1、第九章：结构与建筑的关系 9.1结构与建筑的关系概述 9.2墙体承重体系 9.3骨架承重体系 9.4空间结构体系第九章 建筑与结构的关系 建筑设计，建筑设计，包括平面设计、立面设计、剖面包括平面设计、立面设计、剖面设计设计等，在满足各种需要的同时，都必须综合考等，在满足各种需要的同时，都必须综合考虑其他各专业（结构、电气、暖通、给排水等）虑其他各专业（结构、电气、暖通、给排水等）的要求，其中特别是要对结构专业的设计要求给的要求，其中特别是要对结构专业的设计要求给予足够的重视。予足够的重视。9.1结构与建筑的关系概述结构与建筑的关系概述 建筑设计与结构设计是整个建筑设计过程中是整个建筑设计过程中
2、的两个最重要的环节，对整个建筑物的外观效果、的两个最重要的环节，对整个建筑物的外观效果、结构稳定起着至关重要的作用，而二者之间又存结构稳定起着至关重要的作用，而二者之间又存在着相互协调、相互制约的关系。任何一个建筑在着相互协调、相互制约的关系。任何一个建筑设计方案，都会对具体的结构设计产生影响，而设计方案，都会对具体的结构设计产生影响，而结构设计又制约着建筑设计。因此在作建结构设计又制约着建筑设计。因此在作建筑设计的过程中，建筑师应该具备一定的结构筑设计的过程中，建筑师应该具备一定的结构方面的基础，能与结构设计相互配合，使二者方面的基础，能与结构设计相互配合，使二者统一，才能创造出优秀的建筑设
3、计作品。统一，才能创造出优秀的建筑设计作品。然而，许多建筑师在建筑设计中，过分然而，许多建筑师在建筑设计中，过分强强调美观、新颖调美观、新颖，强调创作的最大自由度。这样，强调创作的最大自由度。这样的建筑设计会给结构设计带来很大的困难。作的建筑设计会给结构设计带来很大的困难。作为建筑物，其本身必须为建筑物，其本身必须承受起巨大的恒载和活承受起巨大的恒载和活载、风荷载、地震力、扭距力载、风荷载、地震力、扭距力等。如果在建筑等。如果在建筑平面和剖面设计中，不依据基本的结构设计原平面和剖面设计中，不依据基本的结构设计原理，往往使结构工程师不能合理的选择结构体理，往往使结构工程师不能合理的选择结构体系，
4、导致建筑造价不经济等。系，导致建筑造价不经济等。材料和结构是建造建筑物所必须的物质基材料和结构是建造建筑物所必须的物质基础础。建筑设计应依据建筑的规模和功能特点，。建筑设计应依据建筑的规模和功能特点，采用相应的结构形式。为了充分发挥材料的力采用相应的结构形式。为了充分发挥材料的力学性能，使结构经济合理，建筑设计时，必须学性能，使结构经济合理，建筑设计时，必须考虑结构布置的特点及其相应的规范要求，把考虑结构布置的特点及其相应的规范要求，把艺术性、适用性和科学性结合起来。在艺术性、适用性和科学性结合起来。在工业与工业与民用建筑设计中，按照不同的方式，将结构体民用建筑设计中，按照不同的方式，将结构体
5、系分为不同的类型系分为不同的类型。例如，按照。例如，按照施工工艺施工工艺分，分，可以分为可以分为现场建造如现浇式钢筋混凝土结构、现场建造如现浇式钢筋混凝土结构、预置装配如装配式钢筋混凝土结构、现场建预置装配如装配式钢筋混凝土结构、现场建造造预制装配相结合等预制装配相结合等几种类型。几种类型。按照按照主体承重材料分主体承重材料分，可以分为，可以分为土结构、木结构、土结构、木结构、石结构、砖砌体结构、钢筋混凝土结构和钢结构石结构、砖砌体结构、钢筋混凝土结构和钢结构等。按照等。按照承重方式承重方式的不同，可以分为的不同，可以分为墙体承重、墙体承重、骨架承重和空间承重骨架承重和空间承重三种体系。（内容
6、详见教材三种体系。（内容详见教材表表9-1）9.2 墙体承重体系墙体承重体系 墙体承重体系墙体承重体系，一般是指由，一般是指由承重墙体和梁板承重墙体和梁板组成并共同受力的结构体系组成并共同受力的结构体系。这种结构体系，在。这种结构体系，在中小型民用建筑中采用较为广泛。在大型公共建中小型民用建筑中采用较为广泛。在大型公共建筑和高层建筑中，由于其强度较低，自重大，抗筑和高层建筑中，由于其强度较低，自重大，抗震性能差，应用较少。震性能差，应用较少。砌体结构是墙体承重体系中最常见的砌体结构是墙体承重体系中最常见的。在我。在我国广大的乡村地区，还甚至存在国广大的乡村地区，还甚至存在土墙承重土墙承重，我们
7、，我们一般称其为一般称其为生土建筑生土建筑，也属于墙体承重体系的，也属于墙体承重体系的一种。一种。另外，另外，钢筋混凝土剪力墙结构和筒体结构钢筋混凝土剪力墙结构和筒体结构等，从某种意义上说，也是属于墙体承重体系等，从某种意义上说，也是属于墙体承重体系的，我们为了简便起见，并考虑其受力特征，的，我们为了简便起见，并考虑其受力特征，把他们归入骨架承重体系之中。把他们归入骨架承重体系之中。9.2.1 生土（墙）建筑生土（墙）建筑（1）结构特征、优缺点及适用范围结构特征、优缺点及适用范围 采用采用土质材料承重土质材料承重的传统民居一般称为生的传统民居一般称为生土建筑。这种民居屋盖多采用土建筑。这种民居
8、屋盖多采用硬山、悬山搁檩，硬山、悬山搁檩，檩上搁置木缘子的屋盖承重体系檩上搁置木缘子的屋盖承重体系，可以起，可以起到承担屋顶上各种荷载作用并将其传递给到承担屋顶上各种荷载作用并将其传递给土墙或土墙或木柱木柱的作用。生土建筑的的作用。生土建筑的特点特点是可以是可以就地取材、就地取材、易于施工、便于自建、造价低廉、冬暖夏凉、节易于施工、便于自建、造价低廉、冬暖夏凉、节约能源、耗水量小，有利于生态平衡，不产生工约能源、耗水量小，有利于生态平衡，不产生工业废料，不释放有毒有害物质等业废料，不释放有毒有害物质等；其；其缺点缺点是是材料材料强度低，结构整体性弱，抗震能力差等强度低，结构整体性弱，抗震能力差
9、等。（2）生土（墙）建筑的结构形式生土（墙）建筑的结构形式 生土建筑，包括窑洞包括窑洞（如下图所示）、土筑土筑建筑建筑（如教材图9-2所示）、掩土建筑掩土建筑（如教材图9-3所示），由于材料强度低，在平立面布置上要求均匀、简单、对称、规则。房屋立面要避免错层、突变，同一栋房屋的层数和高度应相同，这些措施都是为了避免在房屋各部分出现应力集中。9.2.2 砌体结构砌体结构（1）结构特征、优缺点及适用范围 由块体和砂浆砌筑而成的墙、柱作为建筑块体和砂浆砌筑而成的墙、柱作为建筑物主要受力构件的结构，称为砌体结构物主要受力构件的结构，称为砌体结构，它是石砌体、砖砌体和砌块砌体石砌体、砖砌体和砌块砌体等结
10、构的总称。石石砌体砌体，包括各种卵石、毛石、片石和条石等砌体；砖砌体砖砌体，包括烧结普通砖、烧结多孔砖、烧结普通砖、烧结多孔砖、蒸压灰砂转、蒸压粉煤灰砖蒸压灰砂转、蒸压粉煤灰砖等砌体；砌块砌体砌块砌体，包括混凝土砌块、加气混凝土砌块、轻骨料混混凝土砌块、加气混凝土砌块、轻骨料混凝土砌块、无筋和配筋砌体凝土砌块、无筋和配筋砌体等。生土建筑生土建筑生土建筑交河故城交河故城 陕北土窑洞陕北土窑洞 砌体结构的砌体结构的优点优点是：是：耐火性好，化学稳定性耐火性好，化学稳定性和大气稳定性好；易于就地取材，节约钢材、水和大气稳定性好；易于就地取材，节约钢材、水泥和木料；隔热、隔声性能好；墙体既是承重构泥和
11、木料；隔热、隔声性能好；墙体既是承重构件，同时又起着围护和分隔室内外空间的作用，件，同时又起着围护和分隔室内外空间的作用，构造简单、造价较低构造简单、造价较低。其。其缺点缺点是：是：抗拉、弯、剪抗拉、弯、剪及抗震性能差；材料用量多，结构自重大；建筑及抗震性能差；材料用量多，结构自重大；建筑工作强度大，施工速度慢；且房间尺寸受钢筋混工作强度大，施工速度慢；且房间尺寸受钢筋混凝土梁板经济跨度的限制，空间的大小和形状受凝土梁板经济跨度的限制，空间的大小和形状受到限制，房间的组合不灵活，开窗也受到限制到限制，房间的组合不灵活，开窗也受到限制，仅适用于房间不大、层数不多的学校建筑、科研适用于房间不大、层
12、数不多的学校建筑、科研楼、办公楼、医院和居住建筑楼、办公楼、医院和居住建筑等。（2）砌体结构的形式）砌体结构的形式 砌体结构的承重墙布置方式有砌体结构的承重墙布置方式有横墙承重、纵横墙承重、纵墙承重和纵横墙混合承重墙承重和纵横墙混合承重三种方式。对于房间开三种方式。对于房间开间尺寸相同，且符合钢筋混凝土梁板经济跨度的间尺寸相同，且符合钢筋混凝土梁板经济跨度的小空间建筑，常采用小空间建筑，常采用横墙承重横墙承重。当房间进深较统。当房间进深较统一，且符合钢筋混凝土梁板的经济跨度，但开间一，且符合钢筋混凝土梁板的经济跨度，但开间尺寸多样，要求布置灵活时，可以采用尺寸多样，要求布置灵活时，可以采用纵墙
13、承重纵墙承重。当开间、进深变化较多时，可以考虑采用当开间、进深变化较多时，可以考虑采用纵横墙纵横墙混合承重混合承重。9.3 骨架承重体系9.3.1 木构架结构木构架结构 中国传统房屋是以木构架作为主要结构形式，中国传统房屋是以木构架作为主要结构形式，并创造了相适应的各种平面形式和外观造型，从并创造了相适应的各种平面形式和外观造型，从原始社会末期起，就形成了独特的艺术风格。在原始社会末期起，就形成了独特的艺术风格。在我国的民用建筑中，屋面及整体结构体系基本上我国的民用建筑中，屋面及整体结构体系基本上有檩式有檩式（教材图（教材图9-7）、）、屋架式屋架式（教材图（教材图9-8）、）、人字叉手构架人
14、字叉手构架、抬梁式构架抬梁式构架、穿斗式构架穿斗式构架、密肋密肋平板式、干栏式和井干式平板式、干栏式和井干式等几种形式。等几种形式。（1）人字叉手构架）人字叉手构架 所谓所谓人字叉手构架，就是应用两根与屋面坡人字叉手构架，就是应用两根与屋面坡度相一致的叉手构件，在屋脊处相交于一点，形度相一致的叉手构件，在屋脊处相交于一点，形成一个人字形的构架，故名成一个人字形的构架，故名“人字叉手人字叉手”构架构架。人字叉手构架由人字叉手构架由柱、构架和屋面结构组成柱、构架和屋面结构组成。（2）抬梁式木构架抬梁式木构架 抬梁式木构架是历史最悠久、流传最广泛的抬梁式木构架是历史最悠久、流传最广泛的木构架结构形式
15、，尤其在传统民居中更是如此。木构架结构形式，尤其在传统民居中更是如此。抬梁式木构架最初在春秋时代已经初步完备，后抬梁式木构架最初在春秋时代已经初步完备，后来经过不断的提高，产生了一套完整的结构形式。来经过不断的提高，产生了一套完整的结构形式。这种这种木构架是沿着房屋的进深方向木构架是沿着房屋的进深方向，在，在石柱础上石柱础上立木柱，在柱上架梁，再在梁上堆叠瓜柱和梁立木柱，在柱上架梁，再在梁上堆叠瓜柱和梁，在最上层的梁上立在最上层的梁上立脊瓜柱脊瓜柱，而最后构成一组完整，而最后构成一组完整的木构架体系，我们把这种体系称为抬梁式构架的木构架体系，我们把这种体系称为抬梁式构架体系（如教材图体系（如教
16、材图9-10、9-11所示）。在平行所示）。在平行的两组木构架之间，用的两组木构架之间，用横向的枋横向的枋联络木柱的上端，联络木柱的上端，并在各层并在各层柁梁和瓜柱上安置若干与构架成直角的柁梁和瓜柱上安置若干与构架成直角的檩子檩子。在这些檩子上，除承受由排列的椽子传来。在这些檩子上，除承受由排列的椽子传来的屋面荷载外，的屋面荷载外，檩子本身檩子本身还具有在还具有在纵向联系构架纵向联系构架的作用。这样，由两组木架就形成一个空间，在的作用。这样，由两组木架就形成一个空间，在传统的房屋中，把它称为传统的房屋中，把它称为“间间”，一座房屋通常，一座房屋通常由两间、三间、乃至更多间组成，沿着面由两间、三
17、间、乃至更多间组成，沿着面阔（纵阔（纵向）方向，排列成长方形平面，把它称为房屋向）方向，排列成长方形平面，把它称为房屋。在历史上，由于等级制度的出现，使抬梁式在历史上，由于等级制度的出现，使抬梁式木结构的组合和用料方面有很大区别，其中最显木结构的组合和用料方面有很大区别，其中最显著的就是只有著的就是只有宫殿、寺庙及其它特殊的房屋才允宫殿、寺庙及其它特殊的房屋才允许在柱头上和内外檐枋上安装许在柱头上和内外檐枋上安装斗栱斗栱（如教材图（如教材图9-12所示），因此就分为所示），因此就分为有斗栱有斗栱和和没斗栱没斗栱的构架，的构架，把有斗栱的构架称为把有斗栱的构架称为“大式大木大式大木”，不设斗栱的
18、，不设斗栱的称为称为“小式大木小式大木”，并把大式大木上的檩条称为，并把大式大木上的檩条称为“桁桁”，小式大木上的檩子仍然称为，小式大木上的檩子仍然称为“檩檩”。（3）穿斗式构架）穿斗式构架 在江南民居中，还有一种穿斗式构架。在江南民居中，还有一种穿斗式构架。它是它是由柱、穿枋、斗枋、纤子、檩子五种构件由柱、穿枋、斗枋、纤子、檩子五种构件组成，组成，沿房屋沿房屋进深方向立柱，一檩一柱，柱柱落地，或进深方向立柱，一檩一柱，柱柱落地，或间隔一檩有一柱落地间隔一檩有一柱落地。柱间以。柱间以穿枋相互串联穿枋相互串联，组，组成屋架。各屋架间以斗枋和纤子相互拉接成整体成屋架。各屋架间以斗枋和纤子相互拉接成
19、整体构架，构架，檩子直接搭设在柱头上檩子直接搭设在柱头上。穿斗架的用料较少，屋面荷载较轻，是南方民居建筑中普遍应用的构架形式。（4）平顶式构架）平顶式构架 承重结构主要为木构架系统，简支密梁（檩）与密铺小椽平屋顶，是传统的构造方式。该构架传力部分有地梁、立柱、上梁（圈梁）和檩条地梁、立柱、上梁（圈梁）和檩条。主要立柱间距约为主要立柱间距约为1.21.6m，开间宽多在，开间宽多在34m，大于4m时中间架一横大梁，以木柱支撑。檩条改为纵向布置，以缩小长度，开间与进深不求一致。檩条以矩形断面为主，间距约为檩条以矩形断面为主，间距约为450700mm。木构架以穿结合硬质木钉、木楔固定，为防止变形，在立
20、柱间加上斜撑，尤其在拐角处必须设置，使之称为稳定的空间构架。另外，木结构建筑里还有我国南方地区使用较多的干栏式木建筑（教材图9-15）和北方森林地区的使用较多的井干式木建筑（教材图9-16所示）。“干栏干栏”是古越语是古越语，是底层架空的意思；“井干井干”源于十字交叉的木料井壁源于十字交叉的木料井壁。9.3.2 框架结构框架结构 框架结构是以梁板柱构成建筑物的骨架，框架结构是以梁板柱构成建筑物的骨架，传递和支撑建筑物的全部荷载，而墙体仅起分传递和支撑建筑物的全部荷载，而墙体仅起分隔室内外空间和围护作用隔室内外空间和围护作用。由于承重结构与围护结构有明显分工，这使房间布置较为方便，空间划分比较灵
21、活，隔墙的形状可以是直线也可以是折线或是曲线，门窗的大小和形状也可以自由多变。承重骨架的材料，一般多用混凝土，也可以用钢或木等其它材料。（1）结构特征和适用范围）结构特征和适用范围 框架结构是指竖向承重结构全部由框架构成。框架结构是指竖向承重结构全部由框架构成。在水平荷载下，其结构承载力低，刚度小、水平在水平荷载下，其结构承载力低，刚度小、水平位移大，故称为柔性结构体系，如下图所示。位移大，故称为柔性结构体系，如下图所示。框架结构在地震烈度较高地区不宜采用。目目前主要用于前主要用于10层左右的住宅楼及办公楼等层左右的住宅楼及办公楼等。过高则因水平荷载所引起的柱中弯矩加大，使底层柱截面过大而影响
22、使用。（2）柱网布置）柱网布置 框架柱的截面框架柱的截面常为矩形常为矩形，根据需要，根据需要也可以设也可以设置成置成T形、形、I形形和其它形式。横梁截面常为矩形或横梁截面常为矩形或T形形，有时为了提高房屋净高也可以做成花篮型花篮型的。柱网布置首先应该满足使用要求，并使结构布置合理、受力明确直接、施工方便，在进行综合经济、技术比较后，选择合适的柱网。框架结构纵向柱列的多少可以分为单排、纵向柱列的多少可以分为单排、双排、三排、四排及多排柱双排、三排、四排及多排柱几种形式。9.3.3 剪力墙结构剪力墙结构（1）结构特征及适用范围）结构特征及适用范围 剪力墙结构，是指其竖向承重结构全部由是指其竖向承重
23、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一系列横向和纵向的钢筋混凝土剪力墙所组成，这种结构其侧向刚度大、位移小，称为刚性结其侧向刚度大、位移小，称为刚性结构体系构体系，如下图所示。剪力墙通常为横向布置，间距小，约为间距小，约为36m，因此平面布置不够灵活，仅适用于小开仅适用于小开间的高层住宅、旅馆、办公楼间的高层住宅、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剪力墙结构一般控制在35层，总层，总高高110m以内以内，非地震区可以适当放宽。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框支剪力墙结构，但是这
24、种结构的上部刚度与底部刚度相差悬殊，刚度突变，对地震区的建筑是不利的。剪力墙结构大模施工工艺剪力墙结构大模施工工艺（2）剪力墙的结构布置）剪力墙的结构布置 在民用建筑中，一般是横墙短而数量多，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纵墙长而数量少，因此纵横向剪力墙布置应适应这一特点。应这一特点。9.3.4 框架框架剪力墙结构剪力墙结构（1）结构特征和适用范围）结构特征和适用范围 在框架结构中，适当布置能抵御水平推力在框架结构中，适当布置能抵御水平推力的墙体的墙体（如教材图（如教材图9-20所示），并使所示），并使框架柱、框架柱、楼板有可靠连接而形成的结构体系
25、楼板有可靠连接而形成的结构体系。房屋的。房屋的竖竖向荷载由框架柱和剪力墙向荷载由框架柱和剪力墙共同共同承担承担，而，而水平荷水平荷载载主要主要由由刚度较大的刚度较大的剪力墙剪力墙来承担来承担。优点：优点：框架框架剪力墙结构既有框架结构布置灵剪力墙结构既有框架结构布置灵活的特点，又能承受水平推力，因此是目前活的特点，又能承受水平推力，因此是目前高高层建筑常采用的结构形式层建筑常采用的结构形式。在我国一般适用于。在我国一般适用于25层以下层以下的建筑，总高度在的建筑，总高度在90m以内以内。（2）结构布置原则）结构布置原则 框架框架剪力墙结构中，其剪力墙结构中，其框架结构布置方框架结构布置方法法与
26、前面介绍的框架结构布置相同，与前面介绍的框架结构布置相同，关键关键是如是如何合理何合理布置剪力墙的位置布置剪力墙的位置，达到既满足建筑使，达到既满足建筑使用空间要求，又使剪力墙能承受大部分水平推用空间要求，又使剪力墙能承受大部分水平推力，所以，力，所以，剪力墙的数量、间距、位置剪力墙的数量、间距、位置等布置等布置合理与否，对高层框合理与否，对高层框剪结构受力、变形及经剪结构受力、变形及经济性影响很大。济性影响很大。9.3.5 筒体结构筒体结构（1）结构特征和适用范围）结构特征和适用范围 筒体结构筒体结构是指由一个或几个是指由一个或几个筒体作为竖向结筒体作为竖向结构构，并以，并以各层楼板各层楼板
27、将井筒四壁相互连接起来，形将井筒四壁相互连接起来，形成一个成一个空间构架空间构架的高层房屋结构体系。的高层房屋结构体系。筒体结构筒体结构比单片框架或剪力墙的空间比单片框架或剪力墙的空间刚度大刚度大的多，在的多，在水平水平荷载作用下荷载作用下，整个筒体就像一根粗壮的拔地而起，整个筒体就像一根粗壮的拔地而起的悬臂梁把水平力传至地面。的悬臂梁把水平力传至地面。优点：优点：筒体结构不筒体结构不仅能仅能承受竖向荷载承受竖向荷载，而且能承受很大的，而且能承受很大的水平荷载水平荷载。另外，筒体结构所形成的另外，筒体结构所形成的内部空间较大内部空间较大，建筑，建筑平平面布置灵活面布置灵活。筒体结构。筒体结构适
28、用适用于于超高层建筑超高层建筑，尤其，尤其在在地震区地震区更能显示其优越性更能显示其优越性。（2）筒体结构的类型）筒体结构的类型 筒体的基本形式有筒体的基本形式有实腹筒和框筒实腹筒和框筒。用钢筋。用钢筋混土混土剪力墙剪力墙围成的筒体称为围成的筒体称为实腹筒实腹筒，或者叫做，或者叫做墙式筒体墙式筒体；由布置在房间四周的；由布置在房间四周的密排柱密排柱与高跨与高跨比很大的比很大的窗裙梁窗裙梁形式的密柱深梁框架围成的筒形式的密柱深梁框架围成的筒体称为体称为空腹式筒体空腹式筒体（如教材图（如教材图9-21所示）。所示）。根据筒体的数目多少和布置方式的不同，根据筒体的数目多少和布置方式的不同，又可以分为
29、以下几种类型：又可以分为以下几种类型：1）框筒结构框筒结构，柱子仅用来承受竖向荷载，不考，柱子仅用来承受竖向荷载，不考虑其水平荷载；虑其水平荷载；2）筒中筒结构筒中筒结构，如教材图，如教材图9-21（e）所示；）所示；3）成束筒结构成束筒结构，例如美国的西尔斯大厦就是，例如美国的西尔斯大厦就是采用的成束筒结构。采用的成束筒结构。9.3.6 框架框架筒体结构筒体结构（1）结构特征、优缺点和适用范围）结构特征、优缺点和适用范围 由若干个由若干个框架与筒体共同组成的结构体系框架与筒体共同组成的结构体系称为框架称为框架筒体结构筒体结构，其中，其中筒体主要承担水平筒体主要承担水平荷载荷载，框架主要承担竖
30、向荷载框架主要承担竖向荷载。这种结构体系。这种结构体系兼具框架和筒体结构两者的优点，建筑平面布兼具框架和筒体结构两者的优点，建筑平面布置灵活，便于设置大房间，又具有较大的侧向置灵活，便于设置大房间，又具有较大的侧向刚度和水平承载力。刚度和水平承载力。（2）框筒结构和框架）框筒结构和框架筒体结构的区别筒体结构的区别 这里需要强调的是应该正确区分这里需要强调的是应该正确区分框筒结构和框筒结构和框架框架筒体结构筒体结构的不同。框筒结构如上所述，是的不同。框筒结构如上所述，是框架式筒体的简称，是框架式筒体的简称，是“纯筒体纯筒体”的一种结构类的一种结构类型型。框筒结构中如果因受力要求而在筒体内设置。框
31、筒结构中如果因受力要求而在筒体内设置了柱子时，有时把它也称为外筒内框架结构。而了柱子时，有时把它也称为外筒内框架结构。而框架框架筒体结构的受力与变形特点以及协同工作筒体结构的受力与变形特点以及协同工作原理与框架原理与框架剪力墙结构类似，属于一种剪力墙结构类似，属于一种“两者两者皆有皆有”的结构类型，也有把它称为内筒外框架结的结构类型，也有把它称为内筒外框架结构。构。9.3.7 板柱结构板柱结构 由楼板（屋面板）、柱由楼板（屋面板）、柱等构件等构件组成的、承组成的、承受竖向及水平荷载的空间结构体系受竖向及水平荷载的空间结构体系，称为，称为板柱板柱结构结构，也可以称为，也可以称为无梁楼盖无梁楼盖（
32、如教材图（如教材图9-22所所示）。示）。优点：优点：板柱结构除了具有框架结构的优板柱结构除了具有框架结构的优点外，由于其楼面荷载直接由点外，由于其楼面荷载直接由板传给柱及柱下板传给柱及柱下基础基础，因此缩短了传力路径，增大了楼层净高，因此缩短了传力路径，增大了楼层净高，结构高度小结构高度小，顶棚平整顶棚平整，采光、通风及卫生条，采光、通风及卫生条件好，模板及施工简单，采用升板法施工时还件好，模板及施工简单，采用升板法施工时还可以节约大量模板。可以节约大量模板。缺点：缺点：但但楼板较厚楼板较厚，楼盖楼盖材料用量较多材料用量较多。板柱结构承受水平荷载能。板柱结构承受水平荷载能力较差，使用时，宜在
33、建筑物中布置适量剪力力较差，使用时，宜在建筑物中布置适量剪力墙，也可以利用楼、电梯间作为抗侧力结构。墙，也可以利用楼、电梯间作为抗侧力结构。采用预应力方法将采用预应力方法将预制板、柱连成整体预制板、柱连成整体，叫叫预应力板柱结构预应力板柱结构。此种结构若采用预制密肋。此种结构若采用预制密肋轻型板，还可以克服一般板柱结构厚度过大的轻型板，还可以克服一般板柱结构厚度过大的缺点。板柱结构常用于医药、食品、冷库、商缺点。板柱结构常用于医药、食品、冷库、商场及医院等建筑，预应力板柱结构常用于住宅场及医院等建筑，预应力板柱结构常用于住宅建筑中。建筑中。9.3.8 钢（框架）结构钢（框架）结构（1）普通钢结
34、构普通钢结构1）结构特征、优缺点和适用范围）结构特征、优缺点和适用范围（A）普通钢结构普通钢结构是主要的建筑结构类型之一。是主要的建筑结构类型之一。它的工业化程度高，工作性能可靠，结构自重它的工业化程度高，工作性能可靠，结构自重轻，在工程中达到了广泛的应用（如教材图轻，在工程中达到了广泛的应用（如教材图9-23所示）。钢结构有如下一些特点：所示）。钢结构有如下一些特点：强度高、截面小、运输和拆装均较方便强度高、截面小、运输和拆装均较方便。但。但是杆件较细长，因此稳定性问题较其它类型的是杆件较细长，因此稳定性问题较其它类型的结构更为突出，设计时应予以充分注意。结构更为突出，设计时应予以充分注意。
35、材料的材料的均匀性和同向性好均匀性和同向性好，在一定的应力范，在一定的应力范围内围内几乎属于完全弹性变形状态几乎属于完全弹性变形状态，同时它又是，同时它又是很好的很好的弹塑性体弹塑性体，应力计算比较可靠；，应力计算比较可靠；材料的材料的可焊性好可焊性好，可以简化制造工艺，提高，可以简化制造工艺，提高钢结构的工业化生产程度。钢结构的工业化生产程度。耐火性和耐腐蚀性较差耐火性和耐腐蚀性较差，在有侵蚀性介质环境中或，在有侵蚀性介质环境中或有特殊防火要求的建筑中使用钢结构，应采用有效的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。与其它结构相比，钢结构的围护费用较高。防护措施。与其它结构相比
36、，钢结构的围护费用较高。（缺点）（缺点）（B）当前）当前钢结构的使用范围钢结构的使用范围，就民用建筑和工业企业，就民用建筑和工业企业范围来说，大致如下：范围来说，大致如下：用于用于重型车间的承重骨架重型车间的承重骨架；受动力荷载受动力荷载影响的结构；影响的结构；高耸高耸建筑；建筑；超高层超高层建筑中；建筑中；大跨度大跨度结构。结构。2）刚结构的连接方式）刚结构的连接方式 建筑钢结构采用的连接方式有建筑钢结构采用的连接方式有焊接连接方焊接连接方式式（如教材图（如教材图9-24a所示）、所示）、铆钉连接、普通铆钉连接、普通螺栓连接螺栓连接（如教材图（如教材图9-24b所示）和所示）和高强螺栓高强螺
37、栓连接连接四种。四种。（2）薄壁型钢结构薄壁型钢结构 薄壁型钢结构是采用薄壁型钢结构是采用1.55mm的薄钢板的薄钢板或或带钢冷弯加工带钢冷弯加工成各种截面的型钢所构成的结构，成各种截面的型钢所构成的结构，其特点为：用钢量一般较其特点为：用钢量一般较普通热轧钢结构节省普通热轧钢结构节省25%左右左右，结构重量轻，降低了建筑物的造价。，结构重量轻，降低了建筑物的造价。能充分的利用材料的力学物理性能，但是其稳能充分的利用材料的力学物理性能，但是其稳定性和刚度较差，防腐要求较严，围护定性和刚度较差，防腐要求较严，围护费用高。费用高。薄壁型钢结构一般用于民用建筑和跨薄壁型钢结构一般用于民用建筑和跨度不
38、大、屋面荷载较小、设备较轻的工业厂房度不大、屋面荷载较小、设备较轻的工业厂房。除用作承重结构构件外，也可用于除用作承重结构构件外，也可用于楼、屋楼、屋面板、幕墙结构面板、幕墙结构（特别是大房间隔热、隔声用（特别是大房间隔热、隔声用的隔墙）的隔墙）及门、窗、遮阳板及门、窗、遮阳板等。使用时构件均等。使用时构件均需要彻底需要彻底除锈除锈和涂刷和涂刷防腐防腐性能良好的材料。性能良好的材料。（3）轻型钢结构轻型钢结构 轻型钢结构系指主要由轻型钢结构系指主要由圆钢或小角钢圆钢或小角钢（454或或56364）组成的钢结构）组成的钢结构（如（如教材图教材图9-25所示）。所示）。使用范围使用范围轻型钢结构主
39、要用于跨度轻型钢结构主要用于跨度L18m、吊车起重量吊车起重量Q5t的的A3A6级且无高温、高湿和级且无高温、高湿和侵蚀环境的厂房以及一些采用轻型屋面材料或侵蚀环境的厂房以及一些采用轻型屋面材料或临时建筑的屋盖结构中。柱子和吊车梁不宜采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。用轻型钢结构。另外，还有其它钢结构类型如另外，还有其它钢结构类型如亚型钢板亚型钢板混凝土组合版、外包钢混凝土钢结构、钢混凝土组合版、外包钢混凝土钢结构、钢混混凝土组合梁、钢管结构、钢管混凝土结构凝土组合梁、钢管结构、钢管混凝土结构等。等。9.3.9 拱结构拱结构（1）结构特点、优缺点和适用范围）结构特点、优缺
40、点和适用范围 拱是古代大跨度结构建筑的主要形式。拱是古代大跨度结构建筑的主要形式。优优点：点：由于拱呈曲面形状（如教材图由于拱呈曲面形状（如教材图9-26所示），所示），在外力作用下，拱内的弯矩值可以降低在外力作用下，拱内的弯矩值可以降低到最低限度，主要内力变为轴线压力，且应力到最低限度，主要内力变为轴线压力，且应力分布均匀，能充分利用材料的强度，比同样跨分布均匀，能充分利用材料的强度，比同样跨度的梁结构断面小度的梁结构断面小，故拱能跨越较大的空间，故拱能跨越较大的空间（如教材图（如教材图9-27所示）。所示）。但是拱结构在承受荷载后将产生但是拱结构在承受荷载后将产生横向推力横向推力，为了保证
41、结构的稳定性，必须设置宽厚坚固的为了保证结构的稳定性，必须设置宽厚坚固的拱脚支座拱脚支座抵抗横向推力。常见的方式是在拱的抵抗横向推力。常见的方式是在拱的两侧作两道后墙来支撑拱，墙厚随拱增大而增两侧作两道后墙来支撑拱，墙厚随拱增大而增厚。很明显，这会使建筑的平面空间组合受到厚。很明显，这会使建筑的平面空间组合受到约束。约束。拱的内力主要是拱的内力主要是轴向压力轴向压力，结构材料应选，结构材料应选用抗压性能好的材料，古代建筑的拱主要用砖用抗压性能好的材料，古代建筑的拱主要用砖石材料，近代建筑中，多采用钢筋混凝土拱，石材料，近代建筑中，多采用钢筋混凝土拱，有的采用钢桁架拱，跨度可达百米以上。拱结有的
42、采用钢桁架拱，跨度可达百米以上。拱结构所形成的巨大空间常常用来建筑构所形成的巨大空间常常用来建筑商场、展览商场、展览馆、体育馆、散装仓库等馆、体育馆、散装仓库等建筑。建筑。（2）拱的形式）拱的形式 拱结构按组成和支座方式不同可以分为拱结构按组成和支座方式不同可以分为三三铰拱、两铰拱和无铰拱铰拱、两铰拱和无铰拱三类。三类。9.3.10 刚架结构刚架结构（1）结构特征、优缺点和适用范围）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刚架是横梁和柱以整体连接方式构成的一种门形结构种门形结构。由于梁和柱是。由于梁和柱是刚性节点刚性节点，在竖向，在竖向荷载作用下柱对梁有约束作用，因而能
43、减少荷载作用下柱对梁有约束作用，因而能减少梁梁的跨中弯矩的跨中弯矩；同样在水平荷载作用下，梁对柱；同样在水平荷载作用下，梁对柱也有约束作用，能减少也有约束作用，能减少柱内的弯矩柱内的弯矩。刚架结构。刚架结构比屋架和柱组成的比屋架和柱组成的排架结构排架结构轻巧，可以节省钢轻巧，可以节省钢材和水泥。由于大多数刚架的横梁是向上倾斜材和水泥。由于大多数刚架的横梁是向上倾斜的，不但受力合理，且结构下部的空间增大，的，不但受力合理，且结构下部的空间增大，对某些要求高大空间的建筑特别有利。同时，对某些要求高大空间的建筑特别有利。同时，倾斜的横梁使建筑的屋顶形成折线形，建筑外倾斜的横梁使建筑的屋顶形成折线形，
44、建筑外轮廓富于变化。轮廓富于变化。使用范围使用范围：由于刚架结构受力合理，轻巧美观，：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。一般用于非常广泛。一般用于体育馆、礼堂、食堂、菜体育馆、礼堂、食堂、菜场场等等大空间大空间的民用建筑，也可用于工业建筑，的民用建筑，也可用于工业建筑，但刚架的刚度较差，当吊车起重量超过但刚架的刚度较差，当吊车起重量超过100KN时不宜采用。时不宜采用。（2）刚架结构的形式）刚架结构的形式 刚架按刚架按结构组成结构组成和和构造方式构造方式的不同，分为的不同，分为无铰刚架、两铰刚架和三铰刚架无
45、铰刚架、两铰刚架和三铰刚架（见教材图（见教材图9-28所示）。所示）。9.3.11 桁架结构桁架结构（1）结构特征、优缺点和适用范围）结构特征、优缺点和适用范围 桁架在实际工程中很少独立使用，常为桁架在实际工程中很少独立使用，常为排排架结构的屋架架结构的屋架。桁架是由。桁架是由杆件组成的一种格构杆件组成的一种格构式结构体系式结构体系，杆件与杆件的结合假定为铰接杆件与杆件的结合假定为铰接，所以在外力作用下，所以在外力作用下，杆件内力为轴向力杆件内力为轴向力（拉力（拉力或压力），而且分布均匀，故桁架结构比梁结或压力），而且分布均匀，故桁架结构比梁结构受力合理。桁架的杆件内力是轴向力，而梁构受力合理
46、。桁架的杆件内力是轴向力，而梁的内力主要是弯矩，且分布不均匀。桁架内力的内力主要是弯矩，且分布不均匀。桁架内力分布均匀，材料强度能充分应用，减少材料耗分布均匀，材料强度能充分应用，减少材料耗量和结构自重，使结构跨度增大。所以量和结构自重，使结构跨度增大。所以桁架结桁架结构是大跨度建筑常用的一种结构形式构是大跨度建筑常用的一种结构形式，主要用于，主要用于体育馆、影剧院、展览馆、食堂、菜场、商场体育馆、影剧院、展览馆、食堂、菜场、商场等等公共建筑。公共建筑。（2）桁架结构形式）桁架结构形式 桁架一般用桁架一般用木材、钢材、钢筋混凝土木材、钢材、钢筋混凝土建造。建造。桁架形式分为桁架形式分为三角形、
47、梯形、拱形、无斜腹杆件三角形、梯形、拱形、无斜腹杆件和三铰拱和三铰拱等各种形式（如教材图等各种形式（如教材图9-29所示）。所示）。9.3.12 排架结构排架结构 由由屋架（或屋面梁）、柱、基础屋架（或屋面梁）、柱、基础等组成，等组成，柱柱顶与屋架为铰接顶与屋架为铰接，柱底与基础顶面为固结柱底与基础顶面为固结。在单。在单层工业厂房中有着广泛的应用。根据生产工艺和层工业厂房中有着广泛的应用。根据生产工艺和使用要求的不同，排架结构可以设计成使用要求的不同，排架结构可以设计成等高或不等高或不等高等高、单跨或多跨单跨或多跨及其它多种形式。及其它多种形式。9.3.13 悬挂结构悬挂结构（1）结构特征、优
48、缺点和适用范围）结构特征、优缺点和适用范围 自从钢和钢筋混凝土结构问世以后，出现自从钢和钢筋混凝土结构问世以后，出现了大量悬挑结构。它了大量悬挑结构。它将梁、板桁架等构件从支将梁、板桁架等构件从支座处向外作远距离延伸座处向外作远距离延伸，构成一种无视线阻隔，构成一种无视线阻隔的空间，为建筑的灵活组合带来方便，使建筑的空间，为建筑的灵活组合带来方便，使建筑造型灵活。用悬挑结构所覆盖的空间，可使其造型灵活。用悬挑结构所覆盖的空间，可使其周边不出现承重墙柱，常用来作体育馆的周边不出现承重墙柱，常用来作体育馆的看台看台挑篷、火车站和航空站的雨棚，影剧院和体育挑篷、火车站和航空站的雨棚，影剧院和体育馆的
49、楼座挑台馆的楼座挑台等。等。悬臂结构会产生悬臂结构会产生倾覆弯矩倾覆弯矩，在荷载相同的情况，在荷载相同的情况下，比简支梁的允许跨度小的多，在一定程度下，比简支梁的允许跨度小的多，在一定程度上限制了它的悬挑长度。因此，选用悬挑结构上限制了它的悬挑长度。因此，选用悬挑结构时，应从时，应从跨度、结构形式、抗倾覆措施跨度、结构形式、抗倾覆措施等方面等方面进行综合考虑进行综合考虑。（2）悬挑结构形式）悬挑结构形式 悬挑结构有很多形式，当悬挑长度不大时悬挑结构有很多形式，当悬挑长度不大时（不超过（不超过1200mm），可以采用），可以采用梁板结构梁板结构，当，当悬挑长度较大时，应选用悬挑长度较大时，应选用
50、自重较轻的结构形式，自重较轻的结构形式，如桁架、折板（如图如桁架、折板（如图9-32）、薄壳、网架等结）、薄壳、网架等结构构。9.4空间结构体系空间结构体系 当建筑物的当建筑物的跨度较大跨度较大，平面形状为矩形或，平面形状为矩形或其它形状时，还可以采用各种形式的空间结构，其它形状时，还可以采用各种形式的空间结构，由于空间结构更好的由于空间结构更好的发挥了材料的力学性能发挥了材料的力学性能，因此有较好的经济效果，并且使建筑物的形象因此有较好的经济效果，并且使建筑物的形象富于表现力。空间结构系统包括各种形状的富于表现力。空间结构系统包括各种形状的网网架结构架结构、折板结构折板结构、薄壳结构薄壳结构
