2015一級建造師復(fù)習(xí)資料：常見建筑結(jié)構(gòu)體系及其應(yīng)用

　　一、混合結(jié)構(gòu)體系

　　混合結(jié)構(gòu)房屋一般是指樓蓋和屋蓋采用鋼筋混凝土或鋼、木結(jié)構(gòu)，而墻、柱和基礎(chǔ)采用砌體結(jié)構(gòu)建造的房屋。大多用在住宅、辦公樓、教學(xué)樓建筑中。因為砌體的抗壓強(qiáng)度高而抗拉強(qiáng)度很低，所以住宅建筑最適合采用混合結(jié)構(gòu)。一般在6層以下，混合結(jié)構(gòu)不宜建造大空間的房屋?；旌辖Y(jié)構(gòu)根據(jù)承重墻所在的位置，劃分為縱墻承重和橫墻承重兩種方案。縱墻承重方案的特點是樓板支承于粱上，梁把荷載傳遞給縱墻，橫墻的設(shè)置主要是為了滿足房屋剛度和整體性的要求。其優(yōu)點是房屋的開間大，使用靈活。橫墻承重方案的主要特點是樓板直接支承在橫墻上，橫墻是主要承重墻。其優(yōu)點是房屋的橫向剛度大，整體性好，但平面使用靈活性差。

　　二、框架結(jié)構(gòu)體系

　　框架結(jié)構(gòu)是利用梁、柱組成的縱、橫兩個方案的框架形成的結(jié)構(gòu)體系。它同時承受豎向荷載和水平荷載。其主要優(yōu)點是建筑平面布置靈活，可形成較大的建筑空間，建筑立面處理也比較方便；主要缺點是側(cè)向剛度較小，當(dāng)層數(shù)較多時，會產(chǎn)生過大的側(cè)移，易引起非結(jié)構(gòu)性構(gòu)件（如隔墻、裝飾等）破壞，而影響使用。在非地震區(qū)，框架結(jié)構(gòu)一般不超過15層?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的內(nèi)力分析通常是用計算機(jī)進(jìn)行精確分析。常用的手工近似法是：豎向荷載作用下用分層計算法；水平荷載作用下用反彎點法。風(fēng)荷載和地震力可簡化成節(jié)點上的水平集中力進(jìn)行分析?？蚣芙Y(jié)構(gòu)梁、柱節(jié)點的連接構(gòu)造直接影響結(jié)構(gòu)安全、經(jīng)濟(jì)及施工的方便。因此，對梁、柱節(jié)點的混凝土強(qiáng)度等級，梁、柱縱向鋼筋伸人節(jié)點內(nèi)的長度，粱、柱節(jié)點區(qū)域的鋼筋的間距等，都應(yīng)符合規(guī)范的構(gòu)造規(guī)定。

　　三、剪力墻體系

　　剪力墻體系是利用建筑物的墻體（內(nèi)墻和外墻）做成剪力墻來抵抗水平力。剪力墻一般為鋼筋混凝土墻，厚度不小于140mm.剪力墻的間距一般為3～8m，適用于小開間的住宅和旅館等。一般在30m高度范圍內(nèi)都適用。剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是側(cè)向剛度大，水平荷載作用下側(cè)移?。蝗秉c是剪力墻的間距小，結(jié)構(gòu)建筑平面布置不靈活，不適用于大空間的公共建筑，另外結(jié)構(gòu)自重也較大。因為剪力墻既承受垂直荷載，也承受水平荷載，對高層建筑主要荷載為水平荷載，墻體既受剪又受彎，所以稱剪力墻。剪力墻按受力特點又分為兩種：

　?。?）整體墻和小開口整體墻：沒有門窗洞口及洞口較小可以忽略其影響的墻稱為整體墻。

　　（2）雙肢剪力墻和多肢剪力墻：開一排較大洞口的剪力墻叫雙肢剪力墻。開多排較大洞口的剪力墻叫多肢剪力墻。由于洞口開得較大，截面的整體性已經(jīng)破壞，通常用計算機(jī)進(jìn)行剪力墻的分析，精密度較高。剪力墻成片狀（高度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于厚度），兩端配置較粗鋼筋并配箍筋形成暗柱，并應(yīng)配置腹部分布鋼筋。暗柱的豎筋和腹部的豎向分布筋共同抵抗彎矩。水平分布筋抵抗剪力。當(dāng)剪力墻的厚度大于140mm時應(yīng)采用雙排鋼筋，分布筋的間距不

　　應(yīng)大于300mm，直徑不應(yīng)小于8mm.

　　連梁的配筋非常重要，縱向鋼筋除滿足配筋量外還要有足夠的錨固長度。箍筋除滿足配筋量以外，還有加密的要求。

　　四、框架一剪力墻結(jié)構(gòu)

　　框架一剪力墻結(jié)構(gòu)是在框架結(jié)構(gòu)中設(shè)置適當(dāng)剪力墻的結(jié)構(gòu)。它具有框架結(jié)構(gòu)平面布置靈活，有較大空間的優(yōu)點，又具有側(cè)向剛度較大的優(yōu)點。框架一剪力墻結(jié)構(gòu)中，剪力墻主要承受水平荷載，豎向荷載主要由框架承擔(dān)。框架一剪力墻結(jié)構(gòu)一般宜用于10～20層的建筑。

　　橫向剪力墻宜均勻?qū)ΨQ布置在建筑物端部附近、平面形狀變化處?？v向剪力墻宜布置在房屋兩端附近。在水平荷載的作用下，剪力墻好比固定于基礎(chǔ)上的懸臂梁，其變形為彎曲型變形，框架為剪切型變形。框架與剪力墻通過樓蓋聯(lián)系在一起，并通過樓蓋的水平剛度使兩者具有共同的變形。在一般情況下，整個建筑的全部剪力墻至少承受80％的水平荷載，全部框架至少承擔(dān)20％的水平荷載。

　　五、筒體結(jié)構(gòu)

　　在高層建筑中，特別是超高層建筑中，水平荷載愈來愈大，起著控制作用。簡體結(jié)構(gòu)便是抵抗水平荷載最有效的結(jié)構(gòu)體系。它的受力特點是，整個建筑猶如一個固定于基礎(chǔ)上的封閉空心的筒式懸臂梁來抵抗水平力，簡體結(jié)構(gòu)可分為框架核心筒結(jié)構(gòu)、筒中筒和多筒結(jié)構(gòu)等?？蛲矠槊芘胖痛跋氯沽航M成，亦可視為開窗洞的筒體。內(nèi)筒一般由電梯間、樓梯間組成。內(nèi)筒與外筒由樓蓋連接成整體，共同抵抗水平荷載及豎向荷載。這種結(jié)構(gòu)體系適用于30至50層的房屋。多筒結(jié)構(gòu)是將多個筒組合在一起，使結(jié)構(gòu)具有更大的抵抗水平荷載的能力。美國芝加哥西爾斯大樓就是9個筒結(jié)合在一起的多筒結(jié)構(gòu)。該建筑總高為442m，為鋼結(jié)構(gòu)。

　　六、桁架結(jié)構(gòu)體系

　　桁架是由桿件組成的結(jié)構(gòu)體系。在進(jìn)行內(nèi)力分析時，節(jié)點一般假定為鉸節(jié)點，當(dāng)荷載作用在節(jié)點上時，桿件只有軸向力，其材料的強(qiáng)度可得到充分發(fā)揮。桁架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是可利用截面較小的桿件組成截面較大的構(gòu)件。單層廠房的屋架常選用桁架結(jié)構(gòu)。

　　屋架的弦桿外形和腹桿布置對屋架內(nèi)力變化規(guī)律起決定性作用。同樣高跨比的屋架，當(dāng)上下弦成三角形時，弦桿內(nèi)力最大，當(dāng)上弦節(jié)點在拱形線上時，弦桿內(nèi)力最小。屋架的高跨比一般為1／6至1／8較為合理。一般屋架為平面結(jié)構(gòu)，平面外剛度非常弱。在制作運輸安裝過程中，大跨屋架必需進(jìn)行吊裝驗算。桁架結(jié)構(gòu)在其他結(jié)構(gòu)體系中也得到采用。如拱式結(jié)構(gòu)單層剛架結(jié)構(gòu)等體系中，當(dāng)斷面較大時，亦可用桁架的形式。

　　七、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)

　　網(wǎng)架是由許多桿架按照一定規(guī)律組成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。它改變了平面桁架的受力狀態(tài)，是高次超靜定的空間結(jié)構(gòu)。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)可分為平板網(wǎng)架和曲面網(wǎng)架兩種。平板網(wǎng)架采用較多，其優(yōu)點是：空間受力體系，桿件主要承受軸向力，受力合理，節(jié)約材料（如上海體育館，直徑110m，用鋼量僅49kg／平方米），整體性能好，剛度大，抗震性能好。桿件類型較少，適于工業(yè)化生產(chǎn)。平板網(wǎng)架可分為交叉桁架體系和角錐體系兩類。角錐體系受力更為合理，剛度更大。網(wǎng)架的高度主要取決于跨度，網(wǎng)架尺寸應(yīng)與網(wǎng)架高度配合決定，腹桿的角度以45度為宜。

　　八、拱式結(jié)構(gòu)

　　拱是一種有推力的結(jié)構(gòu)，它的主要內(nèi)力是軸向壓力。由于拱式結(jié)構(gòu)受力合理，在建筑和橋梁中被廣泛應(yīng)用。它適用于體育館、展覽館等建筑中。巴黎國家工業(yè)與技術(shù)展覽中心，跨度206m，拱式結(jié)構(gòu)，是當(dāng)今世界有名的大跨度建筑。

　　拱的類型

　　按照結(jié)構(gòu)的組成和支承方式，拱可分為三鉸拱、兩鉸拱和無鉸拱。工程中，后兩種拱采用較多。拱是一種有推力的結(jié)構(gòu)，

　　解決這個問題非常重要，通?？刹捎孟铝写胧?/p>

　　1）推力由拉桿承受；

　　2）推力由兩側(cè)框架承受。

　　九、懸索結(jié)構(gòu)

　　懸索結(jié)構(gòu)，是比較理想的大跨度結(jié)構(gòu)形式之一，在橋梁中被廣泛應(yīng)用。目前，懸索屋蓋結(jié)構(gòu)的跨度已達(dá)160m，主要用于體育館、展覽館中。懸索結(jié)構(gòu)的主要承重構(gòu)件是受拉的鋼索，鋼索是用高強(qiáng)度鋼絞線或鋼絲繩制成。

　　1）懸索結(jié)構(gòu)的受力特點

　　懸索結(jié)構(gòu)包括三部分：索網(wǎng)、邊緣構(gòu)件和下部支承結(jié)構(gòu)。

　　索非常柔軟，其抗彎剛度忽略不計。索的形狀隨荷載性質(zhì)而變。索是中心受拉構(gòu)件，既無彎矩也無剪力。水平反力為H，方向是向外的。索的拉力取決于跨中的垂度，，垂度越小拉力越大。索的垂度一般為跨度的1／30.索的合理軸線形狀隨荷載的作用方式而變化。

　　2）懸索的類型及實例

　　懸索結(jié)構(gòu)可分為單曲面與雙曲面兩類。單曲拉索體系構(gòu)造簡單，屋面穩(wěn)定性差。雙曲拉索體系，它由承重索和穩(wěn)定索組成。支承結(jié)構(gòu)可以有很多種，如框架、拱等。

　　北京工人體育館，為圓形懸索結(jié)構(gòu)，可容納15000名觀眾。比賽大廳直徑94m，周圍為四層框架結(jié)構(gòu)，寬7．5m，主要為附屬用房及休息廊。

　　十、壁空間結(jié)構(gòu)

　　薄壁空間結(jié)構(gòu)，也稱殼體結(jié)構(gòu)。它的厚度比其他尺寸（如跨度）小得多，所以稱薄壁。它屬于空間受力結(jié)構(gòu)，主要承受曲面內(nèi)的軸向壓力，彎矩很小。它的受力比較合理，材料強(qiáng)度能得到充分利用。薄殼常用于大跨度的屋蓋結(jié)構(gòu)，如展覽館、俱樂部、飛機(jī)庫等。

　　薄殼結(jié)構(gòu)多采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土，費模板、費工時。薄壁空間結(jié)構(gòu)的曲面形式很多。這里講兩種，筒殼和雙曲殼。

　　筒殼一般由殼板、邊粱和橫隔三部分組成。筒殼的空間工作是由這三部分結(jié)構(gòu)協(xié)同完成的。它的跨度在30m以內(nèi)是有利的。當(dāng)跨度再大時，宜采用雙曲薄殼。

　　雙曲殼特別適用于大空間大跨度的建筑。雙曲殼又分為圓頂殼、雙曲扁殼和雙曲拋物面殼。目前園頂?shù)闹睆揭堰_(dá)200多米。圓頂結(jié)構(gòu)可用在大型公共建筑中，如天文館、展覽館的屋蓋。圓頂結(jié)構(gòu)由殼面、支座環(huán)組成。通過支座環(huán)支于垂直構(gòu)件上。殼面主要承受壓力，支座環(huán)承受拉力。北京天文館頂蓋為半球形圓頂，直徑25m，殼面厚6cm，結(jié)構(gòu)自重每平方米約200公斤。雙曲扁殼是雙曲拋物面的一種形式，它由殼板和豎直的邊緣構(gòu)件（橫隔構(gòu)件）組成。因為扁殼的矢高比底面尺寸小得多，大約為1／5，所以叫扁殼。例如北京火車站大廳，35m×35m的雙曲面扁殼屋蓋，殼板為8cm，寬敞明亮，是一成功的范例。

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