1、建筑结构选型建筑结构选型福建工程学院土木工程系福建工程学院土木工程系唐瑞霖唐瑞霖2009年年 8月月 1 6日日绪绪 论论 结构对于建筑的意义结构对于建筑的意义 建筑结构选型的原则建筑结构选型的原则 建筑结构的组成与分类建筑结构的组成与分类 结构如同建筑的骨骼，要承受各种力的作用，形成支撑体结构如同建筑的骨骼，要承受各种力的作用，形成支撑体系，是建筑物赖以存在的物质基础；系，是建筑物赖以存在的物质基础；通过满足技术要求来满足建筑的使用功能；通过满足技术要求来满足建筑的使用功能；形成特定的建筑造型；形成特定的建筑造型；结构科学的进步推动着建筑的发展，一部建筑史也是一部结构科学的进步推动着建筑的发
2、展，一部建筑史也是一部建筑结构发展史。建筑结构发展史。一、结构对于建筑的意义一、结构对于建筑的意义 建筑结构的定义建筑结构的定义 建筑结构建筑结构是形成一定空间及造型，并具有承受人为和自然是形成一定空间及造型，并具有承受人为和自然界施加于建筑物的各种荷载作用，使建筑物得以安全使用界施加于建筑物的各种荷载作用，使建筑物得以安全使用的骨架，用来满足人类的生产、生活需求以及对建筑物的的骨架，用来满足人类的生产、生活需求以及对建筑物的美观要求。美观要求。建筑结构建筑结构是在建筑中，由若干构件（如梁、板、柱等）连是在建筑中，由若干构件（如梁、板、柱等）连接而构成的能承受各种外界作用（如荷载、温度变化、地
3、接而构成的能承受各种外界作用（如荷载、温度变化、地基不均匀沉降等）的体系。基不均匀沉降等）的体系。建筑结构与建筑设计的关系（一）建筑结构与建筑设计的关系（一）建筑结构是建筑三大构成要素中建筑技术的组成内容，是建筑结构是建筑三大构成要素中建筑技术的组成内容，是保证房屋安全的重要手段。保证房屋安全的重要手段。建筑结构的型式是为了满足建筑功能要求，为创造建筑的建筑结构的型式是为了满足建筑功能要求，为创造建筑的美而服务。美而服务。建筑结构与建筑设计是两个既相互独立又紧密联系的专业建筑结构与建筑设计是两个既相互独立又紧密联系的专业工种。工种。建筑结构与建筑设计的关系（二）建筑结构与建筑设计的关系（二）建
4、筑结构是解决支撑体系问题，处于服务地位，由注册结建筑结构是解决支撑体系问题，处于服务地位，由注册结构师完成。构师完成。建筑设计是解决功能、适用和美观的问题，处于先行与主建筑设计是解决功能、适用和美观的问题，处于先行与主导地位，由注册建筑师完成。导地位，由注册建筑师完成。建筑设计必须和建筑结构有机结合起来，只有真正符合结建筑设计必须和建筑结构有机结合起来，只有真正符合结构逻辑的建筑才具有真实的表现力和实际的可行性，富有构逻辑的建筑才具有真实的表现力和实际的可行性，富有建筑的个性。建筑的个性。二、建筑结构选型的原则二、建筑结构选型的原则 在建筑设计中，空间组合和建筑造型的主要环节是选择最在建筑设计
5、中，空间组合和建筑造型的主要环节是选择最佳结构方案，即结构选型。结构选型应遵循以下原则：佳结构方案，即结构选型。结构选型应遵循以下原则：（1）适应建筑功能的要求）适应建筑功能的要求 对于有些公共建筑，其功能有视听要求，如：体育馆为保对于有些公共建筑，其功能有视听要求，如：体育馆为保证较好的观看视觉效果，比赛大厅内不能设柱，必须采用大跨证较好的观看视觉效果，比赛大厅内不能设柱，必须采用大跨度结构；大型超市为满足购物的需要，室内空间具有流动性和度结构；大型超市为满足购物的需要，室内空间具有流动性和灵活性，所以应采用框架结构。灵活性，所以应采用框架结构。（2）满足建筑造型的需要）满足建筑造型的需要
6、对于建筑造型复杂、平面和立面特别不规则的建筑结构选对于建筑造型复杂、平面和立面特别不规则的建筑结构选型，要按实际需要在适当部位设置防震缝，形成较多有规则的型，要按实际需要在适当部位设置防震缝，形成较多有规则的结构单元。结构单元。（3）充分发挥结构自身的优势）充分发挥结构自身的优势 每种结构型式都有各自的特点和不足，有其各自的适用范每种结构型式都有各自的特点和不足，有其各自的适用范围，所以要结合建筑设计的具体情况进行结构选型。围，所以要结合建筑设计的具体情况进行结构选型。（4）考虑材料和施工的条件）考虑材料和施工的条件 由于材料和施工技术的不同，其结构形式也不同。例如：由于材料和施工技术的不同，
7、其结构形式也不同。例如：砌体结构所用材料多为就地取材，施工简单，适用于低层、多砌体结构所用材料多为就地取材，施工简单，适用于低层、多层建筑。当钢材供应紧缺或钢材加工、施工技术不完善时，不层建筑。当钢材供应紧缺或钢材加工、施工技术不完善时，不可大量采用钢结构。可大量采用钢结构。（5）尽可能降低造价）尽可能降低造价 当几种结构形式都有可能满足建筑设计条件时，经济条件当几种结构形式都有可能满足建筑设计条件时，经济条件就是决定因素，尽量采用能降低工程造价的结构形式。就是决定因素，尽量采用能降低工程造价的结构形式。三、建筑结构的组成与分类三、建筑结构的组成与分类 建筑结构的组成主要包括各种构件：建筑结构
8、的组成主要包括各种构件：柱柱 梁梁 板板 桁架杆件桁架杆件 网架杆件网架杆件 索索 膜膜建筑结构按材料分类建筑结构按材料分类 混凝土结构混凝土结构 砌体结构（砖、砌块、石）砌体结构（砖、砌块、石）钢结构钢结构 木结构木结构 索和膜结构索和膜结构 组合结构组合结构 其它金属结构（铝合金、不锈钢）其它金属结构（铝合金、不锈钢）建筑结构按受力和构造特点分类建筑结构按受力和构造特点分类 混合结构体系混合结构体系 多层和高层建筑结构多层和高层建筑结构 框架结构体系框架结构体系 剪力墙结构体系剪力墙结构体系 平面结构体系：排架（桁架）、平面结构体系：排架（桁架）、单层大跨度建筑结构单层大跨度建筑结构 门式
9、刚架、拱门式刚架、拱 空间结构体系：薄壳、网架网壳、空间结构体系：薄壳、网架网壳、悬索、索和膜悬索、索和膜第一章第一章 混合结构体系混合结构体系 混合结构是指一个建筑物的承重体系中采用两种或两种以上的结构类型 混合结构一般指砖混结构，即墙体、基础等竖向承重构件采用砖砌体结构，楼盖、屋盖等水平承重构件采用装配式或现浇钢筋混凝土结构 砖墙既是承重结构，又是围护结构 砌体结构所用材料便于就地取材，施工较简单，施工进度快，技术要求低，施工设备简单 砌体结构刚度较大，强度低，整体性差，抗震性能差 综合经济指标好，实际造价低廉 平面布置灵活性差，使用面积较小，建筑立面效果厚实 砖墙在防寒、隔热、隔音、抗风
10、雨侵袭和化学稳定性等建筑物理性能方面较为优越、物美价廉，但自重较大 适用于六层及以下的住宅、宿舍、办公室、学校、医院等民用建筑以及中小型工业建筑第一节第一节 优缺点和应用范围优缺点和应用范围 横墙承重方案 纵墙承重方案 纵横墙承重方案 内框架承重方案 与结构选型有关的构造要求第二节第二节 混合结构房屋的墙体布置混合结构房屋的墙体布置 横墙承重方案横墙承重方案 受力特点：楼层荷载通过板、梁传至横墙，横墙作为主要的竖向承重构件，纵墙仅起围护、隔断、自承重及形成整体的作用 优点：横墙布置较密，房屋横向刚度大、整体刚度大，外纵墙立面处理较为方便、可开设较大的门窗洞口 缺点：横墙间距小，导致房间布置灵活
11、性差 适用：宿舍、住宅等居住建筑纵墙承重方案纵墙承重方案 无梁纵墙承重：板纵墙基础 有梁纵墙承重：板梁纵墙基础 受力特点：纵墙是主要承重墙，横墙设置主要为满足房屋刚度及整体性需要，横墙间距可以较大 优点：空间较大，平面布置灵活，墙体面积小 缺点：刚度较差，纵墙受集中力处需加厚或设墙垛，纵墙门窗洞口大小和位置受限 适用：需要大空间或隔墙布置灵活的房屋，如教学楼、办公楼、实验楼、医院、图书馆、食堂、仓库等纵横墙承重方案纵横墙承重方案 受力特点：为了满足建筑使用上的功能要求和结构的合理性，将纵墙和横墙均布置为承重墙体，采用预制短向楼板或现浇钢筋混凝土楼板 优点：开间较横墙承重体系大 缺点：房间布置灵
12、活性较纵墙承重体系差 适用：教学楼、办公楼、医院等建筑内框架承重方案内框架承重方案 受力特点：外墙采用砖墙，内部采用钢筋混凝土梁、柱和预制板，由外部砖墙和内部框架共同组成承重体系 优点：内部空间大，梁的跨度较纵墙承重体系小 缺点：外部砖墙和内部钢筋混凝土柱差别较大，房屋不均匀沉降导致结构附加内力较大，整体刚度较差 适用：多层工业、商业和文教用房等建筑，或仅用于建筑的底层（门面），或底层框架结构、上部砖混结构与结构选型有关的构造要求与结构选型有关的构造要求 横墙间距小些，可使结构整体性和空间刚度较好，还可防止地基不均匀沉降引起的墙体开裂 纵墙宜贯通，可利于防止墙体开裂，且易于设置圈梁 梁跨度较大
13、时，其支承处应加设壁柱 适当设置伸缩缝和沉降缝，可预防和减少墙体开裂 房屋平、立面布置规则，房屋质量分布和刚度变化均匀，限制房屋的高度、层高和高宽比，设置防震缝，选用配筋砌体，设置圈梁和构造柱，可提高砌体结构的抗震性能 装配式楼盖的优点：造价低，施工进度快 装配式楼盖的缺点：整体性差，抗震性差 现浇楼盖的优点：整体性好，抗震性好，布置灵活 现浇楼盖的缺点：造价高，施工工期长 装配整体式楼盖的特点：造价、工期介于上述两种之间，整体性和抗震性也介于上述两种之间第三节第三节 混合结构房屋的楼盖布置混合结构房屋的楼盖布置 现浇楼盖（一）现浇楼盖（一）分为两种：单向板肋梁楼盖；双向板肋梁楼盖 单向板和双
14、向板的划分：长短边之比3为单向板；长短边之比3为双向板 梁板的经济跨度：单向板 23m；双向板 35m；次梁 47m；主梁 58m 单向板肋梁楼盖荷载传递路线：板次梁主梁柱（墙）基础地基 双向板肋梁楼盖荷载传递路线：板梁柱（墙）基础地基现浇楼盖（二）现浇楼盖（二）不需做挠度验算的板、梁截面高度要求不需做挠度验算的板、梁截面高度要求 在大中城市不能作为承重体系，但在围护结构和隔墙方面仍广泛使用 在农村和小城镇仍普遍使用，在抗震区使用应提高其抗震能力 随着墙体改革的推进，着重新型轻质高效砌体材料的发展 震害明显，倒塌破坏严重，在地震区倾向于限制使用第四节第四节 混合结构的现有地位和发展趋势混合结构
15、的现有地位和发展趋势 第二章第二章 框架结构体系框架结构体系一般用于不多于15层（不超过50米高度）的多层和高层房屋第一节第一节 结构特点和优缺点结构特点和优缺点第二节第二节 框架的组成与分类框架的组成与分类框架结构按施工方法分类框架结构按施工方法分类框架结构按承重方式分类框架结构按承重方式分类第三节第三节 框架的结构布置、柱网尺寸框架的结构布置、柱网尺寸以及构件截面尺寸以及构件截面尺寸 一、框架结构布置方案一、框架结构布置方案二、框架柱网布置二、框架柱网布置1、多层厂房的柱网尺寸、多层厂房的柱网尺寸2、多层民用房屋的柱网尺寸、多层民用房屋的柱网尺寸三、框架构件截面尺寸的初步估算三、框架构件截
16、面尺寸的初步估算8112112118121312131四、抗震设防区框架结构体型与布置的要求四、抗震设防区框架结构体型与布置的要求第四节第四节 框架结构的适用层数与高宽比框架结构的适用层数与高宽比 框架结构的变形与内力框架结构的变形与内力框架结构的适用层数、高宽比与适用高度框架结构的适用层数、高宽比与适用高度第三章第三章 剪力墙结构体系剪力墙结构体系第一节第一节 各类剪力墙结构的性能、各类剪力墙结构的性能、特点与适用范围特点与适用范围一、框架一、框架-剪力墙结构剪力墙结构框架框架-剪力墙结构变形特点剪力墙结构变形特点框架框架-剪力墙结构受力特点剪力墙结构受力特点框架框架-剪力墙结构的适用范围剪
17、力墙结构的适用范围框架框架-筒体结构筒体结构二、剪力墙结构二、剪力墙结构底层大空间剪力墙结构底层大空间剪力墙结构大底盘大空间剪力墙结构大底盘大空间剪力墙结构 三、筒体结构三、筒体结构多筒结构多筒结构各种结构体系的适用层数各种结构体系的适用层数（括号内为可建层数）（括号内为可建层数）截面布置对刚度的影响截面布置对刚度的影响第二节第二节 剪力墙的形状和布置原则剪力墙的形状和布置原则一、剪力墙的形状一、剪力墙的形状二、剪力墙结构布置原则二、剪力墙结构布置原则第三节第三节 剪力墙的主要构造要求剪力墙的主要构造要求一、剪力墙的材料、厚度和配筋一、剪力墙的材料、厚度和配筋二、剪力墙的开洞二、剪力墙的开洞第
18、四节第四节 变形缝变形缝一、变形缝的设置一、变形缝的设置二、变形缝的宽度二、变形缝的宽度第四章第四章 高层建筑结构的高层建筑结构的其它设计方法其它设计方法第一节第一节 选择有效的建筑形式以控制侧移选择有效的建筑形式以控制侧移一、外柱倾斜的建筑形式一、外柱倾斜的建筑形式二、上窄下宽的建筑形式二、上窄下宽的建筑形式三、圆形或类圆形建筑形式三、圆形或类圆形建筑形式四、三角形建筑形式四、三角形建筑形式五、新月形建筑形式五、新月形建筑形式结语结语第二节第二节 多高层地下室设置与基础类型多高层地下室设置与基础类型一、多高层地下室设置一、多高层地下室设置二、多高层基础类型二、多高层基础类型第三节第三节 转换
19、层在多高层建筑中的应用转换层在多高层建筑中的应用一、转换层的基本特点一、转换层的基本特点二、转换层结构的设置原则二、转换层结构的设置原则第四节第四节 高层建筑的防火高层建筑的防火一、结构防火一、结构防火二、防火措施的范围二、防火措施的范围第五章第五章 门式刚架门式刚架第一节第一节 门式刚架的结构特点与适用范围门式刚架的结构特点与适用范围第二节第二节 门式刚架的类型与构造门式刚架的类型与构造第六章第六章 薄腹梁结构薄腹梁结构薄腹梁的设计要点和大致尺寸薄腹梁的设计要点和大致尺寸第七章第七章 桁架结构桁架结构第一节第一节 桁架的结构特点与优点桁架的结构特点与优点第二节第二节 桁架外形与内力的关系桁架
20、外形与内力的关系第三节第三节 屋架形式与材料的关系屋架形式与材料的关系一、木屋架一、木屋架二、钢屋架二、钢屋架三、钢筋混凝土屋架三、钢筋混凝土屋架第四节第四节 屋架基本尺寸及其适用范围屋架基本尺寸及其适用范围一、三角形屋架一、三角形屋架二、梯形屋架二、梯形屋架三、拱形（折线形）屋架三、拱形（折线形）屋架四、平行弦屋架四、平行弦屋架五、无斜腹杆屋架五、无斜腹杆屋架六、钢筋混凝土六、钢筋混凝土-钢组合屋架钢组合屋架七、板状屋架七、板状屋架第五节第五节 屋架结构的选型屋架结构的选型第六节第六节 排架结构简介排架结构简介一、排架结构的类型一、排架结构的类型二、排架结构的组成二、排架结构的组成第八章第八
21、章 拱结构拱结构第一节第一节 拱的受力特点与适用范围拱的受力特点与适用范围第二节第二节 拱的类型拱的类型第三节第三节 拱轴的形式与合理轴线拱轴的形式与合理轴线第四节第四节 拱水平推力的平衡拱水平推力的平衡一、落地拱一、落地拱 利用地基基础直接承受水平推利用地基基础直接承受水平推力力二、水平推力由竖向结构承担二、水平推力由竖向结构承担三、系杆拱三、系杆拱 水平推力由系杆直接承担水平推力由系杆直接承担四、水平推力由刚性水平结构传递给总拉杆四、水平推力由刚性水平结构传递给总拉杆 第五节第五节 拱的截面形式与主要尺寸拱的截面形式与主要尺寸第六节第六节 拱的结构选型与布置拱的结构选型与布置第九章第九章
22、薄壳结构薄壳结构薄壳的结构效能薄壳的结构效能薄壳的型式以及薄壳的型式以及典型曲面形式典型曲面形式第十章第十章 网架结构网架结构第一节第一节 网架的受力特点与适用范围网架的受力特点与适用范围第二节第二节 平板网架的结构形式及其选型平板网架的结构形式及其选型一、交叉桁架体系网架一、交叉桁架体系网架二、角锥体系网架二、角锥体系网架三、网架的结构选型三、网架的结构选型第三节第三节 平板网架的主要尺寸平板网架的主要尺寸一、网格尺寸一、网格尺寸二、网格高度二、网格高度三、腹杆布置三、腹杆布置第四节第四节 网架的杆件和节点网架的杆件和节点一、网架杆件一、网架杆件二、网架节点二、网架节点第五节第五节 网架的支承方式网架的支承方式第六节第六节 网架的屋面做法网架的屋面做法第十一章第十一章 悬索结构悬索结构悬索结构的组成悬索结构的组成悬索结构的结构形式悬索结构的结构形式 悬索结构的刚度悬索结构的刚度第十二章第十二章 膜结构膜结构膜结构的结构形式膜结构的结构形式膜结构材料膜结构材料
