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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、墙体布置：1横墙承重；2纵墙承重；3纵横墙混合承重；4部分框架承重（底层或内部部分为框架）•底层框架承重的特征1总体布置：下部框架+上部砖混2矛盾分析1）功能--上静下动2）空间--上小下大3）结构--上刚下柔•选型要点1总体要求1）总高度和层数限值2）底层框架柱网选择2抗震要求1）抗震横墙最大间距限值2）抗震墙布置3转换层设置：板式转换、梁板式转换、箱体转换剪力墙结构（钢筋混凝土墙）一、结构特征及适用范围剪力墙结构，是指其竖向承重结构全部由一系列横向和纵向的钢筋混凝土剪力墙所组成，这种结构侧向刚度大、位移小，称为刚性结构体系。剪力墙通常为横向布置，间距小，约为3～6m，因此平面布置不够灵活，仅适用于小开间的高层住宅、旅馆、办公楼等，这种结构从理论上讲可建造上百层的民用建筑，但从技术经济考虑，地震区的剪力墙结构一般控制在35层，总高110m以内，非地震区可适当放宽。由于使用需要，剪力墙结构的底部剪力墙改为框架，形成框支剪力墙结构，但这种结构的上部刚度与底部刚度相差悬殊，刚度突变，对地震区建筑是不利的。二、剪力墙的结构布置在民用建筑中，一般是横墙短而数量多，纵墙长而数量少，因此纵横向剪力墙布置应适应这一特点。三、剪力墙结构体系构成1）全现浇墙2）大型板材墙3）内浇外砌墙4）内浇外挂墙5）框支剪力墙6）框架-剪力墙结构现浇墙结构一、建筑特征1工具式模板现浇内墙和楼板2空间小，刚度大二、结构类型1内浇外砌内墙现浇，外墙砌体2内浇外挂内墙现浇，外墙挂板三、选型要点1内墙承重，均匀布置，避免刚度突变。2外墙围护，加强连接，保证结构整体。3构件受力状态1）并联体的连杆内力①框架：剪切型侧向变形。②剪力墙：弯曲型侧向变形。③并联体：弯剪型侧向变形。2）框架和抗震墙的内力①框架剪力:连杆使框架水平剪力上下分布均匀。②抗震墙弯矩：连杆减小抗震墙底部弯矩。3）水平荷载和剪力分布规律①框架水平荷载上正下负，顶端受正向集中力。②抗震墙水平荷载上小下大，顶端受反向集中力。③框架和抗震墙顶端水平剪力均不为零。④框架楼层剪力最大值在(0.3--0.6)H之间。⑤抗震墙顶端一段的水平剪力为负值。⑥抗震墙承担80%的水平荷载。4抗震墙布置原则1）抗震墙的设置①沿结构平面主轴线方向布置②抗震墙的数量要适当③按照“分散均匀周边对称”四准则布置④不宜布置单肢墙2）抗震墙的平面布置①每个方向沿两条以上相距较远的轴线设置抗震墙②抗震墙的设置部位：a竖向荷载较大处b平面形状变化或楼盖水平刚度剧变处c楼梯电梯间及楼板较大洞口两侧③抗震墙应避开需要开大洞口的墙体位置④在独立结构单元端部，抗震墙距外墙=8米⑤防震缝两侧不宜设成对的抗震墙⑥纵向抗震墙不宜设在独立结构单元的两端⑦抗震墙宜用LTH口形框架结构一、结构特征1)结构材料：以梁柱构成建筑物的骨架，传递和支承建筑物的全部荷载，而墙体仅起分隔室内外空间和围护作用。承重骨架的材料，一般多用钢筋混凝土，也可用钢或木等其他材料。2）力学特性：竖向承重结构全部由框架组成。在水平荷载下，其结构强度低、刚度小、水平位移大，故称为柔性结构体系。二、构件受力特点1受力特点竖向荷载下梁的弯-剪，柱的弯-压2变形特点a）框架侧移以整体剪切变形为主b）梁、柱弯曲变形是框架侧移的主因三、适用范围高抗震烈度地区不宜使用按《高层建筑结构设计建议》设防烈度现浇结构装配结构9度25米不用8度45米25米7度55米35米6度60米50米非震区60米50米钢筋混凝土结构≤20层钢结构≤30层多用于住宅楼，办公楼，教学楼，综合楼。无梁楼板：是将现浇钢筋混凝土板直接支承在柱上的楼板结构。为了增大柱的支撑面积和减小板的跨度，常在柱顶增设柱帽和托板。无梁楼板顶棚平整，室内净空大，采光、通风好。其经济跨度为6m左右，板厚一般为120mm以上，多用于荷载较大的商店、仓库、展览馆等建筑中。钢（框架）结构一、普通钢结构（一）结构特征、优缺点和适用范围（1）普通钢结构是的工业化程度高，工作性能可靠，结构自重轻，在工程中得到了广泛的应用。有如下一些特点：1）强度高、截面小、运输和装拆均较方便。但是，杆件较细长，因此稳定性问题较其它类型的结构更为突出，设计中应予以充分注意。2）材料的均匀性和同向性好，它最符合一般工程力学的基本规定，应力计算比较可靠。3）材料的可焊性好，因而可简化制造工艺，提高钢结构的工业化生产程度。4）耐火性和耐腐性较差，在有侵蚀性介质环境中或在有特殊防火要求的建筑中使用钢结构，应采用有效的防护措施。钢结构的维护费用较高。（2）当前钢结构的适用范围，就民用建筑和工业企业范围来说，大致如下：1)用于重型车间的承重骨架；2）受动力荷载影响的结构；3)高耸结构；4)大跨度结构。（二）钢结构的连接方式建筑钢结构所采用的连接方式有：焊接连接、铆钉连接、普通螺栓连接和高强度螺栓连接三、轻型钢结构轻型钢结构系指主要由圆钢或小角钢（∟45x4或∟56x36x4）组成的钢结构。轻型钢结构主要用于跨度L≤18m、吊车起重量Q≤5t的A3～A6级且无高温、高湿和侵蚀环境的厂房以及一些采用轻型屋面材料的或临时建筑的屋盖结构中。柱子和吊车梁不宜采用轻型钢结构。另外，还有其它钢结构类型如压型钢板－混凝土组合板、外包钢混凝土钢结构、钢－混凝土组合梁、钢管结构、钢管混凝土结构等。大跨度结构在三维世界里，任何结构物本质上都是空间性质的，只不过出于简化设计和建造的目的，人们在许多场合把它们分解成一片片平面结构来进行构造和计算。无法进行简单分解的空间体系日益显示出一般平面结构无法比拟的丰富多彩和创造潜力，体现着大自然的美丽和神奇。空间结构的卓越工作性能不仅仅表现在三维受力，而且还由于它们通过合理的曲面形体来有效抵抗外荷载的作用。当跨度越大时，空间结构就愈能显示出它们优异的技术经济性能。事实上，当跨度达到一定程度后，一般平面结构往往已难于成为合理的选择。从国内外工程实践来看，大跨度建筑多数采用各种形式的空间结构体系。二、平面大跨结构（19世纪后半叶～二战）特征：桁架、刚架、拱结构三、新型大跨结构（二战～今）特征：“薄壳、悬索、网架”1薄壁结构合理的外形，充分发挥材料受压性能，以较薄的壳体跨越很大的空间，而具有足够的强度和刚度。2悬索结构纤细的索网，充分发挥钢材抗拉性能，轻盈活波，适宜与大跨度3网架结构利用小型杆件，组合成整体结构，刚度大，变形小，自重轻，材料省2、新型大跨结构的特点①整体上是空间结构②跨度大，可覆盖巨大的室内空间③矢高小、曲率平缓，可有效利用空间④厚度薄、自重轻，节省材料⑤形式多样，可适合于各种形状的平面组合拱结构一、拱结构特征、优缺点和适用范围（1）拱结构的特点①拱是一种推力结构：在竖向荷载下产生水平推力；②拱是一种无矩结构：通过合理拱轴可使杆件无弯矩；③拱可充分利用材料抗压强度，断面小、跨度大。刚架结构一、刚架结构特征、优缺点和适用范围刚架是横梁和柱以整体连接方式构成的一种门形结构。由于梁和柱是刚性节点，在竖向荷载作用下柱对梁有约束作用，因而能减少梁的跨中弯矩；同样，在水平荷载作用下，梁对柱也有约束作用，能减少柱内的弯矩。由于刚架结构受力合理，轻巧美观，能跨越较大的跨度，制作又很方便，因而应用非常广泛。一般用于体育馆、礼堂、食堂、菜场等大空间的民用建筑，也可用于工业建筑。1）跨度①实腹式：50～60米②格构式两铰刚架：60～120米③格构式无铰刚架：120～150米④折线弓形刚架：40～50米高15～20米2）断面①实腹式梁高h=(1/12～1/20)L设预应力拉杆h=(1/30～1/40)L②折线弓形刚架梁高、柱宽(1/15～1/25)L二、刚架结构跨度尺寸排架结构，桁架结构由屋架（或屋面梁）、柱、基础等组成，柱顶与屋架为铰接，柱底与基础顶面为固接。在单层工业厂房中有着广泛的应用。根据生产工艺和使用要求不同，排架结构可设计成等高或不等高、单跨或多跨及其它多种形式。网架结构平板网架和网壳结构，还包括一些未能单独归类的特殊形式，如折板式网架结构、多平面型网架结构、多层多跨框架式网架结构等，总起来可称为空间网格结构。这类结构在我国发展很快，且持续不衰。一、网架结构特征、优缺点和适用范围网架是一种由很多杆件以一定规律组成的网状结构，它具有下列优点：（1）杆件之间相互起支撑作用，形成多向受力的空间结构，故其整体性强、稳定性好、空间刚度大，有利于抗震；（2）当荷载作用于网架各节点上时，杆件主要承受轴向力，故能充分发挥材料的强度，节省材料；（3）网架结构高度小，可以有效地利用空间；（4）结构的杆件规格统一，有利于工厂化生产；（5）网架形式多样，可创造丰富多彩的建筑形式。（二）网架结构形式网架结构主要用来建造大跨度公共建筑的屋顶，适用于多种平面形状，如圆形、方形、三角形、多边形等各种平面的建筑。•按外形分为平板网架和曲面网架；•按建造材料可分为钢网架、木网架、钢筋混凝土网架；•按网架本身的构造又可分为单层网架和双层网架。平板网架都是双层的，曲面网架可以是单层网架或双层网架。平板网架多采用钢管或角钢制作。曲面网架可采用木、钢、钢筋混凝土，我国受木材资源少的限制，很少用木材制作网架，而多采用钢网架，有时也采用钢筋混凝土网架。平板网架自身不产生推力，支座为简支，构造比较简单，可以适用于各种形状的建筑平面，所以应用最广泛。曲面网架多数是有推力的结构，支座条件比较复杂，但外形美观，建筑造型独具特色。1）杆件①角钢②钢管2）节点①十字钢板节点：用于角钢杆件，焊接或螺栓②球节点：用于钢管杆件a.实心球：螺栓连接b.空心球：焊接连接3）网架上弦起坡排水坡度要求2～5%①结构起拱：跨度60m时，起拱1/300②上弦加柱：按坡度变高平板网架杆件与节点4网架的构造组成悬索结构柔性的悬索在自然状态下不仅没有刚度，其形状也是不确定的。必须采用敷设重屋面或施加预应力等措施，才能赋予一定的形状，成为在外荷作用下具有必要刚度和形状稳定性的结构。因此也称其为张力结构。帐篷薄膜结构张拉式膜（或索-膜）结构自80年代以来在发达国家获得极大发展。这种体系与索网结构类似，张紧在刚性或柔性边缘构件上，或通过特殊构造支承在若干独立支点上，通过张拉建立预应力，并获得确定形状。膜结构是建筑结构中最新发展起来的一种形式，它以性能优良的织物为材料，或是向膜内充气，由空气压力支撑膜面，或是利用柔性钢索或刚性支撑结构将面绷紧，从而形成具有一定刚度、能够覆盖大跨度空间的结构体