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哪一种结构形式是未来趋势

发表于:2018-06-19 来源:工程壹家   浏览次数:

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  砌体结构

  砌体结构概念

  用砖砌体、石砌体或砌块砌体建造的结构,又称砖石结构。由于砌体的抗压强度较高而抗拉强度很低,因此,砌体结构构件主要承受轴心或小偏心压力,而很少受拉或受弯,一般民用和工业建筑的墙、柱和基础都可采用砌体结构。在采用钢筋混凝土框架和其他结构的建筑中,常用砖墙做围护结构,如框架结构的填充墙

  砌体结构优缺点

  砌体结构的主要优点是:

  ①容易就地取材。砖主要用粘土烧制;石材的原料是天然石;砌块可以用工业废料──矿渣制作,来源方便,价格低廉。

  ②砖、石或砌块砌体具有良好的耐火性和较好的耐久性。

  ③砌体砌筑时不需要模板和特殊的施工设备。在寒冷地区,冬季可用冻结法砌筑,不需特殊的保温措施。

  ④砖墙和砌块墙体能够隔热和保温,所以既是较好的承重结构,也是较好的围护结构。

  砌体结构的缺点是:

  ①与钢和混凝土相比,砌体的强度较低,因而构件的截面尺寸较大,材料用量多,自重大。

  ②砌体的砌筑基本上是手工方式,施工劳动量大。

  ③砌体的抗拉和抗剪强度都很低,因而抗震性能较差,在使用上受到一定限制;砖、石的抗压强度也不能充分发挥。

  ④粘土砖需用粘土制造,在某些地区过多占用农田,影响农业生产。

  砌体结构适用领域

  住宅、办公楼等民用建筑中广泛采用砌体承重。

  所建房屋层数增加,5~6层高的房屋,采用以砖砌体承重的混合结构非常普遍,不少城市建到7~8层;重庆市70年代建成了高达12层的以砌体承重的住宅;在某些产石地区毛石砌体作承重墙的房屋高达6层;

  在工业厂房建筑中,通常用砌体砌筑围墙;

  中、小型厂房和多层轻工业厂房,以及影剧院、食堂、仓库等建筑的承重结构;

  可在地震设防区建造砌体结构房屋——合理设计、保证施工质量、采取构造措施。经震害调查和研究表明:地震烈度在六度以下地区,一般的砌体结构房屋能经受地震的考验;按抗震设计要求进行改进和处理,可在七度和八度设防区建造砌体结构的房屋。

  配筋砌块建筑表现了良好抗震性能,在地震区得到应用与发展。美国是配筋砌块应用最广泛的国家,在1933年大地震后,推出了配筋混凝土砌块(配筋砌体)结构体系,建造了大量的多层和高层配筋砌体建筑。这些建筑大部分经历了强烈地震的考验。如:1952年建成的26栋6—13层的美退伍军人医院;1966年在圣地亚哥建成的8层海纳雷旅馆(位于9度区)和洛杉矶19层公寓;1990年5月在内华达州拉斯维加斯(7度区)建成了4栋28层配筋砌块旅馆。利用配筋砌块,我国各地建造了不少的砌体高层建筑: 1983年、1986年南宁已修建了配筋砌块10层住宅楼和11层办公楼试点房屋。采用MU20高强砌块,人工两次投料振捣,无法大量生产; 1988年本溪用煤矸石混凝土砌块配筋修建了一批10层住宅楼;1997年根据哈尔滨建筑大学、辽宁建科院等单位的研究结果,东北设计院设计在辽宁盘锦市建成一栋15层配筋砌块剪力墙点式住宅楼; 1998年,上海住宅总公司在上海建成了一栋配筋砌块剪力墙18层塔楼,这是我国最高的18层砌块高层房屋,而且是建在7度抗震设防的地区;2000年抚顺建成一栋6.6米大开间12层配筋砌块剪力墙板式住宅楼;2001年哈尔滨阿继科技园修建了12层配筋砌块房屋,其后一幢18层砌块高层也建成。

  配筋砌体已成为与钢筋混凝土结构具有类似性能和应用范围的结构体系。

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  砖混结构

  砖混结构概念

  砖混结构是指建筑物中竖向承重结构的墙、柱等采用砖或者砌块砌筑,横向承重的梁、楼板、屋面板等采用钢筋混凝土结构。也就是说砖混结构是以小部分钢筋混凝土及大部分砖墙承重的结构。砖混结构是混合结构的一种,是采用砖墙来承重,钢筋混凝土梁柱板等构件构成的混合结构体系。适合开间进深较小,房间面积小,多层或低层的建筑,对于承重墙体不能改动,而框架结构则对墙体大部可以改动。

  砖混结构特点

  架结构住宅的承重结构是梁、板、柱,而砖混结构的住宅承重结构是楼板和墙体。

  在牢固性上,理论上说框架结构能够达到的牢固性要大于砖混结构,所以砖混结构在做建筑设计时,楼高不能超过6层,而框架结构可以做到几十层。但在实际建设过程中,国家规定了建筑物要达到的抗震等级,无论是砖混还是框架,都要达到这个等级,而开发商即使用框架结构盖房子,也不会为了提高建筑坚固程度而增加投资,只要满足抗震等级就可以了。

  在隔音效果上来说,砖混住宅的隔音效果是中等的,框架结构的隔音效果取决于隔断材料的选择,一些高级的隔断材料的隔音效果要比砖混好,而普通的隔断材料,如水泥空心板之类的,隔音效果是很差的。

  如果你要进行室内空间的改造,框架结构因为多数墙体不承重,所以改造起来比较简单,敲掉墙体就可以了,而砖混结构中很多墙体是承重结构,不允许拆除的,你只能在少数非承重墙体上做文章。区别承重墙和非承重墙的一个简单方法是看原始结构图,通常墙体厚度在240mm的墙体是承重的,120mm或者更薄的墙体是非承重的,但有时为了和梁或者承重墙齐平,非承重墙也会做到240mm的厚度。

  砖混结构构造形式

  砖混结构建筑的墙体的布置方式如下:

  1、横墙承重。用平行于山墙的横墙来支承楼层。常用于平面布局有规律的住宅、宿舍、旅馆、办公楼等小开间的建筑。横墙兼作隔墙和承重墙之用,间距为3~4m。

  2、纵墙承重。用檐墙和平行于檐墙的纵墙支承楼层,开间可以灵活布置,但建筑物刚度较差,立面不能开设大面积门窗。

  3、纵横墙混合承重。部分用横墙、部分用纵墙支承楼层。多用于平面复杂、内部空间划分多样化的建筑。

  4、砖墙和内框架混合承重。内部以梁柱代替墙承重,外围护墙兼起承重作用。这种布置方式可获得较大的内部空间,平面布局灵活,但建筑物的刚度不够。常用于空间较大的大厅。

  5、底层为钢筋混凝土框架,上部为砖墙承重结构。常用于沿街底层为商店,或底层为公共活动的大空间,上面为住宅、办公用房或宿舍等等建筑。

  砖混结构设计要点

  以承重砖墙为主体的砖混结构建筑,在设计时应注意:门窗洞口不宜开得过大,排列有序;内横墙间的距离不能过大;砖墙体型宜规整和便于灵活布置。构件的选择和布置应考虑结构的强度和稳定性等要求,还要满足耐久性、耐火性及其他构造要求,如外墙的保温隔热、防潮、表面装饰和门窗开设,以及特殊功能要求。建于地震区的房屋,要根据防震规范采取防震措施,如配筋,设置构造柱、圈梁等。砖混结构建筑可以在质感、色彩、线条图案、尺度等方面造成朴实、亲切而具有田园气氛的风格。设计时还可以统一考虑附属建筑和庭园环境布置,以取得和谐的艺术效果。

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  框架结构

  框架结构概念

  框架结构是指由梁和柱以刚接或者铰接相连接而成构成承重体系的结构,即由梁和柱组成框架共同抵抗适用过程中出现的水平荷载和竖向荷载。采用结构的房屋墙体不承重,仅起到围护和分隔作用,一般用预制的加气混凝土、膨胀珍珠岩、空心砖或多孔砖、浮石、蛭石、陶粒等轻质板材等材料砌筑或装配而成。

  框架结构的特点

  框架建筑的主要优点:空间分隔灵活,自重轻,有利于抗震,节省材料;具有可以较灵活地配合建筑平面布置的优点,利于安排需要较大空间的建筑结构;框架结构的梁、柱构件易于标准化、定型化,便于采用装配整体式结构,以缩短施工工期;采用现浇混凝土框架时,结构的整体性、刚度较好,设计处理好也能达到较好的抗震效果,而且可以把梁或柱浇注成各种需要的截面形状。

  框架结构体系的缺点为:框架节点应力集中显著;框架结构的侧向刚度小,属柔性结构框架,在强烈地震作用下,结构所产生水平位移较大,易造成严重的非结构性破坏;钢材和水泥用量较大,构件的总数量多,吊装次数多,接头工作量大,工序多,浪费人力,施工受季节、环境影响较大;不适宜建造高层建筑, 框架是由梁柱构成的杆系结构,其承载力和刚度都较低,特别是水平方向的(即使可以考虑现浇楼面与梁共同工作以提高楼面水平刚度,但也是有限的),它的受力特点类似于竖向悬臂剪切梁,其总体水平位移上大下小,但相对于各楼层而言,层间变形上小下大,设计时如何提高框架的抗侧刚度及控制好结构侧移为重要因素,对于钢筋混凝土框架,当高度大、层数相当多时,结构底部各层不但柱的轴力很大,而且梁和柱由水平荷载所产生的弯矩和整体的侧移亦显著增加,从而导致截面尺寸和配筋增大,对建筑平面布置和空间处理,就可能带来困难,影响建筑空间的合理使用,在材料消耗和造价方面,也趋于不合理,故一般适用于建造不超过15层的房屋。

  框架结构的优点

  框架结构最大的优点是建筑空间布局灵活,随意性相对比较灵活,因为框架结构主要受力构件是柱和梁,墙全部采用轻质材料填充,所以建筑空间布局灵活,框架结构在建筑高度上要不砖混的高很多,同样不同的抗震烈度其做大高度也不同,从高度上就可以看出在抗震性能上框架要比砖混强很多,层高不受限。

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  悬索结构

  悬索结构的定义

  由柔性受拉索及其边缘构件所形成的承重结构。索的材料可以采用钢丝束、钢丝绳、钢铰线、链条、圆钢,以及其他受拉性能良好的线材。

  平面悬索结构

  主要在一个平面内受力的平面结构,多用于悬索桥和架空管道。按结构形式分为:①单层悬索结构。可用做柔式悬索桥,也可用于屋盖,结构刚度较小,在可变荷载作用下变形较大,宜在索上铺设重屋面。②加劲式单层悬索结构。通过在索下面若干吊杆吊有加劲桁架(或加劲梁),以增强结构的刚度。③双层悬索结构。其上索与下索曲率相反,并通过其间的受拉斜腹杆中施加预应力而具有较好的刚度。

  空间悬索结构

  一种处于空间受力状态的结构,多用于大跨度屋盖结构中。按结构形式分为:

  ①圆形单层悬索结构(图1a)。用于圆形平面的屋盖,其索按辐射状布置,整个屋面形成下凹的旋转曲面。各根索的外端固定于周边的钢筋混凝土圈梁上,内端固定于圆心附近的拉环上。当圆心处允许设柱时,可形成伞形悬索结构(图1b)。②圆形双层悬索结构(图1c)。其外形与上述结构类似,只是有上下两层索,从而可以有不同布置形式的预应力拉杆以增强刚度。中国北京工人体育馆直径94米的比赛大厅屋盖即采用了这种结构形式(图2)。其圆心附近的拉环除承受环向拉力外,在竖直方向还承受压力。③双向正交索网结构。由互相正交的两组索组成。下凹的一组为承重索,上凸的一组为稳定索,两组索形成负高斯曲率的曲面。对其中一组索施加预应力时,另一组索也同时获得预应力的效果。通过施加预应力,可使两组索在屋面荷载作用下始终贴紧,且获得良好的刚度。这种索网可用于椭圆平面、矩形平面、菱形平面(图3)或其他平面的屋盖。意大利米兰体育馆屋盖采用了圆形平面的马鞍形索网结构,直径140米,是目前世界上最大的索网结构。中国浙江省人民体育馆屋盖采用80×60米椭圆平面的马鞍形索网,其索端固定于一个空间曲梁上。为了减小曲梁内的弯矩,在索网下还设置了一层水平拉索。

  除上述悬索结构外,工程中还常用斜拉索结构,如斜张桥和斜拉索屋盖。这种斜拉索主要是用来减小屋面或桥面结构构件的跨度,以满足整个结构的大跨度要求和达到节省材料的目的。

  随着卷材薄钢板的发展,近年来,有的国家采用悬挂板带结构。如联邦德国法兰克福航空港飞机库的屋盖,平面尺寸达270×100米,分为两跨,每跨由10条长13米、宽7.5米的板带组成,板带之间用3米宽的采光带隔开。

  除上述各种悬索外,还有一种结构是利用钢索来吊挂混凝土屋盖的,这种结构叫悬挂式结构,其特点是:充分利用钢索所具有的抗拉特点,而减小钢筋混凝土屋盖所承受的弯曲力。下图所示日本代代木体育馆,采用高张力缆索为主体的悬索屋顶结构,创造出带有紧张感、力动感的大型内空间。

  在各种形式的悬索结构中,索的边缘构件及地锚的合理性和可靠性具有极其重要的意义,在一定程度上决定着结构的技术经济指标和安全。

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  拱结构

  拱券结构的定义

  拱结构是一种主要承受轴向压力并由两端推力维持平衡的曲线或折线形构件。


  拱结构由拱圈及其支座组成。支座可做成能承受垂直力、水平推力以及弯矩的支墩;也可用墙、柱或基础承受垂直力而用拉杆承受水平推力。拱圈主要承受轴向压力,较同跨度梁的弯矩和剪力为小,从而能节省材料、提高刚度、跨越较大空间,可作为礼堂、展览馆、体育馆、火车站、飞机库等的大跨屋盖承重结构;有利于使用砖、石、混凝土等抗压强度高、抗拉强度低的廉价建筑材料。一般的屋盖、吊车梁、过梁、挡土墙、散装材料库等承重结构以及地下建筑、桥梁、水坝、码头等的承重结构,均可采用拱。

  拱结构的优缺点

  在外荷作用下,拱主要产生压力,使构件摆脱了弯曲变形。如用抗压性能较好的材料(如砖石或钢筋混凝土)去做拱,正好发挥材料的性能。不过拱结构支座(拱脚)会产生水平推力,跨度大时这个推力也大,要对付这个推力仍是一桩麻烦而又耗费材料之事。由于拱结构的这个缺点,在实际工程应用上,桁架还是比拱用得普遍。

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  膜结构

  膜结构的定义

  膜结构(Membrane)是20世纪中期发展起来的一种新型建筑结构形式,是由多种高强薄膜材料(PVC或Teflon)及加强构件(钢架、钢柱或钢索)通过一定方式使其内部产生一定的预张应力以形成某种空间形状,作为覆盖结构,并能承受一定的外荷载作用的一种空间结构形式.膜结构可分为充气膜结构和张拉膜结构两大类.充气膜结构是靠室内不断充气,使室内外产生一定压力差(一般在10㎜~30㎜水柱之间),室内外的压力差使屋盖膜布受到一定的向上的浮力,从而实现较大的跨度.张拉膜结构则通过柱及钢架支承或钢索张拉成型,其造型非常优美灵活.

  膜结构的材质

  膜结构所用膜材料由基布和涂层两部分组成.基布主要采用聚酯纤维和玻璃纤维材料;涂层材料主要聚氯乙烯和聚四氟乙烯。常用膜材为聚酯纤维覆聚氯乙烯(PVC)和玻璃纤维覆聚聚四氟乙烯(Teflon)。PVC材料的主要特点是强度低、弹性大、易老化、徐变大、自洁性差,但价格便宜,容易加工制作,色彩丰富,抗折叠性能好。为改善其性能,可在其表面涂一层聚四氟乙烯涂层,提高其抗老化和自洁能力,其寿命可达到15年左右。Teflon材料强度高、弹性模量大、自洁、耐久耐火等性能好,但它价格较贵,不易折叠,对裁剪制作精度要求较高,寿命一般在30年以上,适用于永久建筑。

  膜结构的特点

  重量轻、强度高、防火难燃、自洁性好,不受紫外线影响、抗疲劳、

  耐扭曲、耐老化、使用寿命长。具有高透光率,热吸收量很少。正是因为这种跨时代的膜材料的发明,使膜结构建筑成为现代化的永久性建筑

  优越性能:自洁性、透光节能性、经济性、艺术性、防火性与抗震性、造型多样性;另外其还具有应用领域广泛、能覆盖大跨度空间及施工周期短的优点。

  膜结构的适用领域

  文化设施--展览中心、剧场、会议厅、博物馆、植物园、水族馆等体育设施--体育场、体育馆、健身中心、游泳馆、网球馆、篮球馆等 。商业设施--商场、购物中心、酒店、餐厅、商店门头(挑檐)、商业街等 交通设施--机场、火车站、公交车站、收费站、码头、加油站、天桥连廊等。工业设施--工厂、仓库、科研中心、处理中心、温室、物流中心等 景观设施--建筑入口、标志性小品、步行街、停车场等。索膜结构起源于远古时代人类居住的帐篷。20世纪70年代以后,高强、防水、透光且表面光洁、易清洗、抗老化的建筑膜材料的出现,加之当代电子、机械和化工技术的飞速发展,索膜建筑结构已大量用于滨海旅游、博览会、文艺、体育等大空间的公共建筑上。英国泰晤士河畔的千年穹顶是膜结构体系的标志性建筑,为世界瞩目。索膜结构具有易建、易拆、易搬迁、易更新、充分利用阳光和空气以及与自然环境融合等特长,它是21世纪绿色建筑体系的宠儿。目前,在全球范围内索膜结构无论在工程界还是在科研领域均处于热潮中。近年来,我国建筑市场对索膜建筑技术的需求明显有大幅度增长的趋势,国外各大著名索膜技术专业公司纷纷登陆我国,刺激了我国索膜建筑事业的发展。随着现代科技的进一步发展,使人类面临着保护自然环境的使命。因此,天然材料和传统的古老建筑材料必将被轻而薄且保温隔热性能良好的高强轻质材料所取代。索膜建筑技术在这项变革中将扮演重要角色,其在建筑领域内更广泛的应用是可以预见的,可谓前程似锦。

  膜结构的特性

  膜结构作为一种建筑体系所具有的特性主要取决于其独特的形态及膜材本身的性能。恰由于此,用膜结构可以创造出传统建筑体系无法实现的设计方案。

  1、 轻质:张力结构自重小的原因在于它依靠预应力形态而非材料来保持结构的稳定性。从而使其自重比传统建筑结构的小得多,但却具有良好的稳定性。建筑师可以利用其轻质大跨的特点设计和组织结构细部构件,将其轻盈和稳定的结构特性有机地统一起来。

  2、 透光性:透光性是现代膜结构最被广泛认可的特性之一。膜材的透光性可以为建筑提供所需的照度,这对于建筑节能十分重要。对于一些要求光照多且亮度高的商业建筑等尤为重要。通过自然采光与人工采光的综合利用,膜材透光性可为建筑设计提供更大的美学创作空间。夜晚,透光性将膜结构变成了光的雕塑。

  膜材透光性是由它的基层纤维、涂层及其颜色所决定的。标准膜材的光谱透射比在10%~20%之间,有的膜材的光谱透射比可以达到40%,而有的膜材则是不透光的。膜材的透光性及对光色的选择可以通过涂层的颜色或是面层颜色来调节。

  通过膜材和透光保温材料的适当组合,可以使含保温层的多层膜具有透光性。即使光谱透射只有几个百分点,膜屋面对于人眼来说依然是发亮和透光的,具有轻型屋面的观感。

  3、柔性:张拉膜结构不是刚性的,其在风荷载或雪荷载的作用下会产生变形。膜结构通过变形来适应外荷载,在此过程中荷载作用方向上的膜面曲率半径会减小,直至能更有效抵抗该荷载。

  张拉结构的灵活性使其可以产生很大的位移而不发生永久性变形。膜材的弹性性能和预应力水平决定了膜结构的变形和反应。适应自然的柔性特点可以激发人们的建筑设计灵感。

  不同的膜材的柔性程序也不相同,有的膜材柔韧性极佳,不会因折叠而产生脆裂或是破损,这样的材料是有效实现可移动、可展开结构的基础和前提。

  4、 雕塑感:张拉膜结构的独特曲面外形使其具有强烈的雕塑感。膜面通过张力达到自平衡。负高斯膜面高低起伏具有的平衡感使体型较大的结构看上去像摆脱了重力的束缚般轻盈地飘浮于天地之间。无论室内还是室外这种雕塑般的质感都令人激动。

  张拉膜结构可使建筑师设计出各种张力自平衡、复杂且生动的空间形式。在一天内随着光线的变化,雕塑般的膜结构通过光与影而呈现出不同的形态。日出和日落时,低入射角度的光线将突现屋顶的曲率和浮雕效果,太阳位于远地点时,膜结构的流线型边界在地面上投入弯弯曲曲的影子。利用膜材的透光性和反射性,经过设计的人工灯光也可使膜结构成为光的雕塑。

  5、 安全性:按照现有的各国规范和指南设计的的轻型张拉膜结构具有足够的安全性。轻型结构在地震等水平荷载作用下能保持很好的稳定性。

  由于轻型结构自重较轻,即使发生意外坍塌,其危险性也较传统建筑结构小。膜结构发生撕裂时,若结构布置能保证桅杆、梁等刚性支承构件不发生坍塌,其危险性会更小。

  膜结构的柔性使其在任一荷载作用下均以最有利的形态承载。当然,结构的布置和形状要根据荷载情况来进行设计和调整。设计要确何膜面与其辅助结构协调工作,以避免力在膜面或辅助结构上集中而达结构破坏的临界值。

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  装配式结构

  装配式结构的定义

  装配式建筑是指用预制的构件在工地装配而成的建筑。这种建筑的优点是建造速度快,受气候条件制约小,节约劳动力并可提高建筑质量。

  装配式结构的优缺点

  优点:

  (1)构件可在工厂内进行产业化生产,施工现场可直接安装,方便又快捷,可缩短施工工期。

  (2)构件在工厂采用机械化生产,产品质量更易得到有效控制。

  (3)周转料具投入量减少,料具租赁费用降低。

  (4)减少施工现场湿作业量,有利于环保。

  (5)因施工现场作业量减少,可在一定程度上降低材料浪费。

  (6)构件机械化成度高,可较大减少现场施工人员配备。

  缺点:

  (1)因目前国内相关设计、验收规范等过于滞后施工技术的发展,装配式建筑在建筑物总高度及层高上均有较大的限制。

  (2)建筑物内预埋件、螺栓等使用量有较大增加。

  (3)构件工厂化生产因模具限制及运输(水平垂直)限制,构件尺寸不能过大。

  (4)对现场垂直运输机械要求较高,需使用较大型的吊装机械。

  (5)构件采用工厂预制,预制厂距离施工现场不能过远。

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