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智慧的结构体系 研究生 陈晨学科方向 建筑与土木工程 2020 3 18 1 建筑结构的定义和功能 建筑结构选型的原则 影响建筑结构选型的因素 建筑结构的组成和分类 国内外经典建筑结构展示 2020 3 18 2 建筑结构 BuildingStructure 是形成一定空间造型 并具有承受人为和自然界施加于建筑物的各种荷载作用的体系 是房屋建筑的空间受力骨架体系 是建筑物得以存在的基础 建筑结构的定义和功能 1 建筑结构的定义 2020 3 18 3 2 建筑结构的功能 首先是骨架所形成的空间能良好地为人类生活与生产服务 并满足人类对美观的需求 为此须选择合理的结构型式 其次是应合理选择结构的材料和受力体系 充分发挥所用材料的作用 使结构具有抵御自然界各种作用的能力 如结构自重 使用荷载 风荷载和地震作用等 2020 3 18 4 结构的作用 承担荷载 构件 是结构的组成部分 如梁 板 柱 基础等 结构荷载 自重 外部荷载作用 活荷载 风荷载 雪荷载 地震荷载等 变形作用 温度变化引起的变形 地基沉降等 环境作用 大气污染作用等 2020 3 18 5 2020 3 18 6 3 建筑结构的基本功能要求 可靠 适用 耐久以及在偶然事故中 当局部结构遭到破坏后 仍能保持结构的整体完整性 2020 3 18 7 2020 3 18 8 2020 3 18 9 压缩空间 2020 3 18 10 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效果 比赛大厅不得设柱子 必须采用大跨度结构 建筑结构选型的原则 2020 3 18 11 2 满足建筑造型的需要对于建筑造型复杂 平面和里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形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 2020 3 18 12 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肯呢个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承担结构形式 2020 3 18 13 1 结合建筑物的适用功能要求做好结构选型任何建筑物都具有对客观空间环境的要求 根据这些要求可以大体确定建筑物的尺度 规模与相互关系 首先 结构选型时应注意尽可能降低结构构件的高度 选择与建筑物使用空间相适应的结构形式 影响结构选型的因素 2020 3 18 14 2 建筑结构型式对建筑风格和建筑艺术的影响建筑结构型式对建筑风格和建筑艺术的影响极为明显 3 结构选型时还应注意结构的几何体型对声学效果的影响 对采光的影响以及对屋面排水的影响 2020 3 18 15 4 建筑结构材料及其他因素对结构选型的影响比较梁式结构和轴心受力结构的受力状态 我们可以看出 梁的截面应力分布极不均匀 除边缘纤维达到最大许用应力外 大部分材料的应力远远低于许用应力 即材料强度并未充分利用 而轴心受力状态因截面应力分布均匀更能充分利用到最低程度 从而形成工字形截面构件它比矩形截面构件获得了更大的抗弯惯性矩 2020 3 18 16 5 影响建筑结构形式的因素还包括建筑施工的生产技术水平以及经济指标等衡量结构方案经济型的手段是进行综合经济分析 所谓综合经济分析就是要从以下几个方面综合考虑问题 1 不但要考虑某个结构方案付诸实施时的一次投资费用 还要考虑其全寿命期费用 2 除了以货币指标核酸结构的建造成本外 还要从节省材料消耗和节省劳动力等来衡量3 在结构方案比较时还应综合考虑一次性初始投资和建设速度的关系 2020 3 18 17 2020 3 18 18 建筑结构的组成和分类 1 建筑结构的组成1 1承受竖向荷载的水平构件 1 板的长 宽两个方向的尺寸远远大于其厚度尺寸 板有平板 曲面板和斜板 2 梁的界面宽度和高度尺寸远远小于其跨度尺寸 梁有直梁 曲梁和斜梁 3 桁架 网架由杆件组成 且杆件截面尺寸远远小于其长度尺寸 2020 3 18 19 1 2支撑水平构件或承担水平荷载的构件 1 柱截面尺寸远小于其高度 承受梁传来的荷载 2 墙体的长 宽两个方向的尺寸远大于其厚度尺寸 承受梁 板传来的荷载 3 基础是建筑物与地基相联系的部分 承受建筑物的全部荷载并传至地基 2020 3 18 20 2 结构的分类建筑结构是由许多结构构件组成的一个系统 其中主要的额手里系统成为结构总体系 结构总体系虽然千变万化 但总是由水平结构体系 竖向结构体系和基础结构体系三部分组成 水平结构体系 一般由板 梁 桁架组成 如板 梁结构体系和桁架体系 其作用为在水平方向 它起隔板作用 并保持竖向结构的稳定 在竖直方向 它通过构件的弯曲变形承受楼面或屋面的竖向荷载 并把它传递给竖向承重体系 2020 3 18 21 竖向结构体系 一般由柱 墙 筒体组成 如框架体系 墙体体系和并筒体系等 其作用为 在水平方向 抵抗水平作用力 如风荷载 地震作用等 也把它们传递给基础体系 在竖直方向 承受水平结构体系传来的全部荷载 并把它们传给基础体系 2020 3 18 22 基础结构体系 一般是由独立基础 条形基础 交叉基础 片筏基础 箱形基础以及桩 深井组成 其作用为 把上述两类结构体系传来的重力荷载全部传给地基 承受基面以上的上部结构传来的水平作用力 并把它们传给地基 限制整个结构的沉降 避免不允许的不均匀沉降和结构的滑移 2020 3 18 23 2020 3 18 24 结构水平体系和竖向体系之间的基本矛盾是 竖向结构构件之间的距离越大 水平结构构件所需要的材料用量越多 好的结构概念设计因该需求到一个最开阔 最灵活的可利用空间 满足人满适用的功能和美观的需求 而为此所付出的材料和施工消耗最少 而且能适合本地区的自然条件 气候 地质 水文 地形等 2020 3 18 25 2020 3 18 26 2020 3 18 27 2020 3 18 28 2020 3 18 29 根据建筑结构的外形特点分类 1 底层结构 1 3层 多用于单层厂房 食堂 影剧院 仓库等 2 多层结构 2 7层 3 高层结构 一般在8层以上 4 超高层 100m以上 2020 3 18 30 2020 3 18 31 2020 3 18 32 2020 3 18 33 2020 3 18 34 世界第一高楼 迪拜塔楼高 828m 2020 3 18 35 世界上最高的双塔楼 吉隆坡双子塔楼高 525m 2020 3 18 36 根据结构所采用的材料分类 1 钢筋混凝土结构 2 砌体结构 砌砖体 石砌体 小型砌块 大型砌块 多孔砖砌块 3 钢结构 4 木结构 5 薄膜结构 2020 3 18 37 根据建筑结构的主要结构形式分类 1 墙体结构 以墙体作为支撑水平构件及承担水平力的结构 2 框架结构 由梁和柱刚性连接的骨架结构 3 框架 剪力墙结构 抗震墙结构 4 剪力墙结构 墙体既承担水平构件传来的竖向荷载 同时也承担风力和地震力传来的水平荷载 5 筒体结构 由剪力墙组成或密柱框筒组成 2020 3 18 38 6 框架结构 7 拱形结构 8 网架结构 以网架做屋盖 9 空间薄壁结构 包括剥壳 折板 幕式结构 10 钢索结构 悬索结构 以钢缆或钢拉杆为主要承重构件 2020 3 18 39 2020 3 18 40 根据结构受力特点分类 1 平面结构体系 2 空间结构体系 2020 3 18 41 按材料划分结构的特点 混凝土结构优点 强度高 耐久性好 耐火性好 可模性好 整体性好 易于就地取材缺点 结构自重大 抗裂性较差 修复较困难 施工受环境影响大混凝土结构的工程应用 1 房屋建筑工程 2 桥梁工程 3 特种结构与高耸结构 4 水利及其他工程 2020 3 18 42 混凝土结构 2020 3 18 43 砌体结构优点 易就地取材 耐火性好 化学稳定性好 节约木材可连续施工 施工进度快缺点 自重大 砌筑工作繁重 砂浆和砖石间的粘结力较弱 粘土砖用量大 砌块结构造价略高于砖石结构砌体结构的应用 1 一般民用建筑的基础 内外墙 柱 屋盖等构件 2 工业长风中 用来砌筑围护墙 烟囱 管道支架等特殊结构 3 农村建筑如猪圈 粮仓等 4 交通运输方面 用于桥梁隧道 各式地下渠道 涵洞 挡土墙等结构 5 水利建设方面 可以用于石料砌筑坝 堰和渡槽等 2020 3 18 44 2020 3 18 45 钢结构优点 自重轻 承载力高 塑性韧性好 可焊性高 具有不渗透的特性 钢结构具有制造工厂化 施工装配化缺点 钢材耐腐蚀性差 钢结构耐热性能好 但防火性能差 刚度差 2020 3 18 46 钢结构的应用 1 重型工业厂房 2 大跨度结构 3 高耸结构和高层建筑 4 受动力荷载作用的结构 5 可拆卸和移动的结构 6 容器和管道 7 轻型钢结构 8 其他建筑物 2020 3 18 47 钢结构 2020 3 18 48 钢结构 2020 3 18 49 木结构优点 得房率高 工期短 节能 环保可再生 是公认的绿色建筑缺点 木材受拉和受剪都是脆性破坏 潮湿状态下易腐蚀 承载力有限 不宜做高层和大跨结构 受资源限制 不宜大规模推广木结构的应用木结构是单纯有不猜或主要由木材承受荷载的结构 通过各种金属连接件进行连接和固定 这种结构因为是由天然材料所组成 受着材料本身条件的限制 因而木材多用于民用核中小型工业厂房的屋盖中 2020 3 18 50 2020 3 18 51 薄膜结构优点 自重轻 跨度大 建筑造型自由丰富 施工方便 经济型 安全性 透光性缺点 耐久性差 单层膜结构保温性差 隔音效果差 不利于环保薄膜结构的应用多用于植物园 水族馆 体育场等设施当中 2020 3 18 52 薄膜结构 2020 3 18 53 2020 3 18 54 2020 3 18 55 按结构类型划分结构的特点1 混合结构同一结构体系中存在两种或两种以上的材料作为承重结构的房屋结构 优点 承重的纵横墙体系采用砖砌 容易满足刚度要求 只有楼盖采用钢筋混凝土结构 造价低缺点 砖砌墙体强度低 抗震性能差 施工速度慢 2020 3 18 56 2020 3 18 57 2 框架结构框架结构指的是由梁和柱以刚接或者铰接相连接而成构成承重体系的结构 即由梁和柱组成框架共同抵抗适用过程中出现的水平荷载和竖向荷载 采用结构的房屋墙体不承重 仅起到维护和分隔作用 2020 3 18 58 2020 3 18 59 3 剪力墙结构剪力墙结构是用钢筋混凝土墙板来代替框架结构的梁柱 能承担各类荷载引起的内力 并能有效控制结构的水平力 这种用钢筋混凝土墙板来承受竖向和水平力的结构成为剪力墙结构 优点 能承担竖向荷载 抵抗水平荷载 侧向刚度大缺点 剪力墙不能被拆除或破坏 不利于形成大空间 2020 3 18 60 4 框架剪力墙结构在框架结构中适当的部位增设一定数量的额混凝土剪力墙 形成的框架和剪力墙结合在一起承受水平和竖向荷载的体系叫做框架剪力墙结构 优点 易于分隔空间 立面易于变化 抗震性能较好缺点 抗侧移刚度较小 受水平荷载后成剪切型变形 2020 3 18 61 5 筒体结构筒体结构由框架 剪力墙结构与全剪力墙结构综合演变和发展而来 筒体结构是将剪力墙或密柱框架集中到房屋的内部和外围而形成的空间封闭式的筒体 优点 特点是剪力墙集中而获得较大的自由分割空间缺点 只多用于高层 超高层建筑 2020 3 18 62 2020 3 18 63 2020 3 18 64 6 桁架结构由杆件组成格构化的一种梁式结构 各杆件只受轴力 而不受弯矩和剪力 由于大多用于建筑的屋盖结构 桁架通常也被称作屋架 特点 各杆件受力均以单向拉 压为主 通过对上下玹杆和腹杆的合理布置 可适应结构内部的弯矩和剪力分布 结构布置灵活 应用范围广 2020 3 18 65 2020 3 18 66 2020 3 18 67 7 网架结构由多跟杆件按照一定的网格形式通过节点连接而成的空间结构 一般网架是双层 在某些情况下也可做成三层 特点 是高次超静定结构 空间刚度大 整体性好 抗震能力强 自重轻 用钢量省 2020 3 18 68 2020 3 18 69 2020 3 18 70 8 拱式结构拱式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 由拱圈以及支座组成 特点 支座承受垂直力 水平推力以及弯矩 拱圈主要承受轴向压力 节省材料 提高刚度 跨越较大空间 2020 3 18 71 2020 3 18 72 2020 3 18 73 2020 3 18 74 9 悬索结构由受拉索 边缘构件和下部支承构件所组成 拉索按一定的规律布置 边缘构件和下部支承构件的布置与拉索的形式相协调