浅析现代建筑如何合理选用结构形式

浅析现代建筑如何合理选用结构形式

摘要：随着城市化进程加速发展，全国各地的高层建筑不断涌现，作为土建工作设计人员，必须充分了解现代建筑结构设计特点及其结构体系，只有这样才能使设计达到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量的基本原则。本文通过笔者多年的设计工作实践结合工程实例对现代建筑常用结构形式作一简要总结，并对如何合理选用结构形式谈谈自己的一些建议，与同行探讨。

关键词：结构形式；现代建筑；结构设计；合理

随着我国建筑业突飞猛进的发展，现代建筑朝体型复杂、高大，功能多样的综合性方向发展，因而相应的结构形式也复杂多样。结构专业在各专业中占有越来越重要的位置，不同结构体系的选择，直接关系到建筑平面的布置、立面体形、楼层高度、机电管道的设置、施工技术的要求、施工工期长短和投资造价的高低等

1现代建筑常用结构形式及比较

1.1砖混结构

常用于7 层以下的普通多层住宅

优点：造价低，施工简单快捷。

缺点：不适合复杂的建筑形式，层高、房间大小等构造要求严格，抗震能力稍弱。由于砖的生产能够就地取材，因而房屋的造价相对较低。在隔音效果上来说，砖混住宅的隔音效果是中等的，框架结构的隔音效果取决于隔断材料的选择，一些高级的隔断材料的隔音效果要比砖混好，而普通的隔断材料，如水泥空心板之类的，隔音效果是很差的。

1.2框架结构

框架结构体系是由楼板、梁、柱及基础四种承重构件组成。由梁、柱、基础构成平面框架，它是主要承重结构，各平面框架再由连系梁连系起来，即形成一个空间结构体系，它是高层建筑中常用的结构形式之一。

框架结构体系优点是：建筑平面布置灵活，能获得大空间，建筑立面也容易处理，结构自重轻，计算理论也比较成熟，在一定高度范围内造价较低。

框架结构的缺点是：框架结构本身柔性较大，抗侧力能力较差，在风荷载作

用下会产生较大的水平位移，在地震荷载作用下，非结构构件破坏比较严重。

框架结构的适用范围：框架结构的合理层数一般是6到15层，最经济的层数是10层左右。由于框架结构能提供较大的建筑空间，平面布置灵活，可适合多种工艺与使用的要求，已广泛应用于办公、住宅、商店、医院、旅馆、学校及多层工业厂房和仓库中。

1.3剪力墙结构

常用于普通高层住宅和房型非常复杂的多层洋房和别墅。

在高层建筑中为了提高房屋结构的抗侧力刚度，在其中设置的钢筋混凝土墙体称为“剪力墙”，剪力墙的主要作用在于提高整个房屋的抗剪强度和刚度，墙体同时也作为维护及房间分格构件。剪力墙结构中，由钢筋混凝土墙体承受全部水平和竖向荷载，剪力墙沿横向纵向正交布置或沿多轴线斜交布置，它刚度大，空间整体性好，用钢量省。历史地震中，剪力墙结构表现了良好的抗震性能，震害较少发生，而且程度也较轻微，在住宅和旅馆客房中采用剪力墙结构可以较好地适应墙体较多、房间面积不太大的特点，而且可以使房间不露梁柱，整齐美观。

剪力墙结构墙体较多，不容易布置面积较大的房间，为了满足旅馆布置门厅、餐厅、会议室等大面积公共用房的要求，以及在住宅楼底层布置商店和公共设施的要求，可以将部分底层或部分层取消剪力墙代之以框架，形成框支剪力墙结构。

在框支剪力墙中，底层柱的刚度小，形成上下刚度突变，在地震作用下底层柱会产生很大内力及塑性变形，因此，在地震区不允许采用这种框支剪力墙结构。

1.4框架——剪力墙结构

在框架结构中布置一定数量的剪力墙，可以组成框架—剪力墙结构，这种结构既有框架结构布置灵活、使用方便的特点，又有较大的刚度和较强的抗震能力，因而广泛地应用于高层建筑中的办公楼和旅馆。

优点：室内空间的使用以及房间隔墙的拆改，和框架结构一样灵活多变。抗震性能与纯剪力墙结构一样坚固。

缺点：混凝土用量多，自重大。

1.5筒体结构体系

随着建筑层数、高度的增长和抗震设防要求的提高，以平面工作状态的框架、剪力墙来组成高层建筑结构体系，往往不能满足要求。这时可以由剪力墙构成空间薄壁筒体，成为竖向悬臂箱形梁，加密柱子，以增强梁的刚度，也可以形成空间整体受力的框筒，由一个或多个筒体为主抵抗水平力的结构称为筒体结构。通常筒体结构有：

（1）框架—筒体结构。中央布置剪力墙薄壁筒，由它受大部分水平力，周边布置大柱距的普通框架，这种结构受力特点类似框架—剪力墙结构。

（2）筒中筒结构。筒中筒结构由内、外两个筒体组合而成，内筒为剪力墙薄壁筒，外筒为密柱（通常柱距不大于3米）组成的框筒。由于外柱很密，梁刚度很大，门密洞口面积小（一般不大于墙体面积50%），因而框筒工作不同于普通平面框架，而有很好的空间整体作用，类似一个多孔的竖向箱形梁，有很好的抗风和抗震性能。

（3）成束筒结构。在平面内设置多个剪力墙薄壁筒体，每个筒体都比较小，这种结构多用于平面形状复杂的建筑中。

（4）巨型结构体系。巨型结构是由若干个巨柱（通常由电梯井或大面积实体柱组成）以及巨梁（每隔几层或十几个楼层设一道，梁截面一般占一至二层楼高度）组成一级巨型框架，承受主要水平力和竖向荷载，其余的楼面梁、柱组成二级结构，它只是将楼面荷载传递到第一级框架结构上去。这种结构的二级结构梁柱截面较小，使建筑布置有更大的灵活性和平面空间。

2现代建筑合理选用结构形式实例

1.1工程概况

某工程由多层和高层组成，多层均为五层和六层，共13幢；高层15层~24层不等，共20幢。工程结构安全等级为二级，建筑结构消防类别均为二类，耐火等级均为二级，结构设计使用年限：50年。

1.2合理的设计，经济指标的合理控制，不同结构形式的比较

随着市场的需要，建筑设计对立面，户型有更加严格的控制，对结构设计有更高的要求，另一方面，房产公司对结构设计提出了更为严苛的经济控制指标。我们如何更合理的设计，结构形式的选择是很重要的一步。不同的抗震区，不同的立面户型要求，多层的房屋是否可以考虑框剪结构，含钢量砼量有多大的差异；15层的住宅在不同的抗震区，是采用框剪结构还是剪力墙结构更合理。

项目A：多层位于7度区，立面要求较高，角部不宜布置柱子（见图1），考虑了框架结构和框剪结构两种模型进行比较（含钢量和砼量）。

图1

项目B：15层住宅位于7度区，考虑框剪结构和剪力墙结构两种模型，比较经济指标。

根据项目本身的特点，多一种考虑，可以使设计更合理。（见表1，表2）