结构选型与布置第一节结构设计知识要点优秀的建筑设计应做到艺术、技术和经济性的三位一体,它是建筑师对这三方面知识充分掌握和创造性应用的产物。

建筑师在完成建筑功能、建筑艺术性设计的同时,也应当兼顾建筑的安全性、适用性、耐久性和经济性,以便建筑设计时其他工种的同事能同自己良好的衔接。

在建筑技术设计作图中,首先要根据建筑平面布置及房屋层数和高度,选用合理的结构体系,如:砌体结构、框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构等。

其次要合理地确定和布置竖向承重构件和抗侧力构件,这些构件一般包括:承重墙体、柱、框架和支撑等。

墙体既是竖向承重构件,又是抗侧力构件,同时又是建筑平面分隔和围护的需要;框架是由梁和柱刚性连接组成的骨架,它能承受建筑物的竖向荷载,同时也能承担水平荷载(如风力、地震作用) ;支撑是作为承担建筑物水平荷载的专用构件,主要用于单层产房、钢结构和高层建筑中。

再次是合理地选择楼(屋)盖体系,楼(屋)盖体系构件包括:楼板(屋面板)、梁系(屋架)。

楼板主要功能是沿水平方向分隔建筑中的上下空间,将其承受的建筑使用荷载传递给梁系或直接传给框架梁;使用梁系主要是为了使较大空间的房间传力途径更加合理,梁系中次梁将荷载传递给主梁或框架梁,再传至柱或墙。

最后应合理地选择基础形式,根据不同的结构体系、建筑体型和场地土类别为竖向承重构件选取合理的基础形式,例如带拉梁或不带拉梁的独立基础、条形基础、箱形基础、役形基础、桩基础等。

下面将主要介绍砌体结构、框架结构、剪力墙结构和框架-剪力墙结构的结构布置注意事项。

一、砌体结构砌体结构有着悠久的历史和辉煌的记录,直至今日仍然广泛地应用在各类工业与民用建筑中。

砌体结构有造价低廉、易于取材、建筑舒适度好、建筑能耗低、耐久性好、维护方便、抗火性能优异、施工设备和方法简单、外观优美等优势;同样也存在着强度低、材料用量多、自重大、砌筑质量较难保证、震害严重等问题。

(一)砌体结构的承重墙体系1.横墙承重体系横墙指横向承重墙体。

横墙承重体系指建筑物楼(屋)盖的竖向荷载主要通过短向楼板或横墙间小梁传给横墙,再经横墙基础传至地基的结构体系。

由于横墙是主要承重墙体, 它的间距不能太大,划分房屋开间的宽度一般为3~5m,即横墙间距。

横墙承受两侧开间内由楼(屋)盖传来的竖向荷载和由风或横向水平地震作用产生的水平荷载,假若两侧开间宽度相同,横墙在竖向荷载作用下基本上处于轴心受压状态,在水平荷载作用下则处于受弯、受剪状态。

横墙承重体系建筑物的纵墙不参与承受楼(屋)盖荷载,仅承受自身的重量,因而在纵墙上可开设较大的门窗洞口;又由于承重横墙较密,建筑物的整体刚性和抗震性能很好,这些都是又由于横墙较密而使建筑材;内空间较小室,这种体系在房间使用上很不灵活,横墙承重体系的优点。

但是料用量较大,这又是横墙承重体系的缺点。

横墙承重体系适用于宿舍、住宅等建筑物。

2.纵墙承重体系纵墙指纵向承重墙体。

纵墙承重体系指建筑物楼(屋)盖的竖向荷载主要通过长向楼板或进深梁传给纵墙,再经纵墙基础传至地基的结构体系。

在这个体系中,为了保证建筑物的整体刚性,沿纵墙方向一定长度还需设置少量横墙与纵墙拉结。

这样,建筑物的竖向荷载基本上由纵墙承受,而由风或横向水平地震作用产生的水平荷载则主要通过水平楼(屋)再传给横墙。

由于板、梁在纵墙上的支承点往往并不与纵墙形心线重合,故纵墙一般处于偏心受压状态,而横墙在水平荷载作用下则处于受剪和受弯状态。

纵墙承重体系的横墙间距一般较大,使得建筑物可以有较大的房间,室内分割也较灵活,这是它的优点;但整个建筑物的整体刚性不如横向承重体系,在纵墙上开门窗洞口受到限制,这又是它的缺点。

纵墙承重体系适用于教学楼、办公楼、实验室、阅览室、中小型生产厂房、车间、食堂和会议室等。

3.内框架承重体系内框架承重体系指四周纵、横墙和室内钢筋混凝土(或砖)柱共同承受楼(屋)盖竖向荷载的承重结构体系。

在一般情况下内框架承重体系中的柱承受着竖向荷载的大部分,而该体系中的纵、横墙则承受由风或水平地震作用产生水平荷载的绝大部分。

因此,内框架承重体系中的墙体既受压又受剪、受弯。

内框架承重体系由于内柱代替承重内墙可有较大空间的房间而不增加梁的跨度,使室内布置灵活,这是它的主要优点;但由于纵、横墙较少,使建筑物整体刚性差,又由于柱和墙体的材料不同、压缩性不同,基础沉降不易一致等情况,给设计和施工带来某些不利因素,这又是它的重要缺点。

内框架承重体系适用于商店、实验楼、多层工业厂房等。

对于一个具体砌体结构建筑物来说可以在不同区段采用不同的承重体系,形成混合型承重墙体系,以充分利用以上三种承重体系的优点。

4.底框承重体系底框承重体系指底部一层或几层采用较大柱网的框架结构而上部几层采用砌体结构的混合承重结构体系。

这种结构体系的优点是其下部框架结构能够获得较大的空间效果,上部又可作为满足小开间划分要求的住宅或公寓使用,能够满足复合的建筑功能要求,同时上部砌体结构能够取得相比于框架结构较低的建筑造价的经济效果。

但是这种结构体系中,上部砌体的竖向和水平荷载均是通过转换层的梁板传递到下层的柱上然后再传递到基础的,其传力途径较为复杂,而且,这种体系上部砌体的刚度较大,但下部框架的刚度较小,在地震力作用下容易形成下部框架的受力集中区而造成薄弱框架层首先破坏,这是它的最大缺点。

因此,规范对这种结构的设计进行了比较严格的规定。

底框结构设计中,底部框架不宜超过两层,层高不应超过4.5m,且宜布置适量钢筋混凝土剪力墙或砌体剪力墙,转换层楼板应采用钢筋混凝土现浇楼板,上部砌体主要承重墙轴线应与转换大梁走向对齐。

砌体结构一般构造要求)二((1)砌体结构房屋的门窗洞口上均需有钢筋混凝土过梁,当在层高范围内有上下窗洞时,要注明上过梁、下过梁。

(2)墙体布置应注意以下问题:1)墙、柱的截面-墙体厚度、门窗间墙的最小宽度都应符合砖的模数;同一片墙的厚度应相同;壁柱间距应有规律;承重独立砖柱截面尺寸不应小于240mmX 370mm。

2)墙体上下洞口宜对齐,使上下层荷载能直接传递(尤其要注意内纵墙上下层门洞能否对齐) ;宜避免在纵横墙交接处开门窗洞口或留通长沟槽,以致破坏纵横墙的整体连接。

3)砌体结构当层高较高时,需按墙体高厚比的验算,确定是否需加墙垛,以满足高厚比的要求。

(3)当梁跨度在砖墙厚240mm时大于等于6m,或砖墙厚180mm时大于等于4.8m, 其支承处宜加设壁柱或采取其他加强措施。

(4)砌体结构房屋的楼(屋)盖可以采用现浇或预制楼(屋)盖,其布置方法请参见框架一一剪力墙结构部分。

但应注意:1)预制板的侧边不得进墙。

2)预制板不能悬挑或在中部支撑,只能在两端支撑。

3)预制板的板端,不得伸入砌体墙的构造柱,当遇构造柱时,应在构造柱位置拉开设置板缝。

4)当有阳台或雨篷需要楼板作为平衡条件时,与阳台(雨篷)相连部分宜局部采用现浇板。

(5)建筑平面转折部位、高差或荷载差较大的部位以及长高比过大的砌体结构的适当部位都应设置沉降缝。

(6)为防止或减轻房屋在正常使用条件下,由温差和砌体干缩引起的墙体竖向裂缝, 应在墙体中设置伸缩缝。

伸缩缝应设置在因为温度和收缩变形可能引起应力集中、砌体产生裂缝可能性最大的地方。

规范中将木屋(楼)盖砌体伸缩缝最大间距S增大为100m, 并补充了轻钢屋盖S 为100m。

详见表3-1所示。

maxmax砌体房屋伸缩缝的最大间距（m) 表3-1(7)阳台、雨篷的结构布置: 1)阳台、雨篷一般采用现浇为宜;有条件时,也可采用预制构件。

2)阳台、雨篷布置时,应保证有可靠的抗倾覆和锚固措施。

α.当阳台和雨篷采用挑板结构时,应尽量和内部现浇板连成整体,利用内部楼板平衡抗倾覆。

b.当采用预制阳台和雨篷时,预制构件必须伸进墙内,其根部要有锚固措施,并与现浇板缝(或现浇板)浇在一起。

c.对挑出尺寸较大的阳台(雨篷) ,宜采用加挑梁的方法,挑梁必须深入内部墙体足够的长度。

(8)对多层勃土砖房,楼梯间应符合下列要求:1)抗震设防烈度8度和9度时,楼梯间及门厅内墙阳角处的大梁应与圈梁连接。

2)突出屋顶的楼、电梯间,构造柱应伸到顶部,并与顶部圈梁连接。

(三)砌体结构房屋抗震构造措施应满足下列基本要求(1)房屋平立面布置宜规则、对称,沿房屋高度的质量分布和刚度变化宜均匀,楼层不宜错层。

(2)房屋基础设计应考虑与上部结构相一致的结构体系。

(3)抗震结构体系应有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径,宜有多道抗震防线,具备必要的承载能力和耗能能力;宜有合理的刚度和强度分布,以避免因局部削弱或突变形成薄弱部位,产生过大的应力或塑性变形集中。

1)由于纵墙承重方案的横墙间距较大,不利于抗震,故应优先采用横墙承重或纵横墙共同承重体系。

2)纵横墙体布置要均匀对称,平面内横墙宜对齐,沿竖向应上下连续,同一轴线墙体各窗间墙宽度宜均匀。

其目的是使地震作用能较均匀地分配到各个墙肢,不只是个别墙肢受力过分集中,同时尽量避免房屋平面内和层间高度方向的扭转。

3)当房屋高差超过6m,或有错层且楼板高差较大,或房屋各部分结构刚度、质量截然不同时,宜在该房屋的上述部位设置防震缝。

防震缝应沿房屋全高设置(基础可不设) , 缝两侧均应设置墙体,缝宽一般为50mm—100mm。

4)楼梯间因其墙体缺少各层楼板的侧向支承,且其顶层墙体高度一般为1.5倍层高, 往往在地震时遭受较重的震害,故不宜设置在房屋尽端和转角处,也不宜突出于外纵墙平面之外。

5)不应使烟道、风道、垃圾道削弱承重墙体,否则应对被削弱的墙体采取加强措施。

如必须做出屋面或附墙烟囱时,宜采用竖向配筋砌体。

6)不宜采用元锚固的钢筋混凝土预制挑檐。

(4)抗震构件处应有必要的承载能力和变形能力外,还必须保证构件间具有可靠的连接。

(5)应按规定设置钢筋混凝土圈梁和构造柱。

1)钢筋混凝土构造柱:α.钢筋混凝土构造柱的主要作用是约束墙体的变形。

:应按下列要求设置现浇钢筋混凝土构造柱,多层普通教土砖、多孔砖房b.(α)构造柱设置部位,一般情况下应符合表3-2的要求。

(b)外廊式和单面外廊式的多层房屋,应根据房屋增加1层后的层数,按表3-2的要求设置构造柱,且单面走廊两侧的纵横墙均应按外墙处理。

(c)教学楼、医院等横墙较少的房屋,应根据房屋增加1层后的层数,按表3-2的要求设置构造柱;当教学楼、医院等横墙较少的房屋为外廊式或单面走廊式时,应按上一条的要求设置构造柱,但6度不超过4层、7度不超过3层和8度不超过2层时,应按增加 2层后的层数对待。

构造柱加设原则表3-2c.构造柱最小截面可采用240mmX 180mm,房屋四角构造柱可适当加大截面及配筋;构造柱与墙连接处应砌成马牙楼,并应沿墙高设拉结筋;构造柱可不单独设基础,但应伸入室外地面以下500mm,或与埋深小于500mm的基础圈梁相连;当房屋高度和层数接近以上表格中的限值时,构造柱的柱距在横墙内不宜大于层高的两倍,下部1/3楼层的构造柱间距应适当加密,内纵墙的构造柱间距不宜超过4.2m。