[转帖]结构概念设计讲座

tammy

一些重要的结构概念（一些基本受力状态）

一、轴心受拉
      外力通过截面中心，截面上各点受力均匀，材料强度可以被充分利用。所以，对于适合抗拉的材料（如钢材），轴心受拉是最经济合理的受力状态。
      采用高强钢丝，碳纤维等等材料。

二、轴心受压
      对于适合受压的材料（如混凝土、砌体以及钢材等）也是很好的受力状态。但是受压构件较细长时会有稳定问题，偶然的附加偏心会降低构件承载力，甚至引起失稳。由于压杆失稳总是在截面回转半径最小的方向发生，所以对于轴心受压构件，环形截面最为合理，圆形或方形截面也较为合理。工字型截面、角钢或双角钢等也可以做压杆使用，但由于两个方向的回转半径不同，往往首先在回转半径小的方向引起失稳。
      对于混凝土来说，适于抗压，但当压力很大时，截面也非常大，结构自重大，影响结构的性能。

三、弯和剪
      弯和剪往往同时发生，工程中纯弯和纯剪的情况很少。正应力在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。剪应力在截面中和轴处最大，在离中和轴最远处为零。对于矩形截面梁，无论受弯或受剪，截面上材料强度都不能充分利用。由于玩具M和剪力V沿构件长度分布也不同，M跨中最大，支座处为零；而剪力支座处最大，跨中为零。所以对于等截面受弯或受剪构件，材料的利用率比压或拉杆要差得多。当然，做成T型或工字型截面相对要合理一些。无论从承载力或刚度考虑，适当提高截面惯性矩是合理的。

四、扭
      受扭时由截面上成对的剪应力组成力偶来抵抗扭矩，截面剪应力边缘大，中间小；截面中间部分的材料应力小，力臂也小。空心截面的抗扭能力和相同外形的实心截面十分接近。受扭构件以环形截面为最佳，方形、箱型截面也较好。

综上所述，可以看出中心受拉构件是最合理的状态，尤其是对高强钢丝等抗拉强度高的材料特别合理。弯和剪也是常见的受力状态，但对截面材料的不充分利用，这在工程是不可避免的，因此选用合理的截面形式和结构形式就很重要。对于较大跨度的梁，可改用桁架，梁中的剪力和弯矩便改为桁架杆件的拉、压状态，材料得以充分利用，还可节省材料，减轻自重，可跨越更大的跨度。扭转是对截面抗力最不利的受力状态，但工程中也很难避免，如框架边梁、旋转楼梯等，都存在较大的扭矩，设计中应引起注意。

tammy

关于构件尺度的概念
工程设计中我们习惯使用比例尺，按比例的概念在头脑中印象很深刻。但这个比例只在某个范围内有效，否则会出错。

现在设想一个问题：如果想把埃菲尔铁塔按一固定的比例放大，还能建造成功吗？

答案是否定的。

可是为什么呢？

举一个例子来加深对结构尺度影响的概念。考虑一简支梁在自重作用下的情况，若将此梁各个方向（高、宽和跨度）的尺寸放大10倍，再比较一下两根梁的内力和变形。

结果是：梁放大10倍后截面剪力增大到1000倍，而抗剪能力只增大为100倍；截面弯矩增大10000倍，而抗弯承载力只增大1000倍。

请各位朋友思考这些结果如何计算的。

这意味着必须将材料强度提高10倍，才能满足承载力要求，但要将材料强度提高10倍，谈何容易！如果不改变材料品种，简直是不可能的任务！另外，挠度方面矛盾更为突出，梁放大10倍后，挠度将达100倍，刚度明显不够。可见，再结构设计中截面高度的选择必须考虑结构尺度的影响，对于跨度较大的梁截面应偏高一些。教材和规范上给出的梁高和梁跨比例只在常用的跨度范围内才适用，超过这个范围就不对了。

结构尺度的变化将改变结构内部作用效应和抗力的比例，从而改变结构的受力状态，这一点设计者必须注意。可见，随着结构尺度的变化，重要的是选择与其适应的合理的结构形式。

tammy

巨型框架体系——一种新颖独特的结构形式。
在框架结构中杆件以受弯为主，截面刚度主要取决于截面高度，但过大的截面高度势必增加层高，或使得结构构件与建筑功能发生矛度。巨型框架的概念实际上是把框架梁柱截面大幅度提高，把每一栋高层框架结构划分成很少几层，每层的梁柱都特别大。例如，对于巨型截面来说，截面刚度与截面高度3次方成正比。

巨型框架的横梁可以为各种大型水平结构。它利用整体楼层作为 “梁”高，可以是箱形截面或桁架；巨型框架的立柱一般为筒体结构。巨型框架利用了把荷载集中在主要承重结构上的概念，其他柱子不必从上通到地。每个小柱只需承受横梁之间少数几层荷载，截面可以做得很小；采用巨型框架结构，巨型横梁下的楼层，没有中间小柱，可以布置餐厅、会议厅及游泳池等需要大空间的楼层。

深圳亚洲大酒店以及新华大厦都是巨型框架结构。

此外，巨型框架结构可以利用中间大横梁下部空间开设大洞口，让一部分气流通过，从而大大减小风荷载，这是别的结构难以做到的。

但是，由于构件刚度增大，温度、收缩和局部压力的影响也会加剧，节点构造上也会出现新的问题。

jli

是做土木工程的吗，举得例子都是，能举点机械结构设计方面的

jieli

是关于土木方面的，比较有实用价值！