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    【行業資訊】各類建築結構形式詳解,哪一種結構形式是未來趨勢?

    發布時間:2017-11-25

    1

    砌體結構




    概念


      用磚砌體、石砌體或砌塊砌體建造的結構,又稱磚石結構。由於砌體的抗壓強度較高而抗拉強度很低,因此,砌體結構構件主要承受軸心或小偏心壓力,而很少受拉或受彎,一般民用和工業建築的牆、柱和基礎都可采用砌體結構。在采用鋼筋混凝土框架和其他結構的建築中,常用磚牆做圍護結構,如框架結構的填充牆。


    優缺點


    砌體結構的主要優點是:

    ①容易就地取材。磚主要用粘土燒製;石材的原料是天然石;砌塊可以用工業廢料──礦渣製作,來源方便,價格低廉。

    ②磚、石或砌塊砌體具有良好的耐火性和較好的耐久性。

    ③砌體砌築時不需要模板和特殊的施工設備。在寒冷地區,冬季可用凍結法砌築,不需特殊的保溫措施。

    ④磚牆和砌塊牆體能夠隔熱和保溫,所以既是較好的承重結構,也是較好的圍護結構。


    砌體結構的缺點是:

    ①與鋼和混凝土相比,砌體的強度較低,因而構件的截麵尺寸較大,材料用量多,自重大。

    ②砌體的砌築基本上是手工方式,施工勞動量大。

    ③砌體的抗拉和抗剪強度都很低,因而抗震性能較差,在使用上受到一定**;磚、石的抗壓強度也不能充分發揮。

    ④粘土磚需用粘土製造,在某些地區過多占用農田,影響農業生產。


    適用領域


      住宅、辦公樓等民用建築中廣泛采用砌體承重。 所建房屋層數增加,5~6層高的房屋,采用以磚砌體承重的混合結構非常普遍,不少城市建到7~8層;重慶市70年代建成了高達12層的以砌體承重的住宅;在某些產石地區毛石砌體作承重牆的房屋高達6層;在工業廠房建築中,通常用砌體砌築圍牆;中、小型廠房和多層輕工業廠房,以及影劇院、食堂、倉庫等建築的承重結構;可在**設防區建造砌體結構房屋——合理設計、保證施工質量、采取構造措施。經震害調查和研究表明:**烈度在六度以下地區,一般的砌體結構房屋能經受**的考驗;按抗震設計要求進行改進和處理,可在七度和八度設防區建造砌體結構的房屋。

      配筋砌塊建築表現了良好抗震性能,在**區得到應用與發展。美國是配筋砌塊應用較廣泛的國家,在1933年大**後,推出了配筋混凝土砌塊(配筋砌體)結構體係,建造了大量的多層和高層配筋砌體建築。這些建築大部分經曆了強烈**的考驗。如:1952年建成的26棟6—13層的美退伍軍人醫院;1966年在**亞哥建成的8層海納雷旅館(位於9度區)和洛杉磯19層公寓;1990年5月在內華達州拉斯維加斯(7度區)建成了4棟28層配筋砌塊旅館。利用配筋砌塊,我國各地建造了不少的砌體高層建築: 1983年、1986年南寧已修建了配筋砌塊10層住宅樓和11層辦公樓試點房屋。采用MU20**砌塊,人工兩次投料振搗,無法大量生產; 1988年本溪用煤矸石混凝土砌塊配筋修建了一批10層住宅樓;1997年根據哈爾濱建築大學、遼寧建科院等單位的研究結果,東北設計院設計在遼寧盤錦市建成一棟15層配筋砌塊剪力牆點式住宅樓; 1998年,上海住宅總公司在上海建成了一棟配筋砌塊剪力牆18層塔樓,這是我國**的18層砌塊高層房屋,而且是建在7度抗震設防的地區;2000年撫順建成一棟6.6米大開間12層配筋砌塊剪力牆板式住宅樓;2001年哈爾濱阿繼科技園修建了12層配筋砌塊房屋,其後一幢18層砌塊高層也建成。

      配筋砌體已成為與鋼筋混凝土結構具有類似性能和應用範圍的結構體係。



    2

    磚混結構




    簡介


      磚混結構是指建築物中豎向承重結構的牆、柱等采用磚或者砌塊砌築,橫向承重的梁、樓板、屋麵板等采用鋼筋混凝土結構。也就是說磚混結構是以小部分鋼筋混凝土及大部分磚牆承重的結構。磚混結構是混合結構的一種,是采用磚牆來承重,鋼筋混凝土梁柱板等構件構成的混合結構體係。適合開間進深較小,房間麵積小,多層或低層的建築,對於承重牆體不能改動,而框架結構則對牆體大部可以改動。


    特點


      框架結構住宅的承重結構是梁、板、柱,而磚混結構的住宅承重結構是樓板和牆體。

      在牢固性上,理論上說框架結構能夠達到的牢固性要大於磚混結構,所以磚混結構在做建築設計時,樓高不能超過6層,而框架結構可以做到幾十層。但在實際建設過程中,國家規定了建築物要達到的抗震等級,無論是磚混還是框架,都要達到這個等級,而開發商即使用框架結構蓋房子,也不會為了提高建築堅固程度而增加**,隻要滿足抗震等級就可以了。

      在隔音效果上來說,磚混住宅的隔音效果是中等的,框架結構的隔音效果取決於隔斷材料的選擇,一些**的隔斷材料的隔音效果要比磚混好,而普通的隔斷材料,如水泥空心板之類的,隔音效果是很差的。

      如果你要進行室內空間的改造,框架結構因為多數牆體不承重,所以改造起來比較簡單,敲掉牆體就可以了,而磚混結構中很多牆體是承重結構,不允許拆除的,你隻能在少數非承重牆體上做文章。區別承重牆和非承重牆的一個簡單方法是看原始結構圖,通常牆體厚度在240mm的牆體是承重的,120mm或者更薄的牆體是非承重的,但有時為了和梁或者承重牆齊平,非承重牆也會做到240mm的厚度。

    結構


      磚混結構建築的牆體的布置方式如下:

      1、橫牆承重。用平行於山牆的橫牆來支承樓層。常用於平麵**有規律的住宅、宿舍、旅館、辦公樓等小開間的建築。橫牆兼作隔牆和承重牆之用,間距為3~4m。

      2、縱牆承重。用簷牆和平行於簷牆的縱牆支承樓層,開間可以靈活布置,但建築物剛度較差,立麵不能開設大麵積門窗。

      3、縱橫牆混合承重。部分用橫牆、部分用縱牆支承樓層。多用於平麵複雜、內部空間劃分多樣化的建築。

      4、磚牆和內框架混合承重。內部以梁柱代替牆承重,**護牆兼起承重作用。這種布置方式可獲得較大的內部空間,平麵**靈活,但建築物的剛度不夠。常用於空間較大的大廳。

      5、底層為鋼筋混凝土框架,上部為磚牆承重結構。常用於沿街底層為商店,或底層為公共活動的大空間,上麵為住宅、辦公用房或宿舍等等建築。


    設計要求


      以承重磚牆為主體的磚混結構建築,在設計時應注意:門窗洞口不宜開得過大,排列有序;內橫牆間的距離不能過大;磚牆體型宜規整和便於靈活布置。構件的選擇和布置應考慮結構的強度和穩定性等要求,還要滿足耐久性、耐火性及其他構造要求,如外牆的保溫隔熱、防潮、表麵裝飾和門窗開設,以及特殊功能要求。建於**區的房屋,要根據防震規範采取防震措施,如配筋,設置構造柱、圈梁等。磚混結構建築可以在質感、色彩、線條圖案、尺度等方麵造成樸實、親切而具有田園氣氛的風格。設計時還可以統一考慮附屬建築和庭園環境布置,以取得和諧的藝術效果。



    3

    框架結構



    概念


      框架結構是指由梁和柱以剛接或者鉸接相連接而成構成承重體係的結構,即由梁和柱組成框架共同抵抗適用過程中出現的水平荷載和豎向荷載。采用結構的房屋牆體不承重,僅起到圍護和分隔作用,一般用預製的加氣混凝土、膨脹珍珠岩、空心磚或多孔磚、浮石、蛭石、陶粒等輕質板材等材料砌築或裝配而成。

    特點


      框架建築的主要優點:空間分隔靈活,自重輕,有利於抗震,節省材料;具有可以較靈活地配合建築平麵布置的優點,利於安排需要較大空間的建築結構;框架結構的梁、柱構件易於標準化、定型化,便於采用裝配整體式結構,以縮短施工工期;采用現澆混凝土框架時,結構的整體性、剛度較好,設計處理好也能達到較好的抗震效果,而且可以把梁或柱澆注成各種需要的截麵形狀。

      框架結構體係的缺點為:框架節點應力集中顯著;框架結構的側向剛度小,屬柔性結構框架,在強烈**作用下,結構所產生水平位移較大,易造成嚴重的非結構性**;鋼材和水泥用量較大,構件的總數量多,吊裝次數多,接頭工作量大,工序多,浪費人力,施工受季節、環境影響較大;不適宜建造高層建築, 框架是由梁柱構成的杆係結構,其承載力和剛度都較低,特別是水平方向的(即使可以考慮現澆樓麵與梁共同工作以提高樓麵水平剛度,但也是有限的),它的受力特點類似於豎向懸臂剪切梁,其總體水平位移上大下小,但相對於各樓層而言,層間變形上小下大,設計時如何提高框架的抗側剛度及控製好結構側移為重要因素,對於鋼筋混凝土框架,當高度大、層數相當多時,結構底部各層不但柱的軸力很大,而且梁和柱由水平荷載所產生的彎矩和整體的側移亦顯著增加,從而導致截麵尺寸和配筋增大,對建築平麵布置和空間處理,就可能帶來困難,影響建築空間的合理使用,在材料消耗和造價方麵,也趨於不合理,故一般適用於建造不超過15層的房屋。

    優點


      框架結構**的優點是建築空間**靈活,隨意性相對比較靈活,因為框架結構主要受力構件是柱和梁,牆全部采用輕質材料填充,所以建築空間**靈活,框架結構在建築高度上要不磚混的高很多,同樣不同的抗震烈度其做大高度也不同,從高度上就可以看出在抗震性能上框架要比磚混強很多,層高不受限。



    4

    懸索結構



    定義


      由柔性受拉索及其邊緣構件所形成的承重結構。索的材料可以采用鋼絲束、鋼絲繩、鋼鉸線、鏈條、圓鋼,以及其他受拉性能良好的線材。

    平麵懸索結構


      主要在一個平麵內受力的平麵結構,多用於懸索橋和架空管道。按結構形式分為:①單層懸索結構。可用做柔式懸索橋,也可用於屋蓋,結構剛度較小,在可變荷載作用下變形較大,宜在索上鋪設重屋麵。②加勁式單層懸索結構。通過在索下麵若幹吊杆吊有加勁桁架(或加勁梁),以增強結構的剛度。③雙層懸索結構。其上索與下索曲率相反,並通過其間的受拉斜腹杆中施加預應力而具有較好的剛度。

    空間懸索結構


      一種處於空間受力狀態的結構,多用於大跨度屋蓋結構中。按結構形式分為:

      ①圓形單層懸索結構。用於圓形平麵的屋蓋,其索按輻射狀布置,整個屋麵形成下凹的旋轉曲麵。各根索的外端固定於周邊的鋼筋混凝土圈梁上,內端固定於圓心附近的拉環上。當圓心處允許設柱時,可形成傘形懸索結構(圖1b)。②圓形雙層懸索結構(圖1c)。其外形與上述結構類似,隻是有上下兩層索,從而可以有不同布置形式的預應力拉杆以增強剛度。中國北京工人體育館直徑94米的比賽大廳屋蓋即采用了這種結構形式(圖2)。其圓心附近的拉環除承受環向拉力外,在豎直方向還承受壓力。③雙向正交索網結構。由互相正交的兩組索組成。下凹的一組為承重索,上凸的一組為穩定索,兩組索形成負高斯曲率的曲麵。對其中一組索施加預應力時,另一組索也同時獲得預應力的效果。通過施加預應力,可使兩組索在屋麵荷載作用下始終貼緊,且獲得良好的剛度。這種索網可用於橢圓平麵、矩形平麵、菱形平麵(圖3)或其他平麵的屋蓋。意大利米蘭體育館屋蓋采用了圓形平麵的馬鞍形索網結構,直徑140米,是目前世界上**的索網結構。中國浙江省人民體育館屋蓋采用80×60米橢圓平麵的馬鞍形索網,其索端固定於一個空間曲梁上。為了減小曲梁內的彎矩,在索網下還設置了一層水平拉索。

      除上述懸索結構外,工程中還常用斜拉索結構,如斜張橋和斜拉索屋蓋。這種斜拉索主要是用來減小屋麵或橋麵結構構件的跨度,以滿足整個結構的大跨度要求和達到節省材料的目的。

      隨著卷材薄鋼板的發展,近年來,有的國家采用懸掛板帶結構。如聯邦德國法蘭克福航空港飛機庫的屋蓋,平麵尺寸達270×100米,分為兩跨,每跨由10條長13米、寬7.5米的板帶組成,板帶之間用3米寬的采光帶隔開。

      除上述各種懸索外,還有一種結構是利用鋼索來吊掛混凝土屋蓋的,這種結構叫懸掛式結構,其特點是:充分利用鋼索所具有的抗拉特點,而減小鋼筋混凝土屋蓋所承受的彎曲力。下圖所示**代代木體育館,采用高張力纜索為主體的懸索屋頂結構,創造出帶有緊張感、力動感的大型內空間。

      在各種形式的懸索結構中,索的邊緣構件及地錨的合理性和可靠性具有極其重要的意義,在一定程度上決定著結構的技術經濟指標和安全。



    5

    拱結構




    簡介


      拱結構是一種主要承受軸向壓力並由兩端推力維持平衡的曲線或折線形構件。

      拱結構由拱圈及其支座組成。支座可做成能承受垂直力、水平推力以及彎矩的支墩;也可用牆、柱或基礎承受垂直力而用拉杆承受水平推力。拱圈主要承受軸向壓力,較同跨度梁的彎矩和剪力為小,從而能節省材料、提高剛度、跨越較大空間,可作為禮堂、展覽館、體育館、火車站、飛機庫等的大跨屋蓋承重結構;有利於使用磚、石、混凝土等抗壓強度高、抗拉強度低的廉價建築材料。一般的屋蓋、吊車梁、過梁、擋土牆、散裝材料庫等承重結構以及地下建築、橋梁、水壩、碼頭等的承重結構,均可采用拱。


    優缺點


      在外荷作用下,拱主要產生壓力,使構件擺脫了彎曲變形。如用抗壓性能較好的材料(如磚石或鋼筋混凝土)去做拱,正好發揮材料的性能。不過拱結構支座(拱腳)會產生水平推力,跨度大時這個推力也大,要對付這個推力仍是一樁麻煩而又耗費材料之事。由於拱結構的這個缺點,在實際工程應用上,桁架還是比拱用得普遍。



    6

    膜結構




    定義


      膜結構(Membrane)是20世紀中期發展起來的一種新型建築結構形式,是由多種**薄膜材料(PVC或Teflon)及加強構件(鋼架、鋼柱或鋼索)通過一定方式使其內部產生一定的預張應力以形成某種空間形狀,作為覆蓋結構,並能承受一定的外荷載作用的一種空間結構形式.膜結構可分為充氣膜結構和張拉膜結構兩大類.充氣膜結構是靠室內不斷充氣,使室內外產生一定壓力差(一般在10㎜~30㎜水柱之間),室內外的壓力差使屋蓋膜布受到一定的向上的浮力,從而實現較大的跨度.張拉膜結構則通過柱及鋼架支承或鋼索張拉成型,其造型非常優美靈活.

    材質


      膜結構所用膜材料由基布和塗層兩部分組成.基布主要采用聚酯纖維和玻璃纖維材料;塗層材料主要聚氯乙烯和聚四氟乙烯。常用膜材為聚酯纖維覆聚氯乙烯(PVC)和玻璃纖維覆聚聚四氟乙烯(Teflon)。PVC材料的主要特點是強度低、彈性大、易老化、徐變大、自潔性差,但價格便宜,容易加工製作,色彩豐富,抗折疊性能好。為改善其性能,可在其表麵塗一層聚四氟乙烯塗層,提高其抗老化和自潔能力,其壽命可達到15年左右。Teflon材料強度高、彈性模量大、自潔、耐久耐火等性能好,但它價格較貴,不易折疊,對裁剪製作精度要求較高,壽命一般在30年以上,適用於**建築。

    特點


      重量輕、強度高、防火難燃、自潔性好,不受紫外線影響、抗疲勞、耐扭曲、耐老化、使用壽命長。具有高透光率,熱吸收量很少。正是因為這種跨時代的膜材料的發明,使膜結構建築成為現代化的**性建築

      優越性能:自潔性、透光節能性、經濟性、藝術性、防火性與抗震性、造型多樣性;另外其還具有應用領域廣泛、能覆蓋大跨度空間及施工周期短的優點。

    適用領域


      文化設施--展覽中心、劇場、會議廳、博物館、植物園、水族館等 體育設施--體育場、體育館、健身中心、遊泳館、網球館、籃球館等 。商業設施--商場、購物中心、酒店、餐廳、商店門頭(挑簷)、商業街等 交通設施--機場、火車站、公交車站、收費站、碼頭、加油站、天橋連廊等 。工業設施--工廠、倉庫、科研中心、處理中心、溫室、物流中心等 景觀設施--建築入口、標誌性小品、步行街、停車場等 。索膜結構起源於遠古時代人類居住的帳篷。20世紀70年代以後,**、防水、透光且表麵光潔、易清洗、抗老化的建築膜材料的出現,加之當代電子、機械和化工技術的飛速發展,索膜建築結構已大量用於濱海旅遊、博覽會、文藝、體育等大空間的公共建築上。英國泰晤士河畔的千年穹頂是膜結構體係的標誌性建築,為世界矚目。索膜結構具有易建、易拆、易搬遷、易更新、充分利用陽光和空氣以及與自然環境融合等特長,它是21世紀綠色建築體係的寵兒。目前,在全球範圍內索膜結構無論在工程界還是在科研領域均處於熱潮中。近年來,我國建築市場對索膜建築技術的需求明顯有大幅度增長的趨勢,國外各大**索膜技術專業公司紛紛登陸我國,刺激了我國索膜建築事業的發展。隨著現代科技的進一步發展,使人類麵臨著保護自然環境的使命。因此,天然材料和傳統的古老建築材料必將被輕而薄且保溫隔熱性能良好的**輕質材料所取代。索膜建築技術在這項變革中將扮演重要角色,其在建築領域內更廣泛的應用是可以預見的,可謂前程似錦。 

    特性


      膜結構作為一種建築體係所具有的特性主要取決於其獨特的形態及膜材本身的性能。恰由於此,用膜結構可以創造出傳統建築體係無法實現的設計方案。

    1、 輕質:張力結構自重小的原因在於它依靠預應力形態而非材料來保持結構的穩定性。從而使其自重比傳統建築結構的小得多,但卻具有良好的穩定性。建築師可以利用其輕質大跨的特點設計和組織結構細部構件,將其輕盈和穩定的結構特性有機地統一起來。

    2、 透光性:透光性是現代膜結構較被廣泛認可的特性之一。膜材的透光性可以為建築提供所需的照度,這對於建築節能十分重要。對於一些要求光照多且亮度高的商業建築等尤為重要。通過自然采光與人工采光的綜合利用,膜材透光性可為建築設計提供更大的美學創作空間。夜晚,透光性將膜結構變成了光的雕塑。

      膜材透光性是由它的基層纖維、塗層及其顏色所決定的。標準膜材的光譜透射比在10%~20%之間,有的膜材的光譜透射比可以達到40%,而有的膜材則是不透光的。膜材的透光性及對光色的選擇可以通過塗層的顏色或是麵層顏色來調節。

      通過膜材和透光保溫材料的適當組合,可以使含保溫層的多層膜具有透光性。即使光譜透射隻有幾個百分點,膜屋麵對於人眼來說依然是發亮和透光的,具有輕型屋麵的觀感。

    3、柔性:張拉膜結構不是剛性的,其在風荷載或雪荷載的作用下會產生變形。膜結構通過變形來適應外荷載,在此過程中荷載作用方向上的膜麵曲率半徑會減小,直至能更有效抵抗該荷載。

      張拉結構的靈活性使其可以產生很大的位移而不發生**性變形。膜材的彈性性能和預應力水平決定了膜結構的變形和反應。適應自然的柔性特點可以激發人們的建築設計靈感。

      不同的膜材的柔性程序也不相同,有的膜材柔韌性極佳,不會因折疊而產生脆裂或是破損,這樣的材料是有效實現可移動、可展開結構的基礎和前提。

    4、 雕塑感:張拉膜結構的獨特曲麵外形使其具有強烈的雕塑感。膜麵通過張力達到自平衡。負高斯膜麵高低起伏具有的平衡感使體型較大的結構看上去像擺脫了重力的束縛般輕盈地飄浮於天地之間。無論室內還是室外這種雕塑般的質感都令人激動。

      張拉膜結構可使建築師設計出各種張力自平衡、複雜且生動的空間形式。在一天內隨著光線的變化,雕塑般的膜結構通過光與影而呈現出不同的形態。日出和日落時,低入射角度的光線將突現屋頂的曲率和浮雕效果,太陽位於遠地點時,膜結構的流線型邊界在地麵上投入彎彎曲曲的影子。利用膜材的透光性和反射性,經過設計的人工燈光也可使膜結構成為光的雕塑。

    5、 安全性:按照現有的各國規範和指南設計的的輕型張拉膜結構具有足夠的安全性。輕型結構在**等水平荷載作用下能保持很好的穩定性。

      由於輕型結構自重較輕,即使發生意外坍塌,其危險性也較傳統建築結構小。膜結構發生撕裂時,若結構布置能保證桅杆、梁等剛性支承構件不發生坍塌,其危險性會更小。

      膜結構的柔性使其在任一荷載作用下均以較有利的形態承載。當然,結構的布置和形狀要根據荷載情況來進行設計和調整。設計要確何膜麵與其輔助結構協調工作,以避免力在膜麵或輔助結構上集中而達結構**的臨界值。



    7

    裝配式建築



    簡介


      裝配式建築是指用預製的構件在工地裝配而成的建築。這種建築的優點是建造速度快,受氣候條件製約小,節約勞動力並可提高建築質量。

    優缺點


    優點:

      (1)構件可在工廠內進行產業化生產,施工現場可直接安裝,方便又快捷,可縮短施工工期。

      (2)構件在工廠采用機械化生產,產品質量更易得到有效控製。

      (3)周轉料具投入量減少,料具租賃費用降低。

      (4)減少施工現場濕作業量,有利於環保。

      (5)因施工現場作業量減少,可在一定程度上降低材料浪費。

      (6)構件機械化成度高,可較大減少現場施工人員配備。

    缺點:

      (1)因目前國內相關設計、驗收規範等過於滯後施工技術的發展,裝配式建築在建築物總高度及層高上均有較大的**。

      (2)建築物內預埋件、螺栓等使用量有較大增加。

      (3)構件工廠化生產因模具**及運輸(水平垂直)**,構件尺寸不能過大。

      (4)對現場垂直運輸機械要求較高,需使用較大型的吊裝機械。

      (5)構件采用工廠預製,預製廠距離施工現場不能過遠。


    -THE END-



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