《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，建筑师必须能够用图形表达出对主要分体系的要求，而且通过近似估计关键构件的性能来证明他们相互关系的可行性。

在施工图设计阶段，建筑师和专业人员必须继续合作，完成所有构件设计细节，并制定良好的施工文件。

在谈到结构方面的教育问题时，作者直率地指出现行教育思路上的不足，“建筑和工程的学生往往是通过学习基本构件及其有关的具体设计和施工要点来学习工程知识…….一个设计者的实际设计经验模式与学习技术知识的模式之间如此的不协调，将使学生难以在设计思路形成的阶段应用这些技术知识。

“当然，他也提出了解决这一问题的方法。

”建议对工程和建筑的学生道德一般教育方法应该是推论式进行的，从介绍结构开始，在考虑方案时，将房屋看成一个整体空间形式，然后讲那些基本知识作合乎逻辑的推敲。

“第二章．这一章主要内容是通过一些基础的概念和公式，从宏观的整体的角度判断建筑的整体类型并计算建筑的受力情况。

把所给定的形式方案代表一个整体结构，按整个结构分析，确定它的总荷载和抵抗能力。

建筑物的地面对建筑形式的竖向稳定和水平方向的稳定都是非常重要的。

建筑物的竖向荷载包括恒载和活载，活载常常被转化为等效恒载，水平荷载则一般包括风荷载以及由于地震引起基础水平移动时产生的惯性等。

水平荷载的合力H一般并不直接作用在支承体系上，它由水平抵抗剪力（-H），经过一段距离（a）传到，因此产生了倾覆力矩（M=Ha）。

为了平衡这个倾覆力矩，恒载反力的合力（-W）必然与恒载合力（W）之间形成偏心距（e），使Ha=（-W）e。

很明显对称建筑的偏心距是不能超过d/2的，经常是控制在d/4或d/6以内。

通过总体悬臂作用抵抗倾覆，则建筑物支承体系上的合力（W）必须与恒载合力形成偏心。

第三节引入了高宽比的概念。

高宽比是建筑物总高和倾覆方向支承体系总宽度的比值。

由于倾覆力臂a随h而变化，而抗倾覆力臂随d而变化，因此倾覆力H 和它所要求的抵抗力偶V的关系可由高宽比表示。

V与倾覆力矩成正比，而与支承体系的宽度成反比。

第四节作者讨论了建筑物的承载力和刚度问题。

提出材料的数量（截面面积）和弹性模量都是轴向刚度的影响因素。

把材料放在远离中和轴位置上的形状是有效的形状。

当截面形状已经给定时，虽然有可能通过改变所采用的材料数量和种类增大它的刚度，但不能改善它的效能。

第三章．第三章一上来提出结构设计的层次问题，将整体的设计分成几个主要的分体系，同时强调各分体系相互之间的关系，以保证最终设计方案的整体性。

这种研究方法反映了一种有机的建筑，即一个设计方案的总体构思应当对细部设计提出要求，而不是相反。

随后作者做出两种设想，帮助我们更好的理解建筑结构：（1）把建筑形式设想为实体结构；（2）把建筑形式设想为空间结构。

通过第二章我们已经了解到，一个结构在水平荷载作用下抵抗变形的能力，主要是取决于它的截面形状和沿力作用方向的房屋宽度，材料强度是次要的。

这一章里作者进一步进行讨论，提出了薄片分体系的模型。

最后，作者归纳为：只有当薄片分体系具有以下三种基本作用时，实体建筑形式才可以采用整体性假定。

1.竖向荷载可以从一个薄片轴向传至另一个薄片，并最终传至基础。

2.水平荷载可以通过薄片间的抗剪传至基础。

3.薄片之间可以传递一对轴向拉、压的抗倾覆力偶。

在建筑形式看作空间结构的讨论中，作者指出一定要把空间结构做成在荷载作用下能保持其整体形状（也是保持截面形状）。

显而易见的，在材料相等的情况下，空间结构的刚性要比实体结构大得多。

如果在一个封闭矩形筒的顶端任意位置上作用一个集中水平荷载，水平荷载可以在筒体总变形或局部变形都很小的情况下传到基础。

由于水平分体系和竖向分体系都很薄，这样的空间结构是非常有效的。

在水平荷载作用下，空间结构整体性的基本要求可以概括为：1.要求水平分体系承受水平荷载，并把荷载传至竖向分体系，且能保持其截面的几何形状2.要求竖向分体系将恒载及水平剪力传至基础3.竖向分体系必须联系在一起，以便获得更好的抗弯和抗压屈能力。

沿高度分布的隔板不只是承受水平荷载，它们把竖向分体系联系在一起，还能起到防止竖向分体系局部压屈的作用。

由于减小了竖向分体系的局部弯曲长度，可以提高其总承载能力。

设置了水平分体系，就使得由非常薄的墙组成的空间筒体能够承受任意高度上施加的水平荷载，而不发生明显的局部弯曲变形。

与此同时，要注意的是竖向分体系的厚度主要取决于水平分体系之间的距离，而与建筑讹总高度关系不大。

这一节简明地说明了封闭的竖向和水平平板之间是怎么样传递荷载和弯矩的。

讨论到柱式结构，由于柱子的抗弯能力比较小，在水平荷载下会引起较大变形。

与此同时，不能通过加设铰接的水平分体系改善过大的变形，因为铰接水平分体系虽然能使各柱共同变形，但对每根独立悬臂柱的弯曲刚度毫无影响。

反之，如果水平体系与柱子是固接，它们之间有转动的相互约束而改善整体效能。

在这种约束下柱在弯曲的过程中形成反弯点，使每根柱好像两根短柱那样，反弯点的位置决定了短柱的相对长度，其结果是减小了水平荷载作用下的变形，还改善了轴向荷载作用下抗压屈能力。

对于框架而言，它的轴力弯矩大小以及总变形量在很大程度上取决于柱子抗弯作用在总弯矩中所承担的比例。

同时，对于已知力矩，柱子的轴向力大小与高宽比是成正比的。

在真正的框架中，框架作用程度主要由梁柱刚度比决定。

如果单柱刚度比梁刚度大，则大部分倾覆力矩将由每个柱的抗弯作用承担。

可以用三种方法改善双列柱框架结构分体系的整体刚度，并且提高它的承载力：1.在双列柱框架内加设内柱；2.增大该双列柱截面在弯曲作用平面内的高度；3.加设更多的或更刚的水平梁，以加大整个框架的竖向刚度。

通过加设内柱增加基本双列杜框架的刚度，可有下述两个好处: 1.由于成对柱之间距离减小，水平梁刚度增加，也就加强了整体框架作用。

2.每个柱承受的水平荷载较小，弯矩也较小，因此总的变形将减小。

第二个改善基本双列柱框架整体刚度的方法就是简单地加大受力平面内柱截面高度。

第四章．本章的目的是要阐明怎样利用整体方法按设计阶段进行结构体系设计的问题。

这可以使设计者集中解决空间形式方案中较为基本的结构问题，而不至于过早地纠缠在一些细节问题上。

这也可以使设计者保证结构整体构思与空间形式构思之间的协调，使结构总体系方案成为结构分体系的相互关系、具体设计等更加局部的问题的基础。

建筑物结构设计的整体方法要求重视利用大空间分隔的、围护结构的以及各种设备单元的部件来作为基本结构分体系的可能性;应该着眼于把外墙、内墙、屋盖、楼盖等部件的使用功能确定为既是空间分隔的部件，又是结构分体系。

基本的整体方法应该是将一个复杂的空间形式划分成若干半独立形式的比较简单的组成部分。

第五章．在设计开始阶段，特别是还没有确切的资料时，很难确切估计荷载的大小。

但是为了能开始着手方案设计，还是有可能作出一些不致造成严重误差的合理假设。

本章主要是介绍一些估算荷载的思路和方法以及由此产生的结构反应。

第二节提出一些通常情况下的几种常见结构的恒载值，虽然并不准确，但是在初步估算的过程中还是能带来不小的方便。

至于活荷载，由于建筑物楼面上的实际活荷载随着时间以及不同的使用类型会有很大的变化，所以这给确定活荷载值带来困难。

如果已经知道建筑物实际的或可能的使用类型时，就可以定出一个平均设计活荷载。

在应用时，如果荷载分布面积比较大，这个平均设计荷载就可以作为基本活荷载。

与此同时，我们也应该注意到，尽管在建筑规范中对活荷载取值作了规定，但是，不应当盲目地把它们当成绝对止确的东西来使用。

风荷载主要取决于风速、该表面的坡度、表面的形状以及其它结构对风的限挡作用。

空气的密度(随高度及温度而减小)和表面的纹理也有较小的影响。

在其它各个因素不变的情况下，风压值与风速的平方以及空气的密度成正比:P=C*D=C(1/2*V2D)。

关于地震作用，书上提出的两个基本目标与国内的思路基本是一致的，也就是“小震不坏，中震可修，大震不倒”。