建筑结构体系概论

建筑结构体系概论

建筑是人们用泥土，砖，瓦，石材，木材；（近代用钢筋砼，型材）等建筑材料构成的一种供人居住和使用的空间，如住宅，桥梁，体育馆，窑洞，水塔，寺庙等等。广义上来讲，景观，园林也是建筑的一部分。更广义地讲，动物有意识建造的巢穴也可算作建筑。西哲有云：建筑是凝固的音乐，建筑是一部石头史书。古罗马建筑家维特鲁耶的经典名作《建筑十书》提出了建筑的三个标准：坚固，实用，美观一直影响着后世建筑学的发展。

建筑结构是指在建筑物（包括构筑物）中，由建筑材料做成用来承受各种荷载或者作用，以起骨架作用的空间受力体系。

建筑结构指的是建筑的受力构建的组合。建筑是采用不同方式建造的建筑。

建筑结构因所用的建筑材料不同，可分为混凝土结构、砌体结构、钢结构、轻型钢结构、木结构和组合结构等。

建筑结构按其承重结构的类型又可分为：

(1)框架结构

这种结构用纵梁、横梁及立柱组成框架，作为承重结构。然后在纵梁、横梁间铺上梁板形成楼盖和屋盖。在框架结构中，墙体是作为填充材料(板材或砌体)设置在立柱之间，因而墙体不是承重结构。

框架结构平面布置灵活，可以按使用要求任意分割空间，且构造简单、施工方便。因此，不论是钢筋混凝土结构的房屋还是钢结构的房屋，框架结构应用都十分广泛。

框架结构比砌体结构强度高，整体性好。但随着高度增加，水平荷载(风力、地震力)起控制作用时，水平力将在柱中产生很大的弯矩和剪力，同时产生很大的侧移，故一般只用在高度不是很大(如10层左右)的房屋。

框架建筑的主要优点：

空间分隔灵活，自重轻，有利于抗震，节省材料；具有可以较灵活地配合建筑平面布置的优点，利于安排需要较大空间的建筑结构；框架结构的梁、柱构件易于标准化、定型化，便于采用装配整体式结构，以缩短施工工期；采用现浇混凝土框架时，结构的整体性、刚度较好，设计处理好

也能达到较好的抗震效果，而且可以把梁或柱浇注成各种需要的截面形

状。

框架结构体系的缺点为：

框架节点应力集中显著；框架结构的侧向刚度小，属柔性结构框架，在强烈地震作用下，结构所产生水平位移较大，易造成严重的非结构性破性；钢材和水泥用量较大，构件的总数量多，吊装次数多，接头工作量

大，工序多，浪费人力，施工受季节、环境影响较大；不适宜建造高层建筑，框架是由梁柱构成的杆系结构，其承载力和刚度都较低，特别是水平方向的（即使可以考虑现浇楼面与梁共同工作以提高楼面水平刚度，但也是有限的），它的受力特点类似于竖向悬臂剪切梁，其总体水平位移上大下小，但相对与各楼层而言，层间变形上小下大，设计时如何提高框架的抗侧刚度及控制好结构侧移为重要因素，对于钢筋混凝土框架，当高度大、层数相当多时，结构底部各层不但柱的轴力很大，而且梁和柱由水平荷载所产生的弯矩和整体的侧移亦显著增加，从而导致截面尺寸和配筋增大，对建筑平面布置和空间处理，就可能带来困难，影响建筑空间的合理使用，在材料消耗和造价方面，也趋于不合理，故一般适用于建造不超过15层的房屋。

(2)剪力墙结构

利用建筑物墙体作为承受竖向荷载、抵抗水平荷载的结构，称为剪力墙结构体系。

这种结构用纵向及横向的钢筋混凝土墙，以及用做楼盖和屋盖的梁板组成房屋的承重结构，因而称为剪力墙结构。

剪力墙结构由于用整个墙体作为承重结构，因此其抗侧移刚度很大，可以用来建筑高度更大(如10一30层)的房屋。但是，由于布置门、窗需要在墙体上开洞口，影响其强度，因此剪力墙结构的缺点是空间划分不够灵活。

优点：现浇钢筋混凝土剪力墙结构的整体性好，刚度大，在水平荷载作用下侧向变形小，承载力要求也容易满足；缺点：主要是剪力墙间距不能太大，平面布置不灵活，不能满足公共建筑的使用要求。此外，结构自重往往也较大。变形特点：当剪力墙的高宽比较大时，是一个受弯为主的悬臂墙，侧向变形是弯曲型，即层间侧移随着层数的增加而增大。

适用范围：剪力墙结构在住宅及旅馆建筑中得到广泛应用。因此这种剪力墙结构适合于建造较高的高层建筑。

(3)框架—剪力墙结构

这种结构是在框架结构的基础上，沿框架纵、横方向的某些位置，在柱与柱之间设置数道钢筋混凝土墙体作为剪力墙．因此它是框架和剪力墙的有机结合。它综合了二者的优点：一个布置灵活，—个抗侧移能力高。其建筑高度可以比单一的框架结构或剪力墙的结构要高得多。

框架结构是利用梁、柱组成的纵、横两个方向的框架形成的结构体系，它同时承受竖向荷载和水平荷载。而剪力墙体系是利用建筑物的墙体（内墙或外墙）做成剪力墙来抵抗水平力，同时它也承受垂直荷载，所以它既受剪力又受弯，所以称为剪力墙。

优点：框架结构的主要优点是建筑平面布置灵活，可形成较大的建筑空间，建筑立面处理也比较方便。而剪力墙结构的优点是侧向刚度大，水平荷载作用下侧移小。

缺点：框架结构侧向刚度较小，当层数较多时，会产生较大的侧移，易引起非结构性构件（如隔墙、装饰等）破坏，而影响使用。而剪力墙结构的间距小，结构建筑平面布置不灵活，不适用于大空间的公共建筑，另外结构自重也较大。

从上面的比较，我们可以发现，两者的优缺点存在互补性，因此便产生另一种结构形式，即所谓的“框架剪力墙结构”，它是在框架结构中设置适当剪力墙的一种结构体系。它具有框架结构平面布置灵活、有较大空间的优点，又具有侧向刚度较大的优点。是两者优点的结合。这个结构体系中，剪力墙主要承受水平荷载，竖向荷载主要由框架承担。这种结构一般宜用于10～20层的建筑。

(4)筒体结构

用钢筋混凝土墙组成一个简体作为房屋的承重结构，这就是筒体结构。筒体也可以由密柱和深梁组成，即将柱子密集排列，并在柱间布置深梁(高度较大的梁)使之形成一个筒体。除采用一个筒体作承重结构外，也可以用多个筒体组成筒中筒结构、束筒结构，还町以将框架和筒体联合起来组成所谓框—筒结构。筒体结构在各个方向的侧移刚度都很大，是目前高层建筑中采用较多的结构形式。

特点：主要抗侧力，四周的剪力墙围成竖向薄壁筒和柱框架组成竖向箱形截面的框筒，形成整体，整体作用抗荷。

它由密柱高梁空间框架或空间剪力墙所组成，在水平荷载作用下起整体空间作用的抗侧力构件称为筒体（由密柱框架组成的筒体称为框筒；由剪力墙组成的筒体称为薄壁筒）。由一个或数个筒体作为主要抗侧力构件而形成的结构称为筒体结构，它适用于平面或竖向布置繁杂、水平荷载大的高层建筑。

筒体结构是高层建筑、特别是超高层建筑中时常采用的一种结构体系。是针对性较强的一种结构体系，很难评价其优缺点。在这类建筑中，由于水平荷载非常之大，起着控制作用，而筒体结构便是抵抗这种水平荷载的最有效的一种结构体系，它的受力特点相当于整个建筑犹如一个固定于基础之上的封闭空心的筒体悬臂梁来抵抗水平力。

(5)其他还有壳体结构、网架结构、悬索结构等等，它们多用于大跨度结构中。

按房屋建筑结构分类：

建筑结构按所用的材料不同可分为：

1、钢结构它是指以钢材为主制作的结构；

钢结构建筑已成为国际现代化都市建筑发展的主流，特别是随着结构解析和钢构技术的提升，这种趋势更加明显，钢结构尤其是H型钢构相对于传统的钢筋混凝土结构的优点主要是：

（1）强度高。钢结构本身具有的高强度，使得建筑物的载重减轻，建筑物的安全性能提高，特别是耐震性能很高。

（2）延展性好。钢筋混凝土构件的特性，是硬脆达到某一强度后，就会遭受破坏。而钢结构的延展性可使应力集中点发生变形，但不会马上破坏。

（3）均一性好。钢筋混凝土构件会因使用时间不一发生变化，，而钢构件应力不会因时间的推移而出现劣化现象。

（4）寿命长。钢结构在适当的养护下，使用时间长；钢筋混凝土构件

可达10%～15%。它一方面是混凝土高碱成分偏碱性，其中水化产生的Ca(OH）

2

度的主要提供和保证者(对保护钢筋特别重要)，另一方面，它又是混凝土中最不稳定的成分之一，很容易与环境中的酸性介质发生中和反应，使混凝土中性化，生成硫酸盐、碳酸盐，降低了寿命。

（5）便于预制施工。钢构建材在工厂预先加工后，再运往工地，只需要螺栓、铆钉锁紧或部分焊接，即可完成组装，缩短了工期，而钢筋混凝土则需要现场施作，施工受到天气和环境的制约，施工期变长。

但钢构也存在着缺点，也即工程施工时需要预防注意的地方。主要是：

（1）需要维护。钢结构建材暴露在空气中，钢材易被氧化腐蚀，必须使用油漆保养，或使用不锈钢之类耐腐蚀钢材制作。而传统钢筋混凝土不需要养护。

（2）需要涂防火表层。钢结构建材在高温时强度会减弱，必须涂防火表层，这样当火灾发生时，赢取逃生时间，而钢筋混凝土本身就是耐火耐燃材料没有此缺点，不需要涂覆防火层。

（3）易产生扭曲。钢结构建材特别是Ｈ型钢，有强轴和弱轴断面，当应力超过容许应力值，弱轴断面会产生扭曲现象。所以建筑时必须考虑钢构建的形变量，依托结构解析和钢构技术；钢筋混凝土浇注完成，凝固后则不易产生扭曲。

2、砖混结构

顾名思义，就是以砖和钢筋混凝土混合结构。由于砖的生产能够就地取材，因而房屋的造价相对较低。但砖的力学性能较差，承载力小，房屋的抗震性能不好。设计中通过圈梁、构造柱等措施可以是房屋的抗震性能提高，但一

般只能建造7层以下的房屋。砖混结构的房屋的承重墙厚一般为370毫米或240毫米，占用房屋的使用面积，使房屋的有效使用率变小。另外砖混结构的房屋的楼板较多采用预应力空心楼板，房间开间不能太大，否则，楼板会发生饶度，影响使用和美观，并会给使用人造成一定的心理压力。虽然，现在许多砖混结构的楼板结构采用全现浇的钢筋混凝土，但因砖混结构整体抗震性能限制，开间仍不能设计的太大。砖混房屋受到结构的限制，空间布置不灵活，不能象框架结构那样，用户可以比较随意的根据自己的需要灵活分割布置空间。

3、钢筋混凝土结构

当在混凝土中配以适量的钢筋，则为钢筋混凝土。钢筋和混凝土这种物理、力学性能很不相同的材料之所以能有效地结合在一起共同工作，主要靠两者之间存在粘结力，受荷后协调变形。再者这两种材料温度线膨胀系数接近，此外钢筋至混凝土边缘之间的混凝土，作为钢筋的保护层，使钢筋不受锈蚀并提高构件的防火性能。由于钢筋混凝土结构合理地利用了钢筋和混凝土两者性能特点，可形成强度较高，刚度较大的结构，其耐久性和防火性能好，可模性好，结构造型灵活，以及整体性、延性好，适用于抗震结构等特点，因而在建筑结构及其他土木工程中得到广泛应用。

钢筋混凝土结构的主要优点：（1）取材容易：混凝土所用的砂、石一般易于就地取材。另外，还可以有效利用矿渣、粉煤灰等工业废料。（2）合理用材：钢筋混凝土结构合理地发挥了钢筋和混凝土两种材料的性能，与钢结构相比，还可以降低造价。（3）耐久性：密实的混凝土有较高的强度，同时由于钢筋被混凝土包裹，不易