结构与建筑的关系

房屋建筑学

第九章结构与建筑的关系结构设计(StructuralDesign)主要任务：根据国家有关建筑方针政策和设计规范、标准，以建筑方案为设计条件进行建筑承重体系的设计，主要任务是:结构选型；结构布置；结构受力分析；结构构件设计。

由结构工程师来完成。结构体系承重结构类型墙承重结构夯土墙建筑、砌体墙结构;、钢筋混凝土剪力墙结构骨架承重结构木构架结构、框架结构、框架-剪力墙结构、板柱结构、钢框架结构大跨度结构拱结构、刚架结构、桁架结构、排架结构骨架结构网架结构、悬索结构、帐篷薄膜结构、充气薄膜结构、折板结构、薄壳结构空间结构筒体结构筒中筒结构、成束筒结构结构、框筒结构

各种结构体系包含的承重结构类型

墙承重结构墙体承重结构按照墙体施工方法和材料的不同，可分为：夯土墙、土坯墙石砌墙砖砌体墙混凝土砌块墙现浇钢筋混凝土墙等。常用的墙体承重结构：砖混结构（砖墙，钢筋混凝土楼板）剪力墙结构（钢筋混凝土墙）大板结构（钢筋混凝土墙板、复合墙板）砖混结构（砖墙，钢筋混凝土楼板）一、结构特征

1结构材料：墙体--砖砌体楼板—现浇或预制钢筋混凝土板

2力学特性：强度较低，自重大，抗震性能较差；

3适用范围：房间开间、进深不大。在中小型民用建筑中应用较为广泛。二、选型要点1房屋总高度和层数限值；2房屋最大高宽比限值；3抗震横墙最大间距限值；4房屋局部尺寸限值；5结构布置要点：优先采用横墙承重或纵横墙混合承重纵横墙宜均匀对称，平面对齐，竖向连续。按要求设变形缝。楼梯间不宜在尽端和转角。钢筋混凝土板的跨度一般为1.8—3.6m，预制钢筋混凝土板的跨度一般不超过4.2m三、墙体体布置：：1横墙墙承重；；2纵墙墙承重；；3纵横横墙混合合承重；；4部分分框架承承重（底底层或内内部部分分为框架架）底层框架架承重的的特征1总体体布置：：下部框架架+上上部砖砖混2矛盾盾分析1）功能能--上上静下动动2）空间间--上上小下大大3）结构构--上上刚下柔柔选型要点点1总体体要求1）总高高度和层层数限值值2）底层层框架柱柱网选择择2抗震震要求1）抗震震横墙最最大间距距限值2）抗震震墙布置置3转换换层设置置：板式转换换、梁板板式转换换、箱体体转换剪力墙结结构（钢筋混混凝土墙墙）一、结构构特征及及适用范范围剪力墙结结构，是是指其竖竖向承重重结构全全部由一一系列横横向和纵纵向的钢钢筋混凝凝土剪力力墙所组组成，这这种结构构侧向刚度度大、位位移小，称为刚性性结构体体系。剪力墙通通常为横横向布置置，间距距小，约约为3～～6m，，因此平平面布置置不够灵灵活，仅仅适用于于小开间间的高层层住宅、、旅馆、、办公楼楼等，这这种结构构从理论论上讲可可建造上上百层的的民用建建筑，但但从技术术经济考考虑，地震区的的剪力墙墙结构一一般控制制在35层，总总高110m以以内，非地震区区可适当当放宽。。由于使使用需要要，剪力力墙结构构的底部部剪力墙墙改为框框架，形形成框支支剪力墙墙结构，，但这种种结构的的上部刚刚度与底底部刚度度相差悬悬殊，刚刚度突变变，对地地震区建建筑是不不利的。。二、剪力力墙的结结构布置置在民用建建筑中，，一般是是横墙短而而数量多多，纵墙长而而数量少少，因此纵纵横向剪剪力墙布布置应适适应这一一特点。。三、剪力力墙结构构体系构构成1）全现现浇墙2）大型型板材墙墙3）内浇浇外砌墙墙4）内浇浇外挂墙墙5）框支剪力力墙6）框架-剪力力墙结构构现浇墙结结构一、建建筑特征征1工具具式模板板现浇内内墙和楼楼板2空间间小，刚刚度大二、结结构类型型1内浇浇外砌内墙现浇浇，外墙墙砌体2内浇浇外挂内墙现浇浇，外墙墙挂板三、选选型要点点1内墙墙承重，，均匀布布置，避避免刚度度突变。。2外墙墙围护，，加强连连接，保保证结构构整体。。3构件件受力状状态1）并联联体的连连杆内力力①框架架：：剪切型型侧向变变形。②剪力力墙：弯弯曲型侧侧向变形形。③并联联体：弯弯剪型侧侧向变形形。2）框架架和抗震震墙的内内力①框架架剪剪力:连杆使框框架水平平剪力上上下分布布均匀。。②抗震震墙弯矩矩：连杆杆减小抗抗震墙底底部弯矩矩。3）水平平荷载和和剪力分分布规律律①框架架水平荷荷载上正正下负，，顶端受受正向集集中力。。②抗震震墙水平平荷载上上小下大大，顶端端受反向向集中力力。③框架架和抗震震墙顶端端水平剪剪力均不不为零。。④框架架楼层剪剪力最大大值在(0.3--0.6)H之间。⑤抗震震墙顶端端一段的的水平剪剪力为负负值。⑥抗震震墙承担担80%的的水平荷荷载。4抗震震墙布置置原则1）抗震震墙的设设置①沿结结构平面面主轴线线方向布布置②抗震震墙的数数量要适适当③按照照“分散散均匀匀周边边对称称”四准准则布置置④不宜宜布置单单肢墙2）抗震震墙的平平面布置置①每个个方向沿沿两条以以上相距距较远的的轴线设设置抗震震墙②抗震震墙的设设置部位位：a竖向向荷载较较大处b平面面形状变变化或楼楼盖水平平刚度剧剧变处c楼梯梯电梯间间及楼板板较大洞洞口两侧侧③抗震震墙应避避开需要要开大洞洞口的墙墙体位置置④在独独立结构构单元端端部，抗抗震墙距距外墙<=8米米⑤防震震缝两侧侧不宜设设成对的的抗震墙墙⑥纵向向抗震墙墙不宜设设在独立立结构单单元的两两端⑦抗震震墙宜用用LTH口形框架结构构一、结结构特征征1)结结构材料料：以梁柱构构成建筑筑物的骨骨架，传传递和支支承建筑筑物的全全部荷载载，而墙墙体仅起起分隔室室内外空空间和围围护作用用。承重重骨架的的材料，，一般多多用钢筋筋混凝土土，也可可用钢或或木等其其他材料料。2）力学学特性：：竖向承重重结构全全部由框框架组成成。在水水平荷载载下，其其结构强强度低、、刚度小小、水平平位移大大，故称称为柔性性结构体体系。二、构件件受力特特点1受受力特点点竖向荷载载下梁的的弯-剪剪，柱的的弯-压压2变变形特点点a）框架架侧移以以整体剪剪切变形形为主b）梁、、柱弯曲曲变形是是框架侧侧移的主主因三、适适用范围围高抗震烈烈度地区区不宜使使用按《高层层建筑结结构设计计建议》》设防烈度度现现浇结构构装装配结结构9度25米不不用8度45米25米7度55米35米6度60米50米非震区60米50米钢筋混凝凝土结构构≤20层钢结构≤≤30层多用于住住宅楼，，办公楼楼，教学学楼，综综合楼。。无梁楼板板：是将将现浇钢钢筋混凝凝土板直直接支承承在柱上上的楼板板结构。。为了增增大柱的的支撑面面积和减减小板的的跨度，，常在柱柱顶增设设柱帽和和托板。。无梁楼板板顶棚平平整，室室内净空空大，采采光、通通风好。。其经济济跨度为为6m左左右，板板厚一般般为120mm以上，，多用于于荷载较较大的商商店、仓仓库、展展览馆等等建筑中中。钢（框架架）结构构一、普普通钢结结构（一）结结构特特征、优优缺点和和适用范范围（1）普普通钢钢结构是是的工业业化程度度高，工工作性能能可靠，，结构自自重轻，，在工程程中得到到了广泛泛的应用用。有如如下一些些特点：：1）强强度高、、截面小小、运输输和装拆拆均较方方便。但但是，杆杆件较细细长，因因此稳定定性问题题较其它它类型的的结构更更为突出出，设计计中应予予以充分分注意。。2）材材料的均均匀性和和同向性性好，它它最符合合一般工工程力学学的基本本规定，，应力计计算比较较可靠。。3）材材料的可可焊性好好，因而而可简化化制造工工艺，提提高钢结结构的工工业化生生产程度度。4）耐耐火性和和耐腐性性较差，，在有侵侵蚀性介介质环境境中或在在有特殊殊防火要要求的建建筑中使使用钢结结构，应应采用有有效的防防护措施施。钢结结构的维维护费用用较高。。（2）当当前钢结结构的适适用范围围，就民民用建筑筑和工业业企业范范围来说说，大致致如下：：1)用用于重重型车间间的承重重骨架；；2）受受动力荷荷载影响响的结构构；3)高高耸结结构；4)大大跨度度结构。。（二）钢钢结构构的连接接方式建筑钢结结构所采采用的连连接方式式有：焊接连接接、铆钉钉连接、、普通螺螺栓连接接和高强强度螺栓栓连接三、轻型型钢结构轻型钢结构构系指主要要由圆钢或或小角钢（（∟45x4或∟56x36x4）组组成的钢结结构。轻型钢结构构主要用于于跨度L≤≤18m、、吊车起重重量Q≤5t的A3～A6级级且无高温温、高湿和和侵蚀环境境的厂房以以及一些采采用轻型屋屋面材料的的或临时建建筑的屋盖盖结构中。。柱子和吊车车梁不宜采采用轻型钢钢结构。另外，还有有其它钢结结构类型如如压型钢板板－混凝土土组合板、、外包钢钢混凝土钢钢结构、、钢－混混凝土组合合梁、钢管管结构、钢钢管混凝凝土结构等等。大跨度结构构在三维世界界里，任何结构物物本质上都都是空间性性质的，只不过出于简化设设计和建造造的目的，人们在许多多场合把它它们分解成一片片片平面结结构来进行行构造和计计算。无法进行简简单分解的的空间体系系日益显示示出一般平平面结构无无法比拟的的丰富多彩彩和创造潜潜力，体现现着大自然然的美丽和和神奇。空间结构的的卓越工作作性能不仅仅仅表现在在三维受力，而且还由由于它们通过合理的的曲面形体体来有效抵抵抗外荷载载的作用。当跨度越越大时，空空间结构就就愈能显示示出它们优优异的技术术经济性能能。事实上上，当跨度达到到一定程度度后，一般般平面结构构往往已难难于成为合合理的选择择。从国内外外工程实践践来看，大跨度建筑筑多数采用用各种形式式的空间结结构体系。二、平面面大跨结构构（19世纪纪后半叶～～二战）特征：桁架架、刚架、、拱结构三、新型型大跨结构构（二战～今今）特征：“薄薄壳、悬索索、网架””1薄薄壁结构合理的外形形，充分发发挥材料受受压性能，，以较薄的的壳体跨越越很大的空空间，而具具有足够的的强度和刚刚度。2悬悬索结构纤细的索网网，充分发发挥钢材抗抗拉性能，，轻盈活波波，适宜与与大跨度3网网架结构构利用小型杆杆件，组合合成整体结结构，刚度度大，变形形小，自重重轻，材料料省2、新型型大跨结构构的特点①整体上上是空间结结构②跨度大大，可覆盖盖巨大的室室内空间③矢高小小、曲率平平缓，可有有效利用空空间④厚度薄薄、自重轻轻，节省材材料⑤形式多多样，可适适合于各种种形状的平平面组合拱结构一、拱结构构特征、优优缺点和适适用范围（1）拱拱结构的特特点①拱是一一种推力结结构：在竖竖向荷载下下产生水平平推力；②拱是一一种无矩结结构：通过过合理拱轴轴可使杆件件无弯矩；；③拱可充充分利用材材料抗压强强度，断面面小、跨度度大。刚架结构一、刚架架结构特征征、优缺点点和适用范范围刚架是横梁梁和柱以整整体连接方方式构成的的一种门形形结构。由由于梁和柱柱是刚性节节点，在竖竖向荷载作作用下柱对对梁有约束束作用，因因而能减少少梁的跨中中弯矩；同同样，在水水平荷载作作用下，梁梁对柱也有有约束作用用，能减少少柱内的弯弯矩。由于刚架结结构受力合合理，轻巧巧美观，能能跨越较大大的跨度，，制作又很很方便，因因而应用非非常广泛。。一般用于于体育馆、、礼堂、食食堂、菜场场等大空间间的民用建建筑，也可可用于工业业建筑。1）跨度①实腹式式：50～60米米②格构式式两铰刚架架：60～120米③格构式式无铰刚架架：120～150米④折线弓弓形刚架：：40～50米高15～20米2）断面①实腹式式梁高h=(1/12～1/20)L设预应力拉拉杆h=(1/30～1/40)L②折线弓弓形刚架梁梁高、柱宽宽(1/15～1/25)L二、刚架结结构跨度尺尺寸排架结构，，桁架结构由屋架（或或屋面梁））、柱、基基础等组成成，柱顶与与屋架为铰铰接，柱底底与基础顶顶面为固接接。在单层层工业厂房房中有着广广泛的应用用。根据生生产工艺和和使用要求求不同，排排架结构可可设计成等等高或不等等高、单跨跨或多跨及及其它多种种形式。网架结构平板网架和和网壳结构构，还包括括一些未能能单独归类类的特殊形形式，如折折板式网架架结构、多多平面型网网架结构、、多层多跨跨框架式网网架结构等等，总起来来可称为空间网格结结构。这类结构在在我国发展展很快，且且持续不衰衰。一、网架结结构特征、、优缺点和和适用范围围网架是一种种由很多杆杆件以一定定规律组成成的网状结结构，它具具有下列优优点：（1）杆件之间间相互起支支撑作用，，形成多向向受力的空空间结构，，故其整体性性强、稳定定性好、空空间刚度大大，有利于于抗震；（2）当荷载作作用于网架架各节点上上时，杆件件主要承受受轴向力，，故能充分发发挥材料的的强度，节节省材料；；（3）网架结构高高度小，可可以有效地地利用空间间；（4）结构的杆件件规格统一一，有利于于工厂化生生产；（5）网架形式多多样，可创创造丰富多多彩的建筑筑形式。（二）网网架结构形形式网架结构主主要用来建建造大跨度度公共建筑筑的屋顶，，适用于多多种平面形形状，如圆圆形、方形形、三角形形、多边形形等各种平平面的建筑筑。按外形分为为平板网架和曲面网架；按建造材料料可分为钢钢网架、木木网架、钢钢筋混凝土土网架；按网架本身身的构造又又可分为单单层网架和和双层网架架。平板网架都都是双层的的，曲面网网架可以是是单层网架架或双层网网架。平板板网架多采采用钢管或或角钢制作作。曲面网网架可采用用木、钢、、钢筋混凝凝土，我国国受木材资资源少的限限制，很少少用木材制制作网架，，而多采用用钢网架，，有时也采采用钢筋混混凝土网架架。平板网架自自身不产生生推力，支支座为简支支，构造比比较简单，，可以适用用于各种形形状的建筑筑平面，所所以应用最最广泛。曲面网架多多数是有推推力的结构构，支座条条件比较复复杂，但外外形美观，，建筑造型型独具特色色。1）杆件①角钢②钢管2）节点①十字钢钢板节点：：用于角钢钢杆件，焊焊接或螺栓栓②球节点点：用于钢钢管杆件a.实心球球：螺栓连连接b.空心球球：焊接连连接3）网架上上弦起坡排水坡度要要求2～～5%①结构起起拱：跨度度>60m时，起拱拱1/300②上弦加加柱：按坡坡度变高平板网架杆杆件与节点点4网网架的构造造组成悬索结构柔性的悬索索在自然状状态下不仅仅没有刚度度，其形状状也是不确确定的。必必须采用敷敷设重屋面面或施加预预应力等措措施，才能能赋予一定定的形状，，成为在外外荷作用下下具有必要刚度度和形状稳稳定性的结结构。因此此也称其为为张力结构。帐篷薄膜结结构张拉式膜（（或索-膜）结构自自80年代以来在在发达国家家获得极大大发展。这种体系与与索网结构构类似，张张紧在刚性性或柔性边边缘构件上上，或通过过特殊构造造支承在若若干独立支支点上，通通过张拉建建立预应力力，并获得得确定形状状。膜结构是建建筑结构中中最新发展展起来的一一种形式，，它以性能能优良的织织物为材料料，或是向向膜内充气气，由空气气压力支撑撑膜面，或或是利用柔柔性钢索或或刚性支撑撑结构将面面绷紧，从从而形成具具有一定刚刚度、能够够覆盖大跨跨度空间的的结构体系系。自从上上世纪七十十年代以来来，膜结构构在国外已已逐渐应用用于体育建建筑、商场场、展览中中心、交通通服务设施施等大跨度度建筑中。。膜结构已已成为结构构设计选型型中的一个个主要方案案。充气薄膜结结构同属于张力力结构体系系、在国外外应用很广广的膜结构构或索-膜结构在我我国则处于于艰难起步步阶段。除了设计理理论储备和和生产条件件方面的原原因外，缺缺少符合建建筑要求的的国产膜材材是一个主主要的制约约因素。膜结构只有有在材料问问题得到解解决之后才才得以大量量推广应用用，因此关关键问题是是要提供满满足功能要要求、耐久久性好与经经济的膜材材。用于膜膜结构有二二种主要建建筑织物，，即涂敷聚聚四氟乙烯烯(PTFE)的玻玻璃纤维织织物和涂敷敷聚氯乙烯烯(PVC)的聚酯酯织物。折板结构折板结构是是以一定倾倾斜角度整整体相连的的一种薄板板体系。折折板结构通通常用钢筋筋混凝土建建造，也可可用钢丝网网水泥建造造。折板结构由由折板和横横隔构件组组成。在波波长方向，，折板犹如如一块折叠叠起伏的钢钢筋混凝土土连续板，，折板的波波峰和波谷谷处刚度最最大，可视视为连续板板的各支点点，折板结构呈呈空间受力力状态，具具有良好的的力学性能能，结构厚厚度薄，省省材料，省省模板，可可预制装配配，构造简简单。折板板结构可用用来建造大大跨度屋顶顶，也可用用作外墙。。薄壳结构自然界某些些动植物的的种子外壳壳、蛋壳、、贝壳，可可以说是天天然的薄壳壳结构，它它们的外形形符合力学学原理，以以最少的材材料获得坚坚硬的外壳壳，以抵御御外界的侵侵袭。人们们从这些天天然壳体中中受到启发发，利用混混凝土的可可塑性，创创造出各种种形式的薄薄壳结构。。一、结构特特征、优缺缺点和适用用范围薄壳结构是是用混凝土土、塑料等等刚性材料料以各种曲曲面形式构构成的薄壳壳结构，呈呈空间受力力状态，主主要承受曲曲面内的轴轴向力，而而弯矩和扭扭距很小，，所以混凝凝土强度能能得到充分分的利用。。由于是空间间结构，强强度和刚度度都非常好好。薄壳厚厚度仅为其其跨度的几几百分之一一。而一般般的平板结结构厚度至至少是跨度度的几十分分之一。所所以薄壳结结构具有自自重轻、省省材料、跨跨度大、外外形多样的的优点，可可用来覆盖盖各种平面面形状的建建筑屋顶。。但大多数薄薄壳结构的的形式较复复杂，多采采用现浇施施工，费工工、费时、、费模板，，且结构计计算较复杂杂，不宜承承受集中荷荷载,这些些缺点在一一定程度上上影响了它它的推广使使用。各种空间结结构类型中中，钢筋混混凝土薄壁壁结构在50年代后期及及60年代前期在在我国有所所发展，当当时建造过过一些中等等跨度的球球面壳、柱柱面壳、双双曲扁壳和和扭壳，在在理论研究究方面还投投入过许多多力量，制制定了相应应的设计规规程。但这种结构类类型日前应用用较少，主要要原因可能是是施工比较费费时费事。二、薄壳结构构的形式薄壳结构形式式很多，常用用的有筒壳、、圆顶壳、双双曲扁壳、鞍鞍形壳等四种种。筒壳由壳面、、边梁、横隔隔构件三部分分组成，为单单曲面薄壳，，形状较简单单，便于施工工，是最常用用的薄壳形式式。圆圆顶壳由由壳面和支承承环两部分组组成具有很好好的空间工作作性能，很薄薄的圆顶可以以覆盖很大的的空间，可用用于大型公共共