結(jié)構(gòu)體系是指結(jié)構(gòu)抵抗外部作用的構(gòu)件總體組成的方式。在高層建筑中,抵抗水平力成為確定和設(shè)計結(jié)構(gòu)體系的的關(guān)鍵問題。高層建筑中常用的結(jié)構(gòu)體系有框架、剪力墻、框架-剪力墻、筒體以及它們的組合。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計
框架結(jié)構(gòu)
框架是由梁和柱子剛性連接的骨架結(jié)構(gòu),國外多用鋼為框架材料,國內(nèi)主要為鋼筋混凝土,框架結(jié)構(gòu)的特點在于“剛節(jié)點”。從框架的剛節(jié)點來看,它是一個幾何不變體,以門式鋼架為例來看,鋼架受荷載后,剛節(jié)點始終維持節(jié)點的幾何不變性,因而剛節(jié)點對杠桿的轉(zhuǎn)動具有約束作用,從而剛架橫梁產(chǎn)生正彎矩以減少,對梁的好處是很明顯的。剛節(jié)點給柱子雖然帶來彎矩,但對鋼筋混凝土柱來說也不會導(dǎo)致壞處,因為鋼筋混凝土不僅抗壓能力強,而且抗彎能力也很好。所以,框架結(jié)構(gòu)可以擴大梁的跨度,而且房屋的層數(shù)也可以增加。故框架結(jié)構(gòu)體系是六層以上的多層與高層房屋的一種理想的結(jié)構(gòu)形式。
框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是:強度高,自重輕,整體性和抗震性好。它在建筑中的最大優(yōu)點在于不靠磚墻承重,建筑平面布置靈活,可以獲得較大的使用空間,所以它的應(yīng)用極為廣泛,框架結(jié)構(gòu)可設(shè)計成靜定的三鉸框架或超靜定的雙鉸框架與無鉸框架。混凝土框架結(jié)構(gòu)廣泛用于住宅、學校、辦公樓,也有根據(jù)需要對混凝土梁或板施加預(yù)應(yīng)力,以適用于較大的跨度;框架鋼結(jié)構(gòu)常用于大跨度的公共建筑、多層工業(yè)廠房和一些特殊用途的建筑物中,如劇場、商場、體育館、火車站、展覽廳、造船廠、飛機庫、停車場、輕工業(yè)車間等。
門式鋼架結(jié)構(gòu)
輕型門式鋼架的跨度和柱距主要根據(jù)工藝和建筑要求確定。結(jié)構(gòu)布置要考慮的主要問題是溫度區(qū)間的確定和支撐體系的布置。
考慮到溫度效應(yīng),輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑的縱向溫度區(qū)段長度不應(yīng)大于300m,橫向溫度區(qū)段不應(yīng)大于150m。當建筑尺寸超過時,應(yīng)設(shè)置溫度伸縮縫。溫度伸縮縫可通過設(shè)置雙柱,或設(shè)置次結(jié)構(gòu)及檁條的可調(diào)節(jié)構(gòu)造來實現(xiàn)。
支撐布置的目的是使每個溫度區(qū)段或分期建設(shè)的區(qū)段建筑能構(gòu)成穩(wěn)定的空間結(jié)構(gòu)骨架。布置的主要原則如下:
(a)柱間支撐和屋面支撐必須布置在同一開間內(nèi)形成抵抗縱向荷載的支撐桁架。支撐桁架的直桿和單斜桿應(yīng)采用剛性系桿,交叉斜桿可采用柔性構(gòu)件。剛性系桿是指圓管、H型截面、Z或C型冷彎薄壁截面等,柔性構(gòu)件是指圓鋼、拉索等只受拉截面。柔性拉桿必須施加預(yù)緊力以抵消其自重作用引起的下垂;鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計
(b)剛架柱頂、屋脊等轉(zhuǎn)折處應(yīng)設(shè)置剛性系桿。結(jié)構(gòu)縱向于支撐桁架節(jié)點處應(yīng)設(shè)置通長的剛性系桿;
(c)支撐的間距一般為30m-40m,不應(yīng)大于60m;
(d)支撐斜桿能最有效地傳遞水平荷載,當柱子較高導(dǎo)致單層支撐構(gòu)件角度過大時應(yīng)考慮設(shè)置雙層柱間支撐;
(e)支撐可布置在溫度區(qū)間的第一個或第二個開間,當布置在第二個開間時,第一開間的相應(yīng)位置應(yīng)設(shè)置剛性系桿;
(f)輕鋼結(jié)構(gòu)的剛性系桿可由相應(yīng)位置處的檁條兼作,剛度或承載力不足時設(shè)置附加系桿。
除了結(jié)構(gòu)設(shè)計中必須正確設(shè)置支撐體系以確保其整體穩(wěn)定性之外,還必須注意結(jié)構(gòu)安裝過程中的整體穩(wěn)定性。安裝時應(yīng)該首先構(gòu)建穩(wěn)定的區(qū)格單元,然后逐榀將平面剛架連接于穩(wěn)定單元上直至完成全部結(jié)構(gòu)。在穩(wěn)定的區(qū)格單元形成前,必須施加臨時支撐固定已安裝的剛架部分。