建筑結構體系及選型樊振和課后題

1、建筑結構選型緒論0-1.建筑結構選型是對各種建筑結構形式的結構組成、基本力學特點、適用范圍以及技術經(jīng)濟、施工要求等方面的內容進行分析和研究，建筑師做到了這些，才能更好解決以下兩個問題：（1）做方案時，主動并正確地考慮、推敲、確定并采用最適宜的建筑結構體系，并使之與建筑空間、體型及形象有機融合；（2）作為工程主持人的建筑師，掌握了建筑結構體系及選型的知識（以及必要的其他相關專業(yè)知識），就能很好地與建筑結構工程師進行默契的協(xié)作和配合。0-2.技術因素：建筑材料、建筑技術發(fā)展水平社會因素：人們對建筑功能要求的豐富和提高0-3.非結構功能：美學表現(xiàn)力建筑師的設計：處理好建筑功能與建筑空間的關系，并選擇

2、合理的建筑結構形式，就自然形成了建筑的外觀，然后去發(fā)現(xiàn)、選擇、袒露那些建筑結構自身具有美學價值的因素；再在選擇的基礎上，根據(jù)建筑構圖原理，對那些具有美學價值的結構因素進行藝術加工和創(chuàng)造，從而利用這些來構成建筑的藝術形象。0-4.（1）選擇能充分發(fā)揮材料性能的結構形式。根據(jù)力學原理選擇合理的結構形式使結構處于無彎矩狀態(tài)，以達到受力合理節(jié)省材料的目的。減少結構彎矩峰值，使結構受力更為合理。（2）合理地選用結構材料。充分利用結構材料的長處，避免和克服它們的短處。提倡結構形式的優(yōu)選組合。采用輕質高強的結構材料、一般平板結構1-1.平板結構：一個簡單而基本的概念，即非曲面結構，不僅涵蓋建筑結構水平分系統(tǒng)

3、中的板式結構和梁板式結構，而且涵蓋了建筑結構豎向分系統(tǒng)，包括結構柱、結構墻體、帶壁柱結構墻體等板式結構與梁板式結構都屬于平板結構1-2.單向板：荷載主要沿短跨方向傳遞雙向板：長跨短跨兩個方向都有明顯撓曲，板在兩個方向上都傳遞荷載。單向板在結構上屬于平面受力和傳力，雙向板在結構上屬于空間受力和傳力，因此雙向板比單向板更為經(jīng)濟合理1-3.水平分系統(tǒng)：自身跨度豎向分系統(tǒng)：穩(wěn)定性條件兩者都是結構力學的問題1-4.減小板的跨度。無關，壁柱是為了提高磚墻的穩(wěn)定性以及增加墻體剛度的。1-5.簡支梁：靜定結構，由梁自身承重，內力較連續(xù)梁大，跨度較小多跨度連續(xù)梁：超靜定結構，當梁的荷載和截面高度相等時，連續(xù)梁可

4、以做更大的跨度。1-6,梁的折線形式是從剖面角度講的。樓梯斜梁是最常見的折線形梁，它的受力特點與相應的直線型梁相同，在豎向荷載作用下，折線形梁的彎矩圖和相應水平直線形梁的彎矩圖基本相同。所不同的是，在荷載計算中，折線形梁傾斜部分的永久荷載應該按照幾何關系折算成沿水平投影的線荷載。梁的曲線形式是從平面角度講的。若從剖面角度看是曲線形的，就不能稱為梁了，而已經(jīng)轉變成拱，而拱是典型的曲面結構而非平板結構。曲線形梁的受力特點除了承受剪力和彎矩外，還要承受扭矩的作用。1-7,為了保證梁的側向穩(wěn)定，梁寬應該滿足一定的尺寸要求，一般取梁高的1/3-1/2為宜。梁截面尺寸的取值還應考慮符合建筑模數(shù)的要求。1-

5、8,(1)采取必要的措施形成抗傾覆力矩與懸挑結構的傾覆力矩產(chǎn)生平衡；(2)確保懸挑結構有足夠的安全度，即要求抗傾覆力矩的比值大于或等于1.5。1-9,用拉力平衡、用壓力平衡、用壓力(支撐)平衡、用支撐和拉力相結合的復合平衡、用自重平衡、用基礎形成整體平衡桁架與屋架2-1,桁架：格構形的桿式構件桁架本身可以是平面結構，也可以是空間結構。平面桁架是平面結構體系的桁架，立體桁架是空間結構體系的桁架。2-2,當荷載只作用在節(jié)點上時，所有桿件均只承受軸向拉力或軸向壓力，桿件截面上只有均勻分布的正應力。2-3,(l)屋架外形與內力分布圖形越接近的，其各個桿件之間的內力值大小越接近。(2)屋架外形大于內力分

6、布圖形的，其桿件的內力值就小。(3)屋架外形小于內力分布圖形的，其桿件的內力值就大。2-4,原則：屋架形式的選擇一般與建筑的使用要求、跨度和荷載大小等因素有關。設計要求：1屋架的外形坡度應與屋面防水材料和防水做法相適應。(瓦類屋面大而卷材做的平緩)2為了構造簡單，制作方便，屋架的上弦桿和下弦桿通常分別設計成等截面。3確定屋架的形式時應盡量使弦桿沿跨度方向的內力分布基本相同。節(jié)點形式要簡單合理，桿件的交角不宜太小，一般在30度到60度之間。4屋架的腹桿布置要合理，盡量避免非節(jié)點荷載，并盡量使長腹桿受拉，短腹桿受壓，腹桿數(shù)目宜少，使節(jié)點匯集的桿件少，達到構造簡單方便制作的目的。5屋架的跨度根據(jù)建筑

7、使用功能和空間要求確定，一般在18m以下時，以30M為模數(shù)基數(shù)；超過18m時，則以60M為模數(shù)基數(shù)。6屋架矢高主要由結構剛度確定，根據(jù)一定的高跨比值來確定?？紤]到屋架作為一種格構式的受彎構件，空間剛度相對較差，所以，其高跨比值相對于相同跨度梁的高跨比值還應更大一些。7屋架的寬度由上弦寬度決定，這既要保證上弦壓桿穩(wěn)定性的要求，也要考慮屋架上弦桿件放置屋面板或者楝條時的搭接要求，故其寬度一般不小于200mm2-5.(1)保證屋架平面外的空間剛度與整體穩(wěn)定(2)通過減少上弦桿和下弦桿平面外細長比來保證屋架上弦平面外的壓曲穩(wěn)定和防止屋架下弦平面外的受迫振動(3)承受并傳遞屋蓋縱向水平荷載。2-6.屋架

8、布置要求作用上弦橫向水平支撐下弦橫向水平支撐上弦縱向水平支撐或下弦縱向水平支撐縱向垂直支撐縱向系桿2-7.空間桁架：將平面桁架沿平面外方向增加到一定的厚度而形成的分為立體桁架和板狀桁架2-8.支承意味著承受、接受。支撐是撐起來的意思。支撐是為了保證屋蓋結構自身的空間剛度和穩(wěn)定性的構件，而支承則是承擔整個建筑荷載的結構構件，兩者的功能形式都不一樣。剛架結構與排架結構3-1.剛架結構：由直線形桿件(梁和柱)組成的具有剛性節(jié)點的單層結構。排架結構：由直線型桿件(梁和柱)組成的具有較節(jié)點的單層結構。3-2(1)機構類型上：沒有“鋼架”這種結構類型，“剛架結構”名字由來是由于其直線型桿件組成的節(jié)點是剛性

9、的，與“鋼”無關。(2)由鋼材建造的結構是“鋼結構”，而不是“剛性結構”。3-3.結構類型優(yōu)勢劣勢剛架結構其橫梁做成折線形式，受力性能良好、施工方便、造價較低、造型美觀梁柱一體，單個構件長度增大，桿件自身剛度較差，制作運輸不便排架結構當跨度較大時，特別是將較重懸掛物時，更適合排架結構3-4.無錢、兩錢、三錢剛架特點：無錢：無錢剛架柱底彎矩大，因此基礎材料用量較多。無錢剛是超靜定結構，結構剛度較大,地基發(fā)生不均勻沉降時，對結構產(chǎn)生附加應力，所以地基條件差時，須考慮其影響。兩錢、三錢：兩錢剛架和三校剛架的材料用量相差不多，它們的特點是，三餃剛架處為靜定結構，當基礎有不均勻沉降時，對結構不引起附加應

10、力。三較剛架的剛度較差，適用于小跨度（一般不宜超過12m）的建筑以及地甚較差的情況。對較大跨度的結構，則采用兩錢剛架。兩校剛架也是超靜定結構，因此地基不均勻沉降對結構應力的影響也必須考慮3-5.結構構件在各種荷載作用下的應力和應變分布狀況3-6,剛架柱構件一般采用變截面的形式，加大梁柱相交處的截面，減小校節(jié)點附近的截面，以達到節(jié)約材料的目的。同時為了減少或避免應力集中現(xiàn)象，轉角處常做成圓弧或加腋的形式。排架結構柱與基礎的連接節(jié)點處是彎矩的峰值部位，因此，排架柱最大截面應設置在柱底部位。由于排架結構中經(jīng)常采用橋式吊車，故排架柱普遍采用變截面上下柱的結構形式。由于排架結構的跨度往往很大，因此聯(lián)系兩

11、根排架柱的上部水平橫梁主要采用工字形截面的屋面大梁或者大型屋架。3-7,因為它們都是平面構件，其平面內剛度大，要增加其空間剛度可以在平面外加支撐3-8.（1）柱間支撐作用：保證建筑高度內結構的縱向穩(wěn)定以及空間剛度。設置要求：下柱支撐設置在溫度區(qū)段的中部。上柱支撐除了在布置有下柱支撐的柱間布置外，還應在溫度區(qū)段兩端布置上柱支撐。（2）屋蓋支撐作用：使它們在整體結構中承受和傳遞荷載，以保證構造安全。設置要求：屋蓋結構必須具備足夠的自身剛度和穩(wěn)定性網(wǎng)架結構4-1,網(wǎng)架結構的特點：改變了一般平面桁架的受力狀態(tài)，具有各項受力的性能，是高次超靜定空間結構。它的整體性強，穩(wěn)定性好，空間剛度大，是一種良好的抗

12、震結構形式，尤其對大跨度建筑，其優(yōu)越性更為顯著。4-2,跨度及外形需要4-3.（1）交叉桁架體系網(wǎng)架。兩向正交正放網(wǎng)架（50米，不宜在狹長的矩形平面中使用）、兩向正交斜放網(wǎng)架（矩形平面中使用）、兩向斜交斜放網(wǎng)架（適合在建筑相鄰兩立面柱距不等的情況下使用）、三向交叉網(wǎng)架（特別適合于多邊形、圓形、橢圓形等平面形狀）、單項折線形網(wǎng)架（對于較小跨度，特別是狹長的建筑平面較為適宜）（2）角錐體系網(wǎng)架。四角錐網(wǎng)架（適用于中小跨度建筑）、六角錐網(wǎng)架、三角錐網(wǎng)架（大跨度建筑，適合于矩形、三角形、梯形、六邊形和圓形等建筑平面）4-4,整體相同，局部不同相同點：兩種體系都是組成空間網(wǎng)架形式，形成空間上的結構。不同

13、點：局部上來說不同，角錐體系是一個個角錐單元組成的，而交叉桁架體系組成結構的單元是桁架，構成看不同。4-5.(1)網(wǎng)架中雙向交叉的桁架分別采用剛度相當?shù)牧簛硖娲?。桁架的上下弦共同承擔彎矩，腹桿承擔剪力。(2)兩個方向的桁架在交點處位移相等，而且僅考慮其豎向位移。4-6.網(wǎng)架高度：取決于網(wǎng)架平面短向的跨度。網(wǎng)格尺寸：應與網(wǎng)架高度配合確定，以獲得腹桿的合理傾角；還要考慮柱距的模數(shù)、屋面構件和屋面做法等4-7.周邊支承網(wǎng)架：大跨度及中等跨度的網(wǎng)架四點支承或多點支承網(wǎng)架：廣泛適用于中小型體育館、大柱距的廠房以及大倉庫等建筑三邊支承網(wǎng)架：使用功能上的要求，三邊支承、一邊自由4-8.桿件為角鋼的平板節(jié)點、

14、桿件為鋼管的球節(jié)點4-9.施工安裝方法優(yōu)勢劣勢高空拼裝法適合于周圍有輔助用房、網(wǎng)架結構被困中間、無法采用整體安裝的工程高空作業(yè)有一定的危險性整體吊裝法避免高空作業(yè)高層建筑結構5-1.(1)一般情況下，在結構中產(chǎn)生的豎向壓力大小隨著建筑高度的增加呈線性增加，與建筑高度成正比；(2)水平荷載本身的大小隨建筑高度的增加而增加，在建筑結構中產(chǎn)生的應力隨建筑高度的增加呈一種非線性增加的趨勢。不同：較低矮的建筑結構是豎向壓力起主要控制作用，而高層建筑結構則是由彎剪應力起主要控制作用。5-2.建筑體型的寬高比的大小對建筑結構整體剛度的影響至關重要。建筑物越高，其體型高寬比就越大，其結果就是建筑結構的整體抗側

15、彎剛度越來越差。5-3.(1)建筑平面的布置十分靈活；(2)建筑立面設計受到的約束非常少；(3)其結構整體剛度較差5-4.(1)橫向框架。有利于整個建筑結構各向剛度的均衡性要求。(2)縱向框架。橫向梁的高度較小，有利于管道穿行；樓層的凈高大，能得到更多可利用的室內空間。其結構橫向剛度較差，實際工程中較少采用。(3)縱橫向混合框架。綜合了橫向框架與縱向框架的優(yōu)勢，是比較有利于抗震的一種結構布置形式。5-5.滿足建筑使用功能的要求；力求使建筑形狀規(guī)則、簡單整齊；符合建筑模數(shù)協(xié)調統(tǒng)一標準的要求，以使建筑構件類型和尺寸規(guī)格盡量減小。5-6.框架柱截面尺寸的估算可根據(jù)經(jīng)驗確定，也可根據(jù)結構的剛度條件計算

16、，即按照柱的長細比大約在1/20-1/10的范圍左右，并且截面的邊長不得小于300mm框架柱截面的邊長一般應比同方向的梁寬至少多取50mm承重梁的截面高度一般可根據(jù)設計荷載的大小按跨度的1/15-1/10取值，截面寬度一般取截面高度的1/3左右。板的截面形式主要采用等厚的板式結構，其厚度取值一般為其跨度的1/45-1/35,板的最小厚度應小于60mm對于板柱體系的無梁框架，板的最小厚度不應小于150mm5-7.側向剛度很大，可以承受很大的水平荷載，也可以承受很大的豎向荷載。5-8.橫墻承重方案。優(yōu)勢是剪力墻結構的橫向剛度比較大，有利于整個結構縱、橫兩個方向側向剛度的均衡。對于層數(shù)較少的建筑來說

17、，剪力墻的承載能力不能得到充分地利川，因此造成一定程度的浪費，從另一方面看，對于住宅類建筑，較小的橫向剪力墻間距可以大大減少設置橫向隔墻的材料和工序，同時避免隔墻對樓板結構的集中荷載作用，使樓板結構較為經(jīng)濟?？v墻承重方案。適用于較大開間?？v橫墻混合承重方案。缺點是大梁在縱墻上的支承面積很小，對建筑的抗震能力也有影響。5-9.在平面上盡量對其，成列布置；剖面上，剪力墻應自下而上連續(xù)布置，避免剛度突變；大空間應該設置在頂樓；平面上布置盡量均勻對稱，以使建筑平面內的剛度均勻，避免建筑結構在水平作用下出現(xiàn)扭轉。開洞要求：門洞口宜上下對齊，成列布置，形成明確的墻肢和連梁。宜避免使用墻肢剛度相差懸殊的洞口

18、設置。在縱橫墻交叉處，應避免在幾面墻上同時開洞，開洞時應盡可能形成門垛。在山墻和其轉角處的外墻上應盡少開洞或不開洞。在靠近外墻的內墻段也盡量不開洞。5-10.承載能力較大，抗側彎剛度滿足需求，建筑布置又較為靈活。5-11.(1)框架-剪力墻結構應設計成雙向抗側力體系，在抗震設計時，結構兩主軸方向均應布置剪力墻，剪力墻的布置宜使結構各主軸方向的側向剛度接近。(2)在剖面上，剪力墻宜貫通建筑物的全高以避免剛度突變，不應在中間樓層中出現(xiàn)剪力墻的中斷，剪力墻開洞時，制口應對齊。(3)剪力墻宜均勻布置在建筑物的周邊附近、樓梯間、電梯間等平面形狀變化及永久荷載較大的部位，樓、電梯間等豎井宜盡量與靠近的抗側

19、力結構結合布置。(4)縱、橫剪力墻宜組成L形、T形和U等形式，以提高空間剛度。(5)剪力墻的數(shù)量要適當。(6)一般情況下，剪力墻的厚度取值應不小于160mm且不小于1/20層高。(7)梁與柱或柱與剪力墻的中線宜重合，以避免剪力墻或者梁對柱子產(chǎn)生扭轉的不利影響。5-12.筒體結構是指由一個或幾個作為主要的抗側力構件的筒型結構組成的結構類型。主要靠筒體承受水平荷載，因此具有很好的空間剛度、很高的抗側彎能力和抗震能力。超高層建筑對結構的抗側彎能力和抗扭能力的需求更為突出。5-13.構造類型設計要求適用范圍薄壁筒由板式墻組成的筒體，一般是由建筑內部的樓梯間、電梯間以及設備管道井的鋼筋混凝土墻體圍合而成

20、。一般位于建筑平面的中部，因此也稱其為核心筒框筒主要用作外筒，筒體的孔洞面積一般不大于筒壁面積的50%立柱中距一般為1.2-3米，特殊情況下也可擴到4.5米，橫梁高度一般為0.6-1.2米，立柱可為矩形或T形截面，橫梁常采用矩形截面5-14.筒體結構：框筒+桁架結構：沿著外筒周邊并不是很密的柱子設置豎直向上的整體桁架，在解決室內采光的前提下滿足筒體結構空間整體剛度的要求?？蚣?筒體結構：在內薄壁筒的周圍或者在內外筒之間布置框架，以形成建筑使用空間。5-15.懸掛結構是指將建筑結構的水平分系統(tǒng)通過吊桿或鋼索吊掛或斜拉固定在結構豎向分系統(tǒng)上的水平懸臂梁或桁架的一種結構類型。能夠充分發(fā)揮高強度鋼材的

21、力學性能，有效增加結構跨度，減少材料消耗。柱子數(shù)量相對較少，建筑空間靈活度提高，建筑造型更加富于變化。5-16.(1)單層懸掛結構。將梁、板、桁架、薄殼等剛性構件形成的屋頂結構用斜拉索固定在中心柱上。(2)高層懸掛結構。由核心筒作為主要的豎向支承結構，再由吊架、吊桿或斜拉桿作連接吊掛的構件，用以懸掛各層樓板組成的一種結構。拱結構6-1.曲面結構的推力：在豎向荷載作用于結構時，其支座處產(chǎn)生的水平方向的分力。推力的存在是由曲面結構的外形決定的，會讓曲面形成一種展開的趨勢和動能，形成推力。6-2.拱的主要內力是軸向壓力。拱是有推力的結構。6-3.(1)無錢拱。超靜定結構，只有在地基良好或者兩側拱腳處

22、有穩(wěn)定邊跨結構時，才采用無錢拱。(2)兩校拱。超靜定結構，對支座沉降差、溫度差等不利的變化因素比較敏感。(3)三較拱。靜定結構，適應地基較差時可能產(chǎn)生的基礎沉降差的問題。6-4.在一固定的荷載作用下，使拱處于無彎矩狀態(tài)的拱軸曲線6-5.與平板結構的梁截面高度估算一樣，根據(jù)結構剛度來確定。所不同的是，拱的高跨比比梁的高跨比要小得多。懸索結構7-1.軸心受拉構件，是一種有推力的結構。7-2.適用平屋蓋結構類型優(yōu)勢劣勢單曲面懸索結構舉行平面單曲面單層懸索結構構造簡單，缺點：屋蓋穩(wěn)定性差，抗風吸力能力差單曲面雙層懸索結構可以通過張拉索對承重索與穩(wěn)定索施加故應力，大大提高了整個鎖網(wǎng)的剛度，因為也就提圖了

23、整個屋蓋的剛度。雙曲面懸索結構圓形平面、橢圓形平面、復雜的曲線形平面雙曲面單層懸索結構雙曲面雙層懸索結構適用于多種曲線形平面在均布布載的作用卜，每根拉索的內力都不相同，從而在索端受壓的外環(huán)梁中引起較大彎矩，因此，雙曲面懸索結構較少用于橢圓形建筑平面。雙曲面交叉懸索結構1、整體剛度大，可以米用輕型屋面，2、它適附于各種形狀的建筑平面。3、外形起伏富于變化7-3.(1)設置斜拉索(2)在索旁邊設置剛性結構7-4.(1)采用重屋蓋方案(2)選擇合理的懸索結構類型(3)對懸索結構的承重索和穩(wěn)定索之間施加預應力(4)懸掛薄殼法(5)索-桁架結構薄壁空間結構8-1.空間受力狀態(tài)的曲面結構，主要承受曲面內的軸力和順剪力。8-2.(1)旋轉曲面。由一平面曲線做母線，并繞其平面內的軸旋轉而成的曲面。(2)平移曲面。由一豎向拋物線曲母線沿另一曲率方向相同的豎向拋物線曲導線平移所形成的曲面。(3)直紋曲面。由一根直母線沿兩根曲導線平移所形成的曲面。8-3.殼板、邊梁、橫格。橫格是筒殼結構抗推力的基本且必要的措施。8-4.工程上根據(jù)跨度與波長的比值不同，將筒殼的劃分為長殼和短殼。當跨度與波長的比值大于1時，稱為長殼；當比值小于1時，