一、建筑结构体系选型
(一) 合理选用结构材料
建筑结构材料是形成结构的物质基础,根据不同结构类型的特点,正确选用材料,就成为经济合理地选型的一个重要方面。按材料分类的结构类型如下:
(二) 合理选择结构受力体系
现代建筑中,建筑物的造型可划分为两大类:多层及高层建筑、单层大跨度建筑,按结构受力形式分类,常用的结构体系大体如下:
框架结构体系
多层与小高层常采用框架结构体系。
(1)框架结构体系的特点:框架是由梁、柱构件通过节点连接形成的骨架结构,框架结构的特点是由梁、柱承受竖向和水平荷载,墙仅起维护作用。其整体性和抗震性均好于混合结构,且平面布置灵活,可提供较大的使用空间,也可构成丰富多变的立面造型。框架结构可通过合理的设计,使之具有良好的延性,成为延性框架。在地震作用下,这种延性框架具有良好的抗震性能。
(2)钢筋混凝土框架:钢筋混凝土框架按其施工方法可分为:现浇框架、装配式框架及装配整体式框架三种。
地震区框架结构宜优先考虑选择现浇框架结构体系,其次是装配整体式框架结构体系,现已很少采用装配式框架结构体系;非地震区的框架结构则可以根据施工条件等因素具体选定。
(3)钢框架:钢框架的受力骨架为钢梁、钢柱,根据梁柱连接型式可分为半刚接框架和刚接框架。钢框架的抗震性能优于钢筋混凝土框架;钢梁、钢柱相对混凝土梁、柱截面较小,增大了有效使用面积;钢框架自重较轻,大大降低了基础造价;且施工周期短,具有良好的综合经济效益。钢框架多用于办公楼、旅馆、商场等公共建筑。
(4)框架结构体系选用限值:框架结构体系的抗侧刚度主要取决于梁柱的截面尺寸,一般梁柱截面惯性矩较小,在水平荷载作用下的侧向变形较大,抗侧移能力较弱,属较柔结构。当层数较多、侧向荷载较大时,为满足侧向刚度和强度要求,需加大截面,很不经济。而且高度增加时,框架结构顶点位移和层间相对位移较大,使得非结构构件(如填充墙、建筑装饰、管道设备等)在地震时破坏较严重。因此,框架结构的最大高度受到限制。
钢筋混凝土框架结构的合理层数是6~15层,最经济是10层左右;规范规定不超过12层的钢结构房屋可采用钢框架结构;框架结构高宽比不宜超过表1-2的限值;抗震等级见表13所示。
二、结构布置
结构体系确定后,应当密切结合建筑设计进行结构总体布置,使建筑物具有良好的造型和合理的传力路线。
建筑结构的总体布置,是指其对高度、平面、立面和体型等的选择,除应考虑到建筑使用功能、建筑美学要求外,在结构上应满足强度、刚度和稳定性要求。地震区的建筑,在结构设计时,还应保证建筑物具有良好的抗震性能。设计要达到先进合理,首先取决于清晰合理的概念,而不是仅依靠力学分析来解决。确定结构布置方案的过程就是一个结构概念设计的过程。
(一) 结构总体布置原则
1、 控制高宽比
在高层建筑中,结构的位移常常成为结构设计的主要控制因素、而且随着建筑高度的增加,倾覆力矩将迅速增大。因此,高层建筑的高宽比不宜过大。一般应满足表1-2的要求。对于满足表1-2的高层建筑,一般可不进行整体稳定验算和倾覆验算。
2、减少平面和竖向布置的不规则性
结构平面应尽量设计成规则、对称而简单的形状,使结构的刚度中心和质量中心尽量重合,以减少因形状不规则产生扭转的可能性。
结构的竖向布置要做到刚度均匀而连续,避免刚度突变,避免薄弱层。结构上部形成缩小面积的突出部分,这种刚度突变在地震作用下会产生鞭梢效应,要采取特殊的措施加强。
3、变形缝的设置
在多层与高层建筑中,为防止结构因温度变化和混凝土收缩而产生裂缝,常隔一定距离用温度缝分开;在高层部分和低层部分之间,由于沉降不同,往往由沉降缝分开;建筑物各部分层数、质量、刚度差异过大,或有错层时,用防震缝分开。温度缝、沉降缝和防震缝将高层建筑划分为若干个结构独立的部分,成为独立的结构单元。
(二) 框架结构体系布置
1、结构布置原则
(1)结构平面形状和立面体型宜简单、规则,使各部分刚度均匀对称,减少结构产生扭转的可能性。
(2)控制结构高宽比,以减少水平荷载下的侧移,其高宽比限值见表1-2。
(3)尽量统一柱网及层高,以减少构件种类规格,简化设计及施工。
(4)房屋的总长度宜控制在最大温度伸缩缝间距内,当房屋长度超过规定值时,可设伸缩缝将房屋分成若干温度区段。
2、柱网和层高
框架结构的柱网尺寸,即平面框架的柱距(开间)与跨度(进深)和层高,首先要满足生产工艺和其他使用功能的要求,其次是满足建筑平面功能的要求,还要力求做到柱网平面简单规则、受力合理,同时施工方便,有利于装配化、定型化和施工工业化。
3、钢筋混凝土承重框架的布置
柱网确定后,沿房屋纵横方向布置梁系,形成横向框架和纵向框架,分别承受各自方向上的水平作用。根据承重框架布置方向的不同,框架承重体系可分为三种。
(1)横向框架承重方案:横向框架承重方案是在横向上布置主梁,在纵向上设置连系梁。楼板支承在横向框架上,楼面竖向荷载传给横向框架主梁。由于横向框架跨数较少,主梁沿框架横向布置有利于增加房屋横向抗侧移刚度。由于竖向荷载主要通过横梁传递,所以纵向连系梁往往截面尺寸较小,这样有利于建筑物的通风和采光。不利的一面是由于主梁截面尺寸较大,对于给定的净空要求使结构层高增加。
(2)纵向框架承重方案;纵向框架承重方案是在纵向上布置框架主梁,在横向上布置连系梁。楼面的竖向荷载主要沿纵向传递。由于连系梁截面尺寸较小,这样对于大空间房屋,净空较大,房屋布置灵活。不利的一面是进深尺寸受到板长度的限制,同时房屋的横向刚度较小。
(3)纵横向框架混合承重方案:框架在纵横两个方向上均布置主梁。楼板的竖向荷载沿两个方向传递。柱网较大的现浇楼盖,通常布置成井字形式;柱网较小的现浇楼盖,楼板可以不设井字梁直接支承在框架主梁上。
由于这种方案沿两个方向传力,因此各杆件受力较均匀,整体性能也较好,通常按空间框架体系进行内力分析。
在地震区,考虑到地震方向的随意性以及地震产生的破坏效应较大,因此应按双向承重进行布置。高层建筑承受的水平荷载较大,应设计为双向抗侧力体系,主体结构不应采用铰接,也不应采用横向为刚接、纵向为铰接的结构体系。
三、绘出框架平面柱网布置
标出柱距,对框架进行编号