建筑专业应了解的结构问题

1、单体问题本部分主要介绍的是建筑单体方案设计中，建筑方案设计人员以及结构方案配合人员应该共同着眼的一些问题。这是方案配合中最关键的一个步骤，这步骤顺利完成之后，建筑专业方可深化设计，而结构专业方可上机建模。一、 结构形式 1、按用材： 钢筋混凝土结构、钢结构、混合结构、砌体（砖混）结构、框架-砌体结构（底框）、木结构。注意：钢和混凝土可以协同工作，但砌体和混凝土一般不考虑协同工作，底框在未来也会逐步取消。2、按支撑体系 常见有框架结构、框架剪力墙结构、框支剪力墙结构、剪力墙结构、框筒结构、筒中筒结构。从抗震性能来讲，以上结构形式是逐次增强的。 异形柱框架及框剪结构是一种适用于较低层数且平面较规则

2、的结构形式，其抗震性能差，在多塔、错层、多层转换及平面不规则的建筑中一般不能采用。3、各种结构形式的适用特点及经济性简述。（1）按材质钢筋混凝土结构: 优点：目前世界范围内最常用的结构形式，具有最优的性价比。今后很长一段时间内都不可替代。与钢型材搭配使用后能够提高抗水平力的能力。有很强的耐火耐久性。技术要求低，对劳动力的容纳力很大。 缺点：体量大、构件尺寸尺度大、构件造型单调、空间改造困难、施工周期长、一旦出现设计或施工缺陷将很难挽回。适用范围：绝大多数普通民用建筑及部分工业建筑。钢结构: 优点：发达国家常用的高层超高层结构形式。体量小而轻盈、强度储备充足、构件尺寸小、构件造型灵活、空间改造容

3、易、施工短、一旦出现设计或施工缺陷容易挽回。 缺点：具有最高的建设成本和维护成本。耐火耐腐蚀性要求很高，抗撞抗爆能力差。技术要求高，材料要求高。适用范围：大跨工业厂房、延性要求高的工业建筑、造型多样的公共建筑商业建筑、高烈度区的高层超高层建筑。混合结构: 两种材料的综合，可以扬长避短，超高层建筑的常用形式，有效解决钢结构防火防腐以及混凝土结构体量尺寸方面的劣势，建设成本比较合理，但是不适用于一般高度的民用建筑中。砌体结构：由于承重砌体多为粘土砖，对环境破坏大，加之砌体结构抗震性能不佳，该结构形式逐渐淘汰出市场。但其价格是同建筑面积的建筑中最低的，因此在一些欠发达地区还有使用。砌体结构要求见高烈

4、度地区砌体结构设计黄修竹剑道馆专刊（2）按结构支撑构件类型（以钢筋混凝土结构为例） 框架结构：造型简单、适用于大开间的多层办公建筑及车库。抗震能力不强，不适用于高层建筑。 剪力墙结构：竖向构件较多，对于高层建筑经济性及抗震性能好，适用于各种户型的多高层民用住宅。但不适用于大空间建筑，构件尺寸有较多要求，对于多层建筑经济性不好。 框架-剪力墙结构：竖向构件较少，适用于有较大空间要求且长宽比较大的高层商住楼。构件尺寸有较多要求，经济性差于剪力墙结构。 框筒结构：竖向构件少，适用于有大空间要求、长宽比基本一致的高层超高层商住楼。构件尺寸有较多要求，经济性差于框剪结构。 框支剪力墙结构：上部剪力墙截面

5、积10%的墙通过框支框架支撑的成为框支剪力墙结构。其特点在后面详述。适用于底商上部为标准住宅的商住楼。经济性比纯剪力墙结构增加较多（含钢量增加2535%）。 筒中筒结构：适用于超高层建筑。二、 结构规则性 1、结构高度 结构高度一般从结构嵌固层起算至主要屋面（不包括出屋面机房或楼梯间）。 当商业公建高度超过24m（无层数要求）或住宅高度超过28m或层数在10层及以上，则为高层建筑。注意：（1）任何不规则建筑，只要涉及高层，则必须进行超限高层专项论证。 （2）对于商住楼，宜按最不利原则确定高度。 （3）坡屋面的计算高点宜取在半屋脊处，嵌固层在底层的建筑计算原点应为建筑底层地坪以下延伸至基础顶面。

6、2、不规则的分类（1）按形体特征：A、平面不规则B、竖向不规则C、扭转不规则（2）按不规则程度A、一般不规则B、特别不规则C、严重不规则（3）不规则的判断及对结构的影响 对于多层建筑而言，当不规则项次达到三项以上，或其中一项大大的不规则，定义为特别不规则。 结构不可能完全规则，但应该尽量避免特殊不规则，不可采用严重不规则。 对于高层建筑而言，不规则问题由建委156号文及高层抗震超限审查表确定。具体示例后述。 对于高层结构而言，当采用超限审查规定中确定的计算分析方法以及适当的加强措施之后，方案是可以实行的。但是也应注意不能被套入严重不规则范畴，否则，在重庆范围内就搞不定了。（4）不规则的具体表现

7、A、扭转不规则 扭转不规则是结构的计算指标，与建筑的平面布局有很大关系。扭转不规则主要由两个方面组成：（a）周期比（b）位移比周期比不容易满足的平面另外：长矩形、T字形、Y字形、风车蝴蝶螃蟹型的建筑平面，其周期比也很难调过。 总之，以个人观点，边缘竖向构件距平面型心较远，转角无竖向构件为转角窗、边框梁高有限制的 以及两个主要方向平面尺寸相差较大的建筑平面，裙房较小甚至没有的建筑平面， 周期比较不好调整。（注意：非高层建筑，不考察周期比）b）位移比 影响位移比的因素主要是远端刚心的竖向构件距刚心距离较远造成的，一般出现在带裙房的塔楼的远端竖向构件所处的节点处。B、竖向不规则 竖向不规则是建筑物在

8、强烈地震力作用下产生最大危害的主要原因之一。竖向不规则主要有以下几个表征：（a）转换（b）竖向收进（c）开洞引起的穿层墙柱（d）多塔（e）质心偏置（a）转换 转换分局部转换及转换两种情况。当被转换的构件截面积小于全部上部墙肢截面积的1/10时，不视为转换结构。反之则为转换结构。 正常情况下，转换不算超限，但是属于竖向不连续的范畴。在平面同时不规则的情况下，需要进行附加分析并采用更有效的加强措施。转换层布置应注意的问题：（1）转换层不能同时为错层（楼板高差应在500以内）；（2）全转换布置应对称均匀，并设置足够的落地剪力墙；（3）转换层的梁高一般15002200mm；（4）转换层结构楼板至建筑楼

9、面之间有400600垫层做设备转换或满足建筑功能用；（5）转换层层高一般6m左右；（6）转换柱一般比上部墙肢至少宽出100150mm。转换层平面示例建筑专业需要特别注意的是：1、不是所有竖向构件都能被转换，有影响建筑功能的柱墙必须与结构专业先行商量解决；2、局部转换的概念必须要有，超过了10%的转换面积，结构将被认定为转换结构，其结构计算及构造都会发生极大的变化，用钢量也会大幅提高，所以对于转换方案应慎之又慎；3、当不可避免的认定为转换结构，应注意落地墙柱过多反而会增加建设成本。但落地墙体少了也不行。（b）、竖向收进 竖向收进是高层建筑一个容易被忽略的超限问题。它虽然不是A类超限，但是与其他项

10、次叠加后就会形成超限。竖向收进超限常见于以下几种情况：1、高层商住楼商业裙房层数较多高度较高时；2、高层建筑顶部因面积要求或立面要求退台处理时；3、地下车库层数较多分缝使主楼带裙房面积较大时。当竖向收进不可避免时，应注意以下问题：1、塔楼应尽量居于裙房底盘正中；2、底盘轮廓应尽量不出现不规则突出；3、结构专业不能出现其余的超B项次；4、将平面部分脱缝处理；5、收进层楼板厚度不小于150mm。（c）、穿层墙柱 穿层墙柱常见于由于楼层掏空使局部墙柱穿层。一般情况应尽量避免出现该种情况，当无法避免时，建筑与结构专业应协调配合采用以下方式解决问题：按净高抬高掏空处楼板，可以局部形成错层；采用与主体脱开

11、的方式设计掏空层的局部楼板，计算时按通高设计缺板楼层；无法解决时按局部超限进行设计。（d）、多塔 当车库大底盘上部有多个住宅塔楼时，如果不将各楼栋分缝与车库脱开，将会在裙房顶形成多塔结构。 多塔结构在设计中有诸多限制，有以下情况需要注意：在高层建筑自动记为一项B超;异形柱结构不能采用多塔形式;多塔结构高度从基础底部算起；多塔底盘不应同时为错层楼板（当车库顶板有覆土时，应将塔楼范围内的楼板与覆土层楼板做平）；多塔塔楼的综合质心尽量与底盘的质心重合；多塔会提高含钢量。（e）、质心偏置 除多塔的质心要求之外，单塔的质心也要求塔楼质心与底盘结构质心（缝范围内）尽量重合，二者的偏心量与底盘相应方向的边长

12、比不能大于20%，不宜大于15%。C、平面不规则 平面不规则是最常见的超限原因之一。大多数的别墅、洋房或少数的商业及高层住宅都存在不同程度的平面超限情况。 应该注意的是，高层建筑当仅由于平面不规则成为了超限高层，其工作量及结构成本都会增加较多。 依山郡的超限审查中，专家就对该超限分析提出了一些意见，认为结构刚度太大，不经济。但由于超限原因，这些措施又必不可少。这是划不来的。平面不规则主要有以下几个方面的表征：凹入凸出不规则有效板宽不足平面开洞率过大洞边板宽不足角部重叠面积不足应该说明的是，对于平面的不规则，主要典型平面的确定是关键，任何不规则的量化指标都是基于典型平面而言的。 但是，典型平面的

13、确定在各人眼里是不尽相同的，也就是说，一些典型平面没有确定的标准。 本人认为，超限界定应尽量按最不利原则确定。有效楼板宽度指楼板实际传递水平地震作用时的有效宽度，就是楼板的实际宽度，应扣除楼板实际存在的洞口宽度和楼、电梯间（楼、电梯间周边无钢筋混凝土剪力墙时）在楼面处的开口尺寸等。有效楼板宽度与考察的位置（即楼板剖面）有关。典型平面的分类：典型平面一般是建筑竖向构件外轮廓包围下的规则平面。一般有矩形、L型、T型、U型、H型以及Z型。 应该注意的两点是：一、典型平面需要包括平面的大多数竖向构件而不用包含悬挑构件；二、整个典型平面应该作为刚体在水平荷载下运动，而不应该某肢出现局部位移差。凹入凸出不规则（单边凹入不大于40%，双边凹入不大于50%）有效板宽不足（有效板宽占典型宽度的比例不小于50%）平面开洞率过大(超过平面面积的30%)洞边板宽不足（洞边板宽不小于2m）角部重叠面积率不足(角部重叠面积不足较小主体面积的25%)对于主体的认定，有些时候也是有争议的，尤其是当建筑边界折齿状时。笔者建议这种情况时按较不利的情况判断，当无法满足时取较有利的主体平面进行处理。三、结语 对于建筑方案设计而言，把握市场的需求无疑是第一位的，而目前消费者对建筑的需求很大程度上是必须以结构的安全合理性或经济性为代价的。很多的户型，从前能做，现在却推动起来比较困难，建筑设计人员也很迷惑