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建筑结构分类

2021/02/15

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多高层建筑结构体系的分类:

  多高层房屋结构体系包括水平结构体系(楼、屋盖系统)和竖向结构体系(墙、柱)。其中水平结构体系中的楼(屋)盖结构承受并传递竖向荷载给竖向构件。并作为刚性楼盖利用其平面内的无限刚度协调各抗侧构件的变形和位移;竖向构件承受并传递竖向荷载。竖向结构体系的墙、柱与水平结构体系中的梁板共同组成房屋的抗侧空间结构,共同抵抗侧向力作用。多高层建筑的结构体系主要有框架结构、剪力墙结构、框架—剪力墙结构、框支剪力墙结构,高层建筑结构体系中还有筒体结构(包括框架—核心筒结构、筒中筒结构)以及其他复杂高层结构形式,如带转换层高层建筑结构形式,多塔结构形式,另外还有型钢—混凝土构件组合的混合结构形式等。

下面就常见的几种结构体系作一些阐述。

  1. 框架结构体系

  框架结构体系由框架梁、柱、板等主要构件组成。按照框架布置方向的不同,框架结构体系可分为横向布置、纵向布置和双向布置三种框架结构形式。横向框架布置形式是20世纪90 年代以前常用的一种框架布置形式。由于当时的条件限制,内力分析主要是采用手算方式进行,计算机辅助设计只能进行简单的平面框架内力分析,所以房屋建筑往往布置为横向框架、纵向联系梁的结构形式,其特点是横向框架承担竖向荷载和平行于房屋横向的水平荷载。纵向框架布置形式也是一种平面框架类型,其特点是纵向框架承担竖向荷载和沿纵向水平荷载作用,而横向通过联系梁将竖向荷载传递到框架柱,同时联系梁与框架立柱形成横向框架并承担沿横向的水平力作用。在有抗震要求的房屋设计中,要求框架必须纵横向布置,形成双向框架结构形式,以抵抗水平荷载及地震作用,双向框架作用结构布置形式具有较强的空间整体性,可以承受各个方向的侧向力,与纵、横向布置的单向框架比较,具有较好的抗震性能。框架结构的特点是柱网布置灵活,便于获得较大的使用空间。延性较好,但横向侧移刚度小,水平位移大。比较适用于大空间的多层及层数较少的高层建筑。框架结构的变形特征为剪切型。

  2. 剪力墙结构体系

  剪力墙结构体系是指竖向承重结构由剪力墙组成的一种房屋结构体系。剪力墙的主要作用除承受并传递竖向荷载作用外,还承担平行于墙体平面的水平剪力。《建筑抗震设计规范》GB 50011—2001 把剪力墙称为抗震墙。剪力墙承受竖向荷载及水平荷载的能力都较大。其特点是整体性好,侧向刚度大,水平力作用下侧移小,并且由于没有梁、柱等外露构件,可以不影响房屋的使用功能。缺点是不能提供大空间房屋,结构延性较差。剪力墙结构适用范围较大,从十几层到几十层都很常见,由于剪力墙结构能承受更大的竖向力和水平力作用,横向刚度大,因此比框架更适合用于高层建筑的结构体系布置中。由于剪力墙结构提供的房屋空间一般较小,所以比较适合用于宾馆、住宅等建筑类型。当在下部一层或几层需要更大空间时,往往在下部取消部分剪力墙,形成框支剪力墙结构。剪力墙结构的变形特征是弯曲型。

  3. 框架-剪力墙结构体系

  框架-剪力墙结构体系是指由框架和剪力墙共同作为竖向承重结构的多(高)层房屋结构体系。系由于框架的主要特点是能获得大空间房屋,房间布置灵活,而其主要弱点是侧向刚度小,侧移大。而剪力墙结构侧向刚度大,侧移小,但不能提供灵活的大空间房屋。框架-剪力墙结构体系则充分发挥他们各自的特点,既能获得大空间的灵活空间,又具有较强的侧向刚度。所以这种结构形式在房屋设计中比较常用。在框架-剪力墙结构体系中,框架往往只承受并传递竖向荷载,而水平荷载及地震作用主要由剪力墙承担。一般情况下,剪力墙可承受70%~90%的水平荷载作用。剪力墙在建筑平面上的布置,应按均匀、分散、对称周边的原则考虑,并宜沿纵横两个方向布置。剪力墙宜布置在建筑物的周边附近,恒载较大处及建筑平面变化处和楼梯间和电梯的周围;剪力墙宜贯穿建筑物的全高,宜避免刚度突变;剪力墙开洞时,洞口宜上下对齐。建筑物纵(横)向区段较长时,纵(横)向剪力墙不宜集中布置在端开间,不宜在变形缝两侧同时设置剪力墙。框架-剪力墙的变形特征弯剪型。

  4. 筒体结构体系筒体结构

  主要包括框架-核心筒结构与筒中筒结构。框架核心筒结构由实体核心筒和外框架构成。一般将楼电梯间及一些服务用房集中在核心筒内;其他需要较大空间的办公用房、商业用房等布置在外框架部分。核心筒实体是由两个方向的剪力墙构成的封闭的空间结构,它具有很好的整体性与抗侧刚度,其水平截面为单孔或多孔的箱形截面。它既可以承担竖向荷载,又可以承担任意方向的水平侧向力作用。由于核心筒在高层建筑中往往布置在平面的中心部位,而在其四周布置功能空间,核心筒也因此而得名。结构筒中筒结构是由实体的内筒与空腹的外筒组成,空腹外筒是由布置在建筑物四围的密集立柱与高跨比很大的横向窗间梁所构成的一个多孔筒体。筒中筒结构体系具有更大的整体性和抗侧刚度,因此适用于高度很大的建筑。除上述两种筒体结构形式外,还有多重筒结构、成束筒结构等。筒体为适应各种建筑功能的要求,还可以与框架或剪力墙相结合,形成各自独特的结构方案。

  5. 混合结构体系

  混合结构体系是由多种不同材料构件组成的结构体系。如:钢管混凝土构件和型钢混凝土构件等。由于不同材料制成的构件有不同的特征,并且各自有其明显的优点,采用混合结构的目的就是通过对各种材料构件的优化组合,来充分发挥各种材料及构件的优越性能。钢管混凝土构件是有效利用混凝土的约束强度,在三向约束下,混凝土的抗压强度比单向抗压强度可提高几倍。利用这一特点而组合的钢管混凝土最适合用于以受压为主的轴心受压及小偏心受压柱及其他受压构件。型钢混凝土构件是在混凝土中主要配置型钢的构件。一般也配置一些构造钢筋及辅助 受力钢筋。它可以制作成柱、梁、剪力墙、筒体等竖向传力构件。型钢混凝土的特点是强度高、刚度大、截面小、延性好、防火性能好。建筑师常常将其与钢结构混合使用来建设超高层建筑。即下部采用型钢混凝土构件,上部为钢结构,以增大建筑的刚度,减少水平荷载作用下的侧移。型钢混凝土结构还可以与钢筋混凝土结构混合使用。