2010年二级建筑师辅导：结构选型与布置（4）

二、框架结构、剪力墙结构及框架-剪力墙结构
梁、柱组成的框架作为建筑竖向承重结构,并同时抵抗水平荷载时,被称为框架结 构体系。框架结构的优点是建筑平面布置灵活,可做成需要较大空间的会议室、餐厅、 办公室及工作车间、实验室等,加隔墙后,可以做成小房间。如果采用轻质隔墙和外墙, 则可减轻建筑物重量。梁和柱布置灵活,可以做成预制构件,也可以现浇,立面富于 变化。

通过合理设计的框架结构抗震性能好,组合适当的隔墙材料和构造做法,适于使用在 地震区的多高层建筑中。但总体而言,框架结构抗侧移刚度小,水平位移大,因此不适宜 建造高度太高的建筑。

利用建筑物的墙体作为竖向承重和抵抗侧力的结构,该类结构称为剪力墙结构体系。 通常楼盖内元梁、楼板直接支承在墙上,墙体同时也作为围护及房间分隔构件。剪力墙的 间距受到楼板构件跨度的限制,在平面布局中较难设置大空间的房间,因而只适用于具有 小房间的住宅、旅馆等建筑。剪力墙结构的承载力及刚度都很大,侧移变形小,经过合理 设计,是一种抗震性能很好的结构体系。

框架-剪力墙体系是把框架和剪力墙结合在一起共同抵抗竖向和水平荷载的一种体系。 它利用剪力墙的高抗侧力刚度和承载力,弥补框架结构抗侧移刚度差、变形大的弱点,同 时因为它只在部分位置上有剪力墙,又保持了框架结构具有较大的灵活空间、立面易于变 化等优点。框架-剪力墙结构的侧向位移较小,而且由于剪力墙与框架协同工作,改善了 纯框架及纯剪力墙的变形性能,使得框架-剪力墙的层间变形减小而且上下均匀;此外框剪结构的抗震性能也较好,因此框-剪结构是一种比较好的结构体系,在多层及高层公共 建筑中得到了广泛的应用。

根据框-剪结构中剪力墙布置方式的不同,可分为两种情况。一种是剪力墙是单片式 的散乱布置方式,这种方式结构的刚度比较小,建造高度一般在10层~ 20层;另一种是 把剪力墙相连做成井筒式,井筒使得结构的刚度和承载力都大大提高,也增加了抗扭能力,可用于建造高度更大的建筑物,达30层~ 40层。后者被称为框架-简体结构。

(一)平面形状及总体型

(1)多层和中高层建筑中板式建筑,即房屋的宽度较小,但长度较大的建筑,是常见 的形式。它的优点是房间的采光效果较好,房间的利用率高。框架、框-剪结构体系均能 适用。但是板式建筑短边方向的侧向刚度较小,对高度较大的高层建筑不利,高度越大, 越要避免长宽比很大的平板式平面,必要时可做成曲线或折线形的板式建筑,以增加短边方向的抗侧刚度。

(2)塔式建筑,即建筑平面外轮廓的总长度与总宽度相接近的建筑,可有多种平面形 状,如圆形、方形、三角形、十字形、Y形等。塔式结构在高层建筑中较为普遍,特别是 高度较大的高层结构几乎都是塔式的。除了剪力墙结构体系外,框-筒结构已是应用较多 的结构体系。

(3)房屋立面形状,宜做成上下相同或者向上略微减小的体型是比较理想的。

(二)抗震结构的布置及防震缝

(1)建筑物平面布置宜简单、规则、对称。避免刚度不均匀、高低错层、局部凸出、 凹进、或沿高度方向刚度突变等。

(2)对于平面形式复杂的建筑物,应避免有突出过长的翼,如果不能避免,应在翼缘 远端增设剪力墙或设置防震缝将翼隔离主体平面,使复杂平面简单化。

(3)结构的竖向也应做到刚度均匀,避免剪力墙等抗侧构件有局部中断。

(三)伸缩缝

(1)房屋超过规定长度时,在上部结构中使用伸缩缝断开,成为长度不大的温度 区段。

(2)伸缩缝同防震缝类似,都会给建筑平面及构造处理带来困难。可以采取后浇带施 工方法、增设保温隔热措施、增加温度应力较大或对温度敏感部位的钢筋等方法来避免伸 缩缝。

(四)基础和沉降缝处理

(1)多层建筑基础选型:

1)单柱基础适用于层数不多、地基土较好的框架结构。

2)单柱基础加设拉梁的基础形式适用于抗震要求高,或土质不均,或埋深较大的 情况。

3)交叉式条形基础或一方向为条形基础一方向设置拉梁的做法,整体性较单独柱基 好,适用于多层建筑。

(2)沉降缝处理:

1)当建筑物不同部分的重量相差十分悬殊时,可采用设置沉降缝的办法使各部分自 由沉降。

2)应尽量避免设置沉降缝,可采取将重量大的部分设置在压缩性小的天然地基上、 设置基础后浇带等方法予以避免。