结构概念和体系

结构概念和体系重点回顾

结构：建筑物的基本受力骨架。

结构的基本功能要求：可靠、适用、耐久，以及在偶然事故中当局部结构遭到破坏后仍能保持结构的整体稳定性。

圈梁实质：一个受拉杆件。

要求：1、尽可能的形成“圈”；2、不能随意弯折；3、钢筋不能有内折角；4、钢筋必须锚固。

构造柱和圈梁提高了房屋的抗震能力，实质都是受拉杆件。

构件的基本受力状态：拉、压、弯、剪、扭。

正应力：截面上下边缘离中和轴最远处最大，截面中间部分应力很小，材料强度不能充分利用。所以受弯构件截面“T”形或工字形。

剪应力：截面中和轴处最大，上下边缘为零。“T”形或工字形。

材料在三向受压状态下：1、改善结构的承载能力；2、提高结构构件的延性。

预应力：构件尚未受外荷载作用前，预先对构件施加的应力。

预应力特点：预应力不能提高强度和承载力，主要提高混凝土构件的抗裂性能，更充分的利用高强钢材的抗拉性能和高强混凝土的抗压性能，减轻自重，使混凝土结构跨度更大，混凝土房屋造得更高。

结构的设计过程：方案设计、初步设计、施工图设计。

高宽比：房屋高宽比是房屋高度与房屋较短方向结构尺度的比值；是建筑结构抗倾覆能力的重要指标。所以控制高宽比可以改善房屋的抗倾覆能力。

截面的弯曲刚度EI：截面产生单位曲率所需要施加的弯矩，与构件长短无关。若要增大EI，材料尽量远离中和轴。

屋架支撑

屋架垂直支撑：位于两端第一跨或第二跨内，对于很长的厂房，中间也可增设一道；作用是保证屋架在施工安装和使用阶段的稳定性。

屋架上弦横向水平支撑：位于相邻屋架上弦之间；作用是承受作用在屋架上弦平面内的纵向水平力。

屋架下弦横向水平支撑：相邻屋架下设悬挂吊车时应设，是在相邻下弦屋架间设交叉支撑形成的水平桁架；作用是传递下弦纵向水平力，保证屋架的出平面稳定。

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屋架下弦纵向水平支撑：与下弦横向支撑类似，但沿厂房纵向布置，设在屋架下弦第一节间；保证由于厂房柱距较大、柱间需设托架来承受柱中间的屋架荷重时，用来保证托架的出平面稳定。

天窗架支撑：做法类似于屋架间垂直支撑；保证天窗架出平面的稳定和承受天窗端墙传来的风荷载。

柱间支撑：位于厂房中部排架柱之间；作用提高排架沿厂房纵向的抗侧移能力，把作用在排架柱上的纵向力（柱顶纵向荷载和吊车梁传来的吊车纵向制动力）通过柱间支撑直接传给基础。

单向板肋梁楼盖：楼板的跨度1.7-2.7m为宜，次梁跨度可取4-6m，主梁跨度以5-8m 为宜。采用预应力混凝土时，梁板跨度都可以适当增加。

无梁楼盖：设置柱帽以提高抗冲切能力。

悬索结构特点：以下垂的悬索为主要承重结构，荷载均悬挂在主索上，悬索结构的主索只承受拉力，其抗弯刚度为零，不能承受任何弯矩，悬索的形状会随着荷载的变化而变化。当悬索自动把形状调整到沿悬索全长弯矩处处为零时，就达到平衡状态，由力学原理，此时悬索的形状正好相当于简支梁的弯矩图形状。

拱：拱是一种很古老的结构形式，可以用抗压材料来跨越一定的跨度，早年使用的有天然石材、烧结砖，甚至土坯来建造拱；现代多用钢材或钢筋混凝土建造。拱轴线可选用圆拱、抛物线拱或悬链线拱。拱的受力状态和悬索结构相反，但十分相似，区别在于悬索只能受拉，索的抗弯刚度为零；而拱是以受压为主的结构，拱截面有一定的刚度，不能自由变形。

拱推力和拱矢高的关系：拱推力和拱矢高成反比，拱越高则推力越小。

薄壳结构：薄壁空间结构，壳厚度与其他两个方向的尺寸相比小很多，故称薄壳。形式多样，如球壳、圆柱形壳、双曲扁壳、双曲抛物面壳（扭壳）等，也可包括折板结构，折板可认为是曲率为零的薄壁空间结构。

薄壳结构受力：荷载作用下以薄膜内力为主，与张拉膜结构或双向悬索结构有很多相似之处，张拉膜结构或悬索结构只能沿膜或索的方向承受拉力，薄壳结构不仅可以在薄壳曲面内承受任意方向的轴力（拉或压），还可以承受很大的剪力。薄壳结构与张拉膜受力状态正好相反，就像拱和悬索结构受力相反一样，薄壳壳面有一定刚度，不能随荷载变化调整自己的形状和内力状态，所以薄壳内除薄膜内力，“剪力和轴力”之外还有小部分弯矩和扭矩，因此薄壳壳面必须具有一定的抗弯扭能力。

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薄壳结构组成：薄壳结构壳面薄、自重轻，既是承重结构又是维护结构，比较适合大跨度建筑。薄壳结构由壳面和边缘构件两部分组成，边缘构件是壳面的边界和支座，为壳面提供明确的边界条件，是薄壳结构的重要组成部分。边缘构件的损坏会彻底改变壳面的受力状态。

结构转换层：由于使用功能上的不同，结构柱网布置和梁的跨度差别很大，此时可考虑在结构布置不同的间层采用结构转换层。形式有梁式楼盖、箱型楼盖、厚板式实体楼盖。

完全框架作用：线刚度比大于等于4时可近似认为横梁已能可靠地约束节点转动时。完全框架作用将使柱内弯矩减半，使框架的抗侧移刚度提高到独立柱的4倍。

提高框架的刚度和承载力措施还有：1、增设框架内柱；2、增设框架横梁；3、加大框架梁、柱截面高度。

筒体：筒中筒结构在工程中应用较多，一般外筒为框筒，以利用开窗采光，外筒力臂大，主要抗弯，内筒主要用作主要竖向交通井，通常为钢筋混凝土实体筒，超高层中也有钢结构桁架筒，这类筒体抗剪能力很强，内筒主要抗剪。

剪力滞后现象：筒体在受弯时，其两侧“翼缘”的受力状态与工字形截面梁翼缘的受力状态相似，它是截面抗弯刚度的主要组成部分，但离腹板越远“翼缘”受力越小，力学上称之为剪力滞后现象。

如何减小剪力滞后现象：框筒结构由于洞口削弱了截面，剪力滞后现象更为严重，离腹板越远，翼缘受力越小。因此太大的框筒中间部分“翼缘”受力很小。采用组合筒方案（也叫筒束）就像在大框筒中间加上几道腹板，减小了剪力滞后现象，有效地改善了框筒的受力状态，使它具有更好的抗侧移能力。西尔斯大厦采用由9个框筒组成的组合筒体系，有效地减轻了剪力滞后现象。

提高高层结构体系整体承载力和抗侧移能力的有效措施：

1、利用合理的地形

2、适当加强结构受力最大的部位

（1）根据内力大小，改变构件截面尺寸及承载力

（2）采用带边框的剪力墙，尽可能为剪力墙设置翼墙（端柱、翼墙、暗柱）

（3）适当加强房屋的角柱

3、把竖向荷载集中在主要承重构件上

4、设置刚性横梁或桁架

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