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　　1A412020    結構設計

　　1A412021 常用建筑結構體系和應用

　　一、混合結構體系

　　混合結構房屋一般是指樓蓋和屋蓋采用鋼筋混凝土或鋼木結構，而墻和柱采用砌體結構建造的房屋，大多用在住宅、辦公樓、教學樓建筑中。因為砌體的抗壓強度高而抗拉強度很低，所以住宅建筑最適合采用混合結構，一般在6層以下�；旌辖Y構不宜建造大空間的房屋�；旌辖Y構根據承重墻所在的位置，劃分為縱墻承重和橫墻承重兩種方案�？v墻承重方案的特點是樓板支承于梁上，梁把荷載傳遞給縱墻。橫墻的設置主要是為了滿足房屋剛度和整體性的要求。其優(yōu)點是房屋的開間相對大些，使用靈活。橫墻承重方案的主要特點是樓板直接支承在橫墻上，橫墻是主要承重墻。其優(yōu)點是房屋的橫向剛度大，整體性好，但平面使用靈活性差。

　　二、框架結構體系

　　框架結構是利用梁、柱組成的縱、橫兩個方向的框架形成的結構體系。它同時承受豎向荷載和水平荷載。其主要優(yōu)點是建筑平面布置靈活，可形成較大的建筑空間，建筑立面處理也比較方便;主要缺點是側向剛度較小，當層數(shù)較多時，會產生過大的側移，易引起非結構性構件(如隔墻、裝飾等)破壞進而影響使用。在非地震區(qū)，框架結構一般不超過15層�？蚣芙Y構的內力分析通常是用計算機進行精確分析。常用的手工近似法是：豎向荷載作用下用分層計算法;水平荷載作用下用反彎點法。風荷載和地震力可簡化成節(jié)點上的水平集中力進行分析。

　　框架結構梁和柱節(jié)點的連接構造直接影響結構安全、經濟及施工的方便。因此，對梁與柱節(jié)點的混凝土強度等級，梁、柱縱向鋼筋伸入節(jié)點內的長度，梁與柱節(jié)點區(qū)域的鋼筋的布置等，都應符合規(guī)范的構造規(guī)定。

　　三、剪力墻體系

　　剪力墻體系是利用建筑物的墻體(內墻和外墻)做成剪力墻來抵抗水平力。剪力墻一般為鋼筋混凝土墻，厚度不小于160mm。剪力墻的墻段長度不宜大于8m，適用于小開間的住宅和旅館等。在180m高度范圍內都可以適用。剪力墻結構的優(yōu)點是側向剛度大，水平荷載作用下側移小;缺點是剪力墻的間距小，結構建筑平面布置不靈活，不適用于大空間的公共建筑，另外結構自重也較大。

　　因為剪力墻既承受垂直荷載，也承受水平荷載。對高層建筑主要荷載為水平荷載，墻體既受剪又受彎，所以稱剪力墻。

　　剪力墻按受力特點又分為兩種：

　　1.整體墻和小開口整體墻

　　沒有門窗洞口及洞口較小可以忽略其影響的墻稱為整體墻，門窗洞口稍大一點的墻，可稱為小開口整體墻。整體墻和小開口整體墻基本上可以采用材料力學的計算公式進行內力分析。

　　2.雙肢剪力墻和多肢剪力墻

　　開一排較大洞口的剪力墻叫雙肢剪力墻。開多排較大洞口的剪力墻叫多肢剪力墻。由于洞口開得較大，截面的整體性已經破壞，通常用計算機進行剪力墻的分析，精確度較高。剪力墻成片狀(高度遠遠大于厚度)，兩端配置較粗鋼筋并配箍筋形成暗柱，并應配置腹部分布鋼筋。暗柱的豎筋和腹部的豎向分布筋共同抵抗彎矩，水平分布筋抵抗剪力。當剪力墻的厚度大于160mm時應采用雙層雙向配筋，鋼筋直徑不應小于8mm。

　　連梁的配筋非常重要，縱向鋼筋除滿足配筋量外還要有足夠的錨固長度。箍筋除滿足配筋量以外，還有加密的要求。

　　四、框架-剪力墻結構

　　框架-剪力墻結構是在框架結構中設置適當剪力墻的結構。它具有框架結構平面布置靈活，空間較大的優(yōu)點，又具有側向剛度較大的優(yōu)點�？蚣�-剪力墻結構中，剪力墻主要承受水平荷載，豎向荷載主要由框架承擔。框架-剪力墻結構可以適用于不超過170m高的建筑。

　　橫向剪力墻宜均勻對稱布置在建筑物端部附近、平面形狀變化處。縱向剪力墻宜布置在房屋兩端附近。在水平荷載的作用下，剪力墻好比固定于基礎上的懸臂梁，其變形為彎曲型變形，框架為剪切型變形�？蚣芘c剪力墻通過樓蓋連系在一起，并通過樓蓋的水平剛度使兩者具有共同的變形。在一般情況下，整個建筑的全部剪力墻至少承受80%的水平荷載。

　　五、筒體結構

　　在高層建筑中，特別是超高層建筑中，水平荷載愈來愈大，起著控制作用。筒體結構便是抵抗水平荷載最有效的結構體系。它的受力特點是，整個建筑猶如一個固定于基礎上的封閉空心筒式懸臂梁來抵抗水平力。筒體結構可分為框架-核心筒結構、筒中筒結構以及多筒結構等�？蛲矠槊芘胖�和窗下裙梁組成，亦可視為開窗洞的筒體。內筒一般由電梯間、樓梯間組成。內筒與外筒由樓蓋連接成整體，共同抵抗水平荷載及豎向荷載。這種結構體系可以適用于高度不超過300m的建筑。多筒結構是將多個筒組合在一起，使結構具有更大的抵抗水平荷載的能力。

　　六、桁架結構體系

　　桁架是由桿件組成的結構體系。在進行內力分析時，節(jié)點一般假定為鉸節(jié)點，當荷載作用在節(jié)點上時，桿件只有軸向力，其材料的強度可得到充分發(fā)揮。桁架結構的優(yōu)點是可利用截面較小的桿件組成截面較大的構件。單層廠房的屋架常選用桁架結構。

　　屋架的弦桿外形和腹桿布置對屋架內力變化規(guī)律起決定性作用。同樣高跨比的屋架，當上下弦成三角形時，弦桿內力最大;當上弦節(jié)點在拱形線上時，弦桿內力最小。屋架的高跨比一般為1/6～1/8較為合理。一般屋架為平面結構，平面外剛度非常弱。在制作運輸安裝過程中，大跨屋架必須進行吊裝驗算。桁架結構在其他結構體系中也得到采用。如拱式結構單層鋼架結構等體系中，當斷面較大時，亦可用桁架的形式。

　　七、網架結構

　　網架是由許多桿件按照一定規(guī)律組成的網狀結構。網架結構可分為平板網架和曲面網架。它改變了平面桁架的受力狀態(tài)，是高次超靜定的空間結構。平板網架采用較多，其優(yōu)點是：空間受力體系，桿件主要承受軸向力，受力合理，節(jié)約材料(如上海體育館，直徑110m，用鋼量僅49kg/m2)，整體性能好，剛度大，抗震性能好。桿件類型較少，適于工業(yè)化生產。平板網架可分為交叉桁架體系和角錐體系兩類。角錐體系受力更為合理，剛度更大。

　　網架的高度主要取決于跨度，網架尺寸應與網架高度配合決定，腹桿的角度以45°為宜。網架的高度與短跨之比一般為1/15左右。網架桿件一般采用鋼管，節(jié)點一般采用球節(jié)點。網架制作精度要求高。安裝方法可分為高空拼裝和整體安裝兩類。

　　八、拱式結構

　　1.拱的受力特點與適用范圍

　　拱是一種有推力的結構，它的主要內力是軸向壓力，可利用抗壓性能良好的混凝土建造大跨度的拱式結構。由于拱式結構受力合理，在建筑和橋梁中被廣泛應用。它適用于體育館、展覽館等建筑中。

　　2.拱的類型

　　按照結構的組成和支承方式，拱可分為三鉸拱、兩鉸拱和無鉸拱。工程中，后兩種拱采用較多。拱是一種有推力的結構，拱腳必須能夠可靠地傳承水平推力。解決這個問題非常重要，通常可采用下列措施：

　　(1)推力由拉桿承受;

　　(2)推力由兩側框架承受。

　　九、懸索結構

　　懸索結構，是比較理想的大跨度結構形式之一，在橋梁中被廣泛應用。目前，懸索屋蓋結構的跨度已達160m，主要用于體育館、展覽館中。懸索結構的主要承重構件是受拉的鋼索，鋼索是用高強度鋼絞線或鋼絲繩制成。

　　懸索結構可分為單曲面與雙曲面兩類。單曲拉索體系構造簡單，屋面穩(wěn)定性差。雙曲拉索體系，它由承重索和穩(wěn)定索組成。

　　十、薄壁空間結構

　　薄壁空間結構，也稱殼體結構。它的厚度比其他尺寸(如跨度)小得多，所以稱薄壁。

　　它屬于空間受力結構，主要承受曲面內的軸向壓力，彎矩很小。它的受力比較合理，材料強度能得到充分利用。薄殼常用于大跨度的屋蓋結構，如展覽館、俱樂部、飛機庫等。

　　薄殼結構多采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土，費模板、費工時。薄壁空間結構的曲面形式很多。如筒殼和雙曲殼。

　　筒殼一般由殼板、邊梁和橫隔三部分組成。筒殼的空間工作是由這三部分結構協(xié)同完成的。它的跨度在30m以內是有利的。當跨度再大時，宜采用雙曲薄殼。

　　雙曲殼適用于大空間大跨度的建筑。雙曲殼又分為圓頂殼、雙曲扁殼和雙曲拋物面殼。目前圓頂?shù)闹睆娇蛇_200多米。圓頂結構可用在大型公共建筑中，如天文館、展覽館的屋蓋。圓頂結構由殼面、支座環(huán)組成。通過支座環(huán)支于垂直構件上。殼面主要承受壓力，支座環(huán)承受拉力。

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