河南科技大学结构选型

建筑结构：组成工业与民用建筑包括基础在内的承重骨架体系。建筑结构设计：在满足安全、适用、耐久、经济和施工可行的要求下，按有关设计标准的规定对建筑结构进行总体布置、技术与经济分析、计算、构造和制图工作，并寻求优化的全过程。结构概念设计：利用设计概念并以其为主线贯穿结构全部设计过程的设计方法。建筑抗震概念设计：根据地震灾害和工程经验等所形成的基本设计原则和设计思想，进行建筑和结构总体布置并确定细部构造的过程。选型原则：(1)采用对抗震有利的建筑平面和立面:a.建筑及其抗侧力结构的平面布置宜规则、对称，并具有良好的整体性。b.建筑的立面和竖向剖面宜规则，结构的抗侧刚度宜均匀变化，竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小，避免抗侧力结构的抗侧刚度和承载力突变。不应采用严重不规则的建筑方案。c.体型复杂、平立面特别不规则的建筑结构，应按实际需要在适当部位设置防震缝，以形成多个较规则的抗侧力结构单元。(2)选择技术上、经济上合理的结构体系(a)应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径；(b)宜有多道抗震防线，应避免因部分结构或构件破坏而导致整体体系丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力。（c)应具备必要的抗震承载力、良好的变形能力和消耗地震能量的能力。(d)宜具有合理的刚度和承载力分布，避免因局部削弱或突变形成薄弱部位，产生过大的应力集中。对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高抗震能力。平面不规则的类型扭转不规则凹凸不规则竖向不规则类型侧向刚度不规则：竖向抗侧力构件不连续楼层承载力突变建筑结构的作用(1)形成人类活动所需要的、功能良好和舒适美观的空间。(2)能够抵御自然和人为的作用力，在突发偶然事件时，保持整体稳定。(3)充分发挥所用材料的效能：“有效的利用材料、尽可能地节约材料”优秀的建筑结构特点(美观、适用、坚固)(1)应用：要满足空间和功能的需求；(2)安全：要符合承载和耐久的需要；(3)技术：要体现科技和工程的新发展；(4)造型：要与建筑艺术融为一体；(5)建造：要合理用材并与施工实际相结合。（1）适应建筑功能的要求高层住宅楼：房间开间和进深不是很大，多采用钢筋混凝土全剪力墙结构。高层商住楼：上部是小空间住宅，下部是空间较大、内部分隔灵活的商场、银行等，多采用框支剪力墙结构。高层写字楼：内部空间需要开敞，便于时常分隔变换，多采用框架剪力墙结构。（2）满足建筑造型的需要（3）建筑的造价（4）充分发挥结构自身的优势（5）考虑材料和施工的条件结构选型的目标第一阶段：能够判断建筑的结构类型第二阶段：能够确定方案的结构形式第三阶段：能够结合结构理念构思建筑方案现代结构体系：现代建筑结构体系：平面结构体系：承重墙、框架、桁架、拱、刚架；空间结构体系：网架、薄壁、悬索、薄膜建筑形式：低多层：砌体、框架；高层：框架、剪力墙、框支、框剪；超高层：筒体大垮：钢架、桁架、拱、薄壁；网架（壳）、悬索、薄膜砌体结构：由块体和砂浆砌筑而成的墙、柱作为建筑物主要受力构件的结构。砖混结构：由砖、石、砌块砌体制成竖向承重构件(墙、柱、基础等)，并与钢筋混凝土或预应力混凝土楼盖、屋盖组成的房屋建筑结构。砖木结构：由砖、石、砌块砌体制成竖向承重构件，并与木楼盖、木屋盖组成的房屋建筑结构。砌体结构的特点1、砌体结构的主要优点(1)易于就地取材：可以利用工业废料(如矿渣、粉煤灰等)生产各种新型砌体，来源方便，价格较便宜。(2)具有良好耐火性和化学稳定性：可以满足房屋耐久性要求。(3)不需要模板和特殊的施工设备：节省木材、钢材和水泥。(4)具有良好隔热、保温性能：节能效果明显。(5)采用砌块和大型板材作墙体时，可减轻结构自重，加快施工进度，有利于工业化生产和施工。2、砌体结构的缺点(1)强度相对较低、自重大：需要采用较大截面的构件，材料用量多。(2)手工砌筑：施工繁重、条件差。(3)砖石块体与砂浆之间的粘结强度较低：砌体结构房屋整体性差，无抗震措施情况下，抗震能力较差。砌体结构类型1、无筋砌体结构无筋砌体结构：仅有块材和砂浆构成的砌体结构。(1)砖砌体结构：由砖砌体制成的结构。分为烧结普通砖、烧结多孔砖、蒸压粉煤灰砖、蒸压灰砂砖砌体结构。(2)砌块砌体结构：由砌块砌体制成的结构。分为混凝土中、小型空心砌块砌体结构和粉煤灰中型实心砌块砌体结构。(3)石砌体结构：由石砌体制成的结构。分为料石砌体和毛石砌体结构。2、配筋砌体配筋砌体：由配置钢筋的砌体作为建筑物主要受力构件的结构。(目的：提高砌体承载力和减少构件的截面尺寸。)(1)横向配筋砌体：在砌体的水平灰缝内配置钢筋网片或水平钢筋的砌体称为横向配筋砌体。(2)组合砌体：在竖向灰缝或竖向凹槽内配置纵向钢筋和浇筑混凝土代替部分砌体并与原砌体共同工作构成的砌体。(3)配筋砌块砌体：在混凝土空心砌块的竖向孔中配置钢筋、水平灰缝中配置水平钢筋形成的砌体。砌体结构承重方案1、横墙承重方案荷载传递路径：板→横墙→基础→地基(1)横墙是主要承重墙；纵墙主要起围护、隔断和将横墙连成整体作用，受力较小，对设在纵墙上门窗洞口大小和位置的限制较少，建筑设计上容易满足采光和通风的要求。(2)每一开间均设有横墙，数量较多、间距较密(通常3~4.5m)，并与内外纵墙拉结，房屋空间刚度大，整体性好，利于抵抗风载、水平地震作用和调整地基不均匀沉降。3)结构布置比较简单和规则，施工比较简单方便；房间布置的灵活性差，墙体材料用量比较多。适用范围：多用于横墙间距比较密、房间开间比较小的房屋，如宿舍、招待所、住宅、办公楼等民用建筑。2、纵墙承重方案荷载传递路径：板→纵墙→基础→地基；板→梁→纵墙→基础→地基(1)纵墙是主要承重墙，设置横墙的目的是为了满足房屋空间刚度和结构整体性的要求，横墙间距可以相当大，容易满足使用上大空间和灵活布置平面的要求。(2)由于纵墙承受较大荷载，在纵墙上一般不能随意开设门窗洞口，门窗洞口的大小和位置受到一定的限制。(3)由于横墙数量较少，相对于横墙承重方案而言，房屋的横向刚度较小，整体性较差。适用范围：适用于使用上要求有较大空间或隔断墙位置有可能改变的房屋，例如食堂、厂房、仓库等建筑。3、纵横墙承重方案荷载传递路径：板→横墙、纵墙→基础→地基(1)纵墙和横墙都是承重墙，共同承受竖向荷载。(2)开间比横墙承重方案大，但空间布置不如纵墙承重方案灵活，整体刚度介于两者之间。适用范围：多用于教学楼、办公楼、医院等建筑。4、内框架承重方案荷载传递路径：板→梁→柱和纵墙→基础→地基(1)竖向荷载既不是全由框架承重，也不是全由砖墙承重，是由外部的砖墙和内部的框架共同组成承重体系。使用上可获得较大空间。(2)容易产生不均匀的竖向变形，使结构产生较大的附加内力：竖向承重构件的材料不同，钢筋混凝土柱和砖墙的压缩性能和强度不一样。(3)房屋内部砖墙较少，使得结构的空间刚度较差，不利于抵御水平方向的荷载作用。适用范围：一般用于多层工业车间、商店、旅馆等建筑。5、底部框架上部砖房结构(底框砖房结构)底部(1~2层)：采用框架结构，用作商业用房；上部几层：采用砌体结构，用于住宅。特点：由两种承重体系和抗侧力体系组成，上部几层为砖墙承重，纵、横墙间距较小，具有一定的承载能力，但变形和耗能能力较差；底部一、两层框架具有较好的承载能力、变形能力和耗能能力。砌体结构震害(1)由于房屋结构布置不当或者房屋高度或层数超过一定限度所引起的破坏(2)由于结构或构件承载力不足而引起的破坏(3)由于构造或连接方面存在缺陷引起的破坏1、房屋倒塌2、墙体开裂3、纵横墙连接处破坏：在水平及竖向地震作用下，纵横墙连接处受力复杂，应力集中。当纵横墙交接处，连接不好时，容易出现竖向裂缝。4、墙角破坏：墙角位于房屋端部，受房屋整体约束较弱，地震作用产生的扭转效应使其产生应力集中，纵横墙的裂缝又往往在此相遇，成为抗震薄弱部位之一。5、楼梯间墙体破坏：楼梯间一般开间较小，其墙体分配承担的地震力较多，而在高度方向上又缺乏有力支撑，稳定性差，容易造成破坏。6、楼、屋盖破坏：主要是由于楼板或梁在墙上支承长度不足，缺乏可靠拉结措施，在地震时造成塌落。砌体结构选型注意事项1、限制砌体结构房屋的高度和层数原因：砌体结构房屋层数愈多、总高度愈高，房屋所受地震作用效应愈大，震害愈严重。目的：使多层砌体房屋有足够的稳定性和整体侧向抗弯能力。2、限制砌体结构的层高多层砌体承重房屋的层高，不应超过3.6m。底部框架—抗震墙砌体房屋的底部，层高不应超过4.5m；当底层采用约束砌体抗震墙时，底层的层高不应超过4.2m。3、限制砌体结构房屋的高宽比4、合理进行房屋的结构选型(1)选择有利于抗震的承重方案优先采用横墙承重或纵横墙共同承重的结构体系。不应采用砌体墙和混凝土墙混合承重的结构体系。(2)限制抗震横墙的间距原因：砖墙在平面外(出平面)的抗弯承载能力很低，在横向水平地震作用下，横墙间距很大时，纵向砖墙有可能发生平面外的弯曲破坏。目的：保证楼盖传递水平地震作用所需的刚度。(3)控制砌体房屋的局部尺寸砌体结构局部尺寸限值：根据抗震概念设计的要求，对砌体结构的窗间墙宽度、女儿墙高度、门洞边墙宽度等所分别规定的最小尺寸。原因：砌体房屋的窗间墙、外墙尽端、女儿墙等是房屋的薄弱环节，容易发生震害。某些重要部位的局部破坏甚至会引起连锁反应，造成墙体被各个击破以至倒塌。(4)地下室与基础震害表明：地下室对房屋上部结构的抗震起有利作用，相应房屋的震害较轻。有地下室的房屋比没有地下室的房屋破坏要轻。有条件时，应当结合人防需要，建造满堂地下室。设置地下室的房屋，地震时地下室周围土体对地下室有约束作用，一部分地震能量被周围土体耗散，上部结构震害比较轻。设置地下室的房屋，天然地基附加压力较小，有助于减小地基变形，对于液化地基土，也可减轻地基液化的危害。(5)采用配筋砌体配筋砌体可以增强砌体本身的强度和变形能力。有条件时，应优先选用配筋砌体。(6)设置防震缝房屋立面高差在6m以上；房屋有错层，且楼板高差大于层高的1/4；各部分结构刚度、质量截然不同。(7)合理设置圈梁和构造柱①圈梁：在房屋的檐口、窗顶、楼层、吊车梁顶或基础顶面标高处，沿砌体墙水平方向设置封闭状的按构造配筋的混凝土梁式构件。作用：圈梁作为楼盖的边缘构件，提高楼盖的水平刚度，约束预制楼板的散开和墙体出平面的倒塌，增强房屋的整体刚度。要求：圈梁宜连续地设在同一水平面上，并形成封闭状；当圈梁被门窗洞口截断时，应在洞口上部增设相同截面的附加圈梁。纵横墙交接处的圈梁应有可靠的连接。钢筋混凝土圈梁的宽度宜与墙厚相同，圈梁高度应不小于120mm。②构造柱：在多层砌体房屋墙体规定部位，按构造配筋，并按先砌墙后浇灌混凝土柱的施工顺序制成的混凝土柱。通常称为混凝土构造柱，简称构造柱。作用：构造柱可以提高砌体的受剪承载力，与圈梁连接起来把墙体分片包围，形成约束，限制墙体开裂和裂缝的扩展，使墙体维持竖向承载力，避免墙体倒塌。(8)楼梯间的设置要求楼梯间不宜设置在房屋的尽端和转角处；不应在房屋转角处设置转角窗。原因：楼梯间比较宽敞，墙体缺少各层楼板的侧向支撑，地震中为结构的薄弱部位。排架结构：由屋架(或屋面梁)、柱和基础组成，柱顶与屋架或屋面梁铰接，柱底与基础刚接。排架结构的特点(1)建筑上：要满足生产工艺流程的需要。(2)结构上：单层厂房常承受动力荷载作用(吊车荷载、动力机械设备荷载等)，进行结构设计时须考虑动力荷载的影响。(3)施工：厂房构件多为预制，种类多、自重大，吊装工作量大；设备、电器、工业管道等安装工程复杂，机械化施工程度高，精度要求高。(4)单层厂房是空旷型结构，室内几乎无隔墙，仅在四周设置柱和墙，跨度大、高度高。排架结构的类型单跨排架、多跨等高排架、多跨不等高排架、锯齿形排架(1)屋盖结构屋盖：在房屋顶部，用以承受各种屋面作用的屋面板、檩条、屋面梁或屋架及支撑系统组成的部件的总称。屋架：将屋盖荷载传递到墙、柱、托架或托梁上的桁架式构件。屋面板：直接承受屋面荷载的板。檩条：将屋面板承受的荷载传递到屋面梁、屋架或承重墙上的梁式构件。屋盖结构：有檩体系：小型屋面板檩条屋架屋盖支撑