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  • 1 # 快樂與我同行9

    多高層建築結構體系的分類:

    多高層房屋結構體系包括水平結構體系(樓、屋蓋系統)和豎向結構體系(牆、柱)。其中水平結構體系中的樓(屋)蓋結構承受並傳遞豎向荷載給豎向構件。並作為剛性樓蓋利用其平面內的無限剛度協調各抗側構件的變形和位移;豎向構件承受並傳遞豎向荷載。豎向結構體系的牆、柱與水平結構體系中的梁板共同組成房屋的抗側空間結構,共同抵抗側向力作用。多高層建築的結構體系主要有框架結構、剪力牆結構、框架—剪力牆結構、框支剪力牆結構,高層建築結構體系中還有筒體結構(包括框架—核心筒結構、筒中筒結構)以及其他複雜高層結構形式,如帶轉換層高層建築結構形式,多塔結構形式,另外還有型鋼—混凝土構件組合的混合結構形式等。下面就常見的幾種結構體系作一些闡述。

    1.框架結構體系

    框架結構體系由框架樑、柱、板等主要構件組成。按照框架佈置方向的不同,框架結構體系可分為橫向佈置、縱向佈置和雙向佈置三種框架結構形式。橫向框架佈置形式是20世紀90年代以前常用的一種框架佈置形式。由於當時的條件限制,內力分析主要是採用手算方式進行,計算機輔助設計只能進行簡單的平面框架內力分析,所以房屋建築往往佈置為橫向框架、縱向聯絡梁的結構形式,其特點是橫向框架承擔豎向荷載和平行於房屋橫向的水平荷載。縱向框架佈置形式也是一種平面框架型別,其特點是縱向框架承擔豎向荷載和沿縱向水平荷載作用,而橫向透過聯絡梁將豎向荷載傳遞到框架柱,同時聯絡梁與框架立柱形成橫向框架並承擔沿橫向的水平力作用。在有抗震要求的房屋設計中,要求框架必須縱橫向佈置,形成雙向框架結構形式,以抵抗水平荷載及地震作用,雙向框架作用結構佈置形式具有較強的空間整體性,可以承受各個方向的側向力,與縱、橫向佈置的單向框架比較,具有較好的抗震效能。框架結構的特點是柱網布置靈活,便於獲得較大的使用空間。延性較好,但橫向側移剛度小,水平位移大。比較適用於大空間的多層及層數較少的高層建築。框架結構的變形特徵為剪下型。

    2.剪力牆結構體系

    剪力牆結構體系是指豎向承重結構由剪力牆組成的一種房屋結構體系。剪力牆的主要作用除承受並傳遞豎向荷載作用外,還承擔平行於牆體平面的水平剪力。《建築抗震設計規範》gb50011—2001把剪力牆稱為抗震牆。剪力牆承受豎向荷載及水平荷載的能力都較大。其特點是整體性好,側向剛度大,水平力作用下側移小,並且由於沒有梁、柱等外露構件,可以不影響房屋的使用功能。缺點是不能提供大空間房屋,結構延性較差。剪力牆結構適用範圍較大,從十幾層到幾十層都很常見,由於剪力牆結構能承受更大的豎向力和水平力作用,橫向剛度大,因此比框架更適合用於高層建築的結構體系佈置中。由於剪力牆結構提供的房屋空間一般較小,所以比較適合用於賓館、住宅等建築型別。當在下部一層或幾層需要更大空間時,往往在下部取消部分剪力牆,形成框支剪力牆結構。剪力牆結構的變形特徵是彎曲型。

    3.框架-剪力牆結構體系

    框架-剪力牆結構體系是指由框架和剪力牆共同作為豎向承重結構的多(高)層房屋結構體系。系由於框架的主要特點是能獲得大空間房屋,房間佈置靈活,而其主要弱點是側向剛度小,側移大。而剪力牆結構側向剛度大,側移小,但不能提供靈活的大空間房屋。框架-剪力牆結構體系則充分發揮他們各自的特點,既能獲得大空間的靈活空間,又具有較強的側向剛度。所以這種結構形式在房屋設計中比較常用。在框架-剪力牆結構體系中,框架往往只承受並傳遞豎向荷載,而水平荷載及地震作用主要由剪力牆承擔。一般情況下,剪力牆可承受70%~90%的水平荷載作用。剪力牆在建築平面上的佈置,應按均勻、分散、對稱周邊的原則考慮,並宜沿縱橫兩個方向佈置。剪力牆宜佈置在建築物的周邊附近,恆載較大處及建築平面變化處和樓梯間和電梯的周圍;剪力牆宜貫穿建築物的全高,宜避免剛度突變;剪力牆開洞時,洞口宜上下對齊。建築物縱(橫)向區段較長時,縱(橫)向剪力牆不宜集中佈置在端開間,不宜在變形縫兩側同時設定剪力牆。框架-剪力牆的變形特徵彎剪型。

    4.筒體結構體系筒體結構

    主要包括框架-核心筒結構與筒中筒結構。框架核心筒結構由實體核心筒和外框架構成。一般將樓電梯間及一些服務用房集中在核心筒內;其他需要較大空間的辦公用房、商業用房等佈置在外框架部分。核心筒實體是由兩個方向的剪力牆構成的封閉的空間結構,它具有很好的整體性與抗側剛度,其水平截面為單孔或多孔的箱形截面。它既可以承擔豎向荷載,又可以承擔任意方向的水平側向力作用。由於核心筒在高層建築中往往佈置在平面的中心部位,而在其四周佈置功能空間,核心筒也因此而得名。結構筒中筒結構是由實體的內筒與空腹的外筒組成,空腹外筒是由佈置在建築物四圍的密集立柱與高跨比很大的橫向窗間梁所構成的一個多孔筒體。筒中筒結構體系具有更大的整體性和抗側剛度,因此適用於高度很大的建築。除上述兩種筒體結構形式外,還有多重筒結構、成束筒結構等。筒體為適應各種建築功能的要求,還可以與框架或剪力牆相結合,形成各自獨特的結構方案。

    5.混合結構體系

    混合結構體系是由多種不同材料構件組成的結構體系。如:鋼管混凝土構件和型鋼混凝土構件等。由於不同材料製成的構件有不同的特徵,並且各自有其明顯的優點,採用混合結構的目的就是透過對各種材料構件的最佳化組合,來充分發揮各種材料及構件的優越效能。鋼管混凝土構件是有效利用混凝土的約束強度,在三向約束下,混凝土的抗壓強度比單向抗壓強度可提高几倍。利用這一特點而組合的鋼管混凝土最適合用於以受壓為主的軸心受壓及小偏心受壓柱及其他受壓構件。型鋼混凝土構件是在混凝土中主要配置型鋼的構件。一般也配置一些構造鋼筋及輔助受力鋼筋。它可以製作成柱、梁、剪力牆、筒體等豎向傳力構件。型鋼混凝土的特點是強度高、剛度大、截面小、延性好、防火效能好。建築師常常將其與鋼結構混合使用來建設超高層建築。即下部採用型鋼混凝土構件,上部為鋼結構,以增大建築的剛度,減少水平荷載作用下的側移。型鋼混凝土結構還可以與鋼筋混凝土結構混合使用。

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