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1、房屋房屋建筑学建筑学 第第9 9章章 结构设计结构设计 主要任务：主要任务： 根据国家有关建筑方针政策和设计规范、标准，以建筑方案根据国家有关建筑方针政策和设计规范、标准，以建筑方案为设计条件进行为设计条件进行建筑承重体系的设计建筑承重体系的设计，主要任务是，主要任务是: 结构选型；结构选型； 结构布置；结构布置； 结构受力分析；结构受力分析； 结构构件设计。结构构件设计。 由结构工程师来完成。由结构工程师来完成。建筑与结构建筑与结构 的关系：的关系： 建筑建筑是功能的空间描述；是功能的空间描述； 结构结构是空间的表达手段；是空间的表达手段；明确建筑、结构的统一关系明确建筑、结构的统一关系掌握
2、选择结构体系的方法掌握选择结构体系的方法培养结构概念设计的能力培养结构概念设计的能力结构体系结构体系承承 重重 结结 构构 类类 型型墙承重结构墙承重结构夯土墙建筑、砌体墙结构夯土墙建筑、砌体墙结构;、 钢筋混凝土剪力钢筋混凝土剪力墙结构墙结构骨架承重结构骨架承重结构木构架结构、框架结构、框架木构架结构、框架结构、框架-剪力墙结构、剪力墙结构、板柱结构、钢框架结构板柱结构、钢框架结构大跨度结构大跨度结构拱结构、刚架结构、桁架结构、拱结构、刚架结构、桁架结构、排架结构排架结构骨架结构骨架结构网架结构、悬索结构、帐篷薄膜网架结构、悬索结构、帐篷薄膜结构、充气薄膜结构、折板结构、结构、充气薄膜结构、
3、折板结构、薄壳结构薄壳结构空间结构空间结构筒体结构筒体结构筒中筒结构、成束筒结构结构、框筒结构筒中筒结构、成束筒结构结构、框筒结构 各种结构体系包含的承重结构类型各种结构体系包含的承重结构类型 墙承重结构墙承重结构 墙体承重结构墙体承重结构按照墙体施工方法和材料的按照墙体施工方法和材料的不同，可分为：不同，可分为： 夯土墙、土坯墙夯土墙、土坯墙 石砌墙石砌墙 砖砌体墙砖砌体墙 混凝土砌块墙混凝土砌块墙 现浇钢筋混凝土墙等。现浇钢筋混凝土墙等。石砌墙石砌墙实心粘土砖实心粘土砖混凝土空心砌块混凝土空心砌块多孔粘土砖多孔粘土砖粉煤灰硅酸盐砌块粉煤灰硅酸盐砌块常用的墙体承重结构：常用的墙体承重结构：
4、砖混结构砖混结构（砖墙，钢筋混凝土楼板）（砖墙，钢筋混凝土楼板） 剪力墙结构剪力墙结构（钢筋混凝土墙）（钢筋混凝土墙） 大板结构大板结构（钢筋混凝土墙板、复合墙板）（钢筋混凝土墙板、复合墙板）砖混结构砖混结构（砖墙，钢筋混凝土楼板）（砖墙，钢筋混凝土楼板）一、结构特征一、结构特征 1 结构材料：墙体-砖砌体 楼板现浇或预制钢筋混凝土板 2 力学特性：强度较低，自重大，抗震性能较差； 3 适用范围：房间开间、进深不大。在中小型民用建筑中应 用较为广泛 。二、二、 选型要点选型要点 1 房屋总高度和层数限值； 2 房屋最大高宽比限值； 3 抗震横墙最大间距限值； 4 房屋局部尺寸限值； 5 结构布
5、置要点：优先采用横墙承重或纵横墙混合承重纵横墙宜均匀对称，平面对齐，竖向连续。按要求设变形缝。楼梯间不宜在尽端和转角。三、墙体布置：三、墙体布置： 1 横墙承重； 2 纵墙承重； 3 纵横墙混合承重； 4 部分框架承重（底层或内部部分为框架）横墙承重：横墙承重： 房间开间尺房间开间尺寸大部分相同，寸大部分相同，且符合钢筋混凝且符合钢筋混凝土梁板经济跨度土梁板经济跨度的小空间建筑的小空间建筑 。纵墙承重：纵墙承重： 当房间进深当房间进深较统一，且符合较统一，且符合钢筋混凝土梁板钢筋混凝土梁板的经济跨度，但的经济跨度，但开间尺寸多样，开间尺寸多样，要求布置灵活时，要求布置灵活时，可采用纵墙承重；可
6、采用纵墙承重； 纵横墙混合承重：纵横墙混合承重： 当开间、进当开间、进深均较多样时，深均较多样时，可以考虑采用纵可以考虑采用纵横墙混合承重。横墙混合承重。 部分框架承重：部分框架承重：转角处构造柱转角处构造柱构造柱与砖墙拉结构造柱与砖墙拉结纵横墙交接处构造柱纵横墙交接处构造柱构造柱不设独立基础构造柱不设独立基础圈梁与构造柱整浇圈梁与构造柱整浇脱模后的圈梁、构造柱脱模后的圈梁、构造柱三、剪力墙结构体系构成三、剪力墙结构体系构成 1）全现浇墙 2）大型板材墙 3）内浇外砌墙 4）内浇外挂墙 5）框支剪力墙 6）框架 - 剪力墙结构全现浇钢筋混凝土剪力墙体系的高层住宅楼全现浇钢筋混凝土剪力墙体系的高
7、层住宅楼内浇外挂内浇外挂大板结构大板结构一、一、 结构特征结构特征1 结构构成 预制大板：内墙板、外墙板、楼板2 板材类型 实心板 空心板 复合板3 建筑特征 空间小： 适用于住宅、旅馆、宿舍 刚度大： 可用于地震和非地震区二、二、 选型要点选型要点 结构平面力求规则 建筑参数尽量减少 保证构件可靠连接 加强外墙板面防水n板材装配式建筑中所用的一些预制墙板板材装配式建筑中所用的一些预制墙板n板材装配式建筑板材装配式建筑1967年蒙特利尔世界博览会展出的预制装配式盒子住宅年蒙特利尔世界博览会展出的预制装配式盒子住宅 1 1 体系构成体系构成 框架框架 + + 剪力墙剪力墙 2 2 体系特点体系特
8、点 1）建筑特点 综合体建筑的功能要求 框 架：提供大空间，建筑布置灵活。 剪力墙：间距较密，空间小，建筑布置不灵活。 2）结构特点 框 架: 结构延性好，主要承担竖向荷载。但抗推刚度小。 剪力墙：抗推刚度大，抗侧承载力高，承担大部分水平荷载。 3）变形特点 变形协调 a 刚性楼盖 b 非刚性楼盖 最大层间侧移角的减小 楼盖对侧移变形的协调 框架框架 - - 剪力墙结构体系剪力墙结构体系3 3 构件受力状态构件受力状态 1）并联体的连杆内力 框 架：剪切型侧向变形。 剪力墙：弯曲型侧向变形。 并联体：弯剪型侧向变形。 2）框架和抗震墙的内力 框 架剪力: 连杆使框架水平剪力上下分布均匀。 抗震
9、墙弯矩：连杆减小抗震墙底部弯矩。 3）水平荷载和剪力分布规律 框架水平荷载上正下负，顶端受正向集中力。 抗震墙水平荷载上小下大，顶端受反向集中力。 框架和抗震墙顶端水平剪力均不为零。 框架楼层剪力最大值在(0.3-0.6)H 之间。 抗震墙顶端一段的水平剪力为负值。 抗震墙承担 80% 的水平荷载。 4 4 抗震墙布置原则抗震墙布置原则 1）抗震墙的设置 沿结构平面主轴线方向布置 抗震墙的数量要适当 按照“分散 均匀 周边 对称”四准则布置 不宜布置单肢墙 2）抗震墙的平面布置 每个方向沿两条以上相距较远的轴线设置抗震墙 抗震墙的设置部位： a 竖向荷载较大处 b 平面形状变化或楼盖水平刚度剧
10、变处 c 楼梯电梯间及楼板较大洞口两侧 抗震墙应避开需要开大洞口的墙体位置 在独立结构单元端部，抗震墙距外墙1，f(1/101/15)L 短折板：L/B1，f1/8L 2）跨度：普通砼可达到21米，预应力砼可达到27米 3）一般尺寸：B=23米，f=0.51.2米，板厚B/40 L24米，B=12米，板厚2545B BL LfL/40fL/40fL/40fL/40折板结构的主要尺寸折板结构的主要尺寸折板结构的主要尺寸折板结构的主要尺寸n折板薄壳结构建筑折板薄壳结构建筑薄壳结构薄壳结构 自然界某些动植物的种子外壳、蛋壳、贝壳，可以说是天然的薄壳结构，它们的外形符合力学原理，以最少的材料获得坚硬的
11、外壳，以抵御外界的侵袭。人们从这些天然壳体中受到启发，利用混凝土的可塑性，创造出各种形式的薄壳结构。一、结构特征、优缺点和适用范围一、结构特征、优缺点和适用范围 薄壳结构是用混凝土、塑料等刚性材料以各种曲面形式构成的薄壳结构，呈空间受力状态，主要承受曲面内的轴向力，而弯矩和扭距很小，所以混凝土强度能得到充分的利用。 由于是空间结构，强度和刚度都非常好。薄壳厚度仅为其跨度的几百分之一。而一般的平板结构厚度至少是跨度的几十分之一。所以薄壳结构具有自重轻、省材料、跨度大、外形多样的优点，可用来覆盖各种平面形状的建筑屋顶。 但大多数薄壳结构的形式较复杂，多采用现浇施工，费工、费时、费模板，且结构计算较
12、复杂，不宜承受集中荷载,这些缺点在一定程度上影响了它的推广使用。 各种空间结构类型中，钢筋混凝土薄壁结构在各种空间结构类型中，钢筋混凝土薄壁结构在50年年代后期及代后期及60年代前期在我国有所发展，当时建造过一年代前期在我国有所发展，当时建造过一些中等跨度的球面壳、柱面壳、双曲扁壳和扭壳，在理些中等跨度的球面壳、柱面壳、双曲扁壳和扭壳，在理论研究方面还投入过许多力量，制定了相应的设计规程。论研究方面还投入过许多力量，制定了相应的设计规程。 但这种结构类型日前应用较少，主要原因可能是施但这种结构类型日前应用较少，主要原因可能是施工比较费时费事。工比较费时费事。 二、薄壳结构的形式二、薄壳结构的形
13、式 薄壳结构形式很多，常用的有筒壳、圆顶壳、双曲扁薄壳结构形式很多，常用的有筒壳、圆顶壳、双曲扁壳、鞍形壳等四种。壳、鞍形壳等四种。 筒壳由壳面、边梁、横隔构件三部分组成，为单曲面薄壳，形状较简单，便于施工，是最常用的薄壳形式。 圆顶壳由壳面和支承环两部分组成具有很好的空间工作性能，很薄的圆顶可以覆盖很大的空间，可用于大型公共建筑，如天文馆、展览馆、体育馆、会堂等各种建筑。 双曲扁壳由双向弯曲的壳面和四边的横隔构件组成，它受力合理，厚度薄，可覆盖较大的空间，较经济，适用于工业与民用建筑的各种大厅或车间。 双曲抛物面壳由壳面和边缘构件组成，外形特征犹如一组抛物线倒悬在两根拱起的抛物线之间，形如马鞍，故又称鞍形壳。倒悬方向的曲面如同受拉的索网，向上拱起的曲面如同拱结构，拉压相互作用，提高了壳体的稳定性和刚度，使壳面可以做得很薄。
