建筑结构发展现状与未来发展趋势

浅议建筑结构摘要：建筑结构在建筑构建中起到了主体构建作用，是房屋建筑的核心设计，决定了建筑的适用层面，使用年限，以及结构强度，楼层数量，楼层高度，不同的建筑结构适用与不同情况，每种建筑结构都有自己的优势与劣势，在特定的情况下，还要采用一些特殊的建筑结构。建筑结构是指在建筑物（包括构筑物）中，由建筑材料做成用来承受各种荷载或者作用，以起骨架作用的空间受力体系。建筑结构因所用的建筑材料不同，可分为混凝土结构、砌体结构、钢结构、轻型钢结构、木结构和组合结构等。1、 常见建筑结构形式1.砖混结构建筑物的结构特征。砖混结构建筑物是由屋盖、墙体、楼板、过梁、砖基础构成的承重结构体系。主要特征是：结构荷载通过屋盖、楼板传到承重墙上，再由承重墙传到基础。2.砖混结构建筑物的传力路线。其传力方向为板墙基础，或为板梁墙基础。因此承重墙砌筑物质量的好坏、砌体强度的大小直接关系到砖混结构建筑物的质量和寿命。基础不均匀下沉，承重墙体出现裂缝，可能导致砖混结构建筑物的整体破坏。 （二）排架结构1.排架结构建筑物是由屋盖、吊车梁、柱子、基础、支撑、围护结构构成的承重体系。2.排架结构建筑物承受的主要荷载及其传递（1）排架建筑结构在生产使用和施工期间，承受的主要荷载有以下几种：恒载。如各种构件和墙体的自重，以及管道等生产工艺设备的重量。活荷载。活荷载是作用在厂房结构上的可变荷载，包括吊车竖向荷载、吊车水平荷载、雪荷载、风荷载和施工荷载等。此外，还可能有某些特殊作用，如地震作用、温度作用等。 （2）单层排架结构建筑物的结构特征。单层排架结构建筑物所承重的各种荷载，基本上都是通过柱子再传递到基础、地基的，因此，柱子是结构中的主要承重构件，它的强度与稳定性是决定寿命的重要因素，而其外墙墙体仅起保护作用。（三)框架结构1.框架结构建筑物的构成包括：屋盖与楼板、框架梁、框架柱、柱基础、框架墙。2.框架结构建筑物的结构特征和传力路线。框架结构的主要特点是：由钢筋混凝土主梁、次梁和柱形成的框架作为建筑物的骨架、梁和柱之间的连接为刚性连接。屋盖、楼板上的荷载通过梁柱传到基础。框架结构建筑物的墙体全部为自承重墙，只起分隔和围护作用，墙体越轻越好。框架结构的建筑平面布置灵活，不受楼板跨度的限制，易于形成较大的使用空间，以满足不同建筑功能的要求。因此，这种结构适用于建造办公楼、商场、和轻工业厂房。（四）钢筋混凝土剪力墙结构1.剪力墙结构建筑物的构造。用钢筋混凝土墙同时承受竖向荷载和水平荷载的结构称为剪力墙结构。剪力墙结构建筑物的构造表面与砖混结构基本相同，但最根本的区别在于承重墙体不是砖砌体，而是现浇或预制钢筋混凝土墙体。剪力墙不仅具有很强的抗压能力，而且还具有很强的抗剪能力，可抗风荷载和地震产生的水平荷载，因此，使用于高层建筑。2.剪力墙建筑物的结构特征和传力路线。剪力墙结构的楼板与墙体均为现浇或预制钢筋混凝土结构，具有良好的整体性，抗震能力比砖混结构和框架结构强，它不仅可承受楼板较大的垂直荷载，更重要的是可承受较大的水平方向的荷载及地震作用对建筑物产生的剪切力，侧向刚度大。剪力墙建筑物的传力路线为：楼板剪力墙基础。影响剪力墙结构造价的主要因素是剪力墙的数量及布置。剪力墙间距根据建筑平面布局确定。过去剪力墙结构多为小开间，墙间距为3.34.2m，过多的墙体既导致平面布置不灵活，空间局限，又由于结构自重大，增加了基础工程的造价。目前，剪力墙结构多采用大开间，墙间距为68m，中间采用轻质隔墙支承在楼板上，便于建筑平面的灵活布置，又可充分发挥墙体的承载能力，减轻结构自重，具有较好的技术经济性。（5） 框架剪力墙结构框架剪力墙结构就是在框架结构中设置部分剪力墙，或把剪力墙结构中的部分剪力墙抽掉改成框架承重，使框架和剪力墙两者结合起来，共同抵抗竖向荷载和水平荷载的空间结构。框架剪力墙结构既保留了框架结构建筑布置灵活、延性好的特点，又具有剪力墙结构刚度大、承载力高、抗震性能好的优点，同时还可充分发挥材料的强度作用，具有较好的技术经济指标。框架剪力墙结构和剪力墙结构的区别在于以下几个方面：（1） 对于荷载的承受构件不同。剪力墙结构利用建筑物的纵横墙体来承受竖向荷载和水平荷载；而框架剪力墙结构中框架主要承受竖向荷载，剪力墙主要承受水平荷载。（2） 对空间的影响不同。剪力墙结构墙间距小，建筑平面布置不灵活，常用于高层住宅和公寓建筑物，不适用与公共建筑；框架剪力墙结构吸收了框架结构的优点，布置平面灵活，可形成较大的空间。（3） 建筑经济性不同。剪力墙结构成本比较高，而框架剪力墙结构则与框架结构基本持平。从经济的角度看，剪力墙以少设为好。根据我国大量已建的框架剪力墙结构的工程实践经验，一般认为剪力墙面积在3%4%较为适宜。（6） 筒体结构筒体结构是框架剪力墙结构和纯剪力墙结构的演变与发展。它将剪力墙集中到建筑物的内部，与外部形成空间封闭筒体，使整个结构体系既具有极大的刚度，又因剪力墙的集中而获得很大的、可以自由分割的使用空间，使建筑平面设计重新获得良好的灵活性。因此，筒体结构特别适用于30层以上或100m以上的超高层公共与商业建筑。1. 核心筒结构。核心筒一般由布置在电梯间、楼梯间及设备管线井道四周的钢筋混凝土墙所组成。核心筒可以作为独立的高层建筑承重结构，同时承受竖向荷载和任意方向上的水平荷载的作用，是一个空间受力结构。当单个核心筒独立工作时，建筑物四周的柱子一般不落地，仅由核心筒将上部荷载传至基础，水平荷载也主要由核心筒承受。2. 框筒结构。框筒是由布置在建筑物四周的柱距小、梁截面高的密柱深梁所组成的一个多孔筒体。因其立面上开有很多窗洞，也称空腹筒。3.桁架筒结构。用稀柱、浅梁和支撑斜杆组成桁架，布置在建筑物的周边，就形成了桁架筒结构。4.筒中筒结构把核心筒结构布置于框筒结构的中间，便成为筒中筒结构。筒中筒结构是双重抗侧力体系，在水平力作用下，内外筒协同工作，外框筒具有很大的整体抗弯能力，内框筒采用钢筋混凝土墙或支撑框架，具有很强的抵抗水平剪力的能力，两者配合，相得益彰。故筒中筒结构的侧向刚度很大，适用高度比框筒结构跟高。筒体结构是高层建筑发展历史上的一个里程碑，它能充分发挥建筑材料的作用，使高层、超高层建筑在技术上、经济上可行。二、高层建筑结构设计方法的创新 高层建筑结构的分析计算基本上已经采用三维空间结构分析计算程序。从1974年开始对剪力墙结构进行了大量的实验研究，逐步形成了高层剪力墙结构体系；为适应高层住宅底部设置商业服务设施等要求，从1980年开始进行了底层大空间，上层为大开间剪力墙体系的研究。进入80年代，为完善筒体结构的计算方法与设计，我国进行了一些复杂的筒中筒结构的有机玻璃模型试验。近年来对复杂体型的高层建筑如带有转换层、刚性层的结构错层结构、连体结构等进行了一批模型振动台试验。为了了解钢混凝土混合结构的抗震性能，进行了带有转换层、刚性层的钢筋混凝土内筒、周边为钢框架的模型试验。另外对复杂体型的高层建筑进行了风洞试验。通过实验研究与分析，提出了相应的设计建议，并作为规范条文修改的依据。三、防灾建筑结构上的创新（1） 日本抗震建筑日本在构筑高层建筑物的基础上普遍采用“地基地震隔绝”技术，在建筑物底部安装橡胶弹性垫或摩擦滑动承重座等抗震缓冲装置。为了提高传统木结构房屋的抗震能力，日本最普通的民宅也是箱体设计，地震灾害发生时房屋可以整体翻滚而不损毁；在专业技术人员对民房进行抗震加固等级评定基础上，政府给予居民适当的补贴鼓励抗震加固。（2） 日本防海啸建筑1.天空村。日本建筑师佐古慶一郎提出可以建立高20米的钢筋混凝土空心圆柱状地基，可以将海浪引向两边，内部的空心结构可以用作办公室和必要的服务设施，而每个地基上会有多达500间的房屋，每个天空村将会用3年左右的时间兴建，可以用大约200年。2.其他。日本还研发出一种新型建筑，这种建筑