建筑结构选型

建筑结构选型同济大学建筑11班林圣智绪论结构对于建筑的意义建筑结构选型的原则建筑结构的组成与分类建筑结构选型实例分析结构如同建筑的骨骼，要承受各种力的作用，形成支撑体系，是建筑物赖以存在的物质基础；通过满足技术要求来满足建筑的使用功能；形成特定的建筑造型；结构科学的进步推动着建筑的发展，一部建筑史也是一部建筑结构发展史。一、结构对于建筑的意义建筑结构与建筑设计的关系（一）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。建筑结构的型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。建筑结构与建筑设计的关系（二）建筑结构是解决支撑体系问题，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。二、建筑结构选型的原则在建筑设计中，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。（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型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。（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。三、建筑结构的组成与分类建筑结构的组成主要包括各种构件：柱梁板桁架杆件网架杆件索膜建筑结构按受力和构造特点分类混合结构体系多层和高层建筑结构框架结构体系剪力墙结构体系平面结构体系：排架（桁架）、单层大跨度建筑结构门式刚架、拱空间结构体系：薄壳、网架网壳、悬索、索和膜混合结构是指一个建筑物的承重体系中采用两种或两种以上的结构类型混合结构一般指砖混结构，即墙体、基础等竖向承重构件采用砖砌体结构，楼盖、屋盖等水平承重构件采用装配式或现浇钢筋混凝土结构砖墙既是承重结构，又是围护结构第一章混合结构体系砌体结构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砌体结构刚度较大，强度低，整体性差，抗震性能差综合经济指标好，实际造价低廉平面布置灵活性差，使用面积较小，建筑立面效果厚实砖墙在防寒、隔热、隔音、抗风雨侵袭和化学稳定性等建筑物理性能方面较为优越、物美价廉，但自重较大适用于六层及以下的住宅、宿舍、办公室、学校、医院等民用建筑以及中小型工业建筑优缺点和应用范围横墙承重方案纵墙承重方案纵横墙承重方案内框架承重方案混合结构房屋的墙体布置与结构选型有关的构造要求横墙间距小些，可使结构整体性和空间刚度较好，还可防止地基不均匀沉降引起的墙体开裂纵墙宜贯通，可利于防止墙体开裂，且易于设置圈梁梁跨度较大时，其支承处应加设壁柱适当设置伸缩缝和沉降缝，可预防和减少墙体开裂房屋平、立面布置规则，房屋质量分布和刚度变化均匀，限制房屋的高度、层高和高宽比，设置防震缝，选用配筋砌体，设置圈梁和构造柱，可提高砌体结构的抗震性能第二章框架结构体系混合结构强度低，楼层较高时用料多、自重大，建筑有效面积随着楼层增加大大减少本章讲述的框架结构主要是指钢筋混凝土框架结构，较之砖砌体结构，钢筋混凝土框架结构自重小、强度高，可以用于更多楼层的承重结构体系一般用于不多于15层（不超过50米高度）的多层和高层房屋钢筋混凝土框架的梁柱节点多为刚节点，建筑物整体性好因为刚节点的存在，梁跨中弯矩降低，从而可以跨越更大的跨度，空间布置更为灵活在建筑上能够提供较大的空间，平面布置灵活，适用性强抗侧刚度小、水平位移大，结构柔度较大结构特点和优缺点框架的主要受力构件包括梁和柱梁、柱连接处一般为刚接连接，当为铰接连接时成为排架为利于结构受力合理，框架结构一般要求框架梁宜连通，框架柱在纵横两个方向上应与框架梁连接，梁、柱中心线宜重合，框架柱宜纵横对齐、上下对中为了使用功能或建筑造型的要求，框架结构可采用抽梁、抽柱、内收、外挑、斜梁、斜柱等形式框架的组成与分类框架结构按承重方式分类全框架（纯框架）：荷载全部由框架梁、柱承担，墙体仅起围护、隔断作用，受力性能良好内框架（半框架）：荷载由内部框架和外部墙体共同来承担，整体性和抗震性差，易发生地基不均匀沉降底层框架混合结构：底层为框架结构或框架-剪力墙结构，上部为普通混合结构，整个结构上刚下柔，整体性和抗震性差框架结构的适用层数、高宽比与适用高度框架结构在水平荷载作用下，属于柔性结构，其抗侧移刚度较小，房屋较高时其安全性和经济效益下降框架结构适用层数：6～15层，10层左右最为经济框架结构常用高宽比：5～7场地类别为Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ类，规则的现浇钢筋混凝土框架结构最大适用高度：60m（烈度6度），55m（烈度7度），45m（烈度8度），25m（烈度9度）场地类别Ⅳ类或不规则结构的最大适用高度还应适当降低第三章剪力墙结构体系剪力墙结构较之框架结构，采用剪力墙来提供很大的抗剪强度和侧向刚度，从而提高整体结构的抗侧移刚度剪力墙就是以承受水平荷载为主要目的而设置的现浇钢筋混凝土成片墙体，在钢结构建筑中也可采用钢板剪力墙剪力墙结构体系主要包括以下三大类：框架-剪力墙（框剪）结构，（全）剪力墙结构，筒体结构适用于10层以上的高层或超高层房屋框架-剪力墙结构，简称框剪结构，是在框架结构的基础上增设一定数量的横向和纵向剪力墙所构成的双重受力体系在整个体系中，框架仍占主体、以承担竖向荷载为主，剪力墙承担绝大部分的水平荷载，两者协同工作、扬长避短建筑结构相当于基础上的悬臂梁，剪力墙使得该悬臂梁在此位置形成深梁，加强了侧向刚度各类剪力墙结构的性能、特点与适用范围框架-剪力墙结构的适用范围框架-剪力墙结构属于半刚性结构体系，适用于10～20层房屋，最高不宜超过25层较之框架结构，框架-剪力墙结构中剪力墙的设置在一定程度上影响了建筑平面的灵活布置，适用于办公楼、旅馆、公寓、住宅等建筑以及一些工业厂房框架-剪力墙结构中剪力墙的布置可以较为灵活，可结合隔墙、山墙、电梯井、楼梯间等设置，减少对建筑使用功能上的妨碍框架-筒体结构当框架-剪力墙结构中的剪力墙集中在一处并形成筒体时，称为框架-筒体结构框架-筒体结构的筒体一般位于建筑物中央（也可见到位于一侧的），其框架一般位于筒体四周框架-筒体结构与框架-剪力墙结构的受力和变形特点类似，但因为筒体的存在，其刚度、强度、抗扭性能都增强了，故可以建造高达30～40层的建筑框架-筒体结构的剪力墙设置很集中，建筑平面布置可较为灵活，适用于公共建筑、办公楼和商业建筑等二、剪力墙结构房屋高度超过25层时，水平荷载的影响相当大，需要的剪力墙数量很大，需要采用全剪力墙结构结构整体性更强，抗侧移刚度更大，侧向变形更小，抗震性能更好，用钢量较省，施工相对简便快捷墙体较密，建筑平面布置和空间利用受到较大限制，且结构自重大、刚度大、地震反应大适用于10～40层的住宅、公寓和旅馆等第四章薄腹梁结构薄腹梁属于受弯构件，是用于屋盖的梁为了跨越较大的跨度，基于减轻自重的考虑，截面采用工字形或T形，从外观上看梁腹很薄，故称“薄腹梁”优点：制作、构造、设计、施工等简便，侧向刚度较大缺点：自重较大，适用跨度较小梁的高度可随着梁轴方向逐渐变化，以节省材料和更经济薄腹梁的设计尺寸由施工条件、钢筋布置、构造要求以及刚度等因素决定屋面坡度：1/8～1/12梁端部高度一般不小于60cm梁截面高度主要由刚度控制梁腹板宽度一般为6～10cm上翼缘宽度：取决于屋面板的支承稳定，可取25～40下翼缘宽度：取决于钢筋布置，可取20～30薄腹梁的设计要点和大致尺寸第五章桁架结构桁架的结构特点与优点桁架外形与内力的关系屋架形式与材料的关系屋架基本尺寸及其适用范围屋架结构的选型排架结构简介薄腹梁无法满足跨度继续增大的情况，从梁结构的应力分布出发，将材料布在应力较大的地方，可达到节省材料和减少自重的目的桁架结构从梁式结构发展而来，其实质是利用截面的几何特性，在截面面积不变的情况下增大其惯性矩和抵抗矩桁架结构杆件主要承受轴向力，可以较为充分地利用材料的强度，也因此较之受弯构件（梁）受力更为合理桁架的结构特点与优点桁架结构的优点主要有：较之梁式结构可适用于更大的跨度可用钢筋混凝土、钢、木等多种材料制造由杆件组成，型式多样化，选型范围较广施工方便，可整体吊装，亦可高空拼装屋架的选型必须综合考虑建筑物的使用要求、建筑造型、屋面防水构造、跨度和荷载大小、材料供应、施工技术条件等因素，并进行全面的技术经济分析，做到受力合理、技术先进、经济适用、外形美观和制造简便建筑跨度在36m以上时宜选用钢屋架有振动、腐蚀或高温车间，宜选用预应力钢筋混凝土屋架相对湿度大于75％、通风不良或有腐蚀性介质的建筑不宜选用木屋架和钢屋架屋架结构的选型第六章拱结构拱的受力特点与适用范围拱的类型拱轴的形式与合理轴线拱水平推力的平衡拱的截面形式与主要尺寸拱的结构选型与布置拱在竖向荷载下，两端支承处产生竖向反力和水平推力，使拱内产生轴向压力，并大大减小了跨中弯矩拱结构的材料利用率高，可充分利用抗压强度较高而抗拉强度差的圬工材料（石材、砖、混凝土）来建造拱桥，现在多采用钢筋混凝土、钢材、钢管混凝土等来建造拱结构桥梁和民用建筑拱的形式多种多样，有利于丰富建筑外形，不仅适用于大跨度结构（桥梁），也适用于中小跨度的房屋建筑（展览馆、体育馆、商场等公共建筑物和商业建筑物）拱的受力特点与适用范围按建造材料，可分为砖石砌体拱结构、钢筋混凝土拱结构、钢管混凝土拱结构、钢拱结构、胶合木拱结构等按结构组成，可分为无铰拱、两铰拱和三铰拱按有无水平推力，可分为无系杆拱和有系杆拱按拱轴形式，可分为半圆拱和抛物线拱等按拱身截面，可分为实腹式和格构式、等截面和变截面等按支承方式，可分为上承式、下承式和中承式拱的类型拱身可做成实腹式和格构式两种型式，一般采用等截面钢筋混凝土拱一般采用实腹式，拱身的截面高度可按拱跨的1/30～1/40估算，截面宽度为25～40cm钢结构拱多采用格构式，拱身的截面高度，格构式按拱跨的1/30～1/60，实腹式按拱跨的1/50～1/80当拱身内力（轴压力、弯矩）沿轴向改变较大时，可采用变截面形式，即改变拱身截面高度而保持宽度不变拱的截面形式与主要尺寸拱的截面除了常用的矩形截面外，还可采用Ｔ形截面、双曲拱、波形拱、折板拱等更大跨度的拱可采用钢管、钢管混凝土截面，也可用型钢、钢管或钢管混凝土组成组合截面组合截面拱自重轻，截面回转半径大，其稳定性和抗弯能力大大提高，可以跨越很大的跨度，跨高比也可做得更大拱结构的选型需要考虑结构的支承形式、拱轴形式、拱的矢高、拱身形式、拱的结构布置与支撑体系设置静定三铰拱不会产生附加内力，但构造复杂，适用于地基特别软弱时，一般工程不大使用两铰拱和无铰拱属于超静定结构，要考虑基础不均匀沉降和温度变化引起的附加内力的影响两铰拱受力合理，用料经济，制作和安装简便，最常用无铰拱受力最为合理，但对支座要求高，适用于地基条件好或支承可靠时，一般用于桥梁结构，很少用于房屋建筑拱的结构选型与布置拱结构根据建筑平面形式的不同，可以有以下