房屋建筑学,民用建筑结构体系

bdqnwqk9个月前基础14

高层建筑结构体系
高层建筑结构型式,应根据房屋性质、层数、高度、荷载作用、物质技术条件等因素来加以选择。
一、从建筑材料来划分高层建筑的结构型式
从建筑材料来划分高层建筑的结构形式
(一)砖石结构
砖石结构强度较低、自重大、抗震性能差,在我国只用于6层及其以下民用房屋,在国外轻质高强空心砖的强度可达40~70MPa,因此砖石结构房屋也可用于8~18层的住宅建筑。
(二)钢结构
钢结构具有自重轻、强度高、并具有延性、能承受较大的变形、施工快、便于装配等特点。在国外钢结构用于高层建筑较为普遍,我国由于钢材小、造价高,故一般多在超高层建筑采用。
(三)钢筋混凝土结构
同砖石结构相比,钢筋混凝土结构具有强度高、刚度好、抗震性好,与钢结构相比耐火、耐久性强、材料来源丰富,因此在我国高层建筑中得到广泛应用。
二、高层建筑的结构体系
高层建筑的结构体系
高层建筑结构分水平、垂直承重结构,这里主要讲垂直承重结构,它是高层建筑结构中的重要组成部分。
垂直结构要求具有足够的抗压强度,而水平荷载则要求结构具有足够的抗弯、抗剪强度和刚度,由于各种结构抗压抗侧力是同荷载大小及种类有关,因此形成了不同结构体系,现分述如下:
(一)纯框架体系
1.结构特征、优缺点和适用范围
纯框架体系是指竖向承重结构全部由框架组成。在水平荷载下,本体系强度低、刚度小、水平位移大,称为柔性结构体系。
纯框架体系在高烈度地震区不宜采用。目前主要用于10层左右住宅楼及办公楼。过高则因水平荷载所引起的柱中弯矩加大,使底层柱断面过大而影响使用。框架体系因只有框架柱承重而形成较大的灵活空间,使建筑平面布置不受限制。
2.柱网布置及尺寸
框架柱的断面常为矩形,根据需要也可以设计成T形、I形和其他形状。横梁断面常为矩形或T形,有时为了提高房屋净高度而做成花篮形。
柱网布置首先应满足使用要求,并使结构布置合理、受力明确、直接、施工方便,在进行综合经济、技术比较后,选用合适的柱网。
根据我国情况,住宅建筑开间一般在3.3~4.5m,公共建筑开间可达6.6~7.5m。框架梁跨度通常在4~9m之间。梁截面可以根据梁的跨度进行估算来确定。梁高h可按力大小在h=(1/10~1/15)L范围选用。其中L为梁的跨度。梁宽b取梁高的(1/2~1/3)h,由于施工要求,梁宽还应比柱子宽度小5cm左右,以便梁的两侧钢筋不与柱竖钢筋相碰。
柱的截面尺寸可按轴心受压估算,估算压力值可提高20%~40%,中柱取低值,边柱取高值。
(二)纯剪力墙体系
1.结构特征、优缺点及适用范围
纯剪力墙体系,是指该体系中竖向承重结构全部由一系列横向和纵向的钢筋混凝土剪力墙所组成,这种体系侧向刚度大、侧移小,称为刚性结构体系。
剪力墙通常为横向布置,间距小,约为3~6m,因此平面布置不灵活,仅适用于小开间的高层住宅、旅馆、办公楼等,本体系从理论上讲可建造上百层的民用建筑,但从技术经济考虑,地震区的剪力墙体系一般控制在35层,总高110m以内,非地震区可适当放宽。
由于使用需要,剪力墙体系底层部分剪力墙改为框架,形成框支剪力墙结构,但这种结构的上剖刚度与底层刚度相差悬殊,刚度突变,对地震区建筑是不利的。
2.剪力墙的结构布置
全部由剪力墙承重,使房屋有足够的刚度来抵抗水平荷载。在民用建筑中,一般是横墙短而数量多,纵墙长而数量少,因此纵横向剪力墙布置应适应这一特点。
(1)横向布置剪力墙。楼板支承在横墙上,横墙间距即楼板的跨度,通常剪力墙的间距为3~6.6m。这种布置方式刚度较好,但空间小,多用于住宅、旅馆等。
(2)纵向布置剪力墙。楼板支承在纵墙上,根据建筑物的宽度可布置2~4道纵墙。这种布置方式的缺点是建筑物的刚度较差,但空间较大。
(3)纵横向布置剪力墙。大梁支承在纵墙上,板支承在横墙上。在塔式高层建筑中,由于建筑平面纵横两个方向长度差别不大,采用此种方式较合理。
(三)框架—剪力墙体系
1.结构特征、优缺点和适用范围
在框架体系中适当布置能抵抗水平推力的墙体,并使框架柱、楼板有可靠连接而形成的结构体系。房屋的竖向荷载由框架柱和剪力墙共同承担,而水平荷载则主要由刚度较大的剪力墙来承受。
框架—剪力墙体系既有框架结构布置灵活的优点,又能承受水平推力,因此是目前高层建筑常采用的结构形式。一般适用于25层以下的建筑,总高度在90m以内。
2.结构布置原则
框架一剪力墙体系中,框架结构布置方法与纯框架结构布置相同,关键是如何合理布置剪力墙的位置,达到既满足建筑使用空间要求,又达到剪力墙能承受大部分水平推力,所以,剪力墙的数量、间距、位置等布置合理与否,对高层框——剪结构受力、变形及经济影响很大。下面就其布置原则和要求分述如下:
(1)剪力墙的平面位置。在进行建筑平面设计时应同时考虑到剪力墙的位置,使建筑和结构能相互协调。
1)地震区剪力墙应沿房屋纵、横两个方向布置,非地震区,仅沿横向布置剪力墙。
2)剪力墙宜对称布置,设在建筑物端部、平面形状变化及静载大的部位。
3)剪力墙中心线应与框架柱截面重心线重合,并使剪力墙与柱布置在一起形成 П 、L、T、一字形。
(2)剪力墙沿高度方向布置。
1)剪力墙宜贯通房屋的全高,其截面厚度应不变,防止刚度剧烈变化。
2)在框—剪体系中剪力墙尽量不开洞,如必需开洞应布置在中部,开洞面积与剪力墙面积之比小于0.16。
3)剪力墙的间距。剪力墙间距不宜过大,使楼板平面内的刚度足够大,从而保证框架与剪力墙侧移一致,可靠地传递水平荷载,因此要求在现浇楼板中L/B≤4(式中L——剪力墙间距;B——房屋宽度);在现浇面层的装配式钢筋混凝土楼板中的L/B≤2.5。
4)剪力墙的数量。合理地确定剪力墙的数量,保证剪力墙能够承担80%~90%的水平力,用“壁率”这一指标表示。所谓“壁率”是指每平方米建筑面积中剪力墙水平截面的长度(cm/m2)。一般取“壁率”为12~50cm/m2。