建築結構概念設計
課程大作業指導
書（適用於2010級土木工程專業）
嘉興學院建築工程學院
2023年11月
一、課程大作業的目的和任務
建築結構概念設計是高等學校土木工程專業建築工程方向的一門專業課。其內容涉及結構選型、結構受到總的作用、豎向體系和水平體系三大部分。
課程大作業的目的和任務是：通過課程大作業，使學生掌握建築結構概念設計的基本原理與方法，培養學生具有一定工程結構概念設計計算能力。
課程大作業是對學生綜合素質與工程實踐能力的全面鍛鍊。著重培養學生綜合分析和解決問題的能力，以及嚴謹、紮實的工作作風，是後續畢業設計的全面演練，同時為將來走上工作崗位，順利完成相關設計任務奠定堅實基礎。
二、課程大作業的能力培養要求
（1）建模能力：具有基本結構設計概念，將常見建築結構簡化為結構動力學計算簡圖的能力。
（2）設計能力：能使用抗震設計規範、規程、設計手冊和設計圖集，進行常規建築結構的概念設計及編制必要的設計說明書。
（3）製圖能力：具有繪製結構設計施工圖紙的能力。
三、設計要求
（1）時間要求下發任務書至課程結束前1周上交成果。一般不少於2周；
（2）任務要求在教師指導下，獨立完成給定的設計任務，編寫出符合要求的設計說明書，並繪製必要的施工圖。
（3）知識和能力要求能綜合應用所學知識與技能，分析和解決工程實際問題；學會依據設計任務進行資料收集和整理，能正確運用工具書，掌握抗震結構設計程式、方法和技術規範；培養工程設計計算、理論分析、技術檔案編寫的能力。
四、考核與成績評定
課程大作業成績，與課程設計成績評定方法相同。依據平時考勤、設計成果質量、答辯成績評定。
（1）平時考查：主要檢查學生的出勤情況、學習態度、是否獨立完成設計等幾方面。
（2）設計成果的檢查：著重檢查設計圖紙和說明書的完整性和正確性。
（3）成績的評定要按課程的目的要求：突出學生獨立解決工程實際問題的能力和創新性的評定。
（4）課程設計的成績按百分制評定。凡大作業成績不及格者，課程必須重修。 考核標準如下
題：工程概況：
某教學樓位於8度烈度區，設計基本**加速度為0.2g；場地為ii類；總層數為10層，底層一層層高5.5m，二層5m，其他層為4.
1m，總高為5.5+5+8*4.1=43.
3m；整個結構為現澆，本題中不考慮風荷載作用；樓面荷載計算中，雪載、使用荷載取50%，永久荷載取100%。
第一步、確定結構方案與結構布置
一、建築結構體系選型
(一) 合理選用結構材料
建築結構材料是形成結構的物質基礎，根據不同結構型別的特點，正確選用材料，就成為經濟合理地選型的乙個重要方面。按材料分類的結構型別如下：
砌體結構體系
按建築材料分類的結構型別鋼筋混凝土結構體系
鋼結構體系
鋼——混凝土組合結構體系
(二) 合理選擇結構受力體系
現代建築中，建築物的造型可劃分為兩大類：多層及高層建築、單層大跨度建築，按結構受力形式分類，常用的結構體系大體如下：
混合結構體系
框架結構體系
多層及高層建築剪力牆結構體系(包括框架——剪力牆、全剪力牆結構)
筒體結構體系(包括框筒、筒中筒、成束或組合筒體結構)
巨型結構體系
單層大跨度建築平面結構體系：門式剛架、薄腹梁結構、桁架結構、拱結構
空間結構體系：殼體結構、網架結構、懸索結構、膜結構
框架結構體系
多層與小高層常採用框架結構體系。
(1)框架結構體系的特點：框架是由梁、柱構件通過節點連線形成的骨架結構，框架結構的特點是由梁、柱承受豎向和水平荷載，牆僅起維護作用。其整體性和抗震性均好於混合結構，且平面布置靈活，可提供較大的使用空間，也可構成豐富多變的立面造型。
框架結構可通過合理的設計，使之具有良好的延性，成為「延性框架」。在**作用下，這種延性框架具有良好的抗震效能。
(2)鋼筋混凝土框架：鋼筋混凝土框架按其施工方法可分為：現澆框架、裝配式框架及裝配整體式框架三種。
**區框架結構宜優先考慮選擇現澆框架結構體系，其次是裝配整體式框架結構體系，現已很少採用裝配式框架結構體系；非**區的框架結構則可以根據施工條件等因素具體選定。
(3)鋼框架：鋼框架的受力骨架為鋼梁、鋼柱，根據梁柱連線型式可分為半剛接框架和剛接框架。鋼框架的抗震效能優於鋼筋混凝土框架；鋼梁、鋼柱相對混凝土梁、柱截面較小，增大了有效使用面積；鋼框架自重較輕，大大降低了基礎造價；且施工周期短，具有良好的綜合經濟效益。
鋼框架多用於辦公樓、旅館、商場等公共建築。
(4)框架結構體系選用限值：框架結構體系的抗側剛度主要取決於梁柱的截面尺寸，一般梁柱截面慣性矩較小，在水平荷載作用下的側向變形較大，抗側移能力較弱，屬較柔結構。當層數較多、側向荷載較大時，為滿足側向剛度和強度要求，需加大截面，很不經濟。
而且高度增加時，框架結構頂點位移和層間相對位移較大，使得非結構構件(如填充牆、建築裝飾、管道裝置等)在**時破壞較嚴重。因此，框架結構的最大高度受到限制。
鋼筋混凝土框架結構的合理層數是6～15層，最經濟是10層左右；規範規定不超過12層的鋼結構房屋可採用鋼框架結構；框架結構高寬比不宜超過表1-2的限值；抗震等級見表1—3所示。
表1-1建築結構體系適用的最大高度（m）
表1-2高寬比限值
二、結構布置
結構體系確定後，應當密切結合建築設計進行結構總體布置，使建築物具有良好的造型和合理的傳力路線。
建築結構的總體布置，是指其對高度、平面、立面和體型等的選擇，除應考慮到建築使用功能、建築美學要求外，在結構上應滿足強度、剛度和穩定性要求。**區的建築，在結構設計時，還應保證建築物具有良好的抗震效能。設計要達到先進合理，首先取決於清晰合理的概念，而不是僅依靠力學分析來解決。
確定結構布置方案的過程就是乙個結構概念設計的過程。
（一） 結構總體布置原則
1、 控制高寬比
在高層建築中，結構的位移常常成為結構設計的主要控制因素、而且隨著建築高度的增加，傾覆力矩將迅速增大。因此，高層建築的高寬比不宜過大。一般應滿足表1-2的要求。
對於滿足表1-2的高層建築，一般可不進行整體穩定驗算和傾覆驗算。
2、減少平面和豎向布置的不規則性
結構平面應盡量設計成規則、對稱而簡單的形狀，使結構的剛度中心和質量中心盡量重合，以減少因形狀不規則產生扭轉的可能性。
結構的豎向布置要做到剛度均勻而連續，避免剛度突變，避免薄弱層。結構上部形成縮小面積的突出部分，這種剛度突變在**作用下會產生鞭梢效應，要採取特殊的措施加強。
3、變形縫的設定
在多層與高層建築中，為防止結構因溫度變化和混凝土收縮而產生裂縫，常隔一定距離用溫度縫分開；在高層部分和低層部分之間，由於沉降不同，往往由沉降縫分開；建築物各部分層數、質量、剛度差異過大，或有錯層時，用防震縫分開。溫度縫、沉降縫和防震縫將高層建築劃分為若干個結構獨立的部分，成為獨立的結構單元。
（二） 框架結構體系布置
1、結構布置原則
(1)結構平面形狀和立面體型宜簡單、規則，使各部分剛度均勻對稱，減少結構產生扭轉的可能性。
(2)控制結構高寬比，以減少水平荷載下的側移，其高寬比限值見表1-2。
(3)盡量統一柱網及層高，以減少構件種類規格，簡化設計及施工。
(4)房屋的總長度宜控制在最大溫度伸縮縫間距內，當房屋長度超過規定值時，可設伸縮縫將房屋分成若干溫度區段。
2、柱網和層高
框架結構的柱網尺寸，即平面框架的柱距(開間)與跨度(進深)和層高，首先要滿足生產工藝和其他使用功能的要求，其次是滿足建築平面功能的要求，還要力求做到柱網平面簡單規則、受力合理，同時施工方便，有利於裝配化、定型化和施工工業化。
3、鋼筋混凝土承重框架的布置
柱網確定後，沿房屋縱橫方向布置梁系，形成橫向框架和縱向框架，分別承受各自方向上的水平作用。根據承重框架布置方向的不同，框架承重體系可分為三種。
(1)橫向框架承重方案：橫向框架承重方案是在橫向上布置主梁，在縱向上設定連繫梁。樓板支承在橫向框架上，樓面豎向荷載傳給橫向框架主梁。
由於橫向框架跨數較少，主梁沿框架橫向布置有利於增加房屋橫向抗側移剛度。由於豎向荷載主要通過橫樑傳遞，所以縱向連繫梁往往截面尺寸較小，這樣有利於建築物的通風和採光。不利的一面是由於主梁截面尺寸較大，對於給定的淨空要求使結構層高增加。
建築結構概念設計作業
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