建筑结构选型.doc

建筑结构之我见

摘 要：环境日益紧张、人们审美能力不断提升、环境质量问题受到社会广泛关注的今天，合理的建筑结构选型，势必更加符合城市发展的需要、符合城市居民反对建筑风格单一化的要求，也能在一定程度上缓解建筑扩张给环境带来的压力
关键词：空间功能设计要求；力学分析；经济技术指标；建筑美学
引 言：建筑结构设计主要分为三个阶段：结构方案阶段、结构计算阶段与施工图设计阶段。其中结构方案阶段的内容是：根据建筑的重要性，工程地质勘查报告，建筑所在地的抗震设防烈度，建筑的高度和楼层的层数以及建筑场地的类别来确定建筑的结构形式。在确定了结构的形式之后，就需要根据不同结构形式的要求和特点来布置结构的受力构件和承重体系。选择满足建筑需求的建筑结构是建筑建设的基本要求。一种好的建筑形式更是使得建筑本身增色出众。
一 建筑结构选型的现实意义
功能综合化、需求多元化是现代建筑发展的大趋势，因此，现代建筑尤其是现代高层建筑，其立体和平面形状更加多样化、内部空间的分布更加复杂化与个性化，另外建筑净空高度的增加对建筑的结构系统提出更高、更新的要求，合理选择建筑结构显得更加必要。
建筑结构所要涉及的领域越来越宽广，需要综合考虑众多领域的信息和内容，假若考虑范围出现漏洞，导致建筑结构选型不合理，“蝴蝶效应”便会产生作用，则其后续问题更多更加麻烦。
建筑施工尤其是高层建筑施工更是旷日持久的大工程，不仅投资大，而且工期通常非常长，一旦建筑结构选型不合理并付诸实践，则积重难返。结构选型的问题需要从外形方面和内部空间布置方面来综合考虑，统筹兼顾。
1.高层建筑结构体系
基本体系：纯框架体系，纯剪力墙体系，筒体体系
体系组合：框支剪力墙，框架-剪力墙，框架-筒体，筒中筒，束筒
.框架-筒体：核心筒-框架体系，多筒-框架体系
.多筒-框架体系：两个端筒+框架，核心筒+端筒+框架，核心筒+角筒+框架
楼盖形式：肋梁楼盖结构，无梁楼盖结构，叠合板楼盖结构，压型钢板组合楼盖结构

二 普通高层建筑一般采用剪力墙结构和框架剪力墙结构。
（1）传统剪力墙结构优点及缺点
剪力墙结构是全部由剪力墙组成的结构体系。墙根据受力特点可以分为承 重墙和剪力墙，前者以承受竖向荷载为主，如砌体墙；后者以承受水平荷载为主。在抗震设防区，水平荷载主要由水平地震作用产生，因此剪力墙有时也称为抗震墙。剪力墙按结构材料可以分为钢筋混凝土剪力墙、钢板剪力墙、型钢混凝土剪力墙和配筋砌块剪力墙。其中以钢筋混凝土剪力墙最为常用，剪力墙结构刚度大,整体性好,用钢量较省，在高层住宅、旅馆等居住性建筑中,居室和客房均为小间,分隔墙较多,采用现浇剪力墙结构,可以将承重墙与隔墙合二为一,相对来说比较经济.另外,采用现浇剪力墙结构,室内较框架结构简洁,没有露梁及露柱现象,外形美观,便于室内布置.但是,也有一些缺点.
a.剪力墙结构抗侧刚度大,引起较大地震反应,使得上部结构和基础费用增加.
b.由于砼墙体较多,使得建筑物重量增加,这也同样引起较大地震反应,造成浪费.
c.剪力墙结构中各墙肢轴压比往往较低,使得各墙肢的承载能力得不到充分发挥.
d.剪力墙结构中墙体多为构造配筋,配筋率较低,使得结构延性较差.
（2）框架-剪力墙结构，简称为框剪结构，它是框架结构和剪力墙结构两种体系的结合，吸取了各自的长处，既能为建筑平面布置提供较大的使用空间，又具有良好的抗侧力性能。框剪结构中的剪力墙可以单独设置，也可以利用电梯井、楼梯间、管道井等墙体。因此，这种结构已被广泛地应用于各类房屋建筑。框剪结构的变形是剪弯型。众所周知，框架结构的变形是剪切型，上部层间相对变形小，下部层间相对变形大。剪力墙结构的变形为弯曲型，上部层间相对变形大，下部层间相对变形小。对于框剪结构，由于两种结构协同工作变形协调，形成了弯剪变形，从而减小了结砍的层间相对位移比和顶点位移比，使结构的侧向刚度得到了提高。水平荷载主要由剪力墙来承受。从受力特点看，由于框剪结构中的剪力墙侧向刚度比框架的侧向刚度大得多，在水平荷载作用下，一般情况下，约80%以上用剪力墙来承担。因此，使框架结构在水平荷载作用下所分配的楼层剪力，沿高度分布比样均匀，各层梁柱的弯矩比较接近，有利于减小梁柱规格，便于施工，是现在小高层住宅采用较多的结构。缺点是混凝土用量多，自重大，框架柱尺寸过大，空间布置上有些缺点。
三 力学作用对选型的影响
“作用”是使结构产生效应（如内力、应力、位移、应变、裂缝等）
各种原因的统称。
直接作用：直接作用在结构上的力，称为荷载。如构件自重、风、雪、人群等。
间接作用：指引起结构外加变形或约束变形的原因，如地震、基础不均匀沉降、混凝土收缩、温度变化等。
建筑结构或构件必须具有足够的可靠性，即承受荷载后应不致破坏和失稳，变形、裂缝等也不超过规定的限值，并能达到规定的使用年限。在满足可靠性的同时，还应具有经济性。可靠和经济是一对矛盾。
四 结构选型与经济技术问题的关系
1 .结构与造价的关系
在目前的建筑结构设计中，结构工程师一般从建筑结构的安全性、适用性、耐久性三项功能要求来考虑，而很少考虑其经济性，认为那是建筑师应该考虑的问题。实则不然，按我国现行的建筑工程造价构成分析，尽管设计费在建设工程全过程费用中比例不大，但对工程造价的影响可达75%以上。由此可见，结构设计直接影响到建设费用的多少，直接决定人力、物力和财力投入的多少。合理科学的设计，可降低工程造价。但在工程设计中不少设计人员重技术、轻经济，任意提高安全系数或设计标准，而对经济上的合理性考虑得较少，从根本上影响了项目成本的有效控制。
2.结构选择对建筑费用的综合影响
结构选择应该从多方面考虑到建筑费用的问题。包括：建筑材料的选择，建筑结构施工费用，建筑耗电费用，建筑后期维护费用等。
应该根据工程的建筑特点认真分析。例如：；六层教学楼是选框架结构还是砌体结构，这些都要需设计前期对建筑美观，设备专业的影响综合因素等等考虑。并经过对结构方案计算、核对后方可确定最适合的方案。
对于大跨度建筑，选择合理的屋盖形式，能够减少内部空间，这样可以大大减少建筑耗电量。
对于网架结构等结构形式，减少用钢量就变得十分重要，在保证结构安全性前提下可以采取抽空部分网格等方法减少用钢量。
五 结构选型与建筑美学
1.结构选型与建筑造型美
建筑仿佛是一种“巨大的空心雕刻品”。由于建筑外壳包容着庞大的内部空间，因此建筑的实体形态，同它的空间一样，总是呈现出“三次元”、“三向量”性质。从本质上说，建筑造型就是三维空间的立体造型。任何建筑物，只要建立于大地之上，它就不可能是抽象的二次元的“面”，也不可能是抽象的一次元的“线”，更不可能是抽象的零次元的“点”。它势必呈现出长、宽、高三向量的“体”。体积、体量和体态，统属于“体形”，它构成建筑造型美的基本特征。然而，同为三度空间的实体形象，表现在具体建筑作品中，却又反映出建筑艺术家们各自不同的审美意趣和艺术追求。
2.结构的形式美
在现在建筑造型中可以充分利用结构中符合力学规律和力学原理的形式美的因素来增强建筑艺术的表现力，大体上来说：结构所具有的这些形式美可以归纳为以下几个方面平衡与稳定连续性和渐变性、力度感和形式感。
3.结构的平衡和稳定
由于力学要求结构形式都必须保持平衡和稳定，这同建筑构图中形式美的规律是一致的，结构稳定是建立在静力平衡的基础上的，不论是从力学角度还是美学观点来看，对称是 平衡中的一种比较简单的形式，而非对称的平衡则要复杂得多长期以来建筑师和结构师多半都是按照把一个实体构件放到另一个实体构件之上的原则来解决结构的承重问题。这样，所谓平衡与稳定的概念也就必然和敦厚庞大稳重以及上轻下重，上小下大等这样一些视觉感受 视觉印象紧密联系在一起 然而随着高强材料和各种新技术的出现拉力，在结构的平衡和稳定中起着越来越大的作用带有索的各种结构系统，如悬索结构、悬挂结构、帐篷结构、索杆结构等。从根本上改变了传统建筑基于受压力学原理之上的空间造型特征。不仅会变得轻巧雅致甚至给人以飘然失重的感觉。
全文总结
建筑结构选型要照顾到设计的方方面面，既要与建筑形式相呼应，又要考虑技术经济问题，勇于探索新的结构形式，满足人们使用需求与审美需求，当然，最根本的还是要保证结构的稳定与安全。