建筑結(jié)構(gòu)體系的探討

周曉偉

（大連市市政設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，遼寧 大連 116000）

1 鋼—混凝土混合結(jié)構(gòu)

鋼一混凝土混合結(jié)構(gòu)是我國(guó)目前在高層建筑領(lǐng)域里應(yīng)用較多的一種結(jié)構(gòu)形式。鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)各有所長(zhǎng)，前者具有重量輕、強(qiáng)度高、延性好、施工速度快、建筑物內(nèi)部?jī)艨崭叨却蟮葍?yōu)點(diǎn)；而后者剛度大、耗鋼量少、材料費(fèi)省、防火性能好。綜合利用這兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)為高層建筑的發(fā)展開辟了一條新途徑。統(tǒng)計(jì)分析表明，高層建筑采用鋼一混凝土混合結(jié)構(gòu)的用鋼量約為鋼結(jié)構(gòu)的70%，而施工速度與全鋼結(jié)構(gòu)相當(dāng)，在綜合考慮施工周期、結(jié)構(gòu)占用使用面積等因索后?；旌辖Y(jié)構(gòu)的綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)于全鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)的綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。鋼--混凝土混合結(jié)構(gòu)在高層辦公樓、學(xué)校、醫(yī)院及住宅等建筑中被廣泛的應(yīng)用。

2 墻板結(jié)構(gòu)

指由墻和樓板組成承重體系的房結(jié)構(gòu)。墻既作承重構(gòu)件，又作房間的隔斷，是居住建筑中最常用且較經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)形式。缺點(diǎn)是室內(nèi)平面布置的靈活性較差。墻板結(jié)構(gòu)多用于住宅、公寓，也可用于辦公樓、學(xué)校等公用建筑。墻板結(jié)構(gòu)的承重墻可用磚、砌塊、預(yù)制或現(xiàn)澆混凝土做成。樓板用預(yù)制鋼筋混凝土或預(yù)應(yīng)力混凝土空心板、槽形板、實(shí)心板，預(yù)制與現(xiàn)澆疊合式樓板，全現(xiàn)澆式樓板。墻板結(jié)構(gòu)按所用材料和建造方法的不同分為三類:(1)混合結(jié)(2)裝配式大板結(jié)構(gòu);(3)現(xiàn)澆式墻板結(jié)構(gòu)。現(xiàn)澆式墻極結(jié)構(gòu)指墻體用混凝土現(xiàn)澆、樓板采用預(yù)制或現(xiàn)澆的房屋結(jié)構(gòu)。主要優(yōu)點(diǎn)是抗震性能好。與混合結(jié)構(gòu)相比，墻面抹灰量大量減少，勞動(dòng)強(qiáng)度減輕，用量少;與裝配式大板結(jié)構(gòu)相比，施工簡(jiǎn)便，是我國(guó)地震區(qū)多層與高層住宅的主要結(jié)構(gòu)形式之一?，F(xiàn)澆式墻板結(jié)構(gòu)的墻體材料與建造方法可分內(nèi)外墻全部現(xiàn)撓混凝土及橫墻與內(nèi)縱墻現(xiàn)澆，外墻采用預(yù)制大板(簡(jiǎn)稱內(nèi)澆外掛)或磚、塊(簡(jiǎn)稱內(nèi)澆外砌)兩類。

3 裝配式大板結(jié)構(gòu)

指用預(yù)制混凝土墻板和樓板拼裝成的房屋結(jié)構(gòu)，是一種工業(yè)化程度較高建筑結(jié)構(gòu)體系。主要優(yōu)點(diǎn)是可以進(jìn)行商品化生產(chǎn)，現(xiàn)場(chǎng)施工效率高，勞動(dòng)強(qiáng)度低，自重較輕，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與變形能力均比混合結(jié)構(gòu)好。但造價(jià)較高，需用大型的運(yùn)輸?shù)跹b機(jī)械，平面布置不夠靈活。裝配式大板結(jié)構(gòu)的聯(lián)結(jié)構(gòu)造是房屋能否充分發(fā)揮強(qiáng)度、保證必要的剛度和空間整體性能的關(guān)鍵。

4 框架結(jié)構(gòu)

框架結(jié)構(gòu)是由梁和柱組成承重體系的結(jié)構(gòu)。主梁、柱和基礎(chǔ)構(gòu)成平面框架，各平面框架再由聯(lián)系梁連接起來而形成框架體系?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的最大特點(diǎn)是承重構(gòu)件與圍護(hù)構(gòu)件有明確分工，建筑的內(nèi)外墻處理十分靈活，應(yīng)用范圍很廣。這種結(jié)構(gòu)形式雖然出現(xiàn)較早，但直到鋼和鋼筋混凝土出現(xiàn)后才得以迅速發(fā)展。根據(jù)框架布置方向的不同，框架體系可分為橫向布置、縱向布置及縱橫雙向布置三種。橫向布置是主梁沿建筑的橫向布置，樓板和聯(lián)系梁沿縱向布置，具有結(jié)構(gòu)橫向剛度好的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)際采用較多?？v向布置同橫向布置相反，橫向剛度較差，應(yīng)用較少?？v橫雙向布置是建筑的縱橫向都布置承重框架，建筑的整體剛度好，是地震設(shè)防區(qū)采用的主要方案之一。

5 剪力墻結(jié)構(gòu)

剪力墻結(jié)構(gòu)是利用建筑的內(nèi)墻或外墻做成剪力墻以承受垂直和水平荷載的結(jié)構(gòu)。剪力墻一般為鋼筋混凝土墻，高度和寬度可與整棟建筑相同。因其承受的主要再載是水平荷載，使它受剪受彎，所以稱為剪力墻，以便與一般承受垂直荷載的墻體相區(qū)別。剪力墻結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度很大，變形小，既承重又圍護(hù)，適用于住宅和旅游等建筑。國(guó)外采用剪力墻結(jié)構(gòu)的建筑已達(dá)70層，并且可以建造高達(dá)100~150層的居住建筑。由于剪力墻的間距一般為3~8m，使建筑平面布置和使用要求受到一定限制，對(duì)需要較大空間的建筑通常難以滿足要求。剪力墻結(jié)構(gòu)可以現(xiàn)場(chǎng)搗制，也可預(yù)制裝配。裝配式大型墻板結(jié)構(gòu)與盒子結(jié)構(gòu)，就其實(shí)質(zhì)也是剪力墻結(jié)構(gòu)。

6 框架一剪力墻結(jié)構(gòu)

簡(jiǎn)稱框一剪結(jié)構(gòu)。它是指由若干個(gè)框架和剪力墻共同作為豎向承重結(jié)構(gòu)的建筑結(jié)構(gòu)體系。框架結(jié)構(gòu)建筑布置比較靈活，可以形成較大的空間，但抵抗水平荷載的能力較差，而剪力墻結(jié)構(gòu)則相反?？蚣芤患袅Y(jié)構(gòu)使兩者結(jié)合起來，取長(zhǎng)補(bǔ)短，在框架的某些柱間布置剪力墻，從而形成承載能力較大、建筑布置又較靈活的結(jié)構(gòu)體系。在這種結(jié)構(gòu)中，框架和剪力墻是協(xié)同工作的，框架主要承受垂直荷載，剪力墻主要承受水平荷載。筒體結(jié)構(gòu)指由一個(gè)或數(shù)個(gè)筒體作為主要抗側(cè)力構(gòu)件而形成的結(jié)構(gòu)稱為筒體結(jié)構(gòu)。筒體，是由密柱高梁空間框架或空間剪力墻所組成，在水平荷載作用下起整體空間作用的抗側(cè)力構(gòu)件。簡(jiǎn)體結(jié)構(gòu)適用于平面或豎向布置繁雜、水平荷載大的高層建筑。筒體結(jié)構(gòu)分筒體一框架、框筒、筒中筒、束筒四種結(jié)構(gòu)。

7 高效預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)體系

高效預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)是指用高強(qiáng)度材料、現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法和先進(jìn)的施工工藝建筑起來的預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，是當(dāng)今技術(shù)最先進(jìn)、用途最廣、最有發(fā)展前途的一種建筑結(jié)構(gòu)型式之一。目前。世界上幾乎所有的高大精尖的土木建筑結(jié)構(gòu)都采用了高效預(yù)應(yīng)力技術(shù)，如大型公共建筑、大跨重載工業(yè)建筑、高層建筑、大中跨度橋梁、大型特種結(jié)構(gòu)、電視塔、平臺(tái)等幾乎全部采用了這一技術(shù)。

與傳統(tǒng)預(yù)應(yīng)力相結(jié)構(gòu)相比，高效預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)具有以下一些特點(diǎn)：①?gòu)V泛采用高強(qiáng)度材料：目前國(guó)內(nèi)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中常用的混凝土強(qiáng)度等級(jí)從CA0～C80。甚至達(dá)到C100以上；②按照現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論設(shè)計(jì)。大大改善了高效預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的抗震性能、正常使用性能等；③近年來開發(fā)了先進(jìn)的施工工藝為高效預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的大規(guī)模推廣應(yīng)用提供了技術(shù)基礎(chǔ)。如高噸位、大沖程千斤頂?shù)膽?yīng)用和多種錨固體系等；④高效預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)適用范圍廣?？蛇m用于大跨和超大跨度以及使用性能高的結(jié)構(gòu)，并可拓展到高層結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層、鋼結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)、路面等結(jié)構(gòu)領(lǐng)域。

8 開合屋蓋結(jié)構(gòu)

開合屋蓋結(jié)構(gòu)是一種在很短時(shí)間內(nèi)部分或全部屋蓋結(jié)構(gòu)可以移動(dòng)或開合的結(jié)構(gòu)形式，它使建筑物在屋頂開啟和關(guān)閉兩個(gè)狀態(tài)下都可以使用。它是將屋蓋系統(tǒng)分成若干個(gè)可動(dòng)和固定單元，通過可動(dòng)單元按一定軌跡移動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)，使之各單元之間搭接、迭放來實(shí)現(xiàn)屋蓋的開合。

開合屋蓋結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：①將屋蓋開啟使人感覺回歸自然，心情舒暢；②遇有雨雪天氣，可將屋蓋關(guān)閉，從而使室內(nèi)活動(dòng)不受氣候影響。

開合屋蓋結(jié)構(gòu)不僅用于體育館。而且廣泛用于飛機(jī)庫、商場(chǎng)、廠房及需要晾曬的倉儲(chǔ)建筑。到目前為止，這些大規(guī)模的開合結(jié)構(gòu)的建成產(chǎn)生了非常好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益，其應(yīng)用會(huì)越來越廣。

9 折疊結(jié)構(gòu)

折疊結(jié)構(gòu)是將剪式桿單元或伸縮式單元與張力膜融為一體，具有可重復(fù)使用，折疊后體積小，便于運(yùn)輸、施工等特點(diǎn)。

在日常生活中我們常見的折疊帳篷和折疊雨傘都屬于折疊結(jié)構(gòu)。

折疊結(jié)構(gòu)包括折疊網(wǎng)架、折疊穹頂。

10 總結(jié)

總之，隨著科學(xué)技術(shù)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論、高強(qiáng)材料的迅速發(fā)展，未來將有更多建筑體系應(yīng)用于建筑工程中。

[1]劉錫良.大跨度開合空間結(jié)構(gòu),鋼結(jié)構(gòu),1998.