深度了解--常用的建筑结构体系及应用

一、混合结构体系（板多为钢筋砼，墙、柱为砌体）

混合结构房屋一般是指楼盖和屋盖采用钢混凝土或钢木结构，而墙和柱采用砌体结构建造的房屋，大多用在住宅、办公楼、教学楼建筑中。

因为砌体的抗压强度高而抗拉强度很低，所以住宅建筑最适合采用混合结构，一般在6层以下。混合结构不宜建造大空间的房屋。混合结构根据承重墙所在的位置，划分为纵墙承重和横墙承重两种方案。纵墙承重方案的特点是楼板支承于梁上，梁把荷载传递给纵墙。横墙的设置主要是为了满足房屋刚度和整体性的要求，其优点是房屋的开间相对大些，使用灵活。

横墙承重方案的主要特点是楼板直接支承在横墙上，横墙是主要承重墙。其优点是房屋的横向刚度大，整体性好，但平面使用灵活性差。（横墙承重抗震性能高于纵墙承）

二、框架结枃体系（结构由梁板柱组成，侧向刚度小，抵抗水平荷载能力差，属于柔性结构）

框架结构是利用梁、柱组成的纵、横两个方向的框架形成的结构体系。它同时承受竖向荷载和水平荷载。其主要优点是建筑平面布置灵活，可形成较大的建筑空间，建筑立面处理也比较方便；主要缺点是侧向刚度较小，当层数较多时，会产生过大的侧移，易引起非结构性构件（如隔墙、装饰等）破坏进而影响使用。在非地震区，框架结构一般不超过15层。框架结构的内力分析通常是用计算机进行精确分析。常用的手工近似法是：竖向荷载作用下用分层计算法；水平荷载作用下用反弯点法。风荷载和地震作用可简化成节点上的水平集中力进行分析。

框架结构梁和柱节点的连接构造直接影响结构安全、经济及施工的方便。因此，对梁与柱节点的混凝土强度等级，梁、柱纵向钢筋伸入节点内的长度，梁与柱节点区域的钢筋的布置等，都应符合规范的构造规定。

三、剪力墙体系（结构全部由墙、板组成，柱梁为暗柱、暗梁与剪力墙为一体，侧向刚度大）

剪力墙体系是利用建筑物的墙体（内墙和外墙）做成剪力墙来抵抗水平力。剪力墙一般为钢筋混凝土墙，厚度不小于160mm。剪力墙的墙段长度不宜大于8m，适用于小开间的住宅和旅馆等。在180m高度范围内都可以适用。剪力墙结构的优点是侧向刚度大，水平荷载作用下侧移小；缺点是剪力墙的间距小，结构建筑平面布置不灵活，不适用于大空间的公共建筑，另外结构自重也较大。因为剪力墙既承受垂直荷载，也承受水平荷载。对高层建筑主要荷载为水平荷载，墙体既受剪又受弯，所以称剪力墙。剪力墙按受力特点又分为两种：

1、整体墙和小开口整体墙

没有门窗洞口及洞口较小可以忽略其影响的墙称为整体墙，门窗洞口稍大一点的墙，可称为小开口整体墙。整体墙和小开口整体墙基本上可以采用材料力学的计算公式进行内力分析。

2、双肢剪力墙和多肢剪力墙

开一排较大洞口的剪力墙叫双肢剪力墙。开多排较大洞口的剪力墙叫多肢剪力墙。由于洞口开得较大，截面的整体性已经破坏，通常用计算机进行剪力墙的分析，精确度较高。剪力墙成片状（高度远远大于厚度），两端配置较粗钢筋并配箍筋形成暗柱，并应配置腹部分布钢筋。暗柱的竖筋和腹部的竖向分布筋共同抵抗弯矩，水平分布筋抵抗剪力。当剪力墙的厚度大于160mm时应采用双层双向配筋，钢筋直径不应小于8mm。

连梁的配筋非常重要，纵向钢筋除满足配筋量外还要有足够的锚固长度。箍筋除满足配筋量以外，还有加密的要求。（纵筋够长、箍筋加密）

四、框架-剪力墙结构（结构由墙、板、柱、梁组成，侧向刚度较框架结构好，较全剪力墙结构差）

框架-剪力墙结构是在框架结构中设置适当剪力墙的结构。它具有框架结构平面布置灵活，空间较大的优点，又具有侧向刚度较大的优点。框架-剪力墙结构中，剪力墙主要承受水平荷载，竖向荷载主要由框架承担（剪竖框）。框架-剪力墙结构可以适用于不超过170m高的建筑。

横向剪力墙宜均匀对称布置在建筑物端部附近、平面形状变化处。纵向剪力墙宜布置在房屋两端附近在水平荷载的作用下，剪力墙好比固定于基础上的悬臂梁，其变形为弯曲型变形，框架为剪切型变形。框架与剪力墙通过楼盖连系在一起，并通过楼盖的水平刚度使两者具有共同的变形。在一般情况下，整个建筑的全部剪力墙至少承受80%的水平荷载。

五、筒体结构（全封闭无开口的剪力墙结构，类似一根空心柱插在地上）

在高层建筑中，特别是超高层建筑中，水平荷载愈来愈大，起着控制作用。筒体结构便是抵抗水平荷载最有效的结构体系。它的受力特点是，整个建筑犹如一个固定于基础上的封闭空心筒式悬臂梁来抵抗水平力。筒体结构可分为框架-核心简结构、筒中简结构以及多筒结构等。框筒为密排柱和窗下裙梁组成，亦可视为开窗洞的筒体。内简一般由电梯间、楼梯间组成。内简与外简由楼盖连接成整体，共同抵抗水平荷载及竖向荷载。这种结构体系可以适用于高度不超过300m的建筑。多筒结构是将多个简组合在一起，使结构具有更大的抵抗水平荷载的能力。

砌体结构（15m）。

混合体系（6层）：优点：纵墙方案开间大、灵活，横墙方案整体好、不灵活：缺点:空间小。

框架体系（15m）：优点：较大空间、灵活、立面处理方便；缺点：侧向刚度小、侧移大。

剪力体系（180m）：优点：向刚度大、侧移小；缺点：间距小、不灵活、空间小、自重大。

框-剪结构（170m）：优点：灵活、刚大、空间大。

简体结构（300m）。

六、桁架结构体系

桁架是由杆件组成的结构体系。在进行内力分析时，节点一般假定为较节点，当荷载作用在节点上杆件只有轴向力，其材料的强度可得到充分发挥。桁架结构的优点是可利用截面较小的杆件组成截面较大的构件。单层厂房的屋架常选用桁架结构。

屋架的弦杆外形和腹杆布置对屋架内力变化规律起决定性作用。同样高跨比的屋架，当上下弦成三角形时，弦杆内力最大；当上弦节点在拱形线上时，弦杆内力最小。屋架的高跨比一般为1/6~1/8较为合理。一般屋架为平面结构，平面外刚度非常弱。在制作运输安装过程中，大跨屋架必须进行吊装验算。桁架结构在其他结构体系中也得到采用。如拱式结构单层钢架结构等体系中，当断面较大时，亦可用桁架的形式。

七、网架结构

网架是由许多杆件按照一定规律组成的网状结构。网架结构可分为平板网架和曲面网架。它改变了平面桁架的受力状态，是高次超静定的空间结构。平板网架采用较多，其优点是：空间受力体系，杆件主要承受轴向力，受力合理，节约材料（如上海体育馆，直径110m，用钢量仅（49kg/m2），整体性能好，刚度大，抗震性能好。杆件类型较少，适于工业化生产。

平板网架可分为交叉桁架体系和角锥体系两类。角锥体系受力更为合理，刚度更大。

网架的高度主要取决于跨度，网架尺寸应与网架高度配合决定，腹杆的角度以45°为宜。网架的高度与短跨之比一般为1/15左右。网架杆件一般采用钢管，节点一般采用球节点。网架制作精度要求高。安装方法可分为高空拼装（搭设脚手架高空进行杆件或小单元拼装）和整体安装两类（地面拼装好之后整体提升或吊架）。

八、拱式结构

1、拱的受力特点与适用范围

拱是一种有推力的结构，它的主要内力是轴向压力，可利用抗压性能良好的混凝土建造大跨度的拱式结构。由于拱式结构受力合理，在建筑和桥梁中被广泛应用。它适用于体育馆、展览馆等建筑中。

2、拱的类型

按照结构的组成和支承方式，拱可分为三较拱、两较拱和无较拱。工程中，后两种拱采用较多。拱是种有推力的结构，拱脚必须能够可靠地传承水平推力。

解决这个问题非常重要，通常可采用下列措施：

（1）推力由拉杆承受；（如上图中带拉杆的三较拱和两较拱）

（2）推力由两侧框架承受。（如上图中无较拱）

九、悬索结构

悬索结构，是比较理想的大跨度结构形式之一，在桥梁中被广泛应用。目前，悬索屋盖结构的跨度已达160m，主要用于体育馆、展览馆中。悬索结构的主要承重构件是受拉的钢索，钢索是用高强度钢绞线或钢丝绳制成。悬索结构可分为单曲面与双曲面两类。单曲拉索体系构造简单，屋面稳定性差。双曲拉索体系，它由承重索和稳定索组成。

十、薄壁空间结构

薄壁空间结构，也称壳体结构。它的厚度比其他尺寸（如跨度）小得多，所以称薄壁。它属于空间受力结构，主要承受曲面内的轴向压力，弯矩很小。它的受力比较合理，材料强度能得到充分利用。薄壳常用于大跨度的屋盖结构，如展览馆、俱乐部、飞机库等。

薄壳结构多采用现浇钢筋混凝土，费模板、费工时。薄壁空间结构的曲面形式很多。如简壳和双曲壳。简壳一般由壳板、边梁和横隔三部分组成。简壳的空间工作是由这三部分结构协同完成的。它的跨度在30m以内是有利的。当跨度再大时，宜采用双曲薄壳。

双曲壳适用于大空间大跨度的建筑。双曲壳又分为圆顶壳、双曲扁壳和双曲抛物面壳。目前圆顶的直径可达200多米。圆顶结构可用在大型公共建筑中，如天文馆、展览馆的屋盖。圆顶结构由壳面、支座环组成。通过支座环支于垂直构件上。壳面主要承受压力，支座环承受拉力。

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