建筑结构与选型
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建筑结构与选型
第一节概述
一、建筑结构的定义
建筑结构是形成一定空间及造型，并具有承受人为和自然界施加于建筑物的各种荷载作用，使建筑物得以安全使用的骨架，用来满足人类的生产、生活需求以及对建筑物的美观要求。
建筑结构是在建筑中，由若干构件（如梁、板、柱等）连接而构成的能承受各种外界作用（如荷载、温度变化、地基不均匀沉降等）的体系。
图 1. 建筑结构图示
二、建筑结构的组成
建筑结构一般都是由以下结构构件组成的。
1．水平构件
用以承受竖向荷载的构件。一般有：
（1）板，包括平板、曲面板、斜板。
（2）梁，包括直梁、曲梁、斜梁。
（3）桁架、网架等。
2．竖向构件
用以支承水平构件或承担水平荷载的构件。一般有：
（1）柱；
（2）墙体； （3）框架。
3．墓础
用以将建筑物所承受的所有荷载传至地基上。
三、建筑结构的类型
1．按组成建筑结构的主要建筑材料划分
（1）钢筋混凝土结构；
（2）砌体结构：砖砌体，石砌体，小型砌块，大型砌块、多孔砖砌体等；
（3）钢结构；
（4）木结构；
（5）塑料结构；
（6）薄膜充气结构。
2．按组成建筑结构的主体结构型式划分
（1）墙体结构，以墙体作为支承水平构件及承担水平力的结构；
（2）框架结构；
（3）框架—剪力墙（抗震墙）；
（4）筒体结构；
（5）桁架结构；
（6）拱型结构；
（7）网架结构；
（8）空间薄壁结构（包括薄壳、折板、幕式结构）；
（9）钢索结构（悬索结构）；
（10）薄膜结构。
3．按组成建筑结构的体型划分
（1）单层结构（多用于单层厂房、食堂、影剧场、仓库等）；
（2）多层结构（2－6 层）；
（3）高层结构（一般为 7 层以上）；
（4）大跨度结构（跨度在 40—50m 以上）。
此外尚可按建筑结构的受力特点划分为：平面结构体系与空间结构体系两大类。
第二节 多层建筑结构体系
一、多层砌体结构
（一）概述
（1）混合结构房屋是指同一房屋结构体系中，采用两种或两种以上不同材料组成的承重结构体系。
（2）砖砌体结构是指由钢筋混凝土楼（屋）盖和砖墙承重的结构体系（亦称砖混结构）。
（3）砌体结构一般是指采用钢筋混凝土楼（屋）盖和用砖或其他块体（如混凝土砌块）
砌筑的承重墙组成的结构体系。
（4）过去曾有过用木楼（屋）盖与砖墙承重组成的结构体系，称为砖木结构。目前已
很少采用。
（二）砌体结构的优缺点和应用范围
1．主要优点 （1）主要承重结构（承重墙）是用砖（或其他块体）砌筑而成的，这种材料任何地区都有，便于就地取材。常用的墙体材料有：a. 烧结普通砖：黏土砖、煤矸石砖、页岩砖、煤矸石页岩砖；b. 烧结多孔砖：黏土多孔砖（P 型、M 型）、煤矸石多孔砖、页岩多孔砖；c. 蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖；d. 混凝土小型空心砌块。
（2）墙体既是围护和分隔的需要，又可作为承重结构，一举两得。
（3）多层房屋的纵横墙体布置一般很容易达到刚性方案的构造要求，故砌体结构的刚度较大。
（4）施工比较简单，进度快，技术要求低，施工设备简单。
2．主要缺点
（1）砌体强度比混凝土强度低得多，故建造房屋的层数有限，一般不超过 7 层。
（2）砌体是脆性材料，抗压能力尚可；抗拉、抗剪强度都很低，因此抗震性能较差。
（3）多层砌体房屋一般宜采用刚性方案，故其横墙间距受到限制，因此不可能获得较大的空间，故一般只能用于住宅、普通办公楼、学校、小型医院等民用建筑以及中小型工业建筑。
（三）砖砌体房屋的墙体布置方案
图 2.建筑平面中的墙体分类示意图
纵墙：沿建筑长轴方向布置的墙。
横墙：沿建筑短轴方向布置的墙。
1．横墙承重方案
楼层的荷载通过板梁传至横墙，横墙作为主要承重竖向构件，纵墙仅起围护、分隔、自承重及形成接体作用。
优点：横墙较密，房屋横向刚度较大，整体刚度好。外纵墙不是承重墙立面处理比较方便，可以开设较大的门窗洞口。抗震性能较好。
缺点：横墙间距较密，房间布置的灵活性差，故多用于宿舍、住宅等居住建筑。
2．纵墙承重方案
其受力特点是：板荷载传给梁，再由梁传给纵墙。这时纵墙是主要承重墙。横墙只承受小部分荷载，横墙的设置主要为了满足房屋刚度和整体性的需要，其间距比较大。
优点：房间的空间可以较大，平面布置比较灵活。 缺点：房屋的刚度较差，纵墙受力集中，纵墙较厚或要加壁柱。
适用于：教学楼、实验室、办公楼、医院等。
3．纵横墙承重方案
根据房间的开间和进深要求，有时需采取纵横墙同时承重的方案。
横墙的间距比纵墙承重方案小，所以房屋的横向刚度比纵墙承重方案有所提高。
4．内框架承重方案
在外墙承重的同时，有一部分内墙采用钢筋混凝土柱代替，以取得较大的空间。
其特点：（1）横墙较少，房屋的空间刚度较差；（2）墙的带形基础与柱的单独柱基沉降不容易一致；（3）钢筋混凝土柱与砖墙的压缩，陛能不一样，容易造成不均匀变形而产生次应力，当层数较多时，在设计上应给予考虑；（4）以柱代替内承重墙，在使用上可以取得较大的空间。
适用于：教学楼、医院、商店、旅馆等建筑物。
（四）砌体房屋的构造要求
1. 要满足墙体的高厚比。
（1）砌体结构设计规范规定砖墙（或砖柱）的允许高厚比应按下式验算《砌体结构设计规范》（GB50003－－2001，6．1．1 式）：
β＝H0/h≤μ1μ2[β]式中 H0——墙、柱的计算高度，应按 《砌体结构设计规范》 GB50003－－2001 第5．1．3 条采用；
h ——墙厚或矩形柱与 H0相对应的边长；
μ1——非承重墙允许高厚比的修正系数，h＝240，μ1＝1．2；h＝90，μ1＝1．5；
μ2——有门窗洞口墙允许高厚比的修正系数，μ2＝1－0．4；
bs——在宽度 s 范围内的门窗洞口总宽度；
s ——相邻窗间墙或壁柱之间的距离。
[β]——墙、柱的允许高厚比，应按（砌体结构设计规范》表 6．1．1 采用，当与墙连接的相邻两横墙间的距离。S≤μ1μ2[β]h 时，墙的高度可不受上述限制。
（2）当高厚比不能满足要求时，可采取以下措施：
1）增加墙体厚度；
2）加设壁柱（即墙垛）；
3）加设构造柱；
4）减小横墙间距。
2．要注意控制横墙的间距。 当屋面或楼盖类别为整体式，即装配整体式和装配式无檩体系钢筋混凝土屋盖或楼盖。
且房屋静力计算方案采用刚性方案，横墙间距 S 应小于 32m。
3. 纵墙尽可能贯通。
4. 五层及五层以上房屋的墙，以及受振动或层高大于 6m 的墙、柱所用材料的最低强度等级，应符合下列要求：
（1）砖采用 MU10；
（2）砌块采用 MU7.5；
（3）石材采用 MU30；
（4）砂浆采用 M5。
5. 地面以下或防潮层以下的砌体，潮湿房间的墙，所用材料的最低强度等级应符合表６.２.２的要求。
6. 承重的独立砖柱截面尺寸不应小于 240mm×370ｍm。毛石墙的厚度不宜小于
350mm，毛料石柱较小边长不宜小于 400mm。
注：当有振动荷载时，墙、柱不宜采用毛石砌体。
7. 跨度大于 6m 的屋架和跨度大于下列数值的梁，应在支承处砌体上设置混凝土或钢筋混凝土垫块；当墙中设有圈梁时，垫块与圈梁宜浇成整体。
（1）对砖砌体为 4．8m；
（2）对砌块和料石砌体为 4．2m；
8. 当梁跨度大于或等于下列数值时，其支承处宜加设壁柱，或采取其他加强措施：
（1）对 240mm 厚的砖墙为 6m，对 180mm 厚的砖墙为 4.8m；
（2）对砌块、料石墙为 4.8m。
9．预制钢筋混凝土板的支承长度，在墙上不宜小于 l00mm；在钢筋混凝土圈梁上不宜小于 80mm；当利用板端伸出钢筋拉结和混凝土灌缝时，其支承长度可为
40mm，但板端缝宽不小于 80mm，灌缝混凝土不宜低于 C20。
10．填充墙、隔墙应分别采取措施与周边构件可靠连接。
11．山墙处的壁柱宜砌至山墙顶部，屋面构件应与山墙可靠拉结。
12．砌块砌体应分皮错缝搭砌，上下皮搭砌长度不得小于 90mm。当搭砌长度不满足上述要求时，应在水平灰缝内设置不少于 2ø4 的焊接钢筋网片（横向钢筋的间距不宜大于200mm），网片每端均应超过该垂直缝，其长度不得小于
300mm。
13．砌块墙与后砌隔墙交接处，应沿墙高每 400mm 在水平灰缝内设置不少于
2ø4、横筋间距不大于 200mm 的焊接钢筋网片。
14．混凝土砌块房屋，宜将纵横墙交接处、距墙中心线每边不小于 300mm 范围内的孔洞，采用不低于 C20 灌孔混凝土灌实，灌实高度应为墙身全高。
(五) 多层砖砌体房屋的楼盖
1. 装配式楼盖，由预制板和预制梁组成。
2. 现浇楼盖，一般由现浇楼板和现浇梁组成。
注： 多层砌体房屋的抗震 构造措施详见《建筑抗震设计规范》GB 50011 2010
。
二、框架结构体系
（一）框架结构的优点与缺点
1.基本概念
框架是由梁和柱刚性连接的骨架结构。
2．框架结构的优点
（1）框架结构所用的钢筋混凝土或型钢有很好的抗压和抗弯能力，因此，可以加大建筑物的空间和高度。
（2）可以减轻建筑物的重量。
（3）有较好的抗震能力。
（4）有较好的延性。
（5）有较好的整体性。
3．框架结构的缺点
因构件截面尺寸不可能太大故强度和刚 图 3.框架结构示意图度受到一定限制，因此房屋的高度受到限制。
（二）框架结构的类型
1．按构件组成划分为两种类型
（1）梁板式结构。由梁、板、柱三种基本构件组成骨架形成的框架结构。
（2）无梁式结构。由板和柱子组成的结构。
2．按框架的施工方法划分为四种类型
（1）现浇整体式框架：框架全部构件均在现场现浇成整体。
1）整体性和抗震性能好；
2）构件尺寸不受标准构件限制。
（2）装配式框架：框架全部构件采用预制装配：
1）可加速施工进度，提高建筑工：业化程度；
