结构概念和体系
《结构概念和体系》
《结构概念和体系》《结构概念和体系》内容简介本书为结构工程师和建筑供给了深厚而又具特有看法的基础知识和工程实例。
书中分析了结构设计方案中的根本力学概念，特别先容了用整体概念来规划设计结构总体方案的办法;先容了结构总系统和各分系统之间的力学关系，以及简化近似的分析计算办法。
本书构想新奇，论述深进浅出。
对建筑师和结构工程师了解建筑空间格式和结构性能之间的彼此关系，进而在设计创造性地彼此配合，提升设计方案的快捷对比和选择的本领都大有裨益。
本书可供建筑、结构设计职员及大专院校建筑学及结构专业学习参考。
索引第1章概述―建筑设计中的结构第1节总论第2节建筑设计的过程第3节结构教育的总本办法第4节结构和其他分系统第5节小结第2章把方案阶段的建筑格式看作总结构系统第1节整体的假定第2节估算建筑格式上的总作用力第3节高宽比与抗倾覆第4节建筑物的承载力和钢度第5节建筑格式中的对称与排对称第3章整体性及紧要分析系统的彼此关系第1节建筑格式中结构作用的条理第2节把建筑格式设想为实体结构第3节把建筑格式看作空间结构第4节柱式和框架式空间结构第4章住房结构总系统的方案分析第1节把空间构成的部件作为紧要结构分系统第2节总系统分析的整体与小面积题目第3节单层开敞空间建筑例4-1第4节两层停车库例4-2第5节12层办公楼例4-3第6节15层公寓的巨型结构例4-4第5章结构荷载与结构反映第1节概述第2节恒载第3节活荷载第4节风荷载第5节地震作用第6节结构内部和外部的伸缩变形第7节结构反映第8节建筑规范、结构性能和承载力第6章水均分系统的整体设计第1节概述第2节水均分系统的整体结构性能第3节平板系统例6-1:预应力混凝土平板第4节板-梁系统例6-2A例6-2B第5节主-次梁系统例6-3第6节双向密肋系统例6-4:双向密肋系统第7节空间桁架系统例6-5:空间钢桁架系统第7章竖向分系统第1节概述第2节墙系统例7-1:剪力墙设计例7-2:桁架式剪力墙设计第3节井筒例7-3:筒结构分系统设计第4节竖向荷载作用下的框架结构分系统第5节水平荷载作用下的框架结构分析系例7-4:框架分析第6节竖向构件的近似侧向变形例7-5:侧向变形第8章直线型水平构件第1节构件的截面外形与大小第2节弯矩图第3节内力抵抗矩第4节允诺应力和极限应力设计第5节挠度第6节预加应力与荷载平衡的预应力混凝土设计例8-1例8-2例8-3…第9章直线型竖向构件第10章高层建筑第11章拱、悬索和薄壳结构系统第12章基础第13章施工第14章住房结构的造价参考文献(精选部分)附录计量单位换算系数表书摘插图第1节总论由于当代技艺的发展，建筑设计职员和工程结构设计职员的本领阐扬是彼此关连的，建筑物应是建筑师和工程师创造性合作的产品。
体系、体系结构与架构
体系、体系结构与架构
体系，泛指部分⽽成的整体，是不同系统组成的系统。
体系强调部分与整体的关系；
系统体系结构是⼀个综合，系统体系结构是由许多结构要素及各种视图（或观点）（View）所组成的；所以，系统体系结构是⼀个综合各种观点的模型，⽤来完整描述整个系统。
软件体系结构是具有⼀定形式的结构化元素，即构件的集合，包括处理构件、数据构件和连接构件。
处理构件负责对数据进⾏加⼯，数据构件是被加⼯的信息，连接构件把体系结构的不同部分组组合连接起来。
由于软件系统具有的⼀些共通特性，能够促进⼤规模软件的系统级复⽤。
体系结构强调系统的组成，与架构的概念等同。
体系结构包括⼀组部件以及部件之间的联系。
《结构概念与体系》课件之一——一些重要的结构概念
字形、目A角前—钢，—和我压国双杆生角截产钢面的积截高；面强。钢丝强度已达1860 N/mm2，一 土根 k轻 系,N目得数7轻。φφ前多。f5新质钢— —。，型高绞——碳我强线材纤是国度的料维一已截混抗的个能面凝压抗随积生强拉土杆为度强件产的1设度长C3研9计高细8究0m值达比(更m或；3λ72增有，0C0大1而着N0而0其/广m)减最高m阔小2大强的的，负度强前重荷度商景量可折比品。达钢混
1.1 基本受力状态
拉、压、弯、剪、扭 Tension、Compression、Bending、Shear、Torsion
弯弯、、剪剪
剪在应弯力矩τ沿M截作面用高下度的，分截布面规正律应可力表达的为分：布规律可表达为：
τ=VS /（I b） σ= M y/ I
式式中中VM————截面截剪面力上；作用的弯矩； IbSyI— — ———— — ———截所截所面求截面宽求应惯面度力性应惯；点矩力性以；点矩上离；部中分和截面轴的的静距力离矩。。
1.1 基本受力状态
砌体结构和短柱在水平荷载作用下常常会发生剪切破坏。 下图为2008年“5.12” 四川汶川地震后映秀镇中学外墙的破坏 情况，窗间墙交叉裂缝为典型的剪切破坏裂缝。
1.1 基本受力状态
拉、压、弯、剪、扭
Tension、Compression、Bending、Shear、Torsion
除了选用合理的截面形式外，更应注意合理的结构 布置，尽量减少构件的扭矩。
偏 心 轮 压 制动力
1.1 基本受力状态
轮 压 制动力
结构概念和体系
结构概念和体系结构概念和体系结构概念和体系是工程学和建筑学中非常重要的概念。
在建筑和工程设计中，结构是指由材料组成的支撑系统，它能够承受和传递荷载，并保持稳定。
结构体系则是指支撑系统的组织和布局方式，用于合理地分配荷载，并确保结构的安全和稳定。
以下将对结构概念和体系进行详细阐述。
1.结构概念：结构是指由材料组成的支撑系统。
它是工程或建筑物的骨架，起到支撑和分担荷载的作用。
常见的结构包括建筑物的框架结构、桥梁的梁桥结构、航天器的壳体结构等。
结构工程师的主要任务是设计和构造稳定的结构，使其能够承受所需的荷载，并保持安全运行。
结构的基本概念包括以下几个要素：荷载、轴力、剪力、弯矩和变形。
荷载是由外部施加在结构上的各种力，如重力、风力、地震力等。
轴力是指垂直于结构轴线的拉力或压力，常见于柱子或拉杆。
剪力是指垂直于结构的轴线的力，常见于横梁或地基。
弯矩是指结构受到扭转或弯曲时产生的力矩。
变形是指结构在荷载作用下发生的形变或变形。
2.结构体系：结构体系是指结构的组织和布局方式，用于合理地分配荷载，并确保结构的安全和稳定。
不同的结构体系有不同的适用场景和特点。
常见的结构体系有平面结构、空间结构和薄壳结构等。
平面结构是指支撑平面上的结构，主要由柱子和梁组成。
它适用于大型建筑物的设计，如办公楼、住宅楼等。
平面结构常见的形式有框架结构、索链结构和网架结构等。
空间结构是指在三维空间内支撑和连接的结构，常见于世界各地的桥梁和塔楼。
它可以承受来自不同方向的荷载，并保持结构的平衡和稳定。
空间结构的设计和施工较为复杂，需要考虑荷载分布、材料强度和结构稳定等因素。
薄壳结构是指由曲面薄壳组成的结构，适用于大跨度的建筑物设计。
薄壳结构的特点是强度高、刚度大，可以承受大荷载和提供大空间。
薄壳结构的设计和施工需要考虑曲面形态、材料选择和施工工艺等因素。
此外，结构体系还包括结构的连接和支撑系统。
连接系统是指用于连接结构构件的构件，如螺栓连接、焊接连接等。
结构概念与体系1
总体构思能力会产生创造性的根本原因是，它是加强综合 的、建筑空间形式设计和更加专门、也更关心具体设计的工程 师之间联系的自然桥梁 。
建筑师必须处理使用活动、物质的、象征性需求等空间 问题，以保证表现为一个整体。因此他们要将相互有关的空 间形式分体系组成的总体系形成一个建筑环境。
建筑师方案设计过程中的三个“反馈”考虑阶段
概念构思阶段的目的 是提出和斟酌整个场地 规划、使用活动相互关 系及房屋形式方案。这 意味着，在方案阶段， 建筑师首先要按照基本 功能和空间的关系设想 和模拟一个抽象的建筑 物，然后对这个抽象的 总体空间形式的内含进 行探讨。在开始勾画具 体的建筑形式时，再考 虑基本的场地条件进行 修改。这个过相当大的电梯井，在作总体构思时 就可以利用这些服务部分为主要结构分体系，对采暖、通风、空 调、电力、水和处理垃圾的设施的需求可以用树状图表示，这些 服务设施通常由某个中心位置通向各活动空间，它们要沿水平和 竖直方向穿过结构。如果需要大的干管通道，那么应该在设计过 程中及早考虑结构的有关内容。
一般说来，建筑师和工程师必须能够从全盘观点看待总 体空间形式设计，首先要了解总的和功能有关的内容，然后 创造性地去探讨总体系、分体系和构件设计的关系。
第2节 结构教育的总体方法
建筑设计的目的 是创造一个有效的环 境整体，即一个由许 多相互关联的环境分 体系形成的整体。所 以，设计者在开始处 理结构方面的问题时， 必然希望在形成和处 理总体方案时，着眼 于相互有关的各主要 分体系，而不是构件 和细部构造。
一般教育方法应当是推论式进行的， 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，然后将那些 基本知识作合乎逻辑的推敲。基本思路 集中于主要的结构分体系，并分解出关 键构件，与此同时，仔细推敲也包括注 意到为实现总体而需要的细部构造。
《结构概念和体系》林同炎读书笔记
《结构概念和体系》林同炎读书笔记一、概述在当今社会，结构概念和体系的重要性日益凸显。
林同炎的著作《结构概念和体系》深入剖析了这一主题，为我们深入理解结构在社会、经济、文化等各个领域中的作用提供了宝贵的思路和方法。
本文将通过对林同炎的这部著作进行全面评估，并对结构概念和体系进行深度和广度兼具的探讨，以期为读者带来丰富的启发和思考。
二、结构概念和体系的内涵林同炎首先对结构概念进行了概括和界定。
他指出，结构是由相互关联的元素所构成的整体，这些元素在空间上和功能上相互通联。
换言之，结构包括了各种相互耦合的因素，而这些因素的相互作用又决定了整体的性质和特征。
在这一概念下，林同炎进一步探讨了结构体系的构建和运行机制，提出了一系列理论和方法，为我们营造了一个深入理解结构概念和体系的理论框架。
结构概念和体系的内涵，无疑是一个错综复杂而又富有逻辑性的领域。
从物理结构到社会结构，从生态结构到信息结构，结构概念和体系贯穿于整个世界的方方面面。
我们可以从微观角度出发，探讨原子结构和分子结构在物质变化和化学反应中的作用；也可以从宏观角度出发，研究政治结构和经济结构对社会的影响和调控。
在不同的层面和领域中，结构概念和体系都有着重要的地位和功能。
三、深入理解结构概念和体系为了更深入地理解结构概念和体系，我们可以从以下几个方面展开思考和讨论。
我们可以从稳定性和变动性的角度来审视结构概念和体系。
结构的稳定性决定了整体的坚固性和持久性；另结构的变动性又决定了整体的适应性和发展性。
在这个过程中，我们可以对比生物结构和社会结构，探讨它们在不同条件下的稳定性和变动性，从而更加清晰地理解结构在不同领域中的作用和意义。
我们可以从内部通联和外部环境的角度来审视结构概念和体系。
结构是在特定环境条件下形成和发展的，它与外部环境之间存在着密切的相互关系。
在这个过程中，我们可以探讨生态系统和信息系统中的结构与环境之间的相互作用，深入理解结构在不同环境中的演化和变化。
结构概念与体系
结构概念与体系
结构概念与体系是科学研究中的重要概念，它们对于理解事物的内部组成和互动关系至关重要。
在各个领域，结构和体系都有着不同的含义和应用。
在工程领域，结构一般指的是各种建筑物、桥梁、机械设备等物体的组成和构造方式。
它涉及到材料的选择、力学原理的应用以及各个部件之间的连接方式。
通过合理的结构设计，可以提高物体的稳定性、强度和工作效率。
在生物学中，结构概念指的是生物体内部各个组织和器官之间的形态和联系。
例如，动物的骨骼结构支撑身体，允许其运动和保护内部器官。
植物的细胞结构和器官系统也决定了其生长和养分吸收的方式。
在计算机科学中，结构的概念与数据的组织和管理密切相关。
数据结构是一种在计算机存储中组织数据的方式，如数组、链表和树等。
这些结构可以影响数据的存取速度、内存使用效率和算法的执行效果。
结构的体系则是对结构概念进行系统分类和组织的框架。
它可以帮助我们理解不同领域各种结构之间的相似性和差异性。
在学科研究中，结构体系通常会按照一定的规律进行分类，使得研究者能够更好地整理和理解领域内的知识。
总之，结构概念与体系在各个学科领域都有着重要的作用。
它们帮助我们认识事物的内在组织和联系，促进了学科研究的发展和创新。
无论是工程建筑、生物学还是计算机科学，结构概念与体系都是不可或缺的基础。
结构概念和体系课件
0.3 结构体系(Structural Systems)和其他体系（系统）…
一幢现代建筑中的其他设施系统主要有
水(Water and Waste water)
暖 (Energy)
电(Electrical and Information works )
动力电和照明电系统、应急 照明系统、电报、电传、电话、 电视、信息网络系统、信息传 感系统、安全监控系统等
从施工方面：
双曲抛物面是一个旋转曲面， 可由一根倾斜母线绕纵轴旋转而 成，曲面上存在两个母线方向。 即曲面上任一点都存在两根曲面 上的直线，施工比较方便。
例：双曲抛物面冷却塔（ Cooling Tower with hyperbolic paraboloid Shell） 双曲抛物面冷却塔优美的结构形 式，加上冉冉升起的水气形成地平线上 一道美丽的风景线，十分壮观。采用双 曲抛物面壳这种薄壁空间结构，受力合 理，自重轻，不但安全可靠，也经济合 理。
0.1 Significance of the Course …
了解作为 建筑功能和形 式因素的结构 体系的基本类 型及组成
本课程的 意义
使得在房屋设计 的方案阶段就能保 更深入地理解和体会一些重要的结构概念 证建筑设计与结构 设计的基本协调。
了解和掌 握建筑方案 中空间形式 和结构性能 的相互关系
从工艺方面：
汽轮机的效率和进汽温度 双曲抛物面冷却塔塔身中 与出汽温度之差有关，温差越 部略细，加速了空气上升速度， 大，效率越高，所以要用水来 形成上拔力，加速空气流动。 冷却汽轮机。冷却水被加热后， 到塔身上部，上升的空气被继 用管道送到冷却塔顶部喷洒下 续加热，体积更加膨胀。此时， 来，并通过滴水板尽量延长热 上部塔身略为放宽，减少了上 水下落的路程，同时冷空气从 升空气的阻力，有利于空气流 冷却塔下部进入塔内，与热水 动。可见，双曲抛物面薄壳冷 进行热交换，被加热的冷空气 却塔在冷却工艺上是很合理的。 体积膨胀，容重减轻，缓缓上 升。
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结构概念和体系重点回顾
结构：建筑物的基本受力骨架。
结构的基本功能要求：可靠、适用、耐久，以及在偶然事故中当局部结构遭到破坏后仍能保持结构的整体稳定性。
圈梁实质：一个受拉杆件。
要求：1、尽可能的形成“圈”；2、不能随意弯折；3、钢筋不能有内折角；4、钢筋必须锚固。
构造柱和圈梁提高了房屋的抗震能力，实质都是受拉杆件。
构件的基本受力状态：拉、压、弯、剪、扭。
正应力：截面上下边缘离中和轴最远处最大，截面中间部分应力很小，材料强度不能充分利用。
所以受弯构件截面“T”形或工字形。
剪应力：截面中和轴处最大，上下边缘为零。
“T”形或工字形。
材料在三向受压状态下：1、改善结构的承载能力；2、提高结构构件的延性。
预应力：构件尚未受外荷载作用前，预先对构件施加的应力。
预应力特点：预应力不能提高强度和承载力，主要提高混凝土构件的抗裂性能，更充分的利用高强钢材的抗拉性能和高强混凝土的抗压性能，减轻自重，使混凝土结构跨度更大，混凝土房屋造得更高。
结构的设计过程：方案设计、初步设计、施工图设计。
高宽比：房屋高宽比是房屋高度与房屋较短方向结构尺度的比值；是建筑结构抗倾覆能力的重要指标。
所以控制高宽比可以改善房屋的抗倾覆能力。
截面的弯曲刚度EI：截面产生单位曲率所需要施加的弯矩，与构件长短无关。
若要增大EI，材料尽量远离中和轴。
屋架支撑
屋架垂直支撑：位于两端第一跨或第二跨内，对于很长的厂房，中间也可增设一道；作用是保证屋架在施工安装和使用阶段的稳定性。
屋架上弦横向水平支撑：位于相邻屋架上弦之间；作用是承受作用在屋架上弦平面内的纵向水平力。
屋架下弦横向水平支撑：相邻屋架下设悬挂吊车时应设，是在相邻下弦屋架间设交叉支撑形成的水平桁架；作用是传递下弦纵向水平力，保证屋架的出平面稳定。
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屋架下弦纵向水平支撑：与下弦横向支撑类似，但沿厂房纵向布置，设在屋架下弦第一节间；保证由于厂房柱距较大、柱间需设托架来承受柱中间的屋架荷重时，用来保证托架的出平面稳定。
天窗架支撑：做法类似于屋架间垂直支撑；保证天窗架出平面的稳定和承受天窗端墙传来的风荷载。
柱间支撑：位于厂房中部排架柱之间；作用提高排架沿厂房纵向的抗侧移能力，把作用在排架柱上的纵向力（柱顶纵向荷载和吊车梁传来的吊车纵向制动力）通过柱间支撑直接传给基础。
单向板肋梁楼盖：楼板的跨度1.7-2.7m为宜，次梁跨度可取4-6m，主梁跨度以5-8m 为宜。
采用预应力混凝土时，梁板跨度都可以适当增加。
无梁楼盖：设置柱帽以提高抗冲切能力。
悬索结构特点：以下垂的悬索为主要承重结构，荷载均悬挂在主索上，悬索结构的主索只承受拉力，其抗弯刚度为零，不能承受任何弯矩，悬索的形状会随着荷载的变化而变化。
当悬索自动把形状调整到沿悬索全长弯矩处处为零时，就达到平衡状态，由力学原理，此时悬索的形状正好相当于简支梁的弯矩图形状。
拱：拱是一种很古老的结构形式，可以用抗压材料来跨越一定的跨度，早年使用的有天然石材、烧结砖，甚至土坯来建造拱；现代多用钢材或钢筋混凝土建造。
拱轴线可选用圆拱、抛物线拱或悬链线拱。
拱的受力状态和悬索结构相反，但十分相似，区别在于悬索只能受拉，索的抗弯刚度为零；而拱是以受压为主的结构，拱截面有一定的刚度，不能自由变形。
拱推力和拱矢高的关系：拱推力和拱矢高成反比，拱越高则推力越小。
薄壳结构：薄壁空间结构，壳厚度与其他两个方向的尺寸相比小很多，故称薄壳。
形式多样，如球壳、圆柱形壳、双曲扁壳、双曲抛物面壳（扭壳）等，也可包括折板结构，折板可认为是曲率为零的薄壁空间结构。
薄壳结构受力：荷载作用下以薄膜内力为主，与张拉膜结构或双向悬索结构有很多相似之处，张拉膜结构或悬索结构只能沿膜或索的方向承受拉力，薄壳结构不仅可以在薄壳曲面内承受任意方向的轴力（拉或压），还可以承受很大的剪力。
薄壳结构与张拉膜受力状态正好相反，就像拱和悬索结构受力相反一样，薄壳壳面有一定刚度，不能随荷载变化调整自己的形状和内力状态，所以薄壳内除薄膜内力，“剪力和轴力”之外还有小部分弯矩和扭矩，因此薄壳壳面必须具有一定的抗弯扭能力。
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薄壳结构组成：薄壳结构壳面薄、自重轻，既是承重结构又是维护结构，比较适合大跨度建筑。
薄壳结构由壳面和边缘构件两部分组成，边缘构件是壳面的边界和支座，为壳面提供明确的边界条件，是薄壳结构的重要组成部分。
边缘构件的损坏会彻底改变壳面的受力状态。
结构转换层：由于使用功能上的不同，结构柱网布置和梁的跨度差别很大，此时可考虑在结构布置不同的间层采用结构转换层。
形式有梁式楼盖、箱型楼盖、厚板式实体楼盖。
完全框架作用：线刚度比大于等于4时可近似认为横梁已能可靠地约束节点转动时。
完全框架作用将使柱内弯矩减半，使框架的抗侧移刚度提高到独立柱的4倍。
提高框架的刚度和承载力措施还有：1、增设框架内柱；2、增设框架横梁；3、加大框架梁、柱截面高度。
筒体：筒中筒结构在工程中应用较多，一般外筒为框筒，以利用开窗采光，外筒力臂大，主要抗弯，内筒主要用作主要竖向交通井，通常为钢筋混凝土实体筒，超高层中也有钢结构桁架筒，这类筒体抗剪能力很强，内筒主要抗剪。
剪力滞后现象：筒体在受弯时，其两侧“翼缘”的受力状态与工字形截面梁翼缘的受力状态相似，它是截面抗弯刚度的主要组成部分，但离腹板越远“翼缘”受力越小，力学上称之为剪力滞后现象。
如何减小剪力滞后现象：框筒结构由于洞口削弱了截面，剪力滞后现象更为严重，离腹板越远，翼缘受力越小。
因此太大的框筒中间部分“翼缘”受力很小。
采用组合筒方案（也叫筒束）就像在大框筒中间加上几道腹板，减小了剪力滞后现象，有效地改善了框筒的受力状态，使它具有更好的抗侧移能力。
西尔斯大厦采用由9个框筒组成的组合筒体系，有效地减轻了剪力滞后现象。
提高高层结构体系整体承载力和抗侧移能力的有效措施：
1、利用合理的地形
2、适当加强结构受力最大的部位
（1）根据内力大小，改变构件截面尺寸及承载力
（2）采用带边框的剪力墙，尽可能为剪力墙设置翼墙（端柱、翼墙、暗柱）
（3）适当加强房屋的角柱
3、把竖向荷载集中在主要承重构件上
4、设置刚性横梁或桁架
3。