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1、结构与建筑的关系,9.1 概述,建筑设计与结构设计是整个建筑设计过程中的两个最重要的环节，对整个建筑物的外观效果、结构稳定起着至关重要的作用。 二者之间又存在着相互协调、互相制约的关系。 任何一个建筑设计方案，都会对具体的结构设计产生影响，而有限的结构设计技术水平又制约着建筑设计层次。,9.2 墙体承重体系,9.2.1 生土建筑定义：指主要用未焙烧而仅作简单加工的原状土为材料，营造主体结构的建筑。 优点：就地取材，易于施工，造价低廉，冬暖夏凉，节省能源；融于自然，有利于环境保护和生态平衡。缺点：开间不大，布局受限制，日照不足，通风不畅、潮湿。,分类：,按材料、结构和建造工艺区分：黄土窑洞、土坯
2、窑洞、土坯建筑、夯土墙或草泥垛墙建筑、各种“掩土建筑”、以及夯土的大体积构筑物。 按营建方式和使用功能区分：窑洞民居、其他生土建筑民居、以生土材料建造的公用建筑(如城垣、粮仓、堤坝等)。,下沉式窑洞,独立式窑洞,夯土墙土筑建筑,土坯墙,土坯墙土筑建筑,9.2.2 砌体结构,定义：以砌体为主制作的结构称为砌体结构。 材料：砖、石、砌块 优点：容易就地取材。良好的耐火性和较好的耐久性。砌筑时不需要模板和特殊的施工设备。在寒冷地区，冬季可用冻结法砌筑，不需特殊的保温措施。隔热和保温，既是较好的承重结构，也是较好的围护结构。 缺点： 强度较低，构件截面尺寸较大，材料用量多，自重大。砌筑基本上是手工方式
3、，施工劳动量大。抗拉和抗剪强度都很低，抗震性能较差，在使用上受到一定限制；砖、石的抗压强度也不能充分发挥。粘土砖需用粘土制造，在某些地区过多占用农田，影响农业生产。,安徽毫州的花戏楼是砖石建筑,砌体结构形式,宿舍、住宅、办公楼等，房间的开间较小（m），横墙相对较多，间距小，内外纵墙拉接成整体，结构整体性好，空间刚度大，对抵抗水平荷载及地基不均匀沉降较为有利。外纵墙仅起围护作用，在外纵墙上开设门窗洞口及立面处理较为灵活。但由于横墙较多，使材料用量及砌筑工作量相对较大。,1. 横墙承重体系,中小型工业厂房、食堂、教学楼，房间的进深相对较小，宽度相对较大，需将楼板直接支承在纵墙上或将楼板支承在大梁上
4、，而大梁支承在纵墙上。这类房屋中纵墙承受板或大梁传来的竖向荷载，再由纵墙传至基础和地基。因此，称为纵墙承重体系。在纵墙上开设门窗洞时受到一定的限制。,2.纵墙承重体系,办公楼、医院等建筑中，根据房屋的开间和进深的要求以及结构布置的合理性，常常是将上述两种承重体系结合起来，布置成纵横墙承重体系。 纵横墙承重体系的房间及楼盖平面布置比较灵活，房间可以有较大的空间，且房间的空间刚度也较好，纵横墙的受力比较均匀。,、纵横墙承重体系,9.3 骨架承重体系,中国传统的木结构，是一种由柱子与梁架结合而成的梁柱结构体系。又分为抬梁式、穿斗式、 干栏式与井干式四种形式，而以抬梁式与穿斗式结构最为多见。木结构建筑
5、中还发展了独具特色的斗拱体系。,9.3.1 木构架结构,人字叉手构架,屋架式屋顶,沿房屋进深方向，柱子支撑大梁，大梁上再放置较短的柱，层层叠置成梁架，再放置在柱顶或柱网上的水平铺作层上。梁架上的梁层层缩短。每层之间垫置较短的蜀柱（或童柱）及驼峰（或柁墩）。最上层梁上板的中部，立蜀柱（或脊瓜柱）或三角形的大叉手，形成一个类似三角形屋架的结构形式。大多应用于官式建筑与北方民间建筑中。 明清时代的官式建筑，在结构上又分为大式与小式两种。大式结构的等级较高，檐下一般用斗拱；小式建筑的等级较低，规模也较小。,抬梁式木结构,平遥镇国寺,钟氏祠堂抬梁,宋营造法式中称为铺作，清工部工程做法中称斗科，通称为斗拱
6、。斗是斗形木垫块，拱是弓形的短木。拱架在斗上，向外挑出，拱端之上再安斗，逐层纵横交错叠加，形成上大下小的托架。 起着承上启下、传递荷载的作用 ； 使建筑物出檐更加深远，造形更加优美、壮观 。,斗拱,穿斗式（又称穿逗式）构架 用较密集的柱子支撑上部的梁架，承托屋面椽子与望板的檩子直接放在柱头上， 柱头之上不设大梁及叠置的梁架，只在柱间使用一些穿枋，以保证柱间的横向联系。,主要用于潮湿地区。 房屋的底层用较短的柱子架空，柱端上铺木板，形成室内的地面，地板之上架设类似穿斗式结构的木构架。再在木构架上铺设椽子与挂瓦， 在云贵少数民族地区，还用草葺屋顶的形式。,干栏式结构,是一种用圆形、矩形或六角形木料
7、，平行向上层层叠置而成的结构形式。相互交叉的圆形或矩形木料，在房屋的转角处交叉和咬合，使结构形成一个整体，并起到围合墙体的作用。 井干式结构的屋顶，也是在两个山面墙上放置短立柱，呈托脊檩，形成两坡的形式。,井干式结构,云南井干式民居,9.3.2 框架结构,由梁、柱组成的框架作为竖向承重和抗水平作用的结构体系，外、内墙只起分隔空间作用。 刚度方面：较剪力墙与结构体系差。 适用于多层建筑物。 有钢筋混凝土框架、钢框架和混合结构框架三类。 优点：可以较灵活地配合建筑平面布置，利于安排需要较大空间的建筑结构。同时其梁、柱构件易于标准化、定型化，便于采用装配整体式结构，以缩短施工工期。,框架结构的承重方
8、案,(1)横向框架承重实际结构中应用较多主梁沿房屋横向布置，板和连系梁沿房屋纵向布置图(a)。竖向荷载主要由横向框架承受，横梁截面高度较大，有利于增加房屋的横向刚度。(2)纵向框架承重实际结构中应用较少主梁沿房屋纵向布置，板和连系梁沿房屋横向布置图(b)。 横向只设置截面高度较小的连系梁，有利于楼层净高的有效利用，房屋横向刚度较差。(3)纵、横向框架承重房屋的纵、横向都布置承重框架图(c)。 楼盖常采用现浇双向板或井字梁楼盖。当柱网平面为正方形或接近正方形或当楼盖上有较大活荷载时，多采用这种承重方案。,柱网的形式： 对工业厂房，常采用内廊式、等跨式与不等跨式。 内廊式对称三跨(a) ，边跨跨度
9、a，c可为6 m、6.6 m、6.9 m等，中间跨为走廊，b可取2.43 m。开间方向柱距d可取3.68 m。 等跨式适用于厂房、仓库、商店等 (b) ，其进深方向柱距a常为6 m、7.5 m、9 m、12 m等，开间方向柱距d一般为6 m。 对称不等跨常用于建筑平面宽度较大的厂房( c) 。常用的柱网有(5.8+6.2+6.2+5.8)m6.0m、(7.5+7.5+12.0 +7.5+7.5) m6.0 m、(8.0+12.0+8.0)m6.0 m等。,在办公楼建筑中，一般是两边为办公室，中间为走道，这时可将中柱布置在走道两侧，如图 (a)所示。而当房屋进深较小时，也可取消一排柱子，布置成两
10、跨框架，如图 (b)所示。,在宾馆建筑种，一般两边是客房，中间为走道，柱网布置可有两种方案:一是将柱子布置在走道两侧成对称三跨式(a)，另一种是将柱子布置在客房与卫生间之间，即将走道与两侧的卫生间并为一跨，边跨仅布置客房(b)。该形式也是对称三跨式，但跨度相对均匀，受力较好。,A级和B级高度钢筋混凝土高层建筑的最大适用高度（m）,9.3.3 剪力墙结构,剪力墙结构指的是钢筋混凝土剪力墙结构。 由配筋混凝土墙体作为承受竖向力和风与地震等水平力构件的结构体系，也称为抗震墙结构。 优点：侧向刚度大，抗震性能好；平面布置灵活，套型设计丰富，墙体抗裂、抗渗性能好，节点都为现浇，容易达到“无渗漏”工程的标
11、准。 缺点：自重大，基坑围护和基础成本高，保温性能较差，须采用保温砂浆等保温材料和施工工艺。 目前，我国高层住宅采用最广的结构体系是钢筋混凝土剪力墙，上海最高已应用到层的高层住宅。,9.3.4 框架剪力墙结构,定义 ：在同一结构中同时采用框架和剪力墙结构，共同承受竖向和水平荷载，可以起到取长补短的作用，简称框剪结构。 优点： 由于框架和剪力墙的的协同工作，与框架结构相比，其抗侧刚度和承载能力大大提高，在地震作用下侧移小，非结构性破坏一般较轻，抗震性能较好。,框架剪力墙结构中剪力墙的布置一般按照“均匀、对称、分散、周边”的原则布置。 均匀对称地布置在建筑物的周边附近、楼电梯间、平面形状变化及恒载
12、较大的部位； 纵向剪力墙宜布置在结构单元的中间区段内； 剪力墙宜设计成周边有梁柱(或暗梁柱)的带边框剪力墙。纵横向相邻剪力墙宜连接在一起形成L形、T形及口形等，以增大剪力墙的刚度和抗扭能力。 剪力墙宜贯通建筑物全高，沿高度墙的厚度宜逐渐减薄，避免刚度突变。,9.3.5 筒体结构,平面剪力墙组成空间薄壁筒体或框架通过减小柱距，形成空间密柱框筒。这些以一个或多个简体来抵抗水平力的结构便是筒体结构。 以空间整体受力为特征，具有很大的抗侧力刚度和承载力，并有很好的抗扭刚度。 包括框筒结构、筒中筒结构、框架核芯筒结构、多重筒结构和束筒结构等 。,框筒结构是由周边密集柱和高跨比很大的窗裙梁所组成的空腹简结
13、构（a）。 为减少楼盖结构的内力和挠度，中间往往要布置一些柱子， 以承受楼面竖向荷载（b）。,在高层建筑中，往往有一定数量的电梯间或楼梯间及设备井道，这时可把电梯间、楼梯间及设备井道的墙布置成钢筋混凝土墙 ，为充分利用建筑物四周的景观和采光，楼电梯间等服务性用房常位于房屋的中部，核芯筒也因此而得名。因筒壁上仅开有少量洞口，故有时也称为“实腹筒”。核芯筒一般不单独作为承重结构，而是与其他结构组合形成新的结构型式。当把框筒结构与核芯筒结合在一起时，便成为简中筒结构。典型的筒中筒结构如图（c）所示。,筒中筒结构外部柱距较密，常常不能满足建筑设计中的要求。有时建筑布置上要求外部柱距在45m或更大，这时
14、，周边柱已不能形成筒的工作状态，而相当于空间框架的作用，这种结构称为框架核芯筒结构，见图(d)。,多重筒结构 当建筑物平面尺寸很大或当内筒较小时，内外筒之间的距离较大，即楼盖结构的跨度变大，这样势必会增加楼板厚度或楼面大梁的高度。为降低楼盖结构的高度，可在筒中简结构的内外筒之间增设一圈柱或剪力墙，如果将这些柱或剪力墙连接起来使之亦形成一个筒的作用，则可以认为由三个筒共同工作来抵抗侧向荷载，亦即成为一个三重筒结构，如图(e)所示。,束筒结构 当建筑物高度或其平面尺寸进一步加大，以至与框简结构或筒中筒结构可以看成若干个框筒结构的组合，它可以有效地减少外筒翼缘框架中的剪力滞后效应，使内筒或内部柱充分
15、发挥作用。如图(f)所示。,框筒结构或筒中筒结构的外筒柱距较密，常常不能满足建筑使用上的要求。为扩大底层出入洞口，减少底层柱的数目，常用巨大的拱、梁或桁架等支撑上部的柱，如图所示。,9.3.6 板柱结构,板柱结构是由楼板和柱组成承重体系的房屋结构。 它的特点是室内楼板下没有梁，空间通畅简洁，平面布置灵活，能降低建筑物层高。适用于多层厂房、仓库，公共建筑的大厅，也可用于办公楼和住宅等。 用现浇法建造的板柱结构 也称无梁楼盖。 用升板法建造的板柱结构 也称升板结构。,9.3.7 钢结构,特点1、 钢结构自重较轻 2、 钢结构工作的可靠性较高 3、 钢材的抗振（震）性、抗冲击性好4、 钢结构制造的工
16、业化程度较高 5、 钢结构可以准确快速地装配 6、 钢结构室内空间大7、 容易做成密封结构 8、 钢结构易腐蚀9、 钢结构耐火性差 10、钢结构可回收利用11、钢结构工期较短,薄壁型钢结构,是采用1.55毫米的薄钢板或带钢冷弯加工成各种截面的型钢所构成的结构。 特点：1用钢量省25左右；2结构重量轻，运输安装方便，可降低造价； 3更能充分地利用材料的力学物理性能；4成型灵活性大，可根据不同需要设计出最佳的截面形状。 缺点：刚度稳定性较差，防腐要求较严，维护费用较高。 用途：此种结构一般用于民用建筑和跨度不大、屋面荷载较小、设备较轻的工业厂房。也可用于楼、屋面板、幕墙结构等。,钢结构的连接方式可分为焊接连接、螺栓连接和铆钉连接三种。螺栓连接又分为普通螺栓连接和高强螺栓连接两种。,建设中的上海卢浦大桥,高强度螺栓在施工中,
