结构与建筑的关系

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• 三、 轻型钢结构
• 轻型钢结构系指主要由圆钢或小角钢（ ∟45x4或∟56x36x4）组成的钢结构。 • 轻型钢结构主要用于跨度L≤18m、吊车起重 量Q≤5t的A3～A6级且无高温、高湿和侵蚀环境 的厂房以及一些采用轻型屋面材料的或临时建筑 的屋盖结构中。 • 柱子和吊车梁不宜采用轻型钢结构。 • 另外，还有其它钢结构类型如压型钢板－混凝 土组合板、 外包钢混凝土钢结构 、 钢－混凝土 组合梁、钢管结构、 钢管混凝土结构等。
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3）水平荷载和剪力分布规律 ① 框架水平荷载上正下负，顶端受正向集中力。 ② 抗震墙水平荷载上小下大，顶端受反向集中力。 ③ 框架和抗震墙顶端水平剪力均不为零。 ④ 框架楼层剪力最大值在(0.3--0.6)H 之间。 ⑤ 抗震墙顶端一段的水平剪力为负值。 ⑥ 抗震墙承担 80% 的水平荷载。
• 2 变形特点 • a）框架侧移以整体剪切变形为主 • b）梁、柱弯曲变形是框架侧移的主因
•
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• 三、 适用范围
• 高抗震烈度地区不宜使用
•
按《高层建筑结构设计建议》
•
设防烈度 现浇结构 装配结构
•
9度 25米
不用
•
8度 45米
25米
•
7度 55米
35米
•
6度 60米
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二、 平面大跨结构（19世纪后半叶～二战）
特征：桁架、刚架、拱结构
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三、 新型大跨结构（二战～今）
特征：“薄壳、悬索、网架”
1 薄壁结构
合理的外形，充分发挥材料受压性能，以较薄 的壳体跨越很大的空间，而具有足够的强度和刚 度。 2 悬索结构
纤细的索网，充分发挥钢材抗拉性能，轻盈活 波，适宜与大跨度 3 网架结构

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•二、刚架结构跨度尺寸
1）跨度
① 实腹式：
50～60米
② 格构式两铰刚架： 60～120米
③ 格构式无铰刚架： 120～150米
④ 折线弓形刚架： 40～50米 高15～20米
2）断面
① 实腹式梁高 h=(1/12～1/20)L 设预应力拉杆 h=(1/30～1/40)L
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• 现浇墙结构
• 一、 建筑特征
•
1 工具式模板现浇内墙和楼板
•
2 空间小，刚度大
• 二、 结构类型
•
1 内浇外砌 内墙现浇，外墙砌体
•
2 内浇外挂 内墙现浇，外墙挂板
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• 三、 选型要点
•
1 内墙承重，均匀布置，避免刚度突
变。
•
2 外墙围护，加强连接，保证结构整
体。
•刚架结构
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• 一、 刚架结构特征、优缺点和适用范围
• 刚架是横梁和柱以整体连接方式构成的一种门 形结构。由于梁和柱是刚性节点，在竖向荷载作用 下柱对梁有约束作用，因而能减少梁的跨中弯矩； 同样，在水平荷载作用下，梁对柱也有约束作用， 能减少柱内的弯矩。
• 由于刚架结构受力合理，轻巧美观，能跨越较 大的跨度，制作又很方便，因而应用非常广泛。一 般用于体育馆、礼堂、食堂、菜场等大空间的民用 建筑，也可用于工业建筑。
利用小型杆件，组合成整体结构，刚度大，变 形小，自重轻，材料省
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2 、新型大跨结构的特点
① 整体上是空间结构 ② 跨度大，可覆盖巨大的室内空间 ③ 矢高小、曲率平缓，可有效利用空间 ④ 厚度薄、自重轻，节省材料 ⑤ 形式多样，可适合于各种形状的平面组合
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•
由结构工程师来完成。
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•各种结构体系包含的承重结构类型
结构体系
承重结构类型
墙承重结构 夯土墙建筑、砌体墙结构;、 钢筋混凝土剪力 墙结构
骨架承重结构 木构架结构、框架结构、框架-剪力墙结构、 板柱结构、钢框架结构
拱结构、刚架结构、桁架结构、 骨架结构
排架结构
大跨度结构 网架结构、悬索结构、帐篷薄膜
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2020/12/12
结构与建筑的关系
•结构设计 (Structural Design ) 主要任务：
• 根据国家有关建筑方针政策和设计规范、标准，以建筑方案 为设计条件进行建筑承重体系的设计，主要任务是:
• 结构选型； • 结构布置； • 结构受力分析； • 结构构件设计。
③ 抗震墙应避开需要开大洞口的墙体位置 ④ 在独立结构单元端部，抗震墙距外墙<=8米 ⑤ 防震缝两侧不宜设成对的抗震墙 ⑥ 纵向抗震墙不宜设在独立结构单元的两端
⑦ 抗震墙宜用 L T H 口 形
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• 框架结构
• 一、 结构特征
• 1) 结构材料：
•
以梁柱构成建筑物的骨架，传递和支承
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• 3 构件受力状态
• 1）并联体的连杆内力 • ① 框 架：剪切型侧向变形。 • ② 剪力墙：弯曲型侧向变形。 • ③ 并联体：弯剪型侧向变形。
• 2）框架和抗震墙的内力 • ① 框 架剪力: 连杆使框架水平剪力上下分布均匀。 • ② 抗震墙弯矩：连杆减小抗震墙底部弯矩。
• • • • • • •
• 2 力学特性：强度较低，自重大，抗震性能较差；
•
• 3 适用范围：房间开间、进深不大。在中小型民用建筑中 应
•
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用较为广泛 。
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• 二、 选型要点
• 1 房屋总高度和层数限值；
• 2 房屋最大高宽比限值；
• 3 抗震横墙最大间距限值；
• 4 房屋局部尺寸限值；
• 5 结构布置要点：
• 优先采用横墙承重或纵横墙混合承重 • 纵横墙宜均匀对称，平面对齐，竖向连续。 • 按要求设变形缝。 • 楼梯间不宜在尽端和转角。
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•钢筋混凝土板的跨度一般为1.8—3.6m ，
•预制钢筋混凝土板的跨度一般不超过
4.2m
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② 折线弓形刚架梁高、柱宽 (1/15～1/25)L
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•排架结构，桁架结构
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由屋架（或屋面梁）、柱、基础等组成，柱顶与屋架 为铰接，柱底与基础顶面为固接。在单层工业厂房中有着 广泛的应用。根据生产工艺和使用要求不同，排架结构可 设计成等高或不等高、单跨或多跨及其它多种形式。
剪力墙结构，是指其竖向承重结构全部由一系列 横向和纵向的钢筋混凝土剪力墙所组成，这种结构侧 向刚度大、位移小，称为刚性结构体系。
剪力墙通常为横向布置，间距小，约为3～6m，因 此平面布置不够灵活，仅适用于小开间的高层住宅、 旅馆、办公楼等，这种结构从理论上讲可建造上百层 的民用建筑，但从技术经济考虑，地震区的剪力墙结 构一般控制在35层，总高110m以内，非地震区可适 当放宽。由于使用需要，剪力墙结构的底部剪力墙改 为框架，形成框支剪力墙结构，但这种结构的上部刚 度与底部刚度相差悬殊，刚度突变，对地震区建筑是 不利的。
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•钢（框架）结构
•一、 普通钢结构
• （一） 结构特征、优缺点和适用范围
• （1） 普通钢结构是的工业化程度高，工作性能可靠，结构 自重轻，在工程中得到了广泛的应用。有如下一些特点：
• 1） 强度高、截面小、运输和装拆均较方便。但是，杆件较细长， 因此稳定性问题较其它类型的结构更为突出，设计中应予以充分注意 。 • 2） 材料的均匀性和同向性好，它最符合一般工程力学的基本规定 ，应力计算比较可靠。 • 3） 材料的可焊性好，因而可简化制造工艺，提高钢结构的工业化 生产程度。 • 4） 耐火性和耐腐性较差，在有侵蚀性介质环境中或在有特殊防火 要求的建筑中使用钢结构，应采用有效的防护措施。钢结构的维护费 用较高。
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•拱结构
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• 一、拱结构特征、优缺点和适用范围 • （1） 拱结构的特点
• ① 拱是一种推力结构：在竖向荷载下产生水平推力；
• ② 拱是一种无矩结构：通过合理拱轴可使杆件无弯矩； • ③ 拱可充分利用材料抗压强度，断面小、跨度大。
•
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•
3）结构--上刚下柔
• 选型要点
• 1 总体要求 1）总高度和层数限值
•
2）底层框架柱网选择
• 2 抗震要求 1）抗震横墙最大间距限值
•
2）抗震墙布置
• 3 转换层设置：板式转换、梁板式转换、箱体转
换
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剪力墙结构（钢筋混凝土墙）
一、结构特征及适用范围
•
空间结构的卓越工作性能不仅仅表现在三维受力，而且
还由于它们通过合理的曲面形体来有效抵抗外荷载的作用。当
跨度越大时，空间结构就愈能显示出它们优异的技术经济性能。
事实上，当跨度达到一定程度后，一般平面结构往往已难于成
为合理的选择。从国内外工程实践来看，大跨度建筑多数采用
各种形式的空间结构体系。
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•（2）当前钢结构的适用范围，就民用建筑和工业企业范围 来说，大致如下：
•1) 用于重型车间的承重骨架； •2） 受动力荷载影响的结构； •3) 高耸结构； •4) 大跨度结构。
•（二） 钢结构的连接方式
• 建筑钢结构所采用的连接方式有： • 焊接连接、铆钉连接、普通螺栓连接和高强度螺栓连接
二、剪力墙的结构布置
在民用建筑中，一般是横墙短而数量多，纵墙长 而数量少，因此纵横向剪力墙布置应适应这一特点。
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• 三、剪力墙结构体系构成 • 1）全现浇墙 • 2）大型板材墙 • 3）内浇外砌墙 • 4）内浇外挂墙 • 5）框支剪力墙 • 6）框架 - 剪力墙结构
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建筑物的全部荷载，而墙体仅起分隔室内外空
间和围护作用。承重骨架的材料，一般多用钢
筋混凝土，也可用钢或木等其他材料。
•
• 2）力学特性：
•
竖向承重结构全部由框架组成。在水平
荷载下，其结构强度低、刚度小、水平位移大，
故称为柔性结构体系。
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• 二、构件受力特点
•
• 1 受力特点 • 竖向荷载下梁的弯-剪，柱的弯-压
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•常用的墙体承重结构：
• 砖混结构（砖墙，钢筋混凝土楼板） • 剪力墙结构（钢筋混凝土墙） • 大板结构（钢筋混凝土墙板、复合墙板）
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• 砖混结构（砖墙，钢筋混凝土楼板）
• 一、结构特征
• 1 结构材料：墙体--砖砌体
•
楼板—现浇或预制钢筋混凝土板
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三、墙体布置： 1 横墙承重； 2 纵墙承重； 3 纵横墙混合承重； 4 部分框架承重（底层或内部部分为框架）
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• 底层框架承重的特征
• 1 总体布置：下部框架 + 上部砖混
• 2 矛盾分析 1）功能--上静下动
•
2）空间--上小下大
50米
•
非震区 60米
50米
• • • •
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钢筋混凝土结构≤20层 钢结构 ≤ 30层 多用于住宅楼，办公楼，教学楼，综合楼。
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• 无梁楼板：是将现浇钢筋混凝土板直接支承在柱上的楼板结构。 为了增大柱的支撑面积和减小板的跨度，常在柱顶增设柱帽和托 板。 • 无梁楼板顶棚平整，室内净空大，采光、通风好。其经济跨度 为6m左右，板厚一般为120mm以上，多用于荷载较大的商店、仓库、 展览馆等建筑中。
结构、充气薄膜结构、折板结构、空间结构 薄壳结构
筒体结构
筒中筒结构、成束筒结构结构、框筒结构
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•墙承重结构
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• 墙体承重结构按照墙体施工方法和材料的 不同，可分为：
• 夯土墙、土坯墙 • 石砌墙 • 砖砌体墙 • 混凝土砌块墙 • 现浇钢筋混凝土墙等。
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•大跨度结 构
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•
在三维世界里，任何结构物本质上都是空间性质的，只
不过出于简化设计和建造的目的，人们在许多场合把它们分解
成一片片平面结构来进行构造和计算。
•
无法进行简单分解的空间体系日益显示出一般平面结构
无法比拟的丰富多彩和创造潜力，体现着大自然的美丽和神奇。
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4 抗震墙布置原则
1）抗震墙的设置 ① 沿结构平面主轴线方向布置 ② 抗震墙的数量要适当 ③ 按照“分散 均匀 周边 对称”四准则布置 ④ 不宜布置单肢墙
2）抗震墙的平面布置
① 每个方向沿两条以上相距较远的轴线设置抗震墙
② 抗震墙的设置部位： a 竖向荷载较大处 b 平面形状变化或楼盖水平刚度剧变处 c 楼梯电梯间及楼板较大洞口两侧