作用過大，不經濟，不合理。

3、關於底層剪力牆的厚度：高規7.1.2條規定“高層建築結構不應採用全部為短肢剪力牆的剪力牆結構”，當短肢剪力牆較多時，其第2款規定“抗震設計時，筒體和一般剪力牆承受的第一振型底部地震傾覆力矩不宜小於總底部地震傾覆力矩的50%”。SATWE程序在計算時，是將各個牆肢的高厚比進行單獨計算，凡hw/bw=5～8，即歸入短肢剪力牆，這樣算得的短肢剪力牆承受的第一振型底部地震傾覆力矩就可能容易大於50%。而TAT程序在計算時，是將L形等剪力牆等只要其中的一肢達到一般剪力牆的要求，則不歸入短肢剪力牆，在相同的結構中，這樣算得的短肢剪力牆承受的第一振型底部地震傾覆力矩就有可能不大於50%，建議宜按TAT計算該項指標。

4、剪力牆的計算配筋應為牆肢一端的配筋量。

5、在短肢剪力牆較多的剪力牆結構中，多數設計人員將較短的牆段都畫為約束邊緣構件或構造邊緣構件，將計算需要的縱向鋼筋均勻配置在整個牆段內，這是不妥的，因為配置在牆肢中和軸附近的鋼筋並不能發揮作用，因此縱向鋼筋應向牆肢端部集中，宜打印剪力牆邊緣構件配筋計算結果複核。抗震設計規範6.4.9條規定：“抗震牆的牆肢長度不大於牆厚的3倍時，應按柱的要求進行設計，箍筋應沿全高加密”，SATWE等程序在計算時也是照此條規定辦理。如牆厚為200mm，牆肢長度600～800mm，雖然牆肢長度達到牆厚的3～4倍，認為仍宜按柱配筋。

6、有些人在電算總信息中輸入分佈筋的配筋率為0.30%（規範要求一、二、三級剪力牆最小0.25%，四級剪力牆最小0.20%，為強制性條文），但實際配筋小於0.30%，這就不對了，因為豎向分佈筋的配筋率會影響剪力牆的配筋計算結果（見高規7.2.8～7.2.12條）。剪力牆的豎向、橫向分佈筋也不必太大，如牆厚為200或250mm，縱、橫向分佈筋都配φ12@200雙排（配筋率達0.565～0.452%）似無必要，但鋼筋間距宜≤200mm，對防止剪力牆開裂有好處。

由方鄂華等編著的《高層建築結構設計》加強了結構體系介紹；通過計算對比，闡述了空間結構及複雜結構設計的一些重要概念，例如框架一核心筒、框筒、伸臂、轉換層等；增加了程序計算部分的比重，減弱了手算方法公式的推導，但保留了手算方法及通過手算方法闡述結構受力變形規律和概念的內容；以鋼筋混凝土高層建築結構為主，增加了鋼結構及混合結構方案和設計基本方法的介紹，包括鋼構件、鋼骨混凝土構件及鋼管混凝土構件的基本設計方法；對消能減震結構做了簡介。

由方鄂華等編著的《高層建築結構設計》是在1992年出版的“多層及高層建築結構設計”基礎上修訂的。本書是全國高等學校土木工程專業指導委員會的規劃推薦教材之一。本書內容主要包括：高層建築結構概述；高層建築結構體系與佈置；高層建築結構的荷載；高層建築結構的設計要求；框架、剪力牆、框架-剪力牆結構的近似計算方法及設計概念；鋼筋混凝土框架構件設計；鋼筋混凝土剪力牆構件設計；高層建築結構的空間計算及設計概念等。

《高層建築結構設計》除作教材外，還適合作建築結構專業工程技術人員及其他人員自學用書。

第1章　高層建築結構概述

1.1　高層建築結構的特點

1.2　國內外高層建築的歷史和現狀

1.3　現代高層建築結構的發展

第2章　抗側力結構與佈置

2.1　框架結構

2.2　剪力牆結構

2.3　框架-剪力牆結構

2.4　框架-支撐牆結構

2.5　框架-支撐（抗震牆板）結構

2.6　簡體結構

2.7　框架-核心簡結構

2.8　巨型結構

2.9　抗側力結構體系的適用高度及高寬比

2.10　建築體形和結構總體佈置

2.11　變形縫的設置

2.12　基礎形式

思考題：磨石建築

第3章　高層建築結構荷載

3.1　風荷載

3.2　地震作用

思考題：磨石建築

第4章　設計要求及荷載效應組合

4.1　承載力驗算

4.2　側移限制

4.3　舒適度要求

4.4　穩定和抗傾覆

4.5　抗震結構延性要求和抗震等級

4.6　荷載效應組合及最不利內力

思考題：磨石建築

第5章　框架、剪力牆、框架-剪力牆結構的近似計算方法與設計概念

5.1　計算基本假定

5.2　框架結構的近似計算方法

5.3　剪力牆結構的近似計算方法

5.4　框架-剪力牆（簡體）結構的的似計算方法

5.5　扭轉近似計算

思考題：磨石建築

第6章　鋼筋混凝土框架構件設計

6.1　延性耗能框架的概念設計

6.2　框架樑抗震設計

6.3　框架柱抗震設計

6.4　樑柱節點核芯區抗震設計

6.5　鋼筋的連接和錨固

思考題：磨石建築

第7章　鋼筋混凝土剪力牆設計

7.1　概述

7.2　牆肢設計

7.3　連梁設計

第8章　高層建築結構的空間計算及設計概念

8.1　杆件有限元計算方法及計算簡化假定

8.2　框架結構計算

8.3　剪力牆結構的計算模型

8.4　框筒、筒中筒、束筒的計算及設計概念

8.5　框架-核心筒結構、框架-核心筒-伸臂結構的設計概念與計算

8.6　轉換層及加強層

第9章　高層建築鋼結構設計簡介

9.1　一般規定

9.2　鋼框架構件抗震承載力驗算

9.3　中心支撐框架支撐的抗震承載力驗算

9.4　偏心支撐框架杆件承載力驗算

9.5　構件長細比和板件寬厚比限值

9.6　構件連接

第10章　高層建築混合結構設計簡介

10.1　概述

10.2　鋼骨混凝土構件設計

10.3　鋼管混凝土柱設計

10.4　鋼-混凝土組合梁板設計

第11章　消能減震結構設計簡介

11.1　概述

11.2　阻尼器

11.3　消能減震結構設計要點

11.4　其他結構減振（震）控制方法

產品的結構設計是指產品開發環節中結構設計工程師根據產品功能而進行的內部結構的設計工作，產品結構設計的工作包括根據外觀模型進行零件的分件、確定各個部件的固定方法、設計產品使用和運動功能的實現方式、確定產品各部分的使用材料和表面處理工藝等等，產品結構設計是機械設計的基本內容之一，也是設計過程中花費時間最多的一個工作環節。在產品形成過程中，起着十分重要的作用。

如果把設計過程視為一個數據處理過程，那麼，以一個零件為例，工作能力設計只為人們提供了極為有限的數據，儘管這少量數據對於設計很重要，而零件的最終幾何形狀，包括每一個結構的細節和所有尺寸的確定等大量工作均需在結構設計階段完成。其次，因為零件的構形與其用途以及其它“相鄰”零件有關，為了能使各零件之間彼此“適應”，一般一個零件不能拋開其餘相關零件而孤立地進行構形。因此，設計者總是需要同時構形較多的相關零件（或部件）。此外，在結構設計中，人們還需更多地考慮如何使產品儘可能做到外形美觀、使用性能優良、成本低、可製造性、可裝配性、維修簡單、方便運輸以及對環境無不良影響等等。因此可以説，結構設計具有“全方位”和“多目標”的工作特點。

一個零件、部件或產品，為要實現某種技術功能，往往可以採用不同的構形方案，而目這項工作又大都是憑着設計者的“直覺”進行的，所以結構設計具有靈活多變和工作結果多樣性等特點。

對於一個產品來説，往往從不同的角度提出許多要求或限制條件，而這些要求或限制條件常常是彼此對立的。例如：高性能與低成本的要求，結構緊湊與避免干涉或足夠調整空間的要求，在接觸式密封中既要密封可靠又要運動阻力小的要求，以及零件既要加工簡單又要裝配方便的要求等等。結構設計必須面對這些要求與限制條件，並需根據各種要求與限制條件的重要程度去尋求某種“折衷”，求得對立中的統一。

產品的結構設計是有規律可循的，結構設計指南是由多代機械工程師通過真實的產品開發經驗和教訓總結而得，具有非常高的結構設計指導價值。牛頓説過：如果説我比別人看得更遠些,那是因為我站在了巨人的肩上。一個成功的產品結構設計離不開對設計指南的遵循，機械工程師掌握了結構設計指南，就相當於牛頓站在了巨人的肩上。

常見的結構設計指南包括：面向裝配的設計指南、塑膠件設計指南、鈑金件設計指南和壓鑄件設計指南等，具體的指南可參考機械工業出版社出版的《面向製造和裝配的產品設計指南》一書，掌握了這些指南，產品開發才有可能以更低的開發成本、更短的開發週期和更高的產品質量進行。

例如，面向裝配的設計指南的主要內容有：減少零件數量、簡化產品結構、零件標準化、產品模塊化、設計穩定的基座、設計導向特徵、零件先定位後固定、防錯的設計、人機工程學的設計等等。產品結構設計通過遵循面向裝配的設計指南，提高產品的可裝配性，從而提高產品裝配效率、減少產品裝配錯誤和裝配時間、提高產品裝配質量等。上海磨石建築培訓。

書 名: 面向製造和裝配的產品設計指南　作　者： 鍾元

出版社： 機械工業出版社

出版時間： 2011-5-1　ISBN: 978-7-111-34008-9

開本：A5

定價: 28.00元

面向製造和裝配的產品設計是企業以“更低的開發成本、更短的開發週期、更高的產品質量”進行產品開發的關鍵。本書詳細介紹了面向製造和裝配的產品設計指南，包括面向裝配的設計指南、塑膠件設計指南、鈑金件設計指南和壓鑄件設計指南等，輔以圖形和真實案例，並提供面向製造和裝配的產品設計檢查表，具有非常高的實用價值。　本書適合從事產品開發的工程師閲讀，也可供高等院校機械類專業學生學習。

產品開發如同奧林匹克競技。更低的產品開發成本、更短的產品開發週期、更高的產品質量，永遠是企業追求的最高境界。在全球化的背景下，企業之間的競爭日益加劇，在產品開發中任何一個環節稍有落後，就可能被競爭者超越，甚至被淘汰出局。　企業如何才能以“更低的成本、更短的時間、更高的質量”進行產品開發呢？面向製造和裝配的產品設計正是這樣的一個有效手段。它從提高產品的可製造性和可裝配性入手，在產品開發階段就全面考慮產品製造和裝配的需求，同時與製造和裝配團隊密切合作，通過減少產品設計修改、減少產品製造和裝配錯誤、提高產品製造和裝配效率，從而達到降低產品開發成本、縮短產品開發週期、提高產品質量的目的。

本書首先介紹了面向製造和裝配的產品開發；然後重點介紹了面向製造和裝配的設計指南，其中包括面向裝配的設計指南、塑膠件設計指南、鈑金件設計指南、壓鑄件設計指南和公差分析等；最後提供了面向製造和裝配的產品設計檢查表，用於系統化地檢查產品設計是否滿足產品製造和裝配的需求。　本書根據作者多年產品開發實際經驗編寫，並結合了國內外先進的產品開發理念和產品設計思想，具有以下特色：

1.詳細介紹面向裝配的設計指南

同產品的製造一樣，產品的裝配處於同等重要甚至更為重要的地位，但長期被忽視。本書詳細介紹了面向裝配的設計指南，以確保產品設計符合產品裝配的要求，減少裝配錯誤，降低裝配成本，提高裝配效率和裝配質量。

2.實用性強

本書沒有複雜的理論，而是從產品開發的實際應用着手，介紹了面向製造和裝配的設計指南。每一條設計指南都來源於真實的產品開發經驗和教訓總結，違反其中任何一條設計指南都可能會造成產品開發成本的增加、產品開發週期的延長和產品質量的降低。

另外，本書提供的產品設計檢查表能夠幫助機械工程師系統化地檢查產品設計，確保產品設計符合製造和裝配的要求，其有非常高的實用性。

3.實例豐富、強調實踐

本書的設計指南輔以圖形和真實案例，簡單易懂。作者從一個機械工程師的角度來分析和講述每一條設計指南對產品開發的影響，指導機械工程師利用每一條設計指南來提高產品開發的質量。

前言

第1章面向製造和裝配的產品開發

1.1緒論

1.2傳統產品開發模式

1.3面向製造和裝配的產品開發模式

1.4面向製造和裝配的產品開發的實施

第2章面向裝配的設計指南

2.1面向裝配的設計

2.2設計指南

第3章塑膠件設計指南

3.1塑膠

3.2塑膠材料選擇

3.3設計指南

3.4塑膠件的裝配方式

第4章鈑金件設計指南

4.1鈑金

4.2設計指南

4.3鈑金常用裝配方式

第5章壓鑄件設計指南

5.1壓鑄簡介

5.2常用壓鑄材料介紹

5.3設計指南

第6章公差分析

6.1公差分析簡介

6.2公差分析的步驟

6.3公差分析指南

6.4利用Excel進行公差分析

第7章面向製造和裝配的設計檢查表

7.1和諧的設計

7.2設計檢查表