房屋結(jié)構(gòu)總體系分析報(bào)告

補(bǔ)充第三章房屋布局總體系闡發(fā)第一節(jié)把空間組成的部件作為主要布局分體系早期設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)者應(yīng)沉著地、全面地考慮設(shè)計(jì)要求，按照已有的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，構(gòu)思出某些解決方案，宜粗不宜細(xì)地將其構(gòu)思通過(guò)假設(shè)干主要構(gòu)件的作用勾畫出來(lái)。局體系的組成和力學(xué)性態(tài)，從而形成整體布局方案。當(dāng)設(shè)計(jì)者對(duì)對(duì)布局組成的空間整體和傳力路線有了清晰理解以后，就可以進(jìn)一步考慮子布局的構(gòu)成與傳力問(wèn)題。此時(shí)設(shè)計(jì)者的注意力就由空間的布局性態(tài)轉(zhuǎn)為力傳播遞路徑上的豎向或橫向子布局或主要的構(gòu)件的存眷。雖然子布局或主要傳力構(gòu)件的詳圖設(shè)計(jì)不是方案設(shè)計(jì)階段的任務(wù)，但是在早期設(shè)計(jì)階段應(yīng)對(duì)主要的豎向或橫向子布局或構(gòu)件進(jìn)行初步估算，以便得出可行性評(píng)價(jià)和初步估算布局造價(jià)。在深化的詳圖設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)者將對(duì)布局進(jìn)行整體和局部的詳細(xì)闡發(fā)計(jì)算。同時(shí)按照計(jì)算的內(nèi)力，對(duì)布局構(gòu)件進(jìn)行截面選型和設(shè)計(jì)，此時(shí)設(shè)計(jì)者的注意力已集中到具體的布局構(gòu)件上?？傊?，隨著布局的各個(gè)設(shè)計(jì)階段由淺到深，由整體布局闡發(fā)到子布局闡發(fā)再到構(gòu)件闡發(fā)，設(shè)計(jì)者對(duì)布局的注意力也由空間整體布局轉(zhuǎn)到平面布局，再轉(zhuǎn)到線性或非線性構(gòu)件，即由三維留在由空間到平面的階段。只有需要驗(yàn)證方案可行性時(shí)，才會(huì)對(duì)布局的主要構(gòu)件的截面進(jìn)行受力驗(yàn)算。以上過(guò)程表達(dá)在以下幾個(gè)設(shè)計(jì)階段：〔1〕方案設(shè)計(jì)階段：設(shè)計(jì)者注意力集中在布局的空間整體概念，由整體建筑布局的三維闡發(fā)中得出整體布局系統(tǒng)的承載能力。同時(shí)，也得出整體布局與子布局間的彼此關(guān)系；〔2〕初步設(shè)計(jì)階段：設(shè)計(jì)者的注意力轉(zhuǎn)向布局的橫向和豎向子布局體系，以便成立布局主要構(gòu)件彼此之間的關(guān)系以及共同工作性態(tài)；〔3〕詳圖設(shè)計(jì)階段：設(shè)計(jì)者的注意力轉(zhuǎn)向布局的線性或非線性構(gòu)件設(shè)計(jì)以及制造安裝中的連接和布局西部設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)的各個(gè)階段中，設(shè)計(jì)者對(duì)布局整體性態(tài)以及整體布局與子布局間的彼此關(guān)系的理解是按階段進(jìn)行設(shè)計(jì)是很重要的，這可以使設(shè)計(jì)者集中解決空間形式方案中較為底子的布局問(wèn)題，而不至于過(guò)早地把注意力放在一些細(xì)節(jié)問(wèn)題上。這也可以使設(shè)計(jì)者包管布局整體構(gòu)思與空間形式構(gòu)思之間的協(xié)調(diào)，使布局總體系方案成為布局分體系的彼此關(guān)系、具體設(shè)計(jì)等更加局部的問(wèn)例如，樓蓋可以采用多種材料，可以有很多種類型。但在討論它的具體方案以前，樓蓋作為一個(gè)整體必需首先能有效地成為整體布局——建筑體系的一局部。這就是說(shuō)，要認(rèn)識(shí)到應(yīng)到從大處著眼，才能使復(fù)雜的設(shè)計(jì)問(wèn)題得到較為完善的解決。建筑物布局設(shè)計(jì)的整體方案要求重視操縱大空間分割的、圍護(hù)布局的以及各種設(shè)備單元的部件來(lái)作為底子布局分體系的可能性；應(yīng)該著眼于把外墻、內(nèi)墻、屋蓋、樓蓋等部件的使用功能確定為既是空間分割的部件，又是布局分體系〔照片4-1，圖4-1〕。矩形增大得多；〔c〕一個(gè)大的設(shè)在中央的豎向通道可以設(shè)計(jì)成核心筒布局分圖4-1中描述了在方案階段可以把整個(gè)建筑方案的主要空間形式單元當(dāng)作總體布局體系的底子單元。從整體來(lái)看，圖4-1C和圖4-1d所示的箱形主要空間單元，為三唯空間和二唯平面布當(dāng)從總體的角度看折板屋蓋或折板墻〔圖4-2a和圖4-2b〕時(shí)，它也同樣具有空間布局分體〔圖4-2c〕。與此類似，有可能將一些較小的豎井與樓層空間部件連接在一起成為巨型框架總體系。甚至還有可能操縱過(guò)道或主要的程度管道作為程度連系構(gòu)件，〕而墻體作為豎向承重分體系第二節(jié)總體系闡發(fā)的整體與局部設(shè)計(jì)的好壞，直接影響到整個(gè)布局設(shè)計(jì)的質(zhì)量。當(dāng)把底子的布局分體系看作是總體系的方案組成局部時(shí)，對(duì)于各個(gè)單獨(dú)構(gòu)件來(lái)說(shuō)，只是它們的平面安插才對(duì)總的整體性假定具有關(guān)鍵性的影響。事實(shí)上，這個(gè)階段的主要問(wèn)題是應(yīng)該怎樣才能把空間形式方案中的主要部件看作是能起底子布局用，其次，才是考慮各單個(gè)構(gòu)件的安插、尺寸大小，或是確定連接大樣等具體方案。圖4-1的例子說(shuō)明了這種方法，一開始建筑師可以把連接在一起的四個(gè)主要空間組成部件看作是懸臂式的布局箱型布局分體系。然后，研究設(shè)計(jì)每個(gè)箱形布局分體系的比較局部的要求。最后，當(dāng)整個(gè)體系的可行性確定之后，就可以解決具體構(gòu)件的設(shè)計(jì)和構(gòu)造問(wèn)題了。概括起來(lái)，這個(gè)方法的思路是先確定一個(gè)總體布局方案，作為解決分體系設(shè)計(jì)中更為局部性問(wèn)題的一個(gè)前提。重復(fù)一遍，應(yīng)當(dāng)由總體系的空間布局概念決定有關(guān)細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)要求，而不是相反。路的價(jià)值是很顯著的。同時(shí)還要看到，整體考慮也適用于單個(gè)分體系設(shè)計(jì)。圖4-1和圖4-2說(shuō)明，可以先假定分體系是整體的，并按照平面布局或空間的受力和工作性能。然后，通過(guò)確定此中主要部圖4-3說(shuō)明了如何運(yùn)用整體方法闡發(fā)一個(gè)四角支承的折板屋蓋體系的底子性能。圖中的兩個(gè)折板方案，比較了它們的整體與局部布局設(shè)計(jì)的關(guān)系，而未涉及具體構(gòu)件的性能說(shuō)明。在對(duì)底子部件的彼此關(guān)系進(jìn)行這種初步闡發(fā)之后，就要解決主要構(gòu)件的具體性能，而這些構(gòu)件是實(shí)現(xiàn)方案闡發(fā)整體假定所要求的。當(dāng)然，設(shè)計(jì)者對(duì)于布局分體系在總的空間形式方案中彼此關(guān)系的意圖，將會(huì)影響他對(duì)布局分體系的處置方法〔圖4-4〕。實(shí)現(xiàn)整體的彼此作用關(guān)系。因此，為了達(dá)到最優(yōu)設(shè)計(jì)，需要在總體系和分體系設(shè)計(jì)階段有反響過(guò)程。在總體系方案和分體系方案的主要特性都顛末優(yōu)化之后，設(shè)計(jì)者才能把注意力轉(zhuǎn)到具體的設(shè)計(jì)上去。有時(shí)，可能要求布局專業(yè)人員通過(guò)詳細(xì)的闡發(fā)予以驗(yàn)證、仔細(xì)推敲并找出底子上好的總竄。但如果反感階段的構(gòu)思比較好，那么點(diǎn)竄就可能比較少。圖4-5給出了別的一個(gè)例子，說(shuō)明設(shè)計(jì)者是如何操縱整體方法對(duì)空間形式方案的布局問(wèn)題進(jìn)行分層次研究的，這個(gè)空間形式類似于迪斯尼世界賓館〔照片4-1〕。從整個(gè)建筑來(lái)看，很顯然，分割墻是持續(xù)的，可以將墻設(shè)計(jì)成平面拱布局體系。通過(guò)起隔板作用的樓蓋與臺(tái)階形安插的縱墻彼此連接來(lái)實(shí)現(xiàn)這些拱分體系之間的布局持續(xù)性。在考慮布局分體系的具體設(shè)計(jì)之前，就能形成這種方案的概念。這無(wú)需預(yù)想，因?yàn)楸M管拱體以將其設(shè)計(jì)成帶孔的拱形梁，或者設(shè)計(jì)成帶洞口的階梯形桁架，這時(shí)洞口的安插可以與過(guò)道空間以及相鄰的門道一致。同樣，縱向拱也可以設(shè)計(jì)成桁架或剪力墻。的想象力和見(jiàn)識(shí)的限制。例子。顯然，在非對(duì)稱的復(fù)雜形式的設(shè)計(jì)中，還需要解決其它問(wèn)題。注意，即使是單個(gè)形式的建筑，其內(nèi)部也可能長(zhǎng)短對(duì)稱的。底子的整體方法應(yīng)該是將一個(gè)復(fù)雜的空間形式劃分成假設(shè)干半獨(dú)立形式的比較簡(jiǎn)單的組成長(zhǎng)短跨度不同的或其它一些簡(jiǎn)單的空間布局組成局部，使一個(gè)復(fù)雜形式的建筑得到簡(jiǎn)化。由于程度力對(duì)建筑物上下不同局部所起的作用差別十分大，因此，宜于把每個(gè)局部當(dāng)作一個(gè)單獨(dú)的布局來(lái)處置。與此類似，一幢建筑物也可以按照它們的底子跨度或使用性質(zhì)分解成不同的布局區(qū)段。因此，對(duì)于圖4-6種的建筑物，每個(gè)區(qū)段的設(shè)計(jì)可以互不不異。獨(dú)一復(fù)雜的問(wèn)題是，在不同布局區(qū)段的交界處，布局的內(nèi)力和位移應(yīng)該得到協(xié)調(diào)。在討論并說(shuō)明了應(yīng)用整體方法闡發(fā)布局的概念和邏輯關(guān)系之后，本章的其余幾節(jié)將討論四個(gè)類型有單跨單層的大空間以及分成小間的高層辦公樓和高層公寓，還有一幢兩層的車庫(kù)。通過(guò)幾個(gè)不同類型分體系彼此關(guān)系的方案描述和闡發(fā)，可以說(shuō)明在實(shí)際上怎樣能使整體假定具體化。再討論。主要是想說(shuō)明，怎樣把一幢建筑看作一個(gè)總的布局體系，豎向力和程度力又是怎樣通過(guò)主要布局分體系的彼此作用傳遞到建筑物的根底上的，在所有這些例子中，無(wú)論是采用鋼布局，還是鋼筋混凝土布局，還是預(yù)應(yīng)力混凝土布局，設(shè)計(jì)都是可行的。但是，通過(guò)這些例子所用的整第三節(jié)單層開敞空間建筑一幢開敞空間的單層建筑，平面尺寸為×m，坡屋頂〔圖4-7〕。通過(guò)方案闡發(fā)此建筑抵當(dāng)假設(shè)屋頂橫載〔DL〕按程度投影為2包羅屋架、屋面做法以及所有支承于屋架上或吊掛在屋頂下的管道和其它設(shè)備的重量墻的恒載按墻面計(jì)算為2,包羅柱、板壁以及任何從屬在墻內(nèi)的其它構(gòu)件重量。作用在建筑物迎風(fēng)面上的程度荷載〔WL〕按其投影面積假定為2，投影面積高為下作用的2的豎向風(fēng)荷載〔壓力〕，其計(jì)算程度投影面積是×m。同樣，忽略吸力的作用。屋面活荷載按程度投影面積是2，比風(fēng)荷載小，對(duì)屋頂設(shè)計(jì)不起控制作用。但是，盡管風(fēng)荷載的壓強(qiáng)要高些，但活荷載的作用依然可能比風(fēng)荷載更加不利。這是因?yàn)榻ㄖ叨仍试S在風(fēng)荷載作用下布局各部位的應(yīng)力可以比活荷載作用下的應(yīng)力大〔一般要大1/3〕。為了確定抗力的整體要求，可以假定圍護(hù)墻面為剛性連接的板。但真正布局的整體性是由一系列的剛架形成的，每榀剛架由兩側(cè)的柱和兩根帶坡度的屋面大梁所組成。它們互相剛性連接，形成門架型布局底子體系，承受屋頂?shù)暮奢d，并把荷載傳給根底〔圖4-8〕。次要的屋面構(gòu)件和圖4-9全部屋面荷載作用下由整體剛架作用引起的總程度反力的近似值作用于建筑物的橫向程度力由剛架承受。為了把縱向作用的程度力傳給根底，在屋頂中部?jī)蓚€(gè)開間的屋面設(shè)置剪刀撐。這些有剪刀撐的屋面開間加大了屋蓋的縱向剛度，因而能承受縱向程度力的作用，并把程度力傳到兩側(cè)的柱間支撐，再傳到根底?？傊瑘D4-7中所示的各種荷載必需傳到根底上。為了保持建筑物作為整體在恒載和風(fēng)荷載作用下的靜力平衡，根底上必然發(fā)生豎向荷載和程度荷載的反力。在恒載和風(fēng)荷載等豎向荷載作附加的向里的程度反力。真正計(jì)算這種外推力時(shí)必需考慮剛架和拱的組合作用〔它將隨構(gòu)件尺寸大小而變化〕。但是，作為方案闡發(fā)，圖4-9種假定全部是拱的作用，因而很容易算出這些力的總的大小，沿建筑物縱向每邊是2520kN由靜力荷載發(fā)生的其它反力可直接按照投影面來(lái)計(jì)算〔圖4-7〕，并作用在根底上，如圖4-10所示。讓我們來(lái)不雅察一下各組反力又是怎樣通過(guò)建筑物的不同構(gòu)件別離傳到地面上的。屋面恒載及屋面風(fēng)壓力是從次要的屋面構(gòu)件檁條傳給主要的剛架屋面梁，然后向下傳給剛架柱，再傳給根底。作用在山墻上的一半擺布的風(fēng)荷載由檁條傳給屋面剪刀撐〔圖4-11〕屋面剪刀撐承受檁條傳來(lái)的力以后，再將它傳給柱間支撐，最后傳給縱向根底。山墻上的另一半荷載直接傳給橫向根作用在縱墻和屋頂上的程度荷載，必需由建筑物的兩道橫向山墻或者由剛架抵當(dāng)。如果但愿由山墻承受全部風(fēng)荷載，那么整個(gè)屋蓋必需設(shè)計(jì)成剛性的隔板。隔板必需有很大的剛度才能把作用在屋頂和縱墻上的橫向風(fēng)力傳給山墻。但在本例中，每榀剛架受荷面積上的風(fēng)荷載由這榀剛架本身承受〔圖4-12a〕。本例中，橫向風(fēng)荷載并不大，這樣做是合理的。圖4-12所示為由剛架作用傳遞這些荷載的情況。豎向恒載及風(fēng)荷載作用下，可以用近似方法闡發(fā)剛架〔圖4-12b〕。每榀剛架的最大程度反力約為324kN，必需有剛架的根底來(lái)抵當(dāng)。還應(yīng)當(dāng)注意到，由于恒載的作用，剛架梁柱節(jié)點(diǎn)處將受到大約324kN×4.5=1458kN.m的彎矩。同樣可以求得風(fēng)荷載作用下的彎矩。這樣，就可以求得一榀尺度剛架的主要內(nèi)力，用以估算截面尺寸，或用以研究布局安插的可行性和經(jīng)濟(jì)性。圖4-13所示為一個(gè)跨度為18m的兩層泊車庫(kù)布局。為了節(jié)省費(fèi)用，梁與柱不是采用剛性連接，而是梁簡(jiǎn)支在柱上。但是，在本例中主要關(guān)心的問(wèn)題并不是梁或柱本身的設(shè)計(jì)，而是闡發(fā)抵當(dāng)程度力〔風(fēng)力或地動(dòng)作用〕的剪力墻的總設(shè)計(jì)要求。為了抵當(dāng)縱向程度力，在布局中部附近設(shè)置了一道剪力墻C；為了抵當(dāng)橫向程度力，在布局兩端各設(shè)置一道剪力墻〔A和B〕。假設(shè)屋蓋和樓蓋都起剛性程度隔板作用，它們的剛度足夠大，可以將程度荷載從建筑物各個(gè)部位傳到相應(yīng)的剪力墻上而不致引起局部壓屈。當(dāng)然，樓板還必需承受大梁之間的豎向荷載，發(fā)生彎曲，但這只是一個(gè)局部設(shè)計(jì)問(wèn)題。首先要確定作用在每道剪力墻及其根底上的總豎向力和程度力，以便確定對(duì)這些剪力墻總承A和剪力墻B將分擔(dān)作用在布局上的全部橫向程度力，而每道墻的豎向受荷面積很小。因此，豎向荷載可能缺乏以抵當(dāng)程度力的傾覆作用和保持剪力墻的不變。下面的簡(jiǎn)單計(jì)算能使一個(gè)設(shè)計(jì)者很快確定出剪力墻C是否能抵當(dāng)?shù)貏?dòng)作用〔圖4-15〕。對(duì)于墻C：每個(gè)樓面及屋頂單元面積的重量是2，其總重量各為×36×48≈6618kN。如果假設(shè)總的地動(dòng)作用為總重量的10%，那么每個(gè)樓層將作用有662kN的地動(dòng)力〔圖4-15a〕。這個(gè)力將發(fā)生一個(gè)傾覆力矩MEQ=662×(3+6)=5958kN，它應(yīng)當(dāng)由作用在剪力墻C上的豎向荷載加上墻的自重從傾覆力矩與豎向力的比值可得偏心矩662×〔3+6〕m，，雖然偏心荷載仍在墻長(zhǎng)度以內(nèi)，但超出了墻截面的核心點(diǎn)eb=1/6×12=2m〔圖4-15b〕，根底會(huì)有抬起。因此，如能把根底設(shè)計(jì)得再大些，譬如說(shuō)為18m長(zhǎng)，那么偏心荷載將落在根底的核心點(diǎn)eb=1/3×9=3m之內(nèi)，這樣，豎向荷載將足以平衡傾覆力矩，根底也不會(huì)向上抬起。讀者可以用同樣方法來(lái)驗(yàn)算剪力墻A和B，并針對(duì)它們抵當(dāng)?shù)貏?dòng)傾覆力矩的問(wèn)題提出該采用什么樣的辦法。中央有一個(gè)6m×12m的電梯和管道井筒。作用在各個(gè)樓層和屋頂上的豎向荷載，包羅恒載和活荷載。主要是通過(guò)柱傳到下層，核心筒也承受一局部。程度荷載的傳遞方式可以有好幾種。在本例中，核心筒是一個(gè)筒體布局，在縱橫兩個(gè)標(biāo)的目的都能抵當(dāng)由風(fēng)或地動(dòng)引起的側(cè)向力〔圖4-17a〕。18根外柱承受大局部豎向荷載，但不克不及承受側(cè)向力。圖4-17b為另一種抵當(dāng)程度力的方案。這個(gè)方案要求，在綜、橫兩個(gè)標(biāo)的目的，柱和梁剛性層有一道梁。橫向程度力由9榀框架承擔(dān)，每榀框架由兩根外柱和各層大梁組成。當(dāng)然，這幢建筑物也可以設(shè)計(jì)成由核心筒和框架共同抵當(dāng)兩個(gè)標(biāo)的目的的程度力。把柱和核心筒連系起來(lái)〔圖4-18〕。程度隔板地具體作用與所假定的那些抗側(cè)力構(gòu)件有關(guān)。在情況，樓蓋在平面內(nèi)必需大體是剛性的，才能起到剛性隔板的作用，才能使豎向構(gòu)件共同工作。可以用荷載面積法估算作用在建筑物各個(gè)豎向構(gòu)件上的豎向荷載〔圖4-19〕。這個(gè)方法是把樓蓋或屋蓋的面積分成區(qū)域，個(gè)個(gè)區(qū)域別離屬于某個(gè)豎向承重構(gòu)件〔核心筒或框架〕。由這塊面積計(jì)算出各個(gè)構(gòu)件承受的活荷載或恒載。在本例中，假定屋面或樓面的恒載是2，墻面所受的程度風(fēng)荷載是2。因此，地面以上11層樓面再加上屋面，核心筒所受的全部恒載為14904kN。在圖4-20的計(jì)算中，只是計(jì)算2的橫向風(fēng)荷載所發(fā)生的大致彎矩值。由于橫向受風(fēng)面較大，而井筒尺寸較小，所以橫向的計(jì)算更重要。假設(shè)井筒所受到的樓面和屋頂荷載是14904kN，井筒非?？拷驳倪吘墸蚨遣徊蛔兊?。計(jì)算說(shuō)明，必需把井筒做得相當(dāng)?shù)膹?qiáng)，根底還必需加寬，或許還應(yīng)采納下部錨固。以防止根底向上抬起。反之，如果假定橫向18m跨度的框架能承受全部程度力，而不需要核心筒，那么可以近似地求得柱的總壓力或總拉力〔C或T〕為64500583kN，大致由每側(cè)的9根柱平均分擔(dān)：3583/9=398KN/每根柱，比每根柱所受的恒載要小得多。由此看來(lái)，采用框架方案似乎比核心筒方案抵當(dāng)局部的樓層剪力和減小樓層位移。某幢很獨(dú)特的15層公寓工程是由一排很大的建筑物組成。這些建筑物上面幾層樓板是連通圖4-22〕。每個(gè)建筑單元在頂部5層的平面尺寸是27m×48m，僅由4個(gè)電梯和設(shè)備的井筒支承全部豎向荷載，筒與筒之間的凈距在兩個(gè)標(biāo)的目的均為21m。這個(gè)方案要求3個(gè)很剛的〔巨型〕布局樓層A、B和C，把井筒剛性連接在一起，并