2010年二級建筑師輔導：結構選型與布置（4）

二、框架結構、剪力墻結構及框架-剪力墻結構
梁、柱組成的框架作為建筑豎向承重結構,并同時抵抗水平荷載時,被稱為框架結 構體系。框架結構的優點是建筑平面布置靈活,可做成需要較大空間的會議室、餐廳、 辦公室及工作車間、實驗室等,加隔墻后,可以做成小房間。如果采用輕質隔墻和外墻, 則可減輕建筑物重量。梁和柱布置靈活,可以做成預制構件,也可以現澆,立面富于 變化。

通過合理設計的框架結構抗震性能好,組合適當的隔墻材料和構造做法,適于使用在 地震區的多高層建筑中。但總體而言,框架結構抗側移剛度小,水平位移大,因此不適宜 建造高度太高的建筑。

利用建筑物的墻體作為豎向承重和抵抗側力的結構,該類結構稱為剪力墻結構體系。 通常樓蓋內元梁、樓板直接支承在墻上,墻體同時也作為圍護及房間分隔構件。剪力墻的 間距受到樓板構件跨度的限制,在平面布局中較難設置大空間的房間,因而只適用于具有 小房間的住宅、旅館等建筑。剪力墻結構的承載力及剛度都很大,側移變形小,經過合理 設計,是一種抗震性能很好的結構體系。

框架-剪力墻體系是把框架和剪力墻結合在一起共同抵抗豎向和水平荷載的一種體系。 它利用剪力墻的高抗側力剛度和承載力,彌補框架結構抗側移剛度差、變形大的弱點,同 時因為它只在部分位置上有剪力墻,又保持了框架結構具有較大的靈活空間、立面易于變 化等優點。框架-剪力墻結構的側向位移較小,而且由于剪力墻與框架協同工作,改善了 純框架及純剪力墻的變形性能,使得框架-剪力墻的層間變形減小而且上下均勻;此外框剪結構的抗震性能也較好,因此框-剪結構是一種比較好的結構體系,在多層及高層公共 建筑中得到了廣泛的應用。

根據框-剪結構中剪力墻布置方式的不同,可分為兩種情況。一種是剪力墻是單片式 的散亂布置方式,這種方式結構的剛度比較小,建造高度一般在10層~ 20層;另一種是 把剪力墻相連做成井筒式,井筒使得結構的剛度和承載力都大大提高,也增加了抗扭能力,可用于建造高度更大的建筑物,達30層~ 40層。后者被稱為框架-簡體結構。

(一)平面形狀及總體型

(1)多層和中高層建筑中板式建筑,即房屋的寬度較小,但長度較大的建筑,是常見 的形式。它的優點是房間的采光效果較好,房間的利用率高。框架、框-剪結構體系均能 適用。但是板式建筑短邊方向的側向剛度較小,對高度較大的高層建筑不利,高度越大, 越要避免長寬比很大的平板式平面,必要時可做成曲線或折線形的板式建筑,以增加短邊方向的抗側剛度。

(2)塔式建筑,即建筑平面外輪廓的總長度與總寬度相接近的建筑,可有多種平面形 狀,如圓形、方形、三角形、十字形、Y形等。塔式結構在高層建筑中較為普遍,特別是 高度較大的高層結構幾乎都是塔式的。除了剪力墻結構體系外,框-筒結構已是應用較多 的結構體系。

(3)房屋立面形狀,宜做成上下相同或者向上略微減小的體型是比較理想的。

(二)抗震結構的布置及防震縫

(1)建筑物平面布置宜簡單、規則、對稱。避免剛度不均勻、高低錯層、局部凸出、 凹進、或沿高度方向剛度突變等。

(2)對于平面形式復雜的建筑物,應避免有突出過長的翼,如果不能避免,應在翼緣 遠端增設剪力墻或設置防震縫將翼隔離主體平面,使復雜平面簡單化。

(3)結構的豎向也應做到剛度均勻,避免剪力墻等抗側構件有局部中斷。

(三)伸縮縫

(1)房屋超過規定長度時,在上部結構中使用伸縮縫斷開,成為長度不大的溫度 區段。

(2)伸縮縫同防震縫類似,都會給建筑平面及構造處理帶來困難。可以采取后澆帶施 工方法、增設保溫隔熱措施、增加溫度應力較大或對溫度敏感部位的鋼筋等方法來避免伸 縮縫。

(四)基礎和沉降縫處理

(1)多層建筑基礎選型:

1)單柱基礎適用于層數不多、地基土較好的框架結構。

2)單柱基礎加設拉梁的基礎形式適用于抗震要求高,或土質不均,或埋深較大的 情況。

3)交叉式條形基礎或一方向為條形基礎一方向設置拉梁的做法,整體性較單獨柱基 好,適用于多層建筑。

(2)沉降縫處理:

1)當建筑物不同部分的重量相差十分懸殊時,可采用設置沉降縫的辦法使各部分自 由沉降。

2)應盡量避免設置沉降縫,可采取將重量大的部分設置在壓縮性小的天然地基上、 設置基礎后澆帶等方法予以避免。