2015年注册建筑师作图考点：结构选型与布置

　　第三节 结构选型与布置

　　一、建筑结构的分类

　　1.根据建筑结构的体型划分,可分为:①单层结构;②多层结构(2-7层) ,③高层 结构(一般为8层以上) ;④大跨度结构(跨度在40r----50m以上)。

　　2.根据主要建筑材料划分,可分为:①钢筋混凝土结构;②砌体结构;③钢结构; ④木结构;⑤塑料结构;⑥薄膜充气结构。

　　3.根据组成建筑结构的主体结构型式划分,可分为:①墙体结构;②框架结构;③框 架…剪力墙(抗震墙)结构;④筒体结构;⑤拱型结构;⑤网架结构;⑦空间薄壁结构(包括:薄壳、折板、幕式结构) ;③钢索结构(悬索结构)。

　　4.根据建筑结构的受力特点划分,可分为:①平面结构体系;②空间结构体系。

　　二、建筑结构形式

　　1.砌体结构

　　砌体结构包括砖砌体、砌块砌体和石砌体等。砖砌体包括烧结普通砖、烧结多孔砖、 蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖无筋和配筋砌体;砌块砌体包括混凝土、轻骨料混凝土砌块元筋和配筋砌体;石砌体包括各种料石和毛石砌体。

　　砌体结构的承重方案和伸缩缝如下所述

　　(1)横墙承重方案

　　楼层的荷载通过板、梁传至横墙,横墙作为主要承重竖向构件的砌体结构,纵墙仅起 围护、分隔、自承重及形成整

　　(2)纵墙承重方案

　　其受力特点是:板荷载传给梁,再由梁传给纵墙。这时纵墙是主要承重墙。横墙只承受小部分荷载,横墙的设置主要为了满足房屋刚度和整体性的需要,其间距比较大。

　　(3)纵横墙承重方案

　　根据房间的开间和进深要求,有时需采取纵横墙同时承重的方案。

　　(4)内框架承重方案

　　在外墙承重的同时,有一部分内墙采用钢筋混凝土柱代替,以取得较大的空间。

　　(5)伸缩缝

　　为了防止或减轻房屋在正常使用条件下,由温差和砌体干缩引起的墙体竖向裂缝,应 在墙体中设置伸缩缝。伸缩缝应设在因温度和收缩变形可能引起应力集中、砌体产生裂缝 可能性最大的地方。伸缩缝的问距可按表2-1采用。

　　砌体房屋伸缩缝的最大间距(m) 表2-1

　　注:①对烧结普通砖、多孔砖、配筋砌块砌体房屋取表中数值;对石砌体、蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖和1昆凝土 砌块房屋取表中数值乘以0. 8的系数。当有实践经验并采取有效措施时,可不遵守本表规定; ②在钢筋混凝土屋面上挂瓦的屋盖应按钢筋棍凝土屋盖采用; ③按本表设置的墙体伸缩缝,一般不能同时防止由于钢筋混凝土屋盖的温度变形和砌体干缩变形引起的墙体局部裂缝; ④层高大于5m的烧结普通砖,多孔砖、配筋砌块砌体结构单层房屋,其伸缩缝的最大间距可按表中数值乘 以1. 3; ⑤温度较大且变化频繁地区和严寒地区不采暖的房屋及构筑物墙体的伸缩缝的最大问距,应按表中数值予以 适当减小;

　　⑥墙体的伸缩缝应与结构的其他变形缝相重合,在进行立面处理时,必须保证缝隙的伸缩作用。

　　2.框架结构

　　(1)框架结构的特点

　　1)框架的连接点是刚节点,是一个几何不变体。

　　2)在竖向荷载作用下,梁、柱互相约束,从而减少横梁的跨中弯矩。

　　3)在水平力作用下,梁柱的刚接可提高柱子的抗推刚度,减小水平变形,成为很好 的抗侧力结构。

　　(2)框架结构的类型

　　1)按构件组成划分为二种类型

　　α.梁板式结构:由梁、板、柱三种基本构件组成骨架形成的框架结构。

　　b.无梁式结构:由板和柱子组成的结构。

　　2)按框架的施工方法划分为四种类型

　　α.现浇整体式框架

　　框架全部构件均在现场现浇成整体,特点是:

　　(α)整体性和抗震性能好;

　　(b)构件尺寸不受标准构件限制。

　　b.装配式框架

　　框架全部构件采用预制装配,特点是:

　　(α)可加快施工进度,提高建筑工业化程度;

　　(b)节点构造刚性差,抗震性能差。

　　c.半现浇框架

　　梁、柱现浇,楼板预制或现浇柱,预制梁板,特点是:

　　(α)梁、柱整体性较好,适用于抗震;

　　(b)楼板预制可节约模板,约20%。

　　d.装配整体式框架

　　预制梁、柱,装配时通过局部现浇混凝土使构件联结成整体,特点是:

　　(α)保证了节点的刚接,结构整体性好;

　　(b)可省去连接件;

　　(c)增加了后浇混凝土工序;

　　(d)比全现浇可节省模板及加快进度。

　　(3)框架结构的平面布置方式

　　1)横向为主要承重框架,纵向为连系梁。

　　2)纵向为主要承重框架,横向为连系梁。

　　3)主要承重框架纵横两个方向布置。

　　(4)框架结构的受力特性

　　3.剪力墙结构

　　(1)剪力墙的概念和结构效能:

　　1)建筑物中的竖向承重构件主要由墙体承担时,这种墙体既承担水平构件传来的竖向荷载,同时承担风力或地震作用传来的水平作用力。剪力墙即由此而得名(抗震规范定 名为抗震墙)。

　　2)剪力墙既是建筑物的分隔墙和围护墙,因此墙体的布置必须同时满足建筑平面布置和结构布置的要求。

　　3)剪力墙结构体系,有很好的承载能力,而且有很好的整体性和空间作用,比框架 结构有更好的抗侧力能力,因此,可建造较高的建筑物。

　　4)剪力墙的间距有一定限制,故不可能开间太大。对需要大空间时就不太适用。灵活性就差。一般适用住宅、公寓和旅馆。

　　5)剪力墙结构的楼盖结构一般采用平板,可以不设梁,所以空间利用比较好,可节 约层高。

　　(2)剪力墙结构体系的类型及适用范围

　　1)框架-剪力墙结构。是由框架与剪力墙组合而成的结构体系,适用于局部大空间部 分采用框架结构,同时又可用剪力墙来提高建筑物的抗侧力能力,从而满足高层建筑的 要求。

　　2)普通剪力墙结构。全部由剪力墙组成的结构体系。

　　3)框支剪力墙结构。当剪力墙结构的底部需要有大空间,剪力墙无法全部落地时, 就需要采用底部框支剪力墙的框支剪力墙结构。

　　(3)普通剪力墙结构的结构布置

　　1)平面布置

　　a.剪力墙结构中全部竖向荷载和水平力都由 钢筋混凝土墙承受,所以剪力墙应沿平面主要轴

　　线方向布置。

　　(α)矩形、L形、T形平面时,剪力墙沿两个

　　正交的主轴方向布置;

　　(b)三角形及Y形平面可沿三个方向布置;

　　(c)正多边形、圆形和弧形平面,则可沿径向及环向布置。

　　b.单片剪力墙的长度不宜过大:

　　(α)长度很大的剪力墙,刚度很大将使结构的周期过短,抗地震能力太大不经济;

　　(b)剪力墙处于受弯工作状态时,才能有足够的延性,故剪力墙应当是高窄的,如果 剪力墙太长时,将形成低宽剪力墙,就会有受剪破坏,剪力墙呈脆性,不利于抗震。故同一轴线上的连续剪力墙过长时,应用楼板或小连梁分成若干个墙段,每个墙段的高宽比应 不小于2。每个墙段可以是单片墙,小开口墙或联肢墙。每个墙肢的宽度不宜大于8. 0m, 以保证墙肢是由受弯承载力控制和充分发挥竖向分布筋的作用。内力计算时,墙段之间的 楼板或弱连梁不考虑其作用,每个墙段作为一片独立剪力墙计算。

　　c.剪力墙的数量要在方案阶段合理地确定,以对称,均匀,数量适当为好。

　　d.调整剪力墙结构刚度的方法有:

　　(α)适当减小剪力墙的厚度;

　　(b)降低连梁的高度;

　　(c)增大门窗洞口宽度;

　　(d)对较长的墙肢设置施工洞,分为二个墙肢。超过8.0m长时都应用施工洞划分为 小墙肢。

　　2)竖向布置

　　α.剪力墙应在整个建筑的竖向连续,上到顶,下到底,中间楼层也不要中断。剪力 墙不连续会造成刚度突变,对抗震非常不利。

　　b.顶层取消部分剪力墙时,其余剪力墙应在构造上予以加强。

　　c.底层取消部分剪力墙时,应设置转换层。

　　d.为避免刚度突变,剪力墙的厚度应按阶段变化,每次厚度减小宜为50-100mm, 不宜过大,使墙体刚度均匀连续改变。厚度改变和混凝土强度等级的改变宜错开楼层。

　　e.厚度变化时宜二侧同时内收。外墙及电梯间墙可只单面内收。

　　f.剪力墙上的洞口宜上下对齐,并列布置,这种墙传力直接,受力明确,内力分布清楚,抗震性能好。错洞口上下不对齐,受力复杂,洞边容易产生应力集中,配筋大,地震时容易破坏。

　　g.相邻洞口之间及洞口与墙边缘之间要避免小墙肢。当墙股的宽度与厚度之比小于 3的小墙肢,在反复荷载作用下,容易早开裂,早破坏,故墙肢 宽度不宜小于3bω(bω为墙厚) ,且不应小于500mm。

　　h.刀把形剪力墙会使剪力墙受力复杂,应力局部集中,而 且竖向地震作用会产生较大的影响,宜十分慎重。

　　4.框架剪力墙结构

　　(1)框架剪力墙结构的受力特点及适用范围

　　1)框架剪力墙(或称框剪结构) ,广泛应用于高层办公和公共建筑,也大量应用于高 层旅馆建筑。

　　框架剪力墙结构是由框架构成自由灵活的使用空间,来满足不同建筑功能的要求;同 时又有足够的剪力墙,具有相当大的刚度,从而使结构具有较强的抗震能力,大大减少了 建筑物的水平位移,避免填充墙在地震时严重破坏和倒塌。所以在有抗震设计要求时,宜 优先采用框剪结构代替框架结构。

　　2)框剪结构的受力特点

　　a.水平力通过楼板传递分配到剪力墙及框架。

　　b.水平力产生的剪力在底部主要由剪力墙承担,因剪力墙在水平力作用时,底部变 形小。但到顶部时,剪力主要由框架承担。即框架在顶部时变形较小。

　　(2)框剪结构中剪力墙的数量

　　1)剪力墙的多少直接影响抗震能力,震害调查发现墙数量增加震害减少,日本福井 和十胜冲地震中,钢筋混凝土墙每平方米楼面平均剪力墙长度少于50mm时,震害严重, 每平方米楼面平均剪力墙长度多于150mm时,破坏轻微,甚至元害。

　　但是剪力墙过多也会造成不经济,因剪力墙增多,结构的刚度增大,周期缩短,地震 作用加大,内力增大材料用量增加,基础造价也相应提高。

　　2)水平位移限值和舒适度要求

　　α.在正常使用条件下,高层建筑结构应具有足够的刚度,避免产生过大的位移而影 响结构的承载力、稳定性和使用要求。

　　b.按水平位移限值决定。

　　3)剪力墙的布置

　　α.剪力墙宜均匀布置在建筑物的周边附近、楼梯间、楼电梯间处、平面形状变化及恒载较大的部位,剪力墙的问距不宜过大;

　　b.平面形状凸凹较大时,宜在凸出部分的端部附近布置剪力墙;

　　c.纵、横剪力墙宜组成L形、T形和槽形等形式;

　　d.单片剪力墙底部承担的水平力不宜超过结构底部总水平剪力的40%;

　　e.剪力墙宜贯通建筑物的全高,宜避免刚度突变;剪力墙开洞时,洞口宜上下对齐;

　　f.楼、电梯间等竖井宜尽量与靠近的抗侧力结构结合布置;

　　g.抗震设计时,剪力墙的布置宜使结构各主轴方向的侧向刚度接近;

　　h.长矩形平面或平面有一部分较长的建筑中,剪力墙的布置尚宜符合下列要求:

　　(α)横向剪力墙沿长方向的间距宜满足表2-2的要求。

　　剪力墙间距表 表2-2

　　注:B一一一建筑物的宽度。

　　(b)纵向剪力墙不宜集中在房屋的两尽端。

　　框架-剪力墙结构应设计成双向抗侧力体系。抗震设计时,结构两主轴方向均应布置剪力墙。框架-剪力墙结构中,主体结构构件之间除个别节点外不应采用饺接;梁与柱或 柱与剪力墙的中线宜重合。

　　5.简体结构

　　当高层建筑结构层数多,高度大时,由平面抗侧力结构所构成的框架,剪力墙和框剪 结构已不能满足建筑和结构的要求,而开始采用具有空间受力性能的简体结构。简体结构的基本特征是:水平力主要是由一个或多个空间受力的竖向简体承受。简体 可以由剪力墙组成,也可以由密柱框筒构成。

　　(1)简体结构的类型有

　　1)筒中简结构——由中央剪力墙内简和周边外框筒组成。框筒由密柱(柱距3m)、高梁 组成;

　　2)简体-框架结构;

　　3)框筒结构;

　　4)多重筒结构;

　　5)成束筒结构J;

　　6)多简体结构。

　　(2)简体结构的受力性能和工作特点

　　1)筒体是空间整截面工作的,如同一竖在地面上的悬臂箱形梁。框筒在水平力作用下不仅平行于水平力作用方向上的框架(称为腹板框架)起作用,而且垂直于水平方向上的 框架(称为翼缘框架)也共同受力。薄壁筒在水平力作用下更接近于薄壁杆件,产生整体弯 曲和扭转。

　　2)框筒虽然整体受力,却与理想筒体的受力有明显的差别。理想筒体在水平力作用下,截面保持平面,腹板应力直线分布,翼缘应力相等,而框筒则不保持平截面变 形,腹框架柱的轴力是曲线分布的,翼缘框架柱的轴力也是不均匀分布:靠近角柱的 柱子轴力大,远离角柱的柱子的轴力小。这种应力分布不再保持直线规律的现象称为剪力滞后。由于存在这种剪力滞后现象,所以筒体结构不能简单按平面假定进行内力 计算。

　　3)在简体结构中,剪力墙筒的截面面积较大,它承受大部分水平剪力,所以柱子承 受的剪力很小;而由水平力产生的倾覆力矩,则绝大部分由框筒柱的轴向力所形成的总体 弯矩来平衡,剪力墙和柱承受的局部弯矩很小。由于这种整体受力的特点,使框筒和薄壁 筒有较高的承载力和侧向刚度,而且比较经济。

　　4)当外围柱子间距较大时,则外围柱子不能形成框筒,中央剪力墙内筒往往将承受 大部分外力产生的剪力和弯矩,外柱只能作为等效框架,共同承受水平力的作用,水平力 在内筒与外柱之间的分配,类似框剪结构。

　　5)成束筒由若干个简体并联在一起,共同承受水平力,也可以看成是框筒中间加了 一框架隔板。其截面应力分布大体上与整截面简体相似,但出现多波形的剪力滞后现象, 这样,它比同样平面的单个框筒受力要均匀一些。

　　(3)筒体结构布置

　　1)平面宜选用方形、圆形;

　　2)可用对称形的三角形或人字形;

　　3)外框筒柱的柱距宜不大于4. 0m;

　　4)矩形平面时,长宽比不宜大于2.0;

　　5)四角的柱子宜适当加大,一般截面加大2-3倍,可做成L形,八字形;

　　6)简体结构只有在细高的情况下才能近似于竖向悬臂箱形断面梁,发挥其空间整体 作用,一般情况下H/B宜大于4;

　　7)由于框筒是空间整体受力,主要内力沿框架平面内分布,所以,框筒宜采用扁宽 矩形柱,柱的长边位于框架平面内。也可采用一字形柱。一般不宜采用圆形柱和方形柱, 因为加大框筒柱壁厚对受力和刚度的增大效果远不如加大柱宽有效;

　　8)裙梁的截面,宜采用窄而高的梁。梁高一般为0. 6-1.5m,宽度取同墙厚小于 250mm。梁高hb可取hb≥( 1/3-1/4) lo, h b≥(0.2-'0.25)h;

　　式中lo柱距;

　　h层高。

　　9)内筒的尺寸一般应争取内筒边长为外筒边长的1/3为好;

　　10)可以在框筒顶部设置1-2层高的刚性环梁来提高整个框筒的空间整体性。

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