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摘要:本文从建筑结构的分类和结构设计两方面介绍了笔者对建筑结构的认识。
关键词:建筑结构 承重体系 建筑结构设计 整体设计
结构是建筑的骨骼,人有人的骨骼,动物有动物的骨骼。大千世界千奇百怪的生命体,很多都依赖骨骼承托着身体的重量。地球上生物的进化规律是,越是高级的生物,骨骼就越复杂,而建筑也同样,建筑的造型、空间等内容,都依赖它的骨骼——结构承重着。就如同不同的生命有着不同的骨骼一样,不同的建筑也有着不同的结构。我们关注结构的时候,首先关注它的可靠性,此外很重要的,还要关注它的形态,可以说,没有结构,就没有造型,也就没有空间。
如果以上的这些比拟还十分粗糙,那么从建造的角度来看,把结构类比作生物的表皮,把造型类比作表皮和皮下组织就显得十分准确了。各种不同的建筑,尽管它们在使用要求、空间组合、外形处理、结构形式、构造方式及规模大小等方面各有其特点,但构成建筑物的主要部分都是由基础、墙体或柱、楼地面、屋顶、楼梯、门窗等六大部分组成。此外,一般建筑物还有台阶、坡道、阳台、雨棚、散水以及其他各种配件和装饰部分等。
住宅的建筑结构形式有很多钟,例如按其施工方法可划分为现浇(现场浇制)和预制(预先浇制)钢筋混凝土结构两大类型和预应力结构等。一般而言,从采用的结构墙体材料上分,主要有砌体结构(如:砖混结构、砌块结构等)以及现浇钢筋混凝土结构和轻钢结构等;从受力传递系统上分,常有剪力墙结构和框架结构等。下面就上述常见的承重系统类型做一个简要的介绍。
1、砌体结构
砌体结构是我国广泛采用的多层住宅建筑的剪力墙结构形式。一般采用钢筋混凝土预制楼板、屋面板作为楼、屋面结构层,竖向承重构件采砖砌体。 砌体材料主要有:普通粘土砖、多孔砖、普通混凝土小砌块、轻骨料混凝土小砌块等。
常规的砌体厚度有:370毫米、240毫米、190毫米、120毫米。习惯上人们把370毫米厚的墙称为“三七墙”、240毫米厚的墙称为“二四墙”。在工程中厚度大于等于240毫米厚的墙常用做承重墙,小于240毫米厚的墙用做非承重墙。承重墙分为纵向承重墙和横向承重墙,分别承受建筑物上部荷重和承受纵横方向来的地震力。外墙作承重作用,理应受到充分的注意,非承重墙仅承担自重不承担上部荷重,可作为间隔墙使用。
2.现浇钢筋混凝土结构框架结构
框架一般由梁、板、柱所组成。其特点是框架结构布置灵活,具有较大的室内空间,使用比较方便。框架结构的楼板大多采用现浇钢筋混凝土板,框架间的填充墙多采用轻质砌体墙。由于有框架结构的柱截面较大,不宜家具布置和装修,影响室内使用,以往在住宅建筑中采用较少。结合框架结构特点,在新建住宅中出现了一种异形柱框架轻型住宅结构和短肢剪力墙结构体系。 异形柱框轻住宅与其他传统结构相比,具有以下特点:由T形边柱、十字形中柱、L形角柱组成框架受力体系,其柱间填充墙与体壁同厚,室内不出现柱楞便于使用,填充墙采用轻质保温隔热材料,因墙体减薄,与砌体结构相比可增加使用面积。异形柱框轻住宅结构体系和短肢剪力墙结构体系在多高层住宅中的应用方面具有广阔的发展前景。
3.剪力墙结构
剪力墙其实就是现浇钢筋混凝土墙,主要承受水平地震荷载,这样的水平荷载对墙、柱产生一种水平剪切力,剪力墙结构由纵横方向的墙体组成抗侧向力体系,它的刚度很大,空间整体性好,房间内不外露梁、柱楞角,便于室内布置,方便使用。剪力墙结构有较好的抗震性能,其不足之处是结构自重大,预应力剪力墙结构常可以做到大空间住宅布局,剪力墙结构形式是高层住宅采用最为广泛的一种结构形式。此时,房间的分隔墙和预应力厨房卫生间分隔墙可采用预制的轻质隔墙来分隔空间。
如何使上述这些建筑结构达到可靠性的要求呢?这就涉及到建筑结构设计方面的问题了,下面根据我的理解做一些简要的介绍。
建筑结构设计可分为整体设计和部件设计两部分。
整体设计包括结构体系的选择,柱网的布置,梁的布置,剪力墙的分布,基础的选型等。
整体设计一般分主体和基础两部分进行。设计人员根据建筑物的性质、高度、重要程度、当地的抗震设防列度、风力情况等条件来选择合适的结构体系。是采用砖混结构、框架结构、框剪结构、框支结构、筒体,还是巨型框架……选定结构体系后,就要具体决定柱、梁、墙(剪力墙)的分布和尺寸等。
在进行主体结构内力计算后,主体结构底截面的内力成了基础选型和计算的重要依据。内力计算一般尽量简化为平面体系来计算,但有时必须采用空间受力体系来计算。无论怎样,内力计算最终是对柱、梁、板、墙(剪力墙)和块体这五种部件的计算。也就是说,进行整体设计后,就要进行部件设计。梁和柱一般可看作细长杆件,内力情况与计算体系相符合。单向板可简化为单位宽度的梁来计算,双向板的计算理论也较成熟,异型板的计算就较为复杂,应尽量避免。对于单片的剪力墙,一般把它视作薄壁柱来近似计算,有时要考虑翼缘的作用;对于筒体结构中的剪力墙则要用空间力学的方法来计算。块体不同于梁、柱、板、墙,它在空间三个方向的尺寸都比较大,难以视作细长杆件或简化为平面体系来计算。如单独基础,桩的承台,深梁都是块体,受力情况很复杂,难以精确分析,所以在计算中往往加大安全系数,以策安全。
目前国内结构设计所用的设计方法是概率极限状态设计法,作用效应S必须小于等于结构抗力R,结构要满足强度条件和位移条件。内力计算采用的力学模型一般是弹性模型,要考虑塑性变形内力重分布时,往往是把利用弹性模型计算所得的内力乘以一个调整系数。
手算和计算机算所采用的计算方法、理论、计算模型是有差别的。结构计算的工作量是很大的,采用手算时要在工作量和计算精度之间折衷。手算为降低工作量,受力体系尽量简化为平面力系,计算中作一些假设,利用经验值和查用图表。但随着高层、超高层建筑的日益增多,结构越来越复杂,抗震要求越来越高,手算的工作量和计算精度难以满足要求,计算机已被大量利用到结构计算中来。计算机的工作量和速度非人所及,机算采用更科学、精度更高的计算方法,机算的能力远远超出了手算。要充分发挥计算机的优势,进行合理的结构内力计算,需要优秀的结构计算程序。
今后的设计除了提高结构抗力,还应考虑尽可能的降低作用效应。因为降低作用效应,对增加结构安全性,降低造价,节约国家投资意义重大。使用具有高强、轻质、环保等特点的新型建材。建筑物的自重在结构计算中占很大的比重,使用轻质、高强的建材,将使建筑结构设计发生革命性的变化。
参考文献:
[1]彭少民主编《混凝土结构》 武汉工业大学出版社 2002
[2]本教材编审委员会组织编写 《建筑结构》中国建筑工业出版社 2007
[3]蓝宗建主编 《混凝土结构设计原理》 东南大学出版社 2002
关键词:建筑结构 承重体系 建筑结构设计 整体设计
结构是建筑的骨骼,人有人的骨骼,动物有动物的骨骼。大千世界千奇百怪的生命体,很多都依赖骨骼承托着身体的重量。地球上生物的进化规律是,越是高级的生物,骨骼就越复杂,而建筑也同样,建筑的造型、空间等内容,都依赖它的骨骼——结构承重着。就如同不同的生命有着不同的骨骼一样,不同的建筑也有着不同的结构。我们关注结构的时候,首先关注它的可靠性,此外很重要的,还要关注它的形态,可以说,没有结构,就没有造型,也就没有空间。
如果以上的这些比拟还十分粗糙,那么从建造的角度来看,把结构类比作生物的表皮,把造型类比作表皮和皮下组织就显得十分准确了。各种不同的建筑,尽管它们在使用要求、空间组合、外形处理、结构形式、构造方式及规模大小等方面各有其特点,但构成建筑物的主要部分都是由基础、墙体或柱、楼地面、屋顶、楼梯、门窗等六大部分组成。此外,一般建筑物还有台阶、坡道、阳台、雨棚、散水以及其他各种配件和装饰部分等。
住宅的建筑结构形式有很多钟,例如按其施工方法可划分为现浇(现场浇制)和预制(预先浇制)钢筋混凝土结构两大类型和预应力结构等。一般而言,从采用的结构墙体材料上分,主要有砌体结构(如:砖混结构、砌块结构等)以及现浇钢筋混凝土结构和轻钢结构等;从受力传递系统上分,常有剪力墙结构和框架结构等。下面就上述常见的承重系统类型做一个简要的介绍。
1、砌体结构
砌体结构是我国广泛采用的多层住宅建筑的剪力墙结构形式。一般采用钢筋混凝土预制楼板、屋面板作为楼、屋面结构层,竖向承重构件采砖砌体。 砌体材料主要有:普通粘土砖、多孔砖、普通混凝土小砌块、轻骨料混凝土小砌块等。
常规的砌体厚度有:370毫米、240毫米、190毫米、120毫米。习惯上人们把370毫米厚的墙称为“三七墙”、240毫米厚的墙称为“二四墙”。在工程中厚度大于等于240毫米厚的墙常用做承重墙,小于240毫米厚的墙用做非承重墙。承重墙分为纵向承重墙和横向承重墙,分别承受建筑物上部荷重和承受纵横方向来的地震力。外墙作承重作用,理应受到充分的注意,非承重墙仅承担自重不承担上部荷重,可作为间隔墙使用。
2.现浇钢筋混凝土结构框架结构
框架一般由梁、板、柱所组成。其特点是框架结构布置灵活,具有较大的室内空间,使用比较方便。框架结构的楼板大多采用现浇钢筋混凝土板,框架间的填充墙多采用轻质砌体墙。由于有框架结构的柱截面较大,不宜家具布置和装修,影响室内使用,以往在住宅建筑中采用较少。结合框架结构特点,在新建住宅中出现了一种异形柱框架轻型住宅结构和短肢剪力墙结构体系。 异形柱框轻住宅与其他传统结构相比,具有以下特点:由T形边柱、十字形中柱、L形角柱组成框架受力体系,其柱间填充墙与体壁同厚,室内不出现柱楞便于使用,填充墙采用轻质保温隔热材料,因墙体减薄,与砌体结构相比可增加使用面积。异形柱框轻住宅结构体系和短肢剪力墙结构体系在多高层住宅中的应用方面具有广阔的发展前景。
3.剪力墙结构
剪力墙其实就是现浇钢筋混凝土墙,主要承受水平地震荷载,这样的水平荷载对墙、柱产生一种水平剪切力,剪力墙结构由纵横方向的墙体组成抗侧向力体系,它的刚度很大,空间整体性好,房间内不外露梁、柱楞角,便于室内布置,方便使用。剪力墙结构有较好的抗震性能,其不足之处是结构自重大,预应力剪力墙结构常可以做到大空间住宅布局,剪力墙结构形式是高层住宅采用最为广泛的一种结构形式。此时,房间的分隔墙和预应力厨房卫生间分隔墙可采用预制的轻质隔墙来分隔空间。
如何使上述这些建筑结构达到可靠性的要求呢?这就涉及到建筑结构设计方面的问题了,下面根据我的理解做一些简要的介绍。
建筑结构设计可分为整体设计和部件设计两部分。
整体设计包括结构体系的选择,柱网的布置,梁的布置,剪力墙的分布,基础的选型等。
整体设计一般分主体和基础两部分进行。设计人员根据建筑物的性质、高度、重要程度、当地的抗震设防列度、风力情况等条件来选择合适的结构体系。是采用砖混结构、框架结构、框剪结构、框支结构、筒体,还是巨型框架……选定结构体系后,就要具体决定柱、梁、墙(剪力墙)的分布和尺寸等。
在进行主体结构内力计算后,主体结构底截面的内力成了基础选型和计算的重要依据。内力计算一般尽量简化为平面体系来计算,但有时必须采用空间受力体系来计算。无论怎样,内力计算最终是对柱、梁、板、墙(剪力墙)和块体这五种部件的计算。也就是说,进行整体设计后,就要进行部件设计。梁和柱一般可看作细长杆件,内力情况与计算体系相符合。单向板可简化为单位宽度的梁来计算,双向板的计算理论也较成熟,异型板的计算就较为复杂,应尽量避免。对于单片的剪力墙,一般把它视作薄壁柱来近似计算,有时要考虑翼缘的作用;对于筒体结构中的剪力墙则要用空间力学的方法来计算。块体不同于梁、柱、板、墙,它在空间三个方向的尺寸都比较大,难以视作细长杆件或简化为平面体系来计算。如单独基础,桩的承台,深梁都是块体,受力情况很复杂,难以精确分析,所以在计算中往往加大安全系数,以策安全。
目前国内结构设计所用的设计方法是概率极限状态设计法,作用效应S必须小于等于结构抗力R,结构要满足强度条件和位移条件。内力计算采用的力学模型一般是弹性模型,要考虑塑性变形内力重分布时,往往是把利用弹性模型计算所得的内力乘以一个调整系数。
手算和计算机算所采用的计算方法、理论、计算模型是有差别的。结构计算的工作量是很大的,采用手算时要在工作量和计算精度之间折衷。手算为降低工作量,受力体系尽量简化为平面力系,计算中作一些假设,利用经验值和查用图表。但随着高层、超高层建筑的日益增多,结构越来越复杂,抗震要求越来越高,手算的工作量和计算精度难以满足要求,计算机已被大量利用到结构计算中来。计算机的工作量和速度非人所及,机算采用更科学、精度更高的计算方法,机算的能力远远超出了手算。要充分发挥计算机的优势,进行合理的结构内力计算,需要优秀的结构计算程序。
今后的设计除了提高结构抗力,还应考虑尽可能的降低作用效应。因为降低作用效应,对增加结构安全性,降低造价,节约国家投资意义重大。使用具有高强、轻质、环保等特点的新型建材。建筑物的自重在结构计算中占很大的比重,使用轻质、高强的建材,将使建筑结构设计发生革命性的变化。
参考文献:
[1]彭少民主编《混凝土结构》 武汉工业大学出版社 2002
[2]本教材编审委员会组织编写 《建筑结构》中国建筑工业出版社 2007
[3]蓝宗建主编 《混凝土结构设计原理》 东南大学出版社 2002