简明建筑结构设计手册(二版) (其他) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:中国建筑工业出版社

作者:唐 锦 春

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价格:32.0

装帧:其他

isbn号码:9787112016822

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建筑结构设计：理论与实践的深度融合 一、 结构设计概述与基本原则 建筑结构设计是保障建筑安全、稳定与功能性的核心环节，其目标是在满足使用者需求、符合规范要求的前提下，以最经济合理的材料和方式，构建起能够抵抗自然荷载（如风、雪、地震）和人为荷载（如人员、设备）的骨架体系。一个成功的结构设计，不仅关乎生命的财产安全，也直接影响着建筑的美观、耐久性和可持续性。 结构的本质在于力的传递与平衡。任何作用在建筑上的荷载，最终都会通过结构构件（如柱、梁、墙、板、基础）传递到地基。因此，结构工程师的首要任务是准确预测并计算这些荷载，然后根据材料力学的原理，选择合适的构件形式、尺寸和连接方式，确保结构在各种荷载作用下，都不会发生过度的变形、裂缝或破坏。 结构设计的核心原则包括： 安全性（Safety）: 这是结构设计的最高原则。结构必须能够抵抗预期的各种荷载，并具备一定的储备能力，以应对不可预见的极端情况。这涉及到强度、稳定性和整体性等方面的考量。 适用性（Serviceability）: 结构在正常使用条件下，不应出现影响使用功能的变形、振动或裂缝。例如，楼板不应过分下垂，墙体不应产生影响装饰美观的裂缝。 经济性（Economy）: 在保证安全和适用性的前提下，结构设计应力求节约材料、减少施工难度、降低建造成本，并考虑长期的维护费用。 耐久性（Durability）: 结构应能够抵抗环境侵蚀（如腐蚀、老化），在设计寿命内保持其性能。 美观性（Aesthetics）: 尽管结构本身是隐蔽的，但其形式和比例也应与建筑整体风格相协调，避免出现突兀或不协调的结构构件。 可持续性（Sustainability）: 现代结构设计越来越重视采用环保材料，优化能源利用，减少对环境的影响，并考虑建筑的拆除和回收。 二、 结构荷载的分类与计算 准确的荷载计算是结构设计的基础。荷载可以根据其性质、作用方式和变化情况进行分类： 1. 恒荷载（Dead Load）: 指建筑自身构件（如楼板、墙体、梁、柱、屋顶）的自重，以及固定设备（如管道、机电设备）的重量。恒荷载是恒定不变的，是结构设计中最重要的荷载之一。其计算通常基于构件的体积和材料的单位体积重。 2. 活荷载（Live Load）: 指在建筑使用过程中可能变化的荷载，如人员、家具、设备、堆放物品等。活荷载的大小和分布具有不确定性，因此规范通常规定了不同使用功能建筑的最小活荷载标准。例如，住宅、办公楼、图书馆、仓库等场所的活荷载标准各不相同。 3. 风荷载（Wind Load）: 指风作用在建筑外表面产生的压力和吸力。风荷载的大小与地理位置、地形条件、建筑高度、建筑形状以及风速等因素有关。风荷载是高层建筑和暴露在高风区域建筑设计中必须重点考虑的因素，它可能导致建筑产生整体倾覆、构件失稳或结构振动。 4. 雪荷载（Snow Load）: 指屋顶上积雪产生的荷载。雪荷载的大小与当地的气候条件、降雪量以及屋顶的坡度和形状有关。对于坡度较大的屋顶，雪荷载会减小；对于积雪容易集中的屋顶形式，雪荷载则可能较大。 5. 地震荷载（Earthquake Load）: 指地震引起的地面运动传递到结构上产生的惯性力。地震荷载是决定建筑抗震性能的关键因素。地震荷载的大小与地震烈度、场地土质、结构自重、结构形式以及抗震设防等级等有关。抗震设计是结构工程师面临的最复杂和最具挑战性的任务之一。 6. 其他荷载: 还可能包括温度变化引起的应力、土压力（作用在地下构件上）、水压力、吊车荷载、爆炸冲击波荷载等。 荷载的计算需要参考国家和行业的现行设计规范，这些规范提供了详细的计算方法、取值原则和荷载组合的规则。荷载组合是指在结构设计时，需要考虑不同荷载同时或部分同时作用下的最不利情况，以确定结构构件的内力（如弯矩、剪力、轴力）和变形。 三、 结构材料的选用与特性 建筑结构材料是构成结构骨架的基本要素，其性能直接决定了结构的承载能力、耐久性和经济性。常用的结构材料包括： 1. 钢材（Steel）: 钢材具有优异的强度（高抗拉、抗压强度）、良好的韧性（不易脆断）和延性（变形能力强），便于加工和连接，且自重相对较轻。钢结构在跨度大、荷载重或对结构的轻巧性有要求的建筑中得到广泛应用。然而，钢材易腐蚀，需要防腐处理；高温下强度会显著降低，需要防火保护。 2. 混凝土（Concrete）: 混凝土是由水泥、砂、石子和水按一定比例拌合而成，硬化后具有良好的抗压强度。但其抗拉强度很低，容易开裂。为了弥补这一缺点，通常在混凝土中配入钢筋，形成钢筋混凝土（Reinforced Concrete）。钢筋混凝土结构具有整体性好、耐久性强、耐火性优良、造价相对较低等优点，是应用最广泛的结构材料。混凝土的性能可以通过调整配合比、掺入外加剂等方式进行改善。 3. 钢筋混凝土（Reinforced Concrete）: 如前所述，钢筋混凝土结合了钢材的抗拉性能和混凝土的抗压性能，是当今最主要的结构材料。根据钢筋和混凝土的强度等级，又可分为不同类型，如普通钢筋混凝土、高强钢筋混凝土、轻骨料混凝土等。 4. 砌体材料（Masonry）: 包括砖、砌块等。砖石结构（Masonry Structure）历史悠久，施工简便，成本较低，具有良好的耐久性和保温隔热性能。但其整体性较差，抗震性能不佳，且承载能力有限，主要适用于低层建筑或非承重墙体。 5. 木材（Timber）: 木材是一种天然可再生材料，具有质轻、易加工、保温隔热性好等优点，适用于一些低层建筑、景观建筑以及对自然风格有要求的建筑。但木材易受潮、虫蛀、腐蚀，且防火性能较差，需要进行防腐、防火处理。 6. 复合材料（Composite Materials）: 将两种或两种以上不同材料的优点结合起来，形成性能更优越的复合材料，例如钢-混凝土组合结构。 材料的选择需要综合考虑建筑的功能需求、荷载大小、使用环境、经济成本、施工条件以及可持续性要求。 四、 结构体系的类型与选择 结构体系是指建筑结构中荷载传递的路径和构件的组织形式。选择合适的结构体系是结构设计中的重要决策，直接影响到建筑的空间布局、经济性和抗灾性能。常见的结构体系包括： 1. 框架结构（Frame Structure）: 由梁和柱通过节点连接形成的空间骨架体系。框架结构可以提供较大的开间和层高，便于布置门窗和进行内部装修。其主要受力构件是梁和柱。根据连接方式的不同，可分为刚接框架和铰接框架。 2. 剪力墙结构（Shear Wall Structure）: 由钢筋混凝土墙体构成的主要承重和抗侧力体系。剪力墙具有很高的抗侧刚度和强度，适用于高层建筑和抗震设防要求较高的地区。 3. 框架-剪力墙结构（Frame-Shear Wall Structure）: 将框架结构和剪力墙结构结合起来，利用框架提供较大的柱网和灵活的空间，利用剪力墙承担大部分水平荷载，提高结构的整体抗侧能力。 4. 筒体结构（Tube Structure）: 将高层建筑的整个外围墙体或内部核心筒构件作为一个整体的抗侧力结构，形成一个坚固的筒体，抵抗风力和地震力。常见的有框架筒、剪力墙筒、联肢筒等。 5. 钢结构（Steel Structure）: 如前所述，以钢材为主要承重构件的结构体系。包括钢框架、钢桁架、钢筒等。 6. 砖混结构（Brick-Concrete Structure）: 砖墙承重，楼板和屋顶采用钢筋混凝土。这种结构成本较低，但承载能力有限，抗震性能较差，多用于低层和多层建筑。 7. 预制装配式结构（Prefabricated and Assembled Structure）: 主要构件在工厂生产，运至现场进行组装。预制装配式结构可以提高施工效率，保证构件质量，减少现场湿作业，符合绿色建筑的发展趋势。 结构体系的选择需要综合考虑建筑的高度、跨度、荷载大小、场地条件、抗震要求、经济性以及建筑的美学需求。 五、 结构构件的设计与计算 一旦确定了结构体系和荷载，就需要对各个结构构件进行详细的设计和计算。主要构件包括： 1. 基础（Foundation）: 将上部结构的全部荷载安全地传递到地基。基础的形式多样，包括独立基础、条形基础、联合基础、筏板基础、桩基础等，具体选择取决于地基承载力、上部结构荷载以及场地条件。 2. 柱（Column）: 承受上部结构的竖向荷载，并将荷载传递给基础。柱的设计主要考虑其承载能力（抗压强度）和稳定性（防止失稳）。 3. 梁（Beam）: 承受楼板传递来的荷载，并将其传递给柱或墙。梁的设计主要考虑其抗弯能力、抗剪能力以及变形控制。 4. 墙体（Wall）: 既可以作为围护结构，也可以作为承重构件（如剪力墙、承重砖墙）。承重墙的设计需要考虑其承载能力和稳定性。 5. 楼板（Slab）: 承受楼面活荷载和恒荷载，并将荷载传递给梁或墙。楼板的设计主要考虑其抗弯能力和变形控制。 6. 屋顶结构（Roof Structure）: 承担屋顶的恒荷载、活荷载（如雪荷载）和风荷载，并将其传递给下部支撑结构。屋顶结构的形式多样，包括平面屋顶、坡屋顶、拱形屋顶、网架屋顶等。 在构件设计过程中，工程师需要进行详细的内力分析，然后根据材料的力学性能和相关规范，选择合适的构件尺寸、配筋（钢筋混凝土）或截面形式（钢结构），并进行强度、稳定性、变形和裂缝等方面的验算，确保构件满足安全和适用性的要求。 六、 抗震设计 对于地震多发地区，抗震设计是结构设计中最关键的部分。抗震设计的核心在于： 提高结构的延性（Ductility）: 允许结构在强震下产生一定的变形，通过能量耗散来避免突然的脆性破坏。 保证结构的整体性（Integrity）: 使结构在地震中能作为一个整体共同工作，避免局部破坏导致整体倒塌。 提供足够的抗侧刚度（Lateral Stiffness）: 限制结构的侧向位移，防止过大的变形影响使用功能，并减小地震力的作用。 抗震设计的具体措施包括：选择合适的抗震结构体系、进行详细的地震作用计算、合理布置抗震构件（如加强梁柱节点、设置抗震墙）、选择具有良好延性的材料和连接方式，以及对关键构件进行抗震验算。 七、 结构设计的过程与工具 结构设计通常遵循以下流程： 1. 方案设计阶段: 根据建筑方案，初步选择结构体系，进行概念性荷载估算。 2. 初步设计阶段: 细化结构体系，进行主要构件的尺寸初步确定和荷载计算，初步进行抗震设计。 3. 施工图设计阶段: 详细计算所有荷载，进行所有构件的精确设计和验算，绘制详细的施工图纸，包括结构布置图、构件详图、配筋图、节点构造详图等。 现代结构设计广泛应用计算机辅助设计（CAD）和结构分析软件。这些软件可以进行复杂的结构荷载计算、内力分析、变形计算、抗震分析等，大大提高了设计的效率和精度。工程师需要熟练掌握这些工具，并理解软件背后的理论和原理。 结语 建筑结构设计是一项严谨且富有创造性的工程实践。它要求工程师不仅要掌握深厚的理论知识，如材料力学、结构力学、弹性力学、有限元分析等，还要熟悉各种国家和行业的设计规范，并具备丰富的实践经验。成功的结构设计，能够让建筑物在时间和自然的考验下屹立不倒，为人们提供安全、舒适、经济的使用空间。

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作为一名资深结构工程师，我越来越注重**规范的演变和潜在风险的预判**。这本书最吸引我的地方，在于它对近几年国际上结构安全事故的教训总结和反思，并将其融入了设计建议中。例如，在关于**结构冗余度**的讨论部分，它不仅仅是简单地要求满足规范，而是深入探讨了在构件失效后，结构体系的“后失效行为”，并给出了提高体系韧性的设计策略，这超越了传统规范的“最低要求”。书中对**计算模型的理想化程度**的讨论也很有启发性。它明确指出了在哪些情况下，简化模型会带来不可接受的误差，并给出了修正系数和调整建议。这提醒我们，软件算出来的结果并非金科玉琭，而必须结合工程经验和对结构本质的理解进行判断。我特别喜欢它在讨论复杂荷载作用下的构件相互影响时，所采用的类比说明，生动形象，有效地帮助理解了那些抽象的力学行为。

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说实话，我选购技术手册时，最看重的是**图例的实用性和可操作性**。很多手册的插图看起来漂亮，但真拿到施工现场对照，却发现完全无法落地。然而，这本书在这方面做得相当出色。它对各种节点详图的处理非常到位，比如梁柱节点、基础锚固的构造大样，不仅标注了尺寸和配筋率，还附带了在不同荷载组合下的应力分布示意图，这对于深化设计阶段的细节把控至关重要。我还注意到，它在**抗风和抗震设计**的章节中，引入了大量的案例对比分析。比如，它通过两个不同几何形式的塔楼模型，清晰地展示了不同风洞试验结果对结构刚度的影响差异，这种直观的对比能迅速加深读者对设计参数敏感性的理解。我记得有一次为一个改造项目设计临时支撑结构，在查找相关数据时，书中关于临时荷载设计规范的引用和校核流程，完美契合了我的需求，省去了我大量时间去翻阅厚厚的国家标准。这本书的编排方式，明显是站在一线工程师的角度来组织内容的，非常“接地气”。

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我对技术书籍的评价标准里，**条理清晰度**占了很大比重。如果内容组织混乱，即使知识点再丰富，查阅起来也是一场灾难。这本手册在结构上处理得非常得体，采用了层级分明的目录体系，加上详尽的索引，使得查找效率大大提高。比如，当需要快速定位到“钢结构疲劳验算”的相关内容时，从总章到小节的跳转非常流畅，几乎没有冗余信息干扰。更值得称赞的是，它在引入新理论的同时，并没有完全抛弃经典的、经过长期实践检验的方法。书中对传统的设计方法（例如塑性铰法、极限平衡法）的适用范围和局限性做了客观的评价，并与基于性能的设计（Performance-Based Design）进行了对比，这种**平衡的视角**让读者能够根据项目的具体要求，灵活选择最合适的分析工具。此外，编者在关键概念的定义上非常严谨，几乎每一个专业术语后面都有明确的解释，这对于刚入行的年轻设计师来说，无疑是极好的学习资源，避免了因术语理解偏差而导致的计算错误。

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这本新近入手的建筑设计参考书，拿到手上就有一种沉甸甸的实在感。我之前收藏了好几本不同出版社的结构设计手册，但总觉得内容更新速度跟不上实际工程需求，很多新材料、新规范的引用都显得滞后。翻阅这本时，最直观的感受是其对**现代结构体系的覆盖面之广**。比如，关于超高层建筑中核心筒与外框的耦合效应分析，书中给出了非常详尽的有限元建模思路和简化计算方法，这对于我们日常工作中处理复杂高层项目时，提供了极大的便利。特别是对于那些新型减隔震装置的选型和参数确定部分，图表清晰，公式推导逻辑严谨，不像有些旧教材那样只是停留在理论层面，而是真正考虑了施工性和经济性。我尤其欣赏它在**绿色建筑结构设计**这块的着墨，比如大跨度木结构的应用潜力，以及对再生材料在承重构件中使用的安全评估标准，这无疑是紧跟时代脉搏的体现，让设计人员在追求可持续性的同时，也能确保结构安全。总的来说，它不仅仅是一本“查规范”的工具书，更像是一位资深工程师在你身边提供指导，对于提升设计深度和广度都有实质性的帮助。

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这本书的**排版和印刷质量**也值得一提，这虽然不是技术内容，但对于长时间阅读的工程师来说非常重要。纸张的质量很好，不易反光，长时间盯着看眼睛不易疲劳。更重要的是，它的**数据表格的格式设计**非常人性化。很多手册的表格密密麻麻，参数难以提取，但这本书使用了清晰的列标题、合理的行距以及对比鲜明的字体颜色来区分关键数值和辅助信息。例如，在关于混凝土构件截面承载力的强度设计值表格中，不同强度等级的材料参数一目了然。在查找过程中，我发现它对**规范引用来源的标注**也十分规范和细致，这使得我们可以在需要时快速追溯到原始条文进行核对，增强了设计的可追溯性和严谨性。总的来说，这本手册在提供前沿技术信息的同时，做到了极佳的可读性和易用性，是目前我案头必备的一本工具书，极大地提升了工作效率。

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