建筑结构体系概论

建筑结构体系概述

摘要：随着国民经济的快速发展，人民生活水平的不断提高，功能俱全的建筑越来越多。而建筑师为了建筑立面美观和艺术上的创新，常常使得建筑平面形状和立体的空间形状复杂不规则。建筑体型日趋多样化，因而建筑体系结构也就日趋多样化。除了合理性以及经济方面的考虑外，还应通过比较和优化，尽量使结构方案能够与建筑设计相互协调、相互融合，以便更好的满足建筑物在空间功能以及美学、风格等各方面的要求。

关键词：建筑、结构类型、结构设计

建筑结构体系概论

人类从原始社会利用山洞、树林自然屏障遮风挡雨，到利用天然土、木、石和人工烧制粘土砖、瓦搭建房屋延续了数千年。真正意义上的现代建筑结构体系是随着18、19世纪钢铁工业和水泥工业的发展而出现的，随着建筑造型、建筑设计和跨度的要求越来越高，对建筑结构的要求更高，从而提出了一些新的结构体系。

1.墙体承重结构

砌体墙承重体系

混合结构是以砌体墙作为竖向承重体系，来支撑由其他材料构成的屋盖系统或楼面及屋盖系统的一种常用结构形式。由于墙体材料的来源丰富，施工方便，对建筑平面的适应性强，因此大量应用于低层和多层的民用建筑，特别是住宅、旅馆、学校、托幼、办公用房和一些小型商业用房、工业厂房、诊疗所等的建设中。这些建筑采用混合结构体系，符合砌体以受压为主要力学性能的特征，承重

墙的布置较为容易，而且施工方便、造价较为低廉。

其中，在考虑承重墙体的布置时，除了兼顾建筑空间分隔的需要以及结构受力的合理性以外，还应考虑满足通风采光以及设备布置和走向等方面的需求。一般来说，采用横墙承重的方式，在纵向可以获得较大的开窗面积，容易得到较好的采光条件，特别是对于采用纵向内走道的建筑平面，由于走道两侧的房间都是单面采光的，开窗面积就显得尤为重要；反之，如果采用纵墙承重的方式，虽然可以减少横墙的数量，对开放室内空间有一定好处，但其整体刚度往往不如横墙承重的方案好，纵墙的开窗面积也受到限制，所以在高烈度地震区应慎重对待。而在实际过程中，混合结构体系的建筑常常采用纵、横墙混合承重的方案。

由于混合结构墙体承重方案的墙体是由小构件砌筑而成的，墙体可以较为容易地砌成直线或各种其他形状，从而建筑立面或形体也可以变得较为丰富。

●钢筋混凝土墙承重体系

钢筋混凝土承重体系的承重墙可以分为预置装配和现浇两种主要形式。

在预置装配的钢筋混凝土承重体系中，钢筋混凝土墙板和钢筋混凝土楼板在工厂预制加工后运到现场安装。构件的分块一般比较大，需要重型设备运输和起吊。由于建造的工业化程度较高，构建需要标准化生产，而且对装配节点有严格的结构和构造方面的要求，因此建筑平面相对较为规整，往往以横墙承重居多，使用不够灵活，但能够适应一般的学校、宿舍、旅馆、住宅、办公等建筑的要求。

现浇的钢筋混凝土墙承重体系建筑主体结构在现场整体浇注，墙体布置与预置装配的相比之下较为灵活，横墙承重、纵墙承重。横纵墙混合承重等方案均可选择。由于钢筋混凝土在抗剪、抗弯方面的优越性，这类承重体系往往大量应用于高层建筑，平面往往呈条形布置。不过出于高层建筑物必须对抗水平侧力方面的考虑，纵墙承重的方案应在适当位置布置横向剪力墙。

如果采用横纵墙混合承重的方案，则承重墙布置相对灵活，有利于建筑空间的组合。特别在住宅等建筑类型中，可以体现出与上述混合结构住宅同样的组织交通以及布置采光、通风反面的灵活性。

2.骨架结构体系

●框架体系

框架结构体系与多层框架结构体系相似，高层建筑中框架结构体系也由纵横

框架所组成，形成空间框架结构，以承受竖向荷载和水平作用。与其他高层建筑结构体系相比，框架结构具有布置灵活，造型活泼等优点，容易满足建筑使用功能的要求，如会议厅、休息厅、餐厅和贸易厅等的布置。同时，经过合理设计，框架结构可以具有较好的延性和抗震性。但框架结构构件断面尺寸较小，结构的抗侧刚度较小，水平位移较大。在地震力作用下容易由于大变形而引起非结构构件的损坏，因此其建设高度受到限制，一般在非地震区不宜超过60m，在地震区不宜超过50m。

●框剪、框筒等体系

框筒结构是由周边密集柱和高跨比很大的窗群梁所组成的空腹筒结构。从立面上看，框筒结构犹如四品平面框架在角部拼装而成，角柱的截面尺寸往往较大，起着连接两个方向框架的作用。框筒结构在侧向荷载作用下，与侧向力相平行的两品框架也参加工作，形成一个空间体系。为保证翼缘框架在抵抗侧向荷载中的作用，以充分发挥结构的空间工作性能，一般要求墙面上开洞面积不宜大于墙面总面积的50%，周边柱轴线间距宜为2.0~3.0m，不宜大于4.5m，窗群梁截面的高度一般为0.6~1.2m，截面宽度为0.3~0.5m，整个结构的高宽比宜大于3，结构平面的长宽比不宜大于2。为减少楼盖结构内力和绕度，中间往往要布置一些柱子。

●板柱体系

板柱结构是由楼板和柱组成承重体系的房屋结构。它的特点是室内楼板下没有梁，空间通畅简洁，平面布置灵活，能降低建筑物层高。适用于多层厂房、仓库，公共建筑的大厅，也可用于办公楼和住宅等。板柱结构一般以钢筋混凝土材料为主。柱为方形，楼板用实心平板，在柱网尺寸大于6米的建筑中,为减轻楼板自重，可采用双向密肋板或双向暗密肋内填轻质材料的夹心板，或预应力混凝土平板，在楼板与柱的连接处，将柱顶部扩大做成柱帽，以增强楼板在支座处的强度和减少楼板的跨度。有时因建筑造型的需要，不设柱帽，但需采取局部加强措施。高度较高且受较大侧向外力的板柱结构,需要增设剪力墙或其他抗侧向力构件,以限制结构的水平位移，增强抗地震、抗风的能力。

●单层刚架、拱及排架体系

刚架结构是指梁、柱之间为刚性连接的结构。当梁与柱之间为铰接的单层

结构，一般称为排架；多层多跨的刚架结构则常称为框架。单层刚架为梁、柱合一的结构，其内力小于排架结构，梁柱截面高度小，造型轻巧，内部净空较大，故被广泛应用于中小型厂房、体育馆、礼堂、食堂等中、小跨度的建筑中。但与拱相比，刚架仍然属于以受弯为主的结构，材料强度没有充分发挥作用，这就造成了刚架结构自重较大，用料较多，适用跨度受到限制。

拱是指在荷载作用下主要承受轴向压力，有时也承受弯矩而有支座推力的曲线或折线的杆形结构。拱结构由拱圈及其支座组成。支座可做成能承受垂直力、水平推力以及弯矩的支墩；也可用墙、柱或基础承受垂直力而用拉杆承受水平推力。拱圈主要承受轴向压力，较同跨度梁的弯矩和剪力为小，从而能节省材料、提高刚度、跨越较大空间，可作为礼堂、展览馆、体育馆、火车站、飞机库等的大跨屋盖承重结构；有利于使用砖、石、混凝土等抗压强度高、抗拉强度低的廉价建筑材料。一般的屋盖、吊车梁、过梁、挡土墙、散装材料库等承重结构以及地下建筑、桥梁、水坝、码头等的承重结构，均可采用拱。

排架的结构，排架的组成是以柱子，两边的柱子，有一个屋架支撑在柱子上，形成了这样的一排，下面又是一排，在这两排上面上屋架之间放上一个板子形成个空架连续的房子。排架由屋架（或屋面梁）、柱和基础组成，柱与屋架铰接，与基础刚接。是单层厂房结构的基本结构形式。排架结构：顾名思义，一排一排的。主要用于单层厂房，由屋架、柱子和基础构成横向平面排架，是厂房的主要承重体系，再通过屋面板、吊车梁、支撑等纵向构件将平面排架联结起来，构成整体的空间结构。排架体系常用于高大空旷的单层建筑物如工业厂房、飞机库和影剧院的观众厅等。其柱顶用大型屋架或桁架连接，再覆以装配式的屋面板，根据需要，有的排架建筑屋顶还要设置大型的天窗、有的则需沿纵向设置吊车梁。

3.空间结构体

薄壳

薄壳结构就是曲面的薄壁结构，按曲面生成的形式分为筒壳、圆顶薄壳、双曲扁壳和双曲抛物面壳等，材料大都采用钢筋和混凝土。壳体能充分利用材料强度，同时又能将承重与围护两种功能融合为一。实际工程中还可利用对空间曲面的切削与组合，形成造型奇特新颖且能适应各种平面的建筑，但较为费工和费模板。