9结构与建筑的关系

房屋屋建筑筑学学第九九章章结构构与与建建筑筑的的关关系系结构构设设计计(StructuralDesign)主要要任任务务：：根据据国国家家有有关关建建筑筑方方针针政政策策和和设设计计规规范范、、标标准准，，以以建建筑筑方方案案为为设设计计条条件件进进行行建筑筑承承重重体体系系的的设设计计，主主要要任任务务是是:结构构选选型型；；结构构布布置置；；结构构受受力力分分析析；；结构构构构件件设设计计。。由结结构构工工程程师师来来完完成成。。结构体系承重结构类型墙承重结构夯土墙建筑、砌体墙结构;、钢筋混凝土剪力墙结构骨架承重结构木构架结构、框架结构、框架-剪力墙结构、板柱结构、钢框架结构大跨度结构拱结构、刚架结构、桁架结构、排架结构骨架结构网架结构、悬索结构、帐篷薄膜结构、充气薄膜结构、折板结构、薄壳结构空间结构筒体结构筒中筒结构、成束筒结构结构、框筒结构

各种种结结构构体体系系包包含含的的承承重重结结构构类类型型墙承承重重结结构构墙体承重结构构按照墙体施工工方法和材料料的不同，可可分为：夯土墙、土坯坯墙石砌墙砖砌体墙混凝土砌块墙墙现浇钢筋混凝凝土墙等。常用的墙体承承重结构：砖混结构（砖墙，钢筋筋混凝土楼板板）剪力墙结构（钢筋混凝土土墙）大板结构（钢筋混凝土土墙板、复合合墙板）砖混结构（砖墙，钢筋筋混凝土楼板板）一、结构特征征1结构材料料：墙体--砖砌砌体楼板—现浇或或预制钢筋混混凝土板2力学特性性：强度较低，自自重大，抗震震性能较差；；3适用范围围：房间开间、进进深不大。在在中小型民用用建筑中应用较为广泛。。二、选型要要点1房屋总总高度和层数数限值；2房屋最最大高宽比限限值；3抗震横横墙最大间距距限值；4房屋局局部尺寸限值值；5结构布布置要点：优先采用横墙墙承重或纵横横墙混合承重重纵横墙宜均匀匀对称，平面面对齐，竖向向连续。按要求设变形形缝。楼梯间不宜在在尽端和转角角。钢筋混凝土板板的跨度一般般为1.8——3.6m，预制钢筋混凝凝土板的跨度度一般不超过过4.2m三、墙体布置置：1横墙承重重；2纵墙承重重；3纵横墙混混合承重；4部分框架架承重（底层层或内部部分分为框架）底层框架承重重的特征1总体布置置：下部框架+上部砖混混2矛盾分析析1）功能--上静下动2）空间--上小下大3）结构--上刚下柔选型要点1总体要求求1）总高度和和层数限值2）底层框架架柱网选择2抗震要求求1）抗震横墙墙最大间距限限值2）抗震墙布布置3转换层设设置：板式转换、梁梁板式转换、、箱体转换剪力墙结构（钢筋混凝土土墙）一、结构特征征及适用范围围剪力墙结构，，是指其竖向向承重结构全全部由一系列列横向和纵向向的钢筋混凝凝土剪力墙所所组成，这种种结构侧向刚度大、、位移小，称为刚性结构构体系。剪力墙通常为为横向布置，，间距小，约约为3～6m，因此平面面布置不够灵灵活，仅适用用于小开间的的高层住宅、、旅馆、办公公楼等，这种种结构从理论论上讲可建造造上百层的民民用建筑，但但从技术经济济考虑，地震区的剪力力墙结构一般般控制在35层，总高110m以内内，非地震区可适适当放宽。由由于使用需要要，剪力墙结结构的底部剪剪力墙改为框框架，形成框框支剪力墙结结构，但这种种结构的上部部刚度与底部部刚度相差悬悬殊，刚度突突变，对地震震区建筑是不不利的。二、剪力墙的的结构布置在民用建筑中中，一般是横墙短而数量量多，纵墙长而数量量少，因此纵横向向剪力墙布置置应适应这一一特点。三、剪力墙结结构体系构成成1）全现浇墙墙2）大型板材材墙3）内浇外砌砌墙4）内浇外挂挂墙5）框支剪力墙6）框架-剪剪力墙结构现浇墙结构一、建筑特特征1工具式模模板现浇内墙墙和楼板2空间小，，刚度大二、结构类类型1内浇外砌砌内墙现浇，外外墙砌体2内浇外挂挂内墙现浇，外外墙挂板三、选型要要点1内墙承重重，均匀布置置，避免刚度度突变。2外墙围护护，加强连接接，保证结构构整体。3构件受力力状态1）并联体的的连杆内力①框架架：剪切型侧侧向变形。②剪力墙：：弯曲型侧向向变形。③并联体：：弯剪型侧向向变形。2）框架和抗抗震墙的内力力①框架架剪力:连杆使框架水水平剪力上下下分布均匀。。②抗震墙弯弯矩：连杆减减小抗震墙底底部弯矩。3）水平荷载载和剪力分布布规律①框架水平平荷载上正下下负，顶端受受正向集中力力。②抗震墙水水平荷载上小小下大，顶端端受反向集中中力。③框架和抗抗震墙顶端水水平剪力均不不为零。④框架楼层层剪力最大值值在(0.3--0.6)H之间。⑤抗震墙顶顶端一段的水水平剪力为负负值。⑥抗震墙承承担80%的水平荷荷载。4抗震墙布布置原则1）抗震墙的的设置①沿结构平平面主轴线方方向布置②抗震墙的的数量要适当当③按照“分分散均匀周周边对称称”四准则布布置④不宜布置置单肢墙2）抗震墙的的平面布置①每个方向向沿两条以上上相距较远的的轴线设置抗抗震墙②抗震墙的的设置部位：：a竖向荷载载较大处b平面形状状变化或楼盖盖水平刚度剧剧变处c楼梯电梯梯间及楼板较较大洞口两侧侧③抗震墙应应避开需要开开大洞口的墙墙体位置④在独立结结构单元端部部，抗震墙距距外墙<=8米⑤防震缝两两侧不宜设成成对的抗震墙墙⑥纵向抗震震墙不宜设在在独立结构单单元的两端⑦抗震墙宜宜用LTH口形框架结构一、结构特特征1)结构材材料：以梁柱构成建建筑物的骨架架，传递和支支承建筑物的的全部荷载，，而墙体仅起起分隔室内外外空间和围护护作用。承重重骨架的材料料，一般多用用钢筋混凝土土，也可用钢钢或木等其他他材料。2）力学特性性：竖向承重结构构全部由框架架组成。在水水平荷载下，，其结构强度度低、刚度小小、水平位移移大，故称为为柔性结构体体系。二、构件受力力特点1受力特特点竖向荷载下梁梁的弯-剪，，柱的弯-压压2变形特特点a）框架侧移移以整体剪切切变形为主b）梁、柱弯弯曲变形是框框架侧移的主主因三、适用范范围高抗震烈度地地区不宜使用用按《高层建筑筑结构设计建建议》设防烈度现现浇结构装装配结构9度25米米不不用8度45米米25米7度55米米35米6度60米米50米非震区60米米50米钢筋混凝土结结构≤20层层钢结构≤30层多用于住宅楼楼，办公楼，，教学楼，综综合楼。无梁楼板：是是将现浇钢筋筋混凝土板直直接支承在柱柱上的楼板结结构。为了增增大柱的支撑撑面积和减小小板的跨度，，常在柱顶增增设柱帽和托托板。无梁楼板顶棚棚平整，室内内净空大，采采光、通风好好。其经济跨跨度为6m左左右，板厚一一般为120mm以上，，多用于荷载载较大的商店店、仓库、展展览馆等建筑筑中。钢（框架）结结构一、普通钢钢结构（一）结构构特征、优缺缺点和适用范范围（1）普通通钢结构是的的工业化程度度高，工作性性能可靠，结结构自重轻，，在工程中得得到了广泛的的应用。有如如下一些特点点：1）强度高高、截面小、、运输和装拆拆均较方便。。但是，杆件件较细长，因因此稳定性问问题较其它类类型的结构更更为突出，设设计中应予以以充分注意。。2）材料的的均匀性和同同向性好，它它最符合一般般工程力学的的基本规定，，应力计算比比较可靠。3）材料的的可焊性好，，因而可简化化制造工艺，，提高钢结构构的工业化生生产程度。4）耐火性性和耐腐性较较差，在有侵侵蚀性介质环环境中或在有有特殊防火要要求的建筑中中使用钢结构构，应采用有有效的防护措措施。钢结构构的维护费用用较高。（2）当前钢钢结构的适用用范围，就民民用建筑和工工业企业范围围来说，大致致如下：1)用于于重型车间的的承重骨架；；2）受动力力荷载影响的的结构；3)高耸耸结构；4)大跨跨度结构。（二）钢结结构的连接方方式建筑钢结构所所采用的连接接方式有：焊接连接、铆铆钉连接、普普通螺栓连接接和高强度螺螺栓连接三、轻型钢钢结构轻型钢结构系系指主要由圆圆钢或小角钢钢（∟45x4或∟56x36x4）组成的钢钢结构。轻型钢结构主主要用于跨度度L≤18m、吊车起重重量Q≤5t的A3～A6级且无高高温、高湿和和侵蚀环境的的厂房以及一一些采用轻型型屋面材料的的或临时建筑筑的屋盖结构构中。柱子和和吊车车梁不不宜采采用轻轻型钢钢结构构。另外，，还有有其它它钢结结构类类型如如压型型钢板板－混混凝土土组合合板、、外外包钢钢混凝凝土钢钢结构构、、钢钢－混混凝土土组合合梁、、钢管管结构构、钢钢管管混凝凝土结结构等等。大跨度度结构构在三维维世界界里，，任何结结构物物本质质上都都是空空间性性质的的，只不不过出于简简化设设计和和建造造的目的的，人们在在许多多场合合把它它们分解成成一片片片平平面结结构来来进行行构造造和计计算。。无法进进行简简单分分解的的空间间体系系日益益显示示出一一般平平面结结构无无法比比拟的的丰富富多彩彩和创创造潜潜力，，体现现着大大自然然的美美丽和和神奇奇。空间结结构的的卓越越工作作性能能不仅仅仅表表现在在三维受受力，而且且还由由于它它们通过合合理的的曲面面形体体来有有效抵抵抗外外荷载载的作作用。当跨跨度越越大时时，空空间结结构就就愈能能显示示出它它们优优异的的技术术经济济性能能。事事实上上，当跨度度达到到一定定程度度后，，一般般平面面结构构往往往已难难于成成为合合理的的选择择。从国国内外外工程程实践践来看看，大跨度度建筑筑多数数采用用各种种形式式的空空间结结构体体系。二、平平面面大跨跨结构构（19世纪纪后半半叶～～二战战）特征：：桁架架、刚刚架、、拱结结构三、新新型型大跨跨结构构（二战战～今今）特征：：“薄薄壳、、悬索索、网网架””1薄薄壁结结构合理的的外形形，充充分发发挥材材料受受压性性能，，以较较薄的的壳体体跨越越很大大的空空间，，而具具有足足够的的强度度和刚刚度。。2悬悬索结结构纤细的的索网网，充充分发发挥钢钢材抗抗拉性性能，，轻盈盈活波波，适适宜与与大跨跨度3网网架架结构构利用小小型杆杆件，，组合合成整整体结结构，，刚度度大，，变形形小，，自重重轻，，材料料省2、、新型型大跨跨结构构的特特点①整整体上上是空空间结结构②跨跨度大大，可可覆盖盖巨大大的室室内空空间③矢矢高小小、曲曲率平平缓，，可有有效利利用空空间④厚厚度薄薄、自自重轻轻，节节省材材料⑤形形式多多样，，可适适合于于各种种形状状的平平面组组合拱结构构一、拱拱结构构特征征、优优缺点点和适适用范范围（1））拱拱结构构的特特点①拱拱是一一种推推力结结构：：在竖竖向荷荷载下下产生生水平平推力力；②拱拱是一一种无无矩结结构：：通过过合理理拱轴轴可使使杆件件无弯弯矩；；③拱拱可充充分利利用材材料抗抗压强强度，，断面面小、、跨度度大。。刚架结结构一、刚刚架架结构构特征征、优优缺点点和适适用范范围刚架是是横梁梁和柱柱以整整体连连接方方式构构成的的一种种门形形结构构。由由于梁梁和柱柱是刚刚性节节点，，在竖竖向荷荷载作作用下下柱对对梁有有约束束作用用，因因而能能减少少梁的的跨中中弯矩矩；同同样，，在水水平荷荷载作作用下下，梁梁对柱柱也有有约束束作用用，能能减少少柱内内的弯弯矩。。由于刚刚架结结构受受力合合理，，轻巧巧美观观，能能跨越越较大大的跨跨度，，制作作又很很方便便，因因而应应用非非常广广泛。。一般般用于于体育育馆、、礼堂堂、食食堂、、菜场场等大大空间间的民民用建建筑，，也可可用于于工业业建筑筑。1）跨度度①实实腹式式：50～60米米②格格构式式两铰铰刚架架：60～120米③格格构式式无铰铰刚架架：120～～150米米④折折线弓弓形刚刚架：：40～～50米高15～20米米2）断断面①实实腹式式梁高高h=(1/12～1/20)L设预应应力拉拉杆h=(1/30～～1/40)L②折折线弓弓形刚刚架梁梁高、、柱宽宽(1/15～1/25)L二、刚刚架结结构跨跨度尺尺寸排架结结构，，桁架结结构由屋架架（或或屋面面梁））、柱柱、基基础等等组成成，柱柱顶与与屋架架为铰铰接，，柱底底与基基础顶顶面为为固接接。在在单层层工业业厂房房中有有着广广泛的的应用用。根根据生生产工工艺和和使用用要求求不同同，排排架结结构可可设计计成等等高或或不等等高、、单跨跨或多多跨及及其它它多种种形式式。网架结结构平板网网架和和网壳壳结构构，还还包括括一些些未能能单独独归类类的特特殊形形式，，如折折板式式网架架结构构、多多平面面型网网架结结构、、多层层多跨跨框架架式网网架结结构等等，总总起来来可称称为空间网格结结构。这类结构在在我国发展展很快，且且持续不衰衰。一、网架结结构特征、、优缺点和和适用范围围网架是一种种由很多杆杆件以一定定规律组成成的网状结结构，它具具有下列优优点：（1）杆件之间间相互起支支撑作用，，形成多向向受力的空空间结构，，故其整体性性强、稳定定性好、空空间刚度大大，有利于于抗震；（2）当荷载作作用于网架架各节点上上时，杆件件主要承受受轴向力，，故能充分发发挥材料的的强度，节节省材料；；（3）网架结构高高度小，可可以有效地地利用空间间；（4）结构的杆件件规格统一一，有利于于工厂化生生产；（5）网架形式多多样，可创创造丰富多多彩的建筑筑形式。（二）网网架结构形形式网架结构主主要用来建建造大跨度度公共建筑筑的屋顶，，适用于多多种平面形形状，如圆圆形、方形形、三角形形、多边形形等各种平平面的建筑筑。按外形分为为平板网架和曲面网架；按建造材料料可分为钢钢网架、木木网架、钢钢筋混凝土土网架；按网架本身身的构造又又可分为单单层网架和和双层网架架。平板网架都都是双层的的，曲面网网架可以是是单层网架架或双层网网架。平板板网架多采采用钢管或或角钢制作作。曲面网网架可采用用木、钢、、钢筋混凝凝土，我国国受木材资资源少的限限制，很少少用木材制制作网架，，而多采用用钢网架，，有时也采采用钢筋混混凝土网架架。平板网架自自身不产生生推力，支支座为简支支，构造比比较简单，，可以适用用于各种形形状的建筑筑平面，所所以应用最最广泛。曲面网架多多数是有推推力的结构构，支座条条件比较复复杂，但外外形美观，，建筑造型型独具特色色。1）杆件①角钢②钢管2）节点①十字钢钢板节点：：用于角钢钢杆件，焊焊接或螺栓栓②球节点点：用于钢钢管杆件a.实心球球：螺栓连连接b.空心球球：焊接连连接3）网架上上弦起坡排水坡度要要求2～～5%①结构起起拱：跨度度>60m时，起拱拱1/300②上弦加加柱：按坡坡度变高平板网架杆杆件与节点点4网网架的构造造组成悬索结构柔性的悬索索在自然状状态下不仅仅没有刚度度，其形状状也是不确确定的。必必须采用敷敷设重屋面面或施加预预应力等措措施，才能能赋予一定定的形状，，成为在外外荷作用下下具有必要刚度度和形状稳稳定性的结结构。因此此也称其为为张力结构。帐篷薄膜结结构张拉式膜（（或索-膜）结构自自80年代以来在在发达国家家获得极大大发展。这种体系与与索网结构构类似，张张紧在刚性性或柔性边边缘构件上上，或通过过特殊构造造支承在若若干独立支支点上，通通过张拉建建立预应力力，并获得得确定形状状。膜结构是建建筑结构中中最新发展展起来的一一种形式，，它以性能能优良的织织物为材料料，或是向向膜内充气气，由空气气压力支撑撑膜面，或或是利用柔柔性钢索或或刚性支撑撑结构将面面绷紧，从从而形成具具有一定刚刚度、能够够覆盖大跨跨度空间的的结构体系系。自从上上世纪七十十年代以来来，膜结构构在国外已已逐渐应用用于体育建建筑、商场场、展览中中心、交通通服务设施施等大跨度度建筑中。。膜结构已已成为结构构设计选型型中的一个个主要方案案。充气薄膜结结构同属于张力力结构体系系、在国外外应用很广广的膜结构构或索-膜结构在我我国则处于于艰难起步步阶段。除了设计理理论储备和和生产条件件方面的原原因外，缺缺少符合建建筑要求的的国产膜材材是一个主主要的制约约因素。膜结构只有有在材料问问题得到解解决之后才才得以大量量推广应用用，因此关关键问题是是要提供满满足功能要要求、耐久久性好与经经济的膜材材。用于膜膜结构有二二种主要建建筑织物，，即涂敷聚聚四氟乙烯烯(PTFE)的玻玻璃纤维织织物和涂敷敷聚氯乙烯烯(PVC)的聚酯酯织物。折板结构折板结构是是以一定倾倾斜角度整整体相连的的一种薄板板体系。折折板结构通通常用钢筋筋混凝土建建造，也可可用钢丝网网水泥建造造。折板结构由由折板和横横隔构件组组成。在波波长方向，，折板犹如如一块折叠叠起伏的钢钢筋混凝土土连续板，，折板的波波峰和波谷谷处刚度最最大，可视视为连续板板的各支点点，折板结构呈呈空间受力力状态，具具有良好的的力学性能能，结构厚厚度薄，省省材料，省省模板，可可预制装配配，构造简简单。折板板结构可用用来建造大大跨度屋顶顶，也可用用作外墙。。薄壳结构自然界某些些动植物的的种子外壳壳、蛋壳、、贝壳，可可以说是天天然的薄壳壳结构，它它们的外形形符合力学学原理，以以最少的材材料获得坚坚硬的外壳壳，以抵御御外界的侵侵袭。人们们从这些天天然壳体中中受到启发发，利用混混凝土的可可塑性，创创造出各种种形式的薄薄壳结构。。一、结构特特征、优缺缺点和适用用范围薄壳结构是是用混凝土土、塑料等等刚性材料料以各种曲曲面形式构构成的薄壳壳结构，呈呈空间受力力状态，主主要承受曲曲面内的轴轴向力，而而弯矩和扭扭距很小，，所以混凝凝土强度能能得到充分分的利用。。由于是空间间结构，强强度和刚度度都非常好好。薄壳厚厚度仅为其其跨度的几几百分之一一。而一般般的平板结结构厚度至至少是跨度度的几十分分之一。所所以薄壳结结构具有自自重轻、省省材料、跨跨度大、外外形多样的的优点，可可用来覆盖盖各种平面面形状的建建筑屋顶。。但大多数薄薄壳结构的的形式较复复杂，多采采用现浇施施工，费工工、费时、、费模板，，且结构计计算较复杂杂，不宜承承受集中荷荷载,这些些缺点在一一定程度上上影响了它它的推广使使用。各种空间结结构类型中中，钢筋混混凝土薄壁壁结构在50年代后期及及60年代前期在在我国有所所发展，当当时建造过过一些中等等跨度的球球面壳、柱柱面壳、双双曲扁壳和和扭壳，在在理论研究究方面还投投入过许多多力量，制制定了相应应的设计规规程。但这种结构构类型日前前应用较少少，主要原原因可能是是施工比较较费时费事事。二、薄壳结结构的形式式薄壳结构形形式很多，，常用的有有筒壳、圆圆顶壳、双双曲扁壳、、鞍形壳等等四种。筒壳由壳面面、边梁、、横隔构件件三部分组组成，为单单曲面薄壳壳，形状较较简单，便便于施工，，是最常用用的薄壳形形式。圆圆顶壳由壳壳面和支承承环两部分分组成具有有很好的空空间工作性性能，很薄薄的圆顶可可以覆盖很很大的空间间，可用于于大型公共共建筑，如如天文馆、、展览馆、、体育馆、、会堂等各各种建筑。。双双曲扁扁壳由双向向弯曲的壳