房屋建筑学-建筑结构体系.ppt

第二讲建筑结构体系 民用建筑常用的结构类型有三种 混合结构 框架结构 空间结构 1 小空间的多层建筑宜采用墙承重结构 2 某些大空间建筑 高层建筑宜采用框架结构 3 以大空间为主体的建筑宜采用大跨度空间结构 第1章墙体承重结构所适用的建筑类型 墙体承重结构 荷载通过墙体传给基础 一般分为横墙承重 纵墙承重以及纵横墙混合承重 墙体承重结构 承重墙结构 1 1砌体墙承重体系的特点及其所适用的建筑类型 混合结构 以砌体墙作为竖向承重体系 支承由其他材料构成的屋盖系统或楼面及屋盖系统 墙体材料来源丰富 施工方便 对建筑平面适应性强 大量应用于低层和多层民用建筑和一些小型商业用房 工业厂房 诊疗所等 承重墙布置应考虑以下几方面因素 建筑空间分隔的需要 结构受力的合理性 满足通风 采光需求 满足设备布置和走向需求 横墙承重 横墙承重的方式在纵方向可以获得较大的开窗面积 易得到较好的采光条件 但平面较呆板 纵墙承重 纵墙承重的方式可减少横墙的数量 对开放室内空间有一定的好处 但其整体刚度往往不如横墙承重的方案好 纵向开窗面积也受到限制 所以在高烈度地震区应慎重对待纵 横墙混合承重 采用现浇钢筋混凝土楼板时 常常形成双向板 室内单个空间较大 楼层结构需要添加梁 会形成纵 横墙混合承重 特点是除了建筑物的总长度不应超出规范要求 同时应有一定数量的纵墙和横墙拉齐以加强建筑物的刚度 满足抗震要求 墙体布置较为自由 平面组合易获得交通组织的方便和较好的采光通风条件 纵 横墙混合承重的方案除应有一定数量的纵墙及横墙拉齐以加强建筑物的刚度 满足抗震的要求外 其墙体的布置相对较为自由 在平面组合方面可获得交通组织的方便并能够形成较好的采光和通风的条件 尤其适用于民用住宅 混合墙承重方案的墙体是由小构件砌筑而成 墙体可以比较容易砌成直线或各种其他线形 从而使建筑立面或形体可以变的较为丰富 1 2钢筋混凝土墙承重体系的特点及其所适用的建筑类型 1 2 1预制装配式钢筋混凝土墙承重体系的特点及其所适用的建筑类型建筑平面相对较为规整 以横墙承重居多 使用不够灵活 一般适用于学校 宿舍 旅馆 住宅 办公等建筑 1 2 2现浇钢筋混凝土墙承重体系的特点及其所适用的建筑类型 墙体布置灵活 横墙承重 纵墙承重 纵横墙混合承重等均可 大量应用于高层的办公楼 旅馆 病房 住宅等建筑 平面一般呈条形布置 纵墙承重方案应在适当位置布置横向剪力墙 横墙承重 部分内纵墙可以不做现浇钢筋混凝土 而用砌体填充墙或轻质隔墙 可减轻自重 使空间分隔灵活 纵横墙混合承重 承重墙布置灵活有利于建筑空间的组合 第2章骨架结构体系所适用的建筑类型 骨架承重结构体系与墙承重结构体系的不同在于用两根柱子和一根梁代替了一片承重墙 荷载由骨架传给基础此结构中内外墙均不承重 适用于需要灵活分隔空间的建筑物 或是内部空旷的建筑物 建筑立面处理灵活 骨架结构支承系统 对于建筑空间布置在构思上主要在于用两根柱子和一根横梁来取代了一片承重墙 这样原来在墙承重结构支承系统中被承重墙体占据的空间就尽可能地给释放了出来 使得建筑结构构件所占据的空间大大减少 而且在骨架结构承重系统中 无论是内 外墙均不承重 可以灵活布置和移动 因此较为适用于那些需要灵活分隔空间的建筑物 或是内部空旷的建筑物 而且建筑立面处理也较为灵活 可分为 框架结构体系 框剪 框筒等体系 板柱体系 单层刚架 拱 排架 2 1框架体系的特点及其所适用的建筑类型 框架结构体系是骨架承重体系中最常用的一种 主要承重结构为板 梁 柱 分为横向框架承重 纵向框架承重 纵横向框架混合承重几种形式 框架由水平杆件 梁 和竖向构件 柱 正交或非正交连接所构成 沿房屋的纵向和横向设置 形成双向抗侧力结构 承受竖向荷载和任意方向的水平荷载的作用 柱网需要有对位关系 平面不宜转折过多 对于建筑布局的灵活性的意义主要还是体现在那些内部需要较多的大空间 框架结构在建筑平面设计中具有较大的灵活性 由于可以采用较大的柱距而获得较大的使用空间 易于满足多功能的使用要求 结构刚度比较均匀 构造简单 便于施工 结构具有较好的延性 自振周期较长 且自重较轻 对地震作用不敏感 是较好的抗震结构形式 框架结构 2 2框剪 框筒等体系的特点及其所适用的建筑类型 全框架的结构体系在建筑物的空间刚度方面较为薄弱 用于高层建筑时需加抗侧力构件 如果是平面呈条形的建筑物 一般可以通过适当布置剪力墙来解决 称为框剪体系 如平面呈点状 则可以通过周边加密柱距使其成为框筒 或将垂直交通枢纽如楼 电梯等组合布置成刚性的核心筒 在其四周用梁柱形成外围结构以在得到大面积灵活使用空间的基础上取得良好的通风采光条件 在框架结构的基础上 沿房屋的纵向和横向布置一定数量的剪力墙就组成了框剪结构体系 结构的受力特点 竖向荷载由框架承担 而水平荷载由框架和剪力墙共同承担 由于剪力墙的侧向刚度很大 水平荷载所引起的水平剪力主要由剪力墙承担 而水平荷载所引起的倾覆力矩由框架和剪力墙共同承担 这种结构体系既有框架结构的优点 又有较大的侧向刚度 同时还能充分发挥材料的强度作用 具有较好的技术经济指标 高层结构 北京京广中心大厦主楼 筒体结构体系 筒体体系分外框架筒体系 筒中筒体系 束筒体系 外支撑桁架筒体系等 外框架筒体系 由围绕房屋周边的密柱深梁和内部承重框架构成 密柱是指柱子间距不大 一般在3m 4 5m 柱截面亦不大 深梁是指具有较高截面的窗间梁 截面高度在0 9m 1 5m 与密排柱连接在一起 承担全部水平荷载 而各楼层的重力荷载按荷载面积比例分配给内部框架和外围框筒 由于内部框架仅承担重力荷载 所以梁 柱节点可以采用铰接形式 芝加哥标准石油大厦 筒中筒体系 由内框筒和外框筒构成 共同抵抗水平荷载 其外框筒多采用密柱深梁的钢框筒 内框筒可采用钢结构或钢筋混凝土结构筒体 筒中筒结构体系是一种空间工作性能更高效的抗侧力体系 上海国际贸易中心 束筒体系 由两个以上的筒体相连 成为整体性更好 侧向刚度更大的结构体系 由于束筒体系是筒体的组合群 可以组成任何形状 使建筑立面形式更加丰富 西尔斯大厦 该办公大厦建于1974年的美国芝加哥市 地下3层 地上110层 标准层层高3 92m 建筑总高度443m 该建筑底部平面尺寸为68 55m 68 55m 平面由9个小筒组成 每个小筒平面尺寸为22 85m 22 85m 束筒的钢柱柱距均为4 57m 截面采用焊接H型钢 束筒的钢梁采用焊接工字截面 而各层楼盖的钢梁跨度为22 85m 利用第35层 第66层 第90层三个设备层或避难层 沿9个子框筒的各榀框架设置一层楼高的桁架 由于跨度较大 采用芬克式桁架 截面高度1 02m 间距4 57m 形成三道刚性环梁 提高框筒束抵抗竖向变形的能力 并在桁架各杆之间可穿越专业管道 剪力墙结构框架 剪力墙结构筒体结构 2 3板柱体系的特点及其所适用的建筑类型 特点 直接用柱子支承楼板 取消了结构梁 板底平整 减少了建筑吊顶的需求 减小了平面结构构件所占据的空间 可降低层高 且内部空间分隔不受梁影响 更灵活 接近正方形的双向板最为合理 板面荷载 均布荷载 在一定范围才经济 柱距5 7m左右时较为适中 2 4单层刚架 拱及排架体系的特点及其所适用的建筑类型 2 4 1单层刚架单层骨架梁柱之间为刚性连接 刚架平面外刚度较小 通常适用于跨度不太大 檐口高度不太高的内部空旷的单层建筑 单层刚架结构体系 2 4 2拱 结构型式 双铰拱 最常见 制作安装方便 较经济 温度应力低 无铰拱 最经济 须设强支座 温度应力高 三铰拱 应用不广 拱钥铰使结构复杂化 2 4 3排架 梁或其他支承屋面的水平构件 屋架 与柱子之间采用铰接 排架结构 第3章空间结构体系所适用的建筑类型 3 1常用的空间结构体系 3 1 1薄壳 空间薄壁结构 分为曲面壳和折板两种 筒壳结构食堂 3 1 2网架 网架 网架的形式 三向网架三个方向的平面桁架相互交角60 比两向网架刚度大 适合大跨度常用于正三角形 正六三角形平面在谋些平面形状会出现不规则杆件 由四角锥体构成 五种 正放四角锥网架 正放抽空四角锥网架 网架的形式 斜放四角锥网架 棋盘形四角锥网架 星形四角锥网架 斜放四角锥网架受力合理 杆件数量少屋面板类型多屋面组织排水较困难棋盘形四角锥网架保持正放四角锥网架周边四角锥不变 中间四角锥间隔抽空 下弦杆呈正交斜放 上弦杆呈正交正放 克服了斜放四角锥网架屋面板类型多 屋面组织排水较困难的缺点 由三角锥体构成 三种 三角锥网架 网架的形式 抽空三角锥网架 蜂窝形三角锥网架 三层网架示意图 网壳 网壳结构形式 以曲面外形分类 柱面网壳 网壳 a 正放四角锥柱面网壳 b 正放抽空四角锥柱面网壳 c 斜置正放四角锥柱面网壳 d 三角锥柱面网壳 e 抽空三角锥柱面网壳 双层柱面网壳的网格形式1 交叉桁架体系 略 2 四角锥体系a 刚度大 杆件少 最常用b 适用于小跨度 轻屋面c 系将a 斜置3 三角锥体系常用d e 两种 国家大剧院 位于北京人民大会堂西侧 西长安街以南 总占地面积近12公顷 总建筑面积近15万平方米 总投资26 88亿元 目前已进行过网壳部分设计与施工验收审查会议 该工程外部围护结构为钢结构网壳 是半椭圆球形 东西长轴212 2m 南北短轴143 64m 总高度46 285 内设歌剧院 2416席 音乐厅 2017席 及戏剧院 1040席 及公共大厅等 屋面采用钛金属板 整个网壳外环绕人工湖 35500m2 各种通道及入口均设在水下 设计为法国巴黎机场公司安德鲁建筑