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结构体系实例分析湖南城市学院建筑与城市规划学院0801404-15舒洪波一、混合结构体系1、混合结构体系概述定义：同一房屋结构体系中采用两种或两种以上不同材料组成承重结构。目前一般指是由钢筋混泥土楼（屋）盖和砖承重墙的结构体系（也称混合体系）。目前我国在一般建筑中所采用的混合结构形式，多以砖或石墙承重及钢筋混凝土梁板系统最为普遍。这种结构类型，因受梁板经济跨度的制约，在平面布置上，常形成矩形网格承重墙的特点。所以对于房间不大、层数不高，且为一般标准的某些建筑，例如小学学校、办公建筑、医院等是比较适用的结构类型。在这三个示例的平面布局中，内外墙的划分，皆显示出了砖混结构的特点，即内墙和外墙起到分隔建筑空间和支承上部结构重量的双重作用，另外，承重墙布置的方式有纵墙承重和横墙承重之分，应结合布局的需要加以选择。混合结构中的承重墙体，因需要承受上部屋顶或楼板的荷载，应充分考虑屋顶或楼板的合理布置，并要求梁板或屋面的结构构件规格整齐，统一模数，为方便施工创造有利的条件。2、实例工程项目概况大连远洋大厦远洋大厦占地面积7593.66平方米，总建筑面积为139,000平方米。地下室四层建筑面积：25236.3平方米，地上裙房六层建筑面积28531.0平方米,地上裙房六层顶标高27.40米。A座酒店塔楼六层以上建筑面积为59,233平方米，地面以上酒店四十八层，设备层三层，共计五十一层，停机坪顶高200.8米。B座写字楼六层以上建筑面积为26007.4平方米，地面以上二十六层，设备层三层共29层，顶标高112.4米。B座实际使用22个层面加三个层面设备层，实际面积约26467.31平方米。3、实例工程项目结构选型与结构布置分析大连远洋大厦A楼地下室外框柱采用劲钢砼柱，劲钢柱由40、50mm钢板焊接成，同时柱、核芯筒采用高强砼。地上部分结构形式为芯筒—外筒稀柱结构体系，七层以下为钢筋砼（加钢骨）核心筒--周边劲钢砼柱，钢筋砼梁板结构，七层以上为钢筋砼核芯筒（加钢骨）—周边钢框架、钢梁、压型钢板钢筋砼梁板结构。B楼结构形式为核芯筒—外框架钢筋砼结构体系。二、框架结构体系1、框架结构体系概述定义：由梁和柱这两类构件通过刚节点连接而成的结构称为框架，当整个结构单元所有的竖向和水平作用完全由框架承担时，该结构体系成为框架结构体系。有钢筋混凝土框架、钢框架和混合结构框架三类。框架结构体系的优点是：强度高，自重轻，整体性好和抗震性好。他在建筑上的最大优点是在于它不靠砖墙承重，建筑平面布置灵活，可以获得较大的使用空间。框架结构体系的缺点为：①框架节点应力集中显著；②框架结构的侧向刚度小，属柔性结构框架，在强烈地震作用下，结构所产生水平位移较大，易造成严重的非结构性破性；③对于钢筋混凝土框架，当高度大、层数相当多时，结构底部各层不但柱的轴力很大，而且梁和柱由水平荷载所产生的弯矩亦显著增加，从而导致截面尺寸和配筋增大，对建筑平面布置和空间处理，就可能带来困难，影响建筑空间的合理使用，在材料消耗和造价方面，也趋于不合理。2、实例工程项目概况南京电信局鼓楼多媒体综合楼位于南京市鼓楼市民广场北侧，东邻安仁街12m、北距大钟亭路12m、西侧紧贴原有五层通信机房。基地面积2340平方米，建筑物占地面积2000平方米。主楼地下二层、地上三十一层，层高四至六米不等，地面以上结构高度140．5m。3、实例工程项目结构选型与结构布置分析楼层平面为规则的长方形，基础埋置深度14．2m，结构高宽比4．73；四角设置四个大小相同的钢筋混凝土筒体(7．6mx5．6m)，内置电梯、疏散楼梯、卫生间及设备管井；简体之间一般楼盖为普通钢筋混凝土有梁楼盖、桁架层楼盖为钢骨混凝土有梁楼盖。沿竖向由四角筒与四道桁架层形成巨型框架结构称为主结构或一级结构，各道桁架之间五至九层框架结构为次结构或二级结构；次结构承受各自范围楼面垂直载荷及所在位置水平力作用，并将之传递给主结构；主结构承受全部竖向及水平作用。主、次结构受力明确，传力途径合理、简明。三、剪力墙结构体系1、剪力墙结构体系概述定义：承受建筑物竖向和水平荷载的主体结构全部为剪力墙时，形成了剪力墙结构体系。剪力墙结构一般为钢筋混凝土结构，其钢筋混凝土墙即剪力墙也可作为维护和房间的分隔构件。现浇钢筋混凝土剪力墙结构具有的优点：①整体性好和刚度大；②在水平荷载作用下，侧向变形小，顶端水平位移和层间相对位移通常都能够满足设计要求，且利于防止过大的位移对主体结构在强度和稳定性方面造成的不利影响。③剪力墙截面的有效工作高度大，截面惯性矩大，所以很容易满足强度要求。剪力墙结构体系的缺点和局限性在于：剪力墙的间距通常为3～8m，间距不能太大，因此剪力墙结构墙体多，平面布置不灵活，很难满足公共建筑等使用大空间的要求。且结构自重较大，往往导致基础工程造价的增加。2、实例工程项目概况广州白天鹅宾馆工程始建于1980年初，至1983年2月建成开业。宾馆是具有1000客房规模和国际一流标准的旅游宾馆。地点在广州沙面岛南侧，背靠沙面岛，面向白鹅潭，环境清旷开阔。根据珠江河道整治规划，筑堤填滩，填筑面积约36000㎡，其中建筑地段约28500㎡,公园绿地约7500㎡。总投资约为4500万美元，按每一间房间折算总投资约为45000美元。3、实例工程项目结构选型与结构布置分析宾馆的体型采用高低层结合体型，高层为客房主楼，底层为公共部分，作主楼的台座处理。宾馆的主楼处理时采取多斜面组合体型，而每一斜面又由凹入斜角小阳台组合而成。主楼结构采用剪力墙大板系统，钢筋用量指标为52㎏/㎡。主楼地下室采用钢筋混泥土防渗墙结构，基础桩为1m直径冲孔桩，钻入岩层深度0.5-1m不等，设计荷重为500t。四、门式钢架结构体系1、门式钢架结构体系概述定义：门式钢架结构是梁柱单元构件的组合体，其形式种类多样，在单层工业与民用房屋的钢结构中应用较多的为单跨、双跨或多跨的单双坡门式钢架，单跨钢架的跨度国内最大已达到72M。索支承实腹式门式刚架增大了实腹式门式刚架的实用经济跨度，改善了梁柱的受力性能，提高了承载能力，增大了整体刚度。与直线式布索的普通预应力刚架比较索支承刚架的预应力效果更明显，整体刚度更大，施加预应力的方法施工简便，容易实现。门式刚架柱顶布置直线式钢索须待刚架整体安装完毕后张拉钢索施加预应力，无法避免高空作业。而且刚架中直线式预应力索的效率往往不能充分发挥作用，而且预应力对梁的平面内稳定非常不利。2、实例工程项目概况安徽佳通轮胎有限公司位于合肥经济技术开发区，是佳通集团新加坡佳通轮胎私安徽佳通轮胎有限公司人有限公司独资设立的大型轮胎制造型企业。公司成立于1993年底，拥有员工5600多人，已完成总投资3亿美元，为区内最大的现代化生产企业。在720亩工业用地上，厂房设施、公用工程以及生产设备中的很多项都堪称国内之最，其中斜交胎厂房和子午胎厂房更为国内最大跨度的单体钢结构厂房。3、实例工程项目结构选型与结构布置分析佳通轮胎厂斜交胎车间钢结构安装（1）钢结构主体安装（2）屋面板含保温棉安装（3）墙板及门窗安装工程。建筑面积117500㎡。工程优良。由佳通轮胎厂设计院设计。安徽佳通轮胎有限公司斜胶胎车间钢结构厂房在结构选型中采用了门式钢架结构体系。钢架总跨度192米，总长612米，建筑面积117504平方米，是目前全国最长跨度门式钢架结构。五、桁架结构体系1、桁架结构体系概述定义：桁架是由杆件组成的结构体系。在进行内力分析时，节点一般假定为铰节点，当荷载作用在节点上时，杆件只有轴向力，其材料的强度可得到充分发挥。桁架结构的优点是可利用截面较小的杆件组成截面较大的构件。单层厂房的屋架常选用桁架结构。屋架的弦杆外形和腹杆布置对屋架内力变化规律起决定性作用。同样高跨比的屋架，当上下弦成三角形时，弦杆内力最大，当上弦节点在拱形线上时，弦杆内力最小。屋架的高跨比一般为1／6至1／8较为合理。一般屋架为平面结构，平面外刚度非常弱。在制作运输安装过程中，大跨屋架必需进行吊装验算。桁架结构在其他结构体系中也得到采用。如拱式结构单层刚架结构等体系中，当断面较大时，亦可用桁架的形式。2、实例工程项目概况广州新白云国际机场位于广州市白云去人和镇与花都区花东镇之间，距广州市中心海珠广场的直线距离为28千米，地处珠江三角洲北部。广州新白云国际机场是国家重点工程，首期建设规模为年旅客吞吐量2500万人次，航站楼首期工程的建筑面积约35万㎡。航站楼建设方案及初步设计由美国PARSONS公司和URSGreiner公司设计，施工图设计又广东省建筑设计研究院完成。航站楼建筑群由伸缩缝自然分成四部分：主楼、东西共两栋连接楼、东西共四条指廊、东西共四条高架连廊。主航站楼长325m，宽235m，地下局部2层，柱网18m×18m，建筑面积约14万㎡，地下部分地下部分不分缝，混凝土结构的最大长度325m，地面以上用三道伸缩缝把主楼混凝土平面分成6个结构单元，混凝土结构的最大长度为96m。东西连接楼每翼各位450m×62m，地上3层，柱网18m×18m，两翼连接楼的总建筑面积约12万㎡，每翼用三道伸缩缝把混凝土平面分成4个结构单元，每个结构单元的长度为108m。东一西一指廊每翼约360m×34m，东二西二指廊每翼约252m×34m，地上三层，柱网12m×12m，指廊的总建筑面积约9万㎡。东一西一指廊用三道伸缩缝把混凝土平面分成4个结构单元长度为84m。`3、实例工程项目结构选型与结构布置分析主楼采用三角形钢管桁架结构，跨度为76.9m，桁架高度为5m，两端铰接支承在人字形柱及混凝土巨形柱上，主桁架在人字形柱以外的南北方向悬挑7-23m。主桁架两上弦杆的间距从人字形柱处的3.8m变化到巨形柱处的5.25m，弦杆为508×16-25mm，腹杆为Φ245×7.1-12mm。腹杆在下弦杆交汇点的间距为6.35m。主桁架之间的屋面结构是14m跨度的箱形压型钢板，主楼屋盖共设置了二道伸缩缝，伸缩缝采用悬挑结构，这时箱形屋面压型钢板悬挑7m，这种箱形压型钢板除了作为结构板外还兼作屋盖支撑，整个屋面简洁美观。为了增加建筑外观的造型变化以及满足采光要求，主桁架在巨形柱处上升为一个拱型桁架采光带，采光带的宽度由中间的20m变化到东西二端约50m，采光带是玻璃纤维张拉膜结构。六、拱结构体系1、拱结构体系概述定义：拱结构是一种主要承受轴向压力并由两端推力维持平衡的曲线或折线形构件。拱圈及其支座组成。支座可做成能承受垂直力、水平推力以及弯矩的支墩；也可用墙、柱或基础承受垂直力而用拉杆承受水平推力。拱圈主要承受轴向压力，较同跨度梁的弯矩和剪力为小，从而能节省材料、提高刚度、跨越较大空间，可作为礼堂、展览馆、体育馆、火车站、飞机库等的大跨屋盖承重结构；有利于使用砖、石、混凝土等抗压强度高、抗拉强度低的廉价建筑材料。一般的屋盖、吊车梁、过梁、挡土墙、散装材料库等承重结构以及地下建筑、桥梁、水坝、码头等的承重结构，均可采用拱。2、实例工程项目概况已建成的四川体育馆所采用的拱与顶应力索网组合屋盖结构式拱结构在体育馆建筑中得到成功应用的优秀范例。此体育馆是一座能容纳万名观众的大型体育馆，其建筑平面近似于矩形的八边形,长99.35m,宽78.37m。3、实例工程项目结构选型与结构布置分析为满足建筑造型和使用功能的要求，体育馆比赛大厅上空设计了由一对相互倾斜的钢筋混凝土大拱，与两个外形为双曲面的悬索索网结构构成的拱与索网组合的屋盖结构，总计覆盖的平面面积达5362㎡。七、薄壳结构体系1、薄壳结构体系概述定义：大跨建筑中的壳体结构通常为薄壳结构，即壳体厚度于其中的最小曲率半径之比小于1/20，为薄壁空间结构的一种，它包括球壳、筒壳、双曲扁壳和扭壳等多种形式。同特点在于通过发挥结构的空间作用，把垂直于壳体表面的外力分解为壳体面内的薄膜力，再传递给支座，弥补了板、壳等薄壁构件的面外薄弱性质，以比较轻的结构自重和较大的结构刚度及较高的承载能力实现结构的大跨度。2、实例工程项目概况北京火车站（又称北京站）是中国铁路枢纽之一，全国铁路客运特等站。北京火车站现址位于东便门以西，东单