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民用建筑设计原理第七章建筑结构选型7.1建筑结构选型的原则

建筑结构是形成一定空间及造型,并具有承受人为和自然界施加于建筑物的各种荷载作用,使建筑物得以安全使用的骨架。7.1.1建筑结构的定义

建筑结构是建筑三大构成要素中建筑技术的组成内容,是保证房屋安全的重要手段。建筑结构的形式是为了满足建筑功能要求,为创造建筑的美而服务。建筑结构与建筑设计是两个既相互独立又紧密联系的专业工种。建筑结构是解决坚固问题,处于服务地位,由注册结构师完成;建筑设计是解决功能、适用和美观的问题,处于先行与主导地位,由注册建筑师完成。建筑设计必须和建筑结构有机结合起来,只有真正符合结构逻辑的建筑才具有真实的表现力和实际的可行性,富有建筑的个性。7.1建筑结构选型的原则7.1.2建筑结构与建筑设计的关系在建筑设计中,空间组合和建筑造型的主要环节是选择最佳结构方案,即结构选型。结构选型应遵循以下原则:(1)适应建筑功能的要求对于有些公共建筑,其功能有视听要求,如:体育馆为保证较好的观看视觉效果,比赛大厅内不能设柱,必须采用大跨度结构;大型超市为满足购物的需要,室内空间具有流动性和灵活性,所以应采用框架结构。7.1建筑结构选型的原则7.1.3建筑结构选型的原则(2)满足建筑造型的需要对于建筑造型复杂、平面和立面特别不规则的建筑结构选型,要按实际需要在适当部位设置防震缝,形成较多有规则的结构单元。(3)充分发挥结构自身的优势每种结构形式都有各自的特点和不足,有其各自的适用范围,所以要结合建筑设计的具体情况进行结构选型。7.1建筑结构选型的原则(4)考虑材料和施工的条件由于材料和施工技术的不同,其结构形式也不同。例如:砌体结构所用材料多为就地取材,施工简单,适用于低层、多层建筑。当钢材供应紧缺或钢材加工、施工技术不完善时,不可大量采用钢结构。(5)尽可能降低造价当几种结构形式都有可能满足建筑设计条件时,经济条件就是决定因素,尽量采用能降低工程造价的结构形式。7.1建筑结构选型的原则7.2建筑结构的组成与分类

(1)板板的长、宽两个方向的尺寸远远大于其厚度尺寸。板有平板、曲面板和斜板。

(2)梁梁的截面宽度和高度尺寸远远小于其跨度尺寸。梁有直梁、曲梁和斜梁。

(3)桁架、网架由杆件组成,且杆件截面尺寸远远小于其长度尺寸。7.2.1建筑结构的组成7.2.1.1承受竖向荷载的水平构件

(1)柱柱截面尺寸远小于其高度,承受梁传来的荷载。

(2)墙体墙体的长、宽两个方向的尺寸远大于其厚度尺寸,承受梁、板传来的荷载。

(3)基础基础是建筑物与地基相联系的部分,承受建筑物的全部荷载并传至地基。7.2.1.2支撑水平构件或承担水平荷载的构件7.2建筑结构的组成与分类

(1)单层结构(1~3层,多用于单层厂房、食堂、影剧院、仓库);

(2)多层结构(2~7层);

(3)高层结构(一般在7层以上);

(4)大跨度结构(跨度为40~50m)。7.2建筑结构的组成与分类7.2.2建筑结构的分类7.2.2.1根据建筑结构的外形特点分类

(1)钢筋混凝土结构;

(2)砌体结构(砖砌体、石砌体、小型砌块、大型砌块、多孔砖砌体);

(3)钢结构;

(4)木结构;

(5)塑料结构;

(7)薄膜充气结构。7.2建筑结构的组成与分类7.2.2.2根据结构所采用的材料分类(1)墙体体结结构构((以以墙墙体体作作为为支支撑撑水水平平构构件件及及承承担担水水平平力力的的结结构构));;(2)框架架结结构构((由由梁梁和和柱柱刚刚性性连连接接的的骨骨架架结结构构));;(3)框架架--剪剪力力墙墙((抗抗震震墙墙))结结构构;;(4)剪力力墙墙结结构构((墙墙体体既既承承担担水水平平构构件件传传来来的的竖竖向向荷荷载载,,同同时时也也承承担担风风力力和和地地震震力力传传来来的的水水平平荷荷载载));;(5)筒体体结结构构((由由剪剪力力墙墙组组成成或或密密柱柱框框筒筒组组成成));;7.2建筑筑结结构构的的组组成成与与分分类类根据据建建筑筑结结构构的的主主要要结结构构形形式式分分类类(7)桁架架结结构构;;(7)拱形形结结构构;;(8)网架架结结构构((以以网网架架做做屋屋盖盖));;(9)空间间薄薄壁壁结结构构((包包括括薄薄壳壳、、折折板板、、幕幕式式结结构构));;(10)钢索索结结构构((悬悬索索结结构构,,以以钢钢缆缆或或钢钢拉拉杆杆为为主主要要承承重重构构件件))。。7.2建筑筑结结构构的的组组成成与与分分类类(1)平面面结结构构体体系系;;(2)空间间结结构构体体系系。。7.2建筑筑结结构构的的组组成成与与分分类类根据据结结构构受受力力特特点点分分类类7.3常用用的的建建筑筑结结构构形形式式(1)砌砌体体结结构构的的概概念念砌体体结结构构一般般是是指指采采用用钢钢筋筋混混凝凝土土楼楼((屋屋))盖盖和和砖砖或或其其他他块块体体((如如混混凝凝土土砌砌块块))砌砌筑筑的的承承重重墙墙组组成成的的结结构构体体系系,,也也称称墙墙承承重重结结构构体体系系。。7.3.1砌体结构(2)砌砌体砌体结构的墙体具有承重和围护的双重作用,所用材料便于就地取材,施工较简单,施工进度快,技术要求低,施工设备简单。由于砌体抗拉抗剪强度低,因此砌体结构的抗震性能差,一般不超过七层,故一般适用于多层住宅、办公楼、学校、小型庭院等。砌体结构一般不适用于高层建筑及需要大空间的建筑。由于墙体承重,在其上开设门窗受到限制,建筑立面效果显得厚实。7.3常用用的的建建筑筑结结构构形形式式(3)砌砌体体结结构构承承重重方方案案①横横墙墙承承重重方方案案(图图7.1)楼层层的的荷荷载载通通过过板板、、梁梁传传至至横横墙墙,,横横墙墙作作为为主主要要的的承承重重竖竖向向构构件件,,纵纵墙墙仅仅起起维维护护、、分分隔隔、、自自承承重重及及形形成成整整体体的的作作用用。。横墙承重重方案具具有横墙墙布置较较密、横横向刚度度大、整整体性好好的特点点,但房房间布置置的灵活活性差。。7.3常用的建建筑结构构形式②纵墙承承重方案案(图7.2)楼层的荷荷载通过过板、梁梁传至纵纵墙,横横墙的设设置主要要是为了了满足房房屋刚度度和整体体性的要要求,其其间距较较大。纵墙承重重方案具具有平面面布置灵灵活、房房间空间间可以较较大的特特点,但但纵墙受受力集中中,房屋屋刚度较较差。③纵横墙墙承重方方案(图7.3)根据房间间功能要要求的空空间尺寸寸,可采采取纵横横墙同时时承重的的方案。。纵横墙墙承重方方案具有有平面布布置灵活活、房屋屋双向刚刚度较好好的特点点。7.3常用的建筑筑结构形式式④内框架承承重方案(图7.4)外围用外墙墙承重,内内部用梁、、柱承重的的结构为内内框架承重重方案。其其特点是以以柱代替内内承重墙,,在使用上上可取得7.3常用的建筑筑结构形式式7.3常用的建筑筑结构形式式图7.1横墙承重方方案7.3常用的建筑筑结构形式式图7.2纵墙承重方方案7.3常用的建筑筑结构形式式图7.3纵横墙承重重方案7.3常用的建筑筑结构形式式图7.3纵横墙承重重方案框架结构是由梁和柱柱刚性连接接的骨架结结构,如图7.5所示。7.3常用的建筑筑结构形式式7.3.2框架结构框架结构的的概念7.3常用的建筑筑结构形式式图7.5框架结构体体系(a)横向框架体体系;(b)纵向框架体体系(1)框架结构的的承重结构构和围护、、分隔构件件完全分开开,墙只起起围护和分分隔作用。。(2)框架结构平平面布置灵灵活,能够够满足生产产工艺和使使用功能的的要求。(3)框架结构构采用的材材料是型钢钢和钢筋混混凝土,有有很好的抗抗压和抗弯弯能力,由由于梁、柱柱刚接,抗抗侧移和抗抗振动能力力强,因此此,其抗震震性、整体体性和延通通性较好,,适用于多多层和高度度不超过70m的高层建筑筑。7.3常用的建筑筑结构形式式框架结构的的特点(1)按构件组组成划分有梁板式结结构(由梁梁、板、柱柱三种基本本构件组成成的骨架结结构)和无无梁式结构构(由板和和柱子组成成的骨架结结构)两种种类型。(2)按框架的的施工方法法划分①现浇整体体式框架框架全部构构件均在现现场浇注成成整体,具具有整体性性和抗震性性能好、构构件尺寸不不受标准构构件限制的的特点。7.3常用的建筑筑结构形式式框架结构的的类型②装配式框框架框架全部构构件采用预预制装配,,具有可加加快施工进进度、提供供建筑工业业化程度的的特点,但但节点构造造刚性差,,抗震性差差。③半现浇框框架梁、柱现浇浇,楼板预预制或现浇浇,预制梁梁板,具有有梁柱整体体性好、可可节约模板板的特点。。④装配整体体或框架预制梁、柱柱,装配时时通过局部部现浇混凝凝土使构件件连接成整整体,结构构的整体性性和抗震性性介于现浇浇和装配式式构件之间间,保证了了节点的刚刚度,比全全现浇节省省模板,加加快了施工工进度,但但增加了后后浇混凝土土的工序。。7.3常用的建筑筑结构形式式(1)布置原则则①建筑平面形形状和立面面体型宜简简单、规则则,使各部部分刚度均均匀对称。。②控制结构的的高宽比((一般高宽宽比设为5~7),减少结结构在水平平荷载下产产生的侧移移。③房屋的总长长度宜控制制在最大伸伸缩缝间距距内,减少少温度裂缝缝。7.3常用的建筑筑结构形式式框架结构的的平面布置置方式④框架梁宜拉拉通、对直直,框架柱柱宜上下对对中,梁柱柱轴线宜在在同一竖向向平面内。。⑤尽量统一柱柱网及层高高,以减少少构件种类类规格,简简化设计及及施工。(2)柱网及层层高框架结构的的柱网由柱柱距和跨度度组成。框框架结构的的柱网尺寸寸和层高主主要由使用用功能的要要求决定,,并符合建建筑模数,,力求柱网网平面简单单规则,便便于布置模模板。7.3常用的建筑筑结构形式式①民用建筑筑的柱网及及层高民用建筑的的类型多,,功能要求求各不相同同,因此柱柱网和层高高的变化也也大,但对对于一般民民用建筑可可以做到定定型化。柱柱网一般以以300mm为模数,如如住宅、旅旅馆的框架架结构柱网网尺寸,柱柱距可采用用7.3m、7.7m和7.9m,跨度可采采用4.8m、5.1m、7.0m、7.7m和7.9m,层高为3.0m、3.3m、3.7m、3.9m和4.2m。7.3常用的建筑筑结构形式式②工业建筑筑的柱网及及层高工业建筑的的柱网布置置可分为内内廊式和跨跨度组合式式两种,如图7.7所示。内廊式柱柱网的常用用尺寸:柱柱距为7.0m,跨度一般般采用7.0m、7.7m和7.9m,走廊宽一一般为2.4m、2.7m和3.0m。跨度组合合式柱网的的常用尺寸寸:柱网采采用7.0m,跨度采用用7.0m、7.5m、9.0m和12m。层高一般般为3.7m、3.9m、4.5m、4.8m和5.4m。7.3常用的建筑筑结构形式式框架柱网布布置简单、、规则、整整齐,对结结构是非常常有利的,,经济效果果也好。但但有些建筑筑平面采用用周边复杂杂的形式来来表示建筑筑艺术的效效果,这就就出现了在在复杂的建建筑平面形形式上力求求简单的柱柱网布置的的协调问题题。图7.7是几种典型型的平面形形式及柱网网布置方法法。7.3常用的建筑筑结构形式式(3)平面布置置①横向框架架承重布置置(图7.8(b))这种布置以以横向框架架作为主要要承重框架架,横向的的梁为框架架主梁,纵纵向的梁为为连系梁,,具有结构构合理,利利于立面处处理和屋内内采光等特特点,但只只适用于非非地震区。。②纵向框架架承重布置置(图7.8(c))这种布置以以纵向框架架作为主要要承重框架架,纵向的的梁为框架架主梁,横横向的梁为为连系梁,,有利于楼楼层净高的的有效利用用,同时房房间的划分分比较灵活活,但横向向刚度差,,不适用于于地震区。。7.3常用的建筑筑结构形式式③主要承重重框架纵横横两个方向向布置(图7.8(d))当房屋平面面为正方形形(或接近近正方形))或房屋有有抗震设防防要求时,,两个方向向的受力相相差较小,,此时两个个方向的框框架都应具具有足够的的强度和刚刚度,故应应采用纵横横两个方向向的框架作作为主要承承重框架,,这种布置置适用于地地震区。7.3常用的建筑筑结构形式式7.3常用的建筑筑结构形式式图7.7工业建筑框框架结构体体系7.3常用的建筑筑结构形式式图7.7框架结构柱柱网平面布布置举例7.3常用的建筑筑结构形式式图7.8框架结构平平面布置7.3常用的建筑筑结构形式式图7.8框架结构平平面布置(1)剪力墙的的概念剪力墙是一一种抵抗竖竖向荷载引引起的轴向向作用和风风、地震等等水平荷载载引起的剪剪切、弯曲曲作用的结结构单元。。7.3常用的建筑筑结构形式式7.3.3剪力墙结构剪力墙的概概念和作用用(2)剪力墙的的作用①剪力墙是建建筑物的承承重墙,同同时也是围围护墙和分分隔墙,因因此,剪力力墙的布置置必须满足足建筑平面面布置和结结构布置的的要求。②剪力墙有较较强的承载载能力,同同时也具有有很好的整整体性和空空间作用,,因此,剪剪力墙作为为抗侧力构构件用于高高层建筑。。③受剪力墙间间距的限制制,建筑物物的平面开开间布置不不灵活,所所以用于旅旅馆、公寓寓住宅等建建筑较为适适宜。7.3常用的建筑筑结构形式式④剪力墙结构构的楼盖结结构一般采采用钢筋混混凝土平板板,可不设设梁,这样样可节约层层高。7.3常用的建筑筑结构形式式(1)框架-剪剪力墙结构构①框架-剪剪力墙结构构的概念框架-剪力力墙是由框框架与剪力力墙组合而而成的结构构体系。在在整个框架架-剪力墙墙结构体系系中,框架架与剪力墙墙同时存在在,剪力墙墙承担绝大大部分的水水平荷载,,而框架则则承担竖向向荷载为主主,两者共共同受力,,合理分工工。如图7.9所示。7.3常用的建筑筑结构形式式剪力墙结构构体系的类类型及适用用范围②框架-剪剪力墙结构构的剪力墙墙布置a.剪力墙宜均均匀布置在在建筑物的的周边、楼楼梯间、电电梯间、平平面形状变变化和竖向向荷载较大大等部位。。剪力墙最最大间距详详见表7.1。在实际工工程中,剪剪力墙间距距一般在2.5B及30m以内。b.平面形状凹凹凸较大时时,宜在凸凸出部分的的端部附近近布置剪力力墙。c.纵横剪力墙宜宜组成L形、T形和槽形等形形式。d.剪力墙不宜太太长,总高度度与长度之比比宜大于2。7.3常用的建筑结结构形式e.不宜在伸缩缝缝和防震缝两两侧同时布置置剪力墙,纵纵向剪力墙不不宜布置在端端部,而应布布置在中部。。f.剪力墙宜贯通通建筑物的全全高,避免刚刚度突变。图7.10是框架-剪力力墙结构根据据建筑平面几几何图形进行行剪力墙布置置的典型平面面。7.3常用的建筑结结构形式③框架-剪力力墙的适用范范围由于框架-剪剪力墙是以框框架为主体、、以剪力墙为为辅助,以补补救框架结构构不足的一种种组合体系,,适用于25层以下的建筑筑,最高不宜宜超过30层。7.3常用的建筑结结构形式(2)普通剪力墙墙结构①普通剪力墙墙结构的概念念普通剪力墙结结构是全部由由剪力墙组成成的结构体系系,其墙体的的布置实际上上等于将砌体体结构的块体体承重墙换成成现浇的钢筋筋混凝土墙。。②普通剪力墙墙结构的结构构布置普通剪力墙结结构通常采用用平面布置的的形式。钢筋混凝土墙墙承受全部竖竖向荷载和水水平力,所以以剪力墙应双双向或多向布布置,并且拉拉通对直,如图7.11所示。7.3常用的建筑结结构形式对于矩形、L形、T形平面,剪力力墙沿两个正正交的主轴方方向布置;对对于三角形平平面、T形平面,剪力力墙沿三个方方向布置;对对于正方形、、圆形和弧形形平面,剪力力墙可沿径向向及环向布置置。剪力墙的数量量在方案设计计阶段就要合合理地确定,,尽量对称、、均匀,且数数量适当。剪剪力墙长度不不宜过长,过过长会导致结结构刚度过大大,加大抗震震能力,不经经济。剪力墙墙为7~7m的大开间比3~3.9m的小开间经济济,能降低材材料用量,增增加使用面积积。剪力墙上上的洞口宜上上下对齐,并并列布置。7.3常用的建筑结结构形式③普通剪力墙墙结构的适用用范围由于普通剪力力墙结构全部部由纵横墙体体组成,其刚刚度比框架--剪力墙结构构更好,对于于40层以下的高层层住宅、高层层旅馆、公寓寓十分通用。。普通剪力墙墙结构的建筑筑物高宽比不不宜大于7,其高度要考考虑抗震要求求,地震区7度设防时为139m左右,8度设防时为120m左右,9度设防时为70m左右。7.3常用的建筑结结构形式(3)框架剪力墙墙结构为满足高层建建筑多功能、、综合用房的的需要,顶部部楼层采用普普通剪力墙结结构以满足旅旅馆和住宅的的要求,中部部办公用房则则需要中、小小室内空间同同时存在,则则宜采用框架架-剪力墙结结构,底部做做商店或停车车场需要大空空间,则宜加加大柱网,尽尽量减少墙体体,这样的结结构布置称为为框架剪力墙墙结构,如图7.12所示。7.3常用的建筑结结构形式框架剪力墙结结构由于结构构底部与上部部结构刚度不不同,易产生生突变,故抗抗震性差。对对抗震要求较较高的房屋,,宜经过专门门的试验研究究后方可使用用框架剪力墙墙结构。7.3常用的建筑结结构形式7.3常用的建筑结结构形式图7.9框架-剪力墙墙结构7.3常用的建筑结结构形式图7.10框架-剪力墙墙结构的剪力力墙布置典型型平面7.3常用的建筑结结构形式图7.11普通剪力墙结结构平面布置置示意7.3常用的建筑结结构形式图7.12框架剪力墙结结构由若干纵横交交接的剪力墙墙集中到房屋屋内部或外部部形成封闭筒筒体的骨架称称为筒体结构。筒体可以由由剪力墙组成成,也可以由由密柱框筒组组成。7.3

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