第二章建筑技術(shù)設(shè)計
第一節(jié)概述
根據(jù)一級注冊建筑師資格考試大綱要求,建筑技術(shù)設(shè)計(作圖)題是檢驗(yàn)應(yīng)試者在建筑技術(shù)方面的實(shí)踐能力,對試題能做出符合要求的答案,包括:建筑剖面、結(jié)構(gòu)選型與布置、機(jī)電設(shè)備及管道系統(tǒng)、建筑配件與構(gòu)造等,并符合法規(guī)規(guī)范。自2005年起,建筑技術(shù)設(shè)計(作圖)題的每一道大題都改為作圖選擇題,考試時,考生對每一道大題必須做到:
(1)完成作圖任務(wù);
(2)根據(jù)自己的作圖對試卷上該道大題的每一選擇題作答,并在考卷上將自己對選擇題所選擇的答案進(jìn)行填涂;
(3)完成填涂答題卡的任務(wù)。建筑技術(shù)設(shè)計(作圖)題按照新大綱的要求為4道題,主要考題類型有4種:
1.建筑剖面
根據(jù)提供的局部一、二層及屋頂平面,按指定位置畫出剖面圖,檢驗(yàn)考生建筑設(shè)計和構(gòu)造知識;
2.結(jié)構(gòu)選型與布置
根據(jù)給定的建筑平面、剖面作結(jié)構(gòu)平面布置及結(jié)構(gòu)構(gòu)件選型,檢驗(yàn)考生結(jié)構(gòu)選型知識和結(jié)構(gòu)概念的把握程度;
3.機(jī)電設(shè)備及管道系統(tǒng)
根據(jù)給定平面圖和有關(guān)參數(shù)布置燈具、空調(diào)管道及風(fēng)口等相關(guān)設(shè)備,檢查考生設(shè)備通風(fēng)、電氣管道的綜合知識;
4.建筑配件與構(gòu)造大樣
建筑技術(shù)設(shè)計(作圖)題的考試時間共5小時,考生考試時要合理分配考試時間;自2005年新增的附加選擇題,其答案對考生來說,實(shí)際上就是起提示考核要點(diǎn)的作用,考生復(fù)習(xí)時應(yīng)注意這些變化。
第二節(jié)建筑剖面
一、房間的剖面形狀與高度
1.房間的剖面形狀
對于大多數(shù)房間,其剖面形狀一般都采用矩形剖面。這是因?yàn)榫匦纹拭姹阌诟鞣块g在空間上的組合,結(jié)構(gòu)布置,家其擺放以及人們的使用。
而對于有特殊使用要求的房間(單層或處于頂層的房間)可以采用其他形式的剖面形狀。
2.房間的凈高與層高
(1)凈高
房間的凈高是指從室內(nèi)的樓地面到頂棚或其他構(gòu)件底面(如大梁)之間的距離。根據(jù)規(guī)范規(guī)定及使用要求來考慮最低凈高。地下室、貯藏室、局部夾層、走道和房間的最低處的凈高不應(yīng)小于2m。樓梯平臺上部及下部過道處的凈高不應(yīng)小于2m。梯段凈高不應(yīng)小于2.20m。
(2)確定房間凈高的主要因素
1)房間使用活動和家具設(shè)備布置。
2)房間的采光和通風(fēng)。
3)室內(nèi)空間比例。
4)結(jié)構(gòu)構(gòu)件、設(shè)備管道及電器照明設(shè)備所占用的高度。
3.層高
層高是指從房間樓地面的結(jié)構(gòu)層表面到上一層樓地面結(jié)構(gòu)層表面之間的距離。層高的確定可依照房間凈高和結(jié)構(gòu)高度要求來確定并采用以100mm為單位的基本模數(shù)或升或降。
在滿足使用要求的前提下,適當(dāng)降低房間的層高,對于降低建筑造價(住宅層高每降低100mm,可節(jié)約造價1%左右),減輕建筑靜荷載,改善結(jié)構(gòu)受力狀況都有很大益處。
4.局部高度的確定
(1)窗臺高度
窗臺高度與房間的使用要求,人體尺度和家具設(shè)備等的高度有關(guān)。對于一般民用建筑中的生活、工作、學(xué)習(xí)用房間,窗臺高度可與桌面平齊或稍高于桌面,大約在900~1000mm左右。如果窗臺定得過高,將會在桌面及附近形成陰影,影響使用。定得過低,又將會給結(jié)構(gòu)設(shè)計與設(shè)備選用及安裝帶來不便。
對于托兒所、幼兒園的兒童用房,結(jié)合兒童身體尺度和較矮小的家具,窗臺高度宜定得低些,一般采用65-700mm左右。
浴室、廁所走廊兩側(cè)等的窗臺高度可以高些,以利于遮擋人們的視線;對于旅游、療養(yǎng)建筑、高級別墅的某些房間,為了獲得充足的陽光和便于觀賞室外景色,可以適當(dāng)降低窗臺高度或做成落地窗。可見窗臺高度要根據(jù)房間實(shí)際使用情況來確定。
(2)窗洞上緣高度
如前所述,窗洞上緣(窗頂)的高度對室內(nèi)的采光產(chǎn)生影響,所以通�？蓪⒋绊敇�(biāo)高定在圈梁或過梁下面。
(3)雨篷高度
雨篷的高度要考慮到與門的關(guān)系,過高則遮雨效果不好,過低有壓抑感而且不便于安裝門燈。通常為了便于施工和使構(gòu)造簡單起見,可以使雨篷與門洞過梁結(jié)合成一整體。雨篷標(biāo)高宜高于門洞標(biāo)高200rhm左右。
(4)地面高差
同層各個房間的地面標(biāo)高要取得一致,這樣行走比較方便。對于一些易于積水或者需要經(jīng)常沖洗的房間,如浴室、廁所、廚房、陽臺及外走廊等,它們的地面標(biāo)高應(yīng)比其他房間的地面標(biāo)高約低20-50mm,以防積水外溢,影響其他房間的使用。但高差過大,不便于通行和施工。
(5)室內(nèi)外高差
為了避免因建筑物自然沉降室外雨水倒灌入室內(nèi),并防止墻身受潮,一般民用建筑的室內(nèi)地坪要高于室外地面150"-'600mm,即設(shè)置一至四個踏步。高差過大,會增加回填土方和墻體高度,進(jìn)出也不方便。但對于某些公共建筑從建筑造型要求考慮,為使建筑物顯得更加雄偉莊嚴(yán),底層地面標(biāo)高可以根據(jù)需要提高一些。
此外,樓梯各部分的高度,建筑物檐口高度等都應(yīng)結(jié)合構(gòu)造設(shè)計確定。在建筑設(shè)計中,通常是取底層的室內(nèi)地面為設(shè)計標(biāo)高的零點(diǎn)(土0.000),高于設(shè)計標(biāo)高的為正值,低于設(shè)計標(biāo)高的為負(fù)值。逐層累計。
二、建筑層數(shù)和剖面空間組合
1.建筑層數(shù)的確定
(1)建筑物使用要求:使用人數(shù)多而集中的建筑物;專供老年、兒童使用的建筑物宜建低層。
(2)用地分析:為節(jié)約用地,充分利用空間,宜建多層或高層建筑,并預(yù)留發(fā)展用地。
(3)建筑規(guī)模:建筑面積較多,而且地面積較少,宜考慮建多層或高層建筑。
(4)城市規(guī)劃;位于城市重要地段、沿街建筑,特別是交叉口附近的建筑,應(yīng)按城市規(guī)劃部門的限高和層數(shù)設(shè)計。
(5)材料、結(jié)構(gòu)等技術(shù)條件:磚墻承重結(jié)構(gòu)宜建多層,框架結(jié)構(gòu)宜建多層或高層,鋼結(jié)構(gòu)宜建大跨或高層、超高層;木結(jié)構(gòu)只適于建造1-2層建筑。
(6)防火要求:有關(guān)部門對建筑的層數(shù)和高度在防火疏散方面都有規(guī)定,應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范執(zhí)行。
(7)經(jīng)濟(jì)條件:單從建筑土建造價考慮,6層磚混結(jié)構(gòu)建筑最經(jīng)濟(jì)。如果將用地位置、征地、搬遷、小區(qū)建設(shè)及市政設(shè)施等綜合費(fèi)用考慮進(jìn)去,經(jīng)濟(jì)的住宅層數(shù)會增加到10-----12層。
(8)地質(zhì)條件:有些地區(qū)由于地質(zhì)條件限制,只適于建低、多層建筑,強(qiáng)行建設(shè)高層建筑會帶來十分復(fù)雜的設(shè)計和巨額投資。
綜上所述,選擇最佳的建筑層數(shù)是一個很重要的問題,需要反復(fù)分析各種因素才能確定,不過在應(yīng)試建筑設(shè)計中這個問題往往是給定的。
2.剖面空間組合
一幢建筑物包括許多空間,它們的用途、面積和高度各有不同。如果把高低不同的房間簡單地按使用要求組合起來,將會造成屋面和樓面高低錯落,結(jié)構(gòu)布置不合理,建筑體形零亂復(fù)雜的結(jié)果。所以在豎向上應(yīng)當(dāng)考慮各種不同高度房間合理的空間組合,以取得協(xié)調(diào)和統(tǒng)一的效果。實(shí)際上,在進(jìn)行建筑平面空間組合設(shè)計和結(jié)構(gòu)布置時,就應(yīng)當(dāng)對剖面空間的組合及建筑造型有所考慮。
(1)相同層高的房間之間的組合
使用性質(zhì)相同或相近,而且層高相同的房間可以組合在同一層并逐層向上疊加直至達(dá)到所定的建筑層數(shù)或高度為止。這種剖面空間組合有利于結(jié)構(gòu)布置和便于施工。
(2)層高相近的房間之間的組合對于房間的種類較多,相互之間的聯(lián)系又很密切,盡管有的房間層高可以定得低一些,但考慮到結(jié)構(gòu)布置、構(gòu)造簡單和施工方便等方面仍需要將這些房間的層高調(diào)整到該層主要房間層高的高度,并逐層疊加。而對于標(biāo)準(zhǔn)層平面面積較大,普遍調(diào)整層高很不經(jīng)濟(jì)很不合理時,可采取分區(qū)分段進(jìn)行層高的調(diào)整,并仍按前述的組合方式處理。只需在層高變化的地方加設(shè)臺階或坡道,便于區(qū)段之間的聯(lián)系。
(3)層高相差較大的房間之間的組合
在多高層建筑中,對于高度相差較大的房間,可以把少量面積較大層高較高的房間設(shè)置在頂層或作為單獨(dú)部分(群房)附設(shè)于主體建筑旁。例如學(xué)校教學(xué)樓的大階梯教室,由于層高較高,難以同其他房間組合,常采用單層附設(shè)于主體建筑旁。
對于面積較大,空間較高的單層建筑可根據(jù)各房間實(shí)際需要的高度,設(shè)置不同高度的屋頂或利用夾層空間布置房間。
三、空間的利用
1.交通聯(lián)系空間的利用
(1)樓梯間的利用
底層樓梯間的休息平臺下的空間和頂層樓梯間上部的空間,通�？梢杂米髻A藏空間。利用頂層上部空間時,注意梯段與貯藏間的凈空應(yīng)大于2.2m,以保證人們通過樓梯間時,不會發(fā)生碰撞。
(2)走廊上部空間的利用
多高層建筑的走廊高度通常與房間的高度相同。一般走廊空間可以低一些(凈高2.4m左右),這樣就可以充分利用走廊上部空間設(shè)置通風(fēng)、照明等線路和各種管道,或在住宅走廊上部設(shè)吊柜。
2.房間內(nèi)空間的利用
(1)居室中設(shè)置吊柜,放置換季衣物被褥和日用雜物。
(2)廚房中設(shè)置吊柜、壁鑫和低柜,放置雜物、燃料和炊具等。
(3)坡屋頂?shù)纳郊獠糠值目臻g,可以作臥室或貯藏室。
四、建筑剖面圖中需表示的結(jié)構(gòu)內(nèi)容
(1)要確定砌體結(jié)構(gòu)中的墻體是承重墻還是非承重隔墻,承重墻應(yīng)畫出基礎(chǔ),一般墻下基礎(chǔ)均為條形基礎(chǔ),外墻基礎(chǔ)的埋深應(yīng)在冰凍深度以下;非承重墻可不畫基礎(chǔ)。
(2)要畫出柱子及柱基,一般均為獨(dú)立基礎(chǔ)。
(3)要畫出梁和樓板,在畫梁、板時,應(yīng)先確定梁、板的平面布置,并大致確定梁的高度,以保證層高及梁底凈高能滿足使用要求。
(4)砌體結(jié)構(gòu)時,根據(jù)門窗洞口位置表示過梁。
(5)在表示門頭及雨罩等懸挑構(gòu)件時,要注意這些懸挑的生根和錨固。
(6)砌體結(jié)構(gòu)有樓層圈梁(有抗震設(shè)防要求時),則在剖面圖中應(yīng)表示出圈梁。以上內(nèi)容在實(shí)際試題中不一定都要求表示,具體要表示的內(nèi)容需按試題的要求進(jìn)行。
第三節(jié)結(jié)構(gòu)選型與布置
一、建筑結(jié)構(gòu)的分類
1.根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的體型劃分,可分為:①單層結(jié)構(gòu);②多層結(jié)構(gòu)(2-7層),③高層結(jié)構(gòu)(一般為8層以上);④大跨度結(jié)構(gòu)(跨度在40r----50m以上)。
2.根據(jù)主要建筑材料劃分,可分為:①鋼筋混凝土結(jié)構(gòu);②砌體結(jié)構(gòu);③鋼結(jié)構(gòu);④木結(jié)構(gòu);⑤塑料結(jié)構(gòu);⑥薄膜充氣結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)組成建筑結(jié)構(gòu)的主體結(jié)構(gòu)型式劃分,可分為:①墻體結(jié)構(gòu);②框架結(jié)構(gòu);③框架…剪力墻(抗震墻)結(jié)構(gòu);④筒體結(jié)構(gòu);⑤拱型結(jié)構(gòu);⑤網(wǎng)架結(jié)構(gòu);⑦空間薄壁結(jié)構(gòu)(包括:薄殼、折板、幕式結(jié)構(gòu));③鋼索結(jié)構(gòu)(懸索結(jié)構(gòu))。
4.根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)劃分,可分為:①平面結(jié)構(gòu)體系;②空間結(jié)構(gòu)體系。
二、建筑結(jié)構(gòu)形式
1.砌體結(jié)構(gòu)
砌體結(jié)構(gòu)包括磚砌體、砌塊砌體和石砌體等。磚砌體包括燒結(jié)普通磚、燒結(jié)多孔磚、蒸壓灰砂磚、蒸壓粉煤灰磚無筋和配筋砌體;砌塊砌體包括混凝土、輕骨料混凝土砌塊元筋和配筋砌體;石砌體包括各種料石和毛石砌體。
砌體結(jié)構(gòu)的承重方案和伸縮縫如下所述
(1)橫墻承重方案
樓層的荷載通過板、梁傳至橫墻,橫墻作為主要承重豎向構(gòu)件的砌體結(jié)構(gòu),縱墻僅起圍護(hù)、分隔、自承重及形成整體作用。
(2)縱墻承重方案
其受力特點(diǎn)是:板荷載傳給梁,再由梁傳給縱墻。這時縱墻是主要承重墻。橫墻只承受小部分荷載,橫墻的設(shè)置主要為了滿足房屋剛度和整體性的需要,其間距比較大。
(3)縱橫墻承重方案
根據(jù)房間的開間和進(jìn)深要求,有時需采取縱橫墻同時承重的方案。
(4)內(nèi)框架承重方案
在外墻承重的同時,有一部分內(nèi)墻采用鋼筋混凝土柱代替,以取得較大的空間。
(5)伸縮縫
為了防止或減輕房屋在正常使用條件下,由溫差和砌體干縮引起的墻體豎向裂縫,應(yīng)在墻體中設(shè)置伸縮縫。伸縮縫應(yīng)設(shè)在因溫度和收縮變形可能引起應(yīng)力集中、砌體產(chǎn)生裂縫可能性最大的地方。伸縮縫的問距可按表2-1采用。
2.框架結(jié)構(gòu)
(1)框架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)
1)框架的連接點(diǎn)是剛節(jié)點(diǎn),是一個幾何不變體。
2)在豎向荷載作用下,梁、柱互相約束,從而減少橫梁的跨中彎矩。
3)在水平力作用下,梁柱的剛接可提高柱子的抗推剛度,減小水平變形,成為很好的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)。
(2)框架結(jié)構(gòu)的類型
1)按構(gòu)件組成劃分為二種類型
α.梁板式結(jié)構(gòu):由梁、板、柱三種基本構(gòu)件組成骨架形成的框架結(jié)構(gòu)。
b.無梁式結(jié)構(gòu):由板和柱子組成的結(jié)構(gòu)。
2)按框架的施工方法劃分為四種類型
α.現(xiàn)澆整體式框架
框架全部構(gòu)件均在現(xiàn)場現(xiàn)澆成整體,特點(diǎn)是:
(α)整體性和抗震性能好;
(b)構(gòu)件尺寸不受標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件限制。
b.裝配式框架
框架全部構(gòu)件采用預(yù)制裝配,特點(diǎn)是:
(α)可加快施工進(jìn)度,提高建筑工業(yè)化程度;
(b)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造剛性差,抗震性能差。
c.半現(xiàn)澆框架
梁、柱現(xiàn)澆,樓板預(yù)制或現(xiàn)澆柱,預(yù)制梁板,特點(diǎn)是:
(α)梁、柱整體性較好,適用于抗震;
(b)樓板預(yù)制可節(jié)約模板,約20%。
d.裝配整體式框架
預(yù)制梁、柱,裝配時通過局部現(xiàn)澆混凝土使構(gòu)件聯(lián)結(jié)成整體,特點(diǎn)是:
(α)保證了節(jié)點(diǎn)的剛接,結(jié)構(gòu)整體性好;
(b)可省去連接件;
(c)增加了后澆混凝土工序;
(d)比全現(xiàn)澆可節(jié)省模板及加快進(jìn)度。
(3)框架結(jié)構(gòu)的平面布置方式
1)橫向?yàn)橹饕兄乜蚣?縱向?yàn)檫B系梁。
2)縱向?yàn)橹饕兄乜蚣?橫向?yàn)檫B系梁。
3)主要承重框架縱橫兩個方向布置。
(4)框架結(jié)構(gòu)的受力特性
3.剪力墻結(jié)構(gòu)
(1)剪力墻的概念和結(jié)構(gòu)效能:
1)建筑物中的豎向承重構(gòu)件主要由墻體承擔(dān)時,這種墻體既承擔(dān)水平構(gòu)件傳來的豎向荷載,同時承擔(dān)風(fēng)力或地震作用傳來的水平作用力。剪力墻即由此而得名(抗震規(guī)范定名為抗震墻)。
2)剪力墻既是建筑物的分隔墻和圍護(hù)墻,因此墻體的布置必須同時滿足建筑平面布置和結(jié)構(gòu)布置的要求。
3)剪力墻結(jié)構(gòu)體系,有很好的承載能力,而且有很好的整體性和空間作用,比框架結(jié)構(gòu)有更好的抗側(cè)力能力,因此,可建造較高的建筑物。
4)剪力墻的間距有一定限制,故不可能開間太大。對需要大空間時就不太適用。靈活性就差。一般適用住宅、公寓和旅館。
5)剪力墻結(jié)構(gòu)的樓蓋結(jié)構(gòu)一般采用平板,可以不設(shè)梁,所以空間利用比較好,可節(jié)約層高。
(2)剪力墻結(jié)構(gòu)體系的類型及適用范圍
1)框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。是由框架與剪力墻組合而成的結(jié)構(gòu)體系,適用于局部大空間部分采用框架結(jié)構(gòu),同時又可用剪力墻來提高建筑物的抗側(cè)力能力,從而滿足高層建筑的要求。
2)普通剪力墻結(jié)構(gòu)。全部由剪力墻組成的結(jié)構(gòu)體系。
3)框支剪力墻結(jié)構(gòu)。當(dāng)剪力墻結(jié)構(gòu)的底部需要有大空間,剪力墻無法全部落地時,就需要采用底部框支剪力墻的框支剪力墻結(jié)構(gòu)。
(3)普通剪力墻結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)布置
1)平面布置
a.剪力墻結(jié)構(gòu)中全部豎向荷載和水平力都由鋼筋混凝土墻承受,所以剪力墻應(yīng)沿平面主要軸
線方向布置。
(α)矩形、L形、T形平面時,剪力墻沿兩個
正交的主軸方向布置;
(b)三角形及Y形平面可沿三個方向布置;
(c)正多邊形、圓形和弧形平面,則可沿徑向及環(huán)向布置。
b.單片剪力墻的長度不宜過大:
(α)長度很大的剪力墻,剛度很大將使結(jié)構(gòu)的周期過短,抗地震能力太大不經(jīng)濟(jì);
(b)剪力墻處于受彎工作狀態(tài)時,才能有足夠的延性,故剪力墻應(yīng)當(dāng)是高窄的,如果剪力墻太長時,將形成低寬剪力墻,就會有受剪破壞,剪力墻呈脆性,不利于抗震。故同一軸線上的連續(xù)剪力墻過長時,應(yīng)用樓板或小連梁分成若干個墻段,每個墻段的高寬比應(yīng)不小于2。每個墻段可以是單片墻,小開口墻或聯(lián)肢墻。每個墻肢的寬度不宜大于8.0m,以保證墻肢是由受彎承載力控制和充分發(fā)揮豎向分布筋的作用。內(nèi)力計算時,墻段之間的樓板或弱連梁不考慮其作用,每個墻段作為一片獨(dú)立剪力墻計算。
c.剪力墻的數(shù)量要在方案階段合理地確定,以對稱,均勻,數(shù)量適當(dāng)為好。
d.調(diào)整剪力墻結(jié)構(gòu)剛度的方法有:
(α)適當(dāng)減小剪力墻的厚度;
(b)降低連梁的高度;
(c)增大門窗洞口寬度;
(d)對較長的墻肢設(shè)置施工洞,分為二個墻肢。超過8.0m長時都應(yīng)用施工洞劃分為小墻肢。
2)豎向布置
α.剪力墻應(yīng)在整個建筑的豎向連續(xù),上到頂,下到底,中間樓層也不要中斷。剪力墻不連續(xù)會造成剛度突變,對抗震非常不利。
b.頂層取消部分剪力墻時,其余剪力墻應(yīng)在構(gòu)造上予以加強(qiáng)。
c.底層取消部分剪力墻時,應(yīng)設(shè)置轉(zhuǎn)換層。
d.為避免剛度突變,剪力墻的厚度應(yīng)按階段變化,每次厚度減小宜為50-100mm,不宜過大,使墻體剛度均勻連續(xù)改變。厚度改變和混凝土強(qiáng)度等級的改變宜錯開樓層。
e.厚度變化時宜二側(cè)同時內(nèi)收。外墻及電梯間墻可只單面內(nèi)收。
f.剪力墻上的洞口宜上下對齊,并列布置,這種墻傳力直接,受力明確,內(nèi)力分布清楚,抗震性能好。錯洞口上下不對齊,受力復(fù)雜,洞邊容易產(chǎn)生應(yīng)力集中,配筋大,地震時容易破壞。
g.相鄰洞口之間及洞口與墻邊緣之間要避免小墻肢。當(dāng)墻股的寬度與厚度之比小于3的小墻肢,在反復(fù)荷載作用下,容易早開裂,早破壞,故墻肢寬度不宜小于3bω(bω為墻厚),且不應(yīng)小于500mm。
h.刀把形剪力墻會使剪力墻受力復(fù)雜,應(yīng)力局部集中,而且豎向地震作用會產(chǎn)生較大的影響,宜十分慎重。
4.框架剪力墻結(jié)構(gòu)
(1)框架剪力墻結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)及適用范圍
1)框架剪力墻(或稱框剪結(jié)構(gòu)),廣泛應(yīng)用于高層辦公和公共建筑,也大量應(yīng)用于高層旅館建筑。
框架剪力墻結(jié)構(gòu)是由框架構(gòu)成自由靈活的使用空間,來滿足不同建筑功能的要求;同時又有足夠的剪力墻,具有相當(dāng)大的剛度,從而使結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的抗震能力,大大減少了建筑物的水平位移,避免填充墻在地震時嚴(yán)重破壞和倒塌。所以在有抗震設(shè)計要求時,宜優(yōu)先采用框剪結(jié)構(gòu)代替框架結(jié)構(gòu)。
2)框剪結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)
a.水平力通過樓板傳遞分配到剪力墻及框架。
b.水平力產(chǎn)生的剪力在底部主要由剪力墻承擔(dān),因剪力墻在水平力作用時,底部變形小。但到頂部時,剪力主要由框架承擔(dān)。即框架在頂部時變形較小。
(2)框剪結(jié)構(gòu)中剪力墻的數(shù)量
1)剪力墻的多少直接影響抗震能力,震害調(diào)查發(fā)現(xiàn)墻數(shù)量增加震害減少,日本福井和十勝沖地震中,鋼筋混凝土墻每平方米樓面平均剪力墻長度少于50mm時,震害嚴(yán)重,每平方米樓面平均剪力墻長度多于150mm時,破壞輕微,甚至元害。
但是剪力墻過多也會造成不經(jīng)濟(jì),因剪力墻增多,結(jié)構(gòu)的剛度增大,周期縮短,地震作用加大,內(nèi)力增大材料用量增加,基礎(chǔ)造價也相應(yīng)提高。
2)水平位移限值和舒適度要求
α.在正常使用條件下,高層建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)具有足夠的剛度,避免產(chǎn)生過大的位移而影響結(jié)構(gòu)的承載力、穩(wěn)定性和使用要求。
b.按水平位移限值決定。
3)剪力墻的布置
α.剪力墻宜均勻布置在建筑物的周邊附近、樓梯間、樓電梯間處、平面形狀變化及恒載較大的部位,剪力墻的問距不宜過大;
b.平面形狀凸凹較大時,宜在凸出部分的端部附近布置剪力墻;
c.縱、橫剪力墻宜組成L形、T形和槽形等形式;
d.單片剪力墻底部承擔(dān)的水平力不宜超過結(jié)構(gòu)底部總水平剪力的40%;
e.剪力墻宜貫通建筑物的全高,宜避免剛度突變;剪力墻開洞時,洞口宜上下對齊;
f.樓、電梯間等豎井宜盡量與靠近的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)結(jié)合布置;
g.抗震設(shè)計時,剪力墻的布置宜使結(jié)構(gòu)各主軸方向的側(cè)向剛度接近;
h.長矩形平面或平面有一部分較長的建筑中,剪力墻的布置尚宜符合下列要求:
(α)橫向剪力墻沿長方向的間距宜滿足表2-2的要求。
(b)縱向剪力墻不宜集中在房屋的兩盡端。
框架-剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計成雙向抗側(cè)力體系。抗震設(shè)計時,結(jié)構(gòu)兩主軸方向均應(yīng)布置剪力墻�？蚣�-剪力墻結(jié)構(gòu)中,主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間除個別節(jié)點(diǎn)外不應(yīng)采用餃接;梁與柱或柱與剪力墻的中線宜重合。
5.簡體結(jié)構(gòu)
當(dāng)高層建筑結(jié)構(gòu)層數(shù)多,高度大時,由平面抗側(cè)力結(jié)構(gòu)所構(gòu)成的框架,剪力墻和框剪結(jié)構(gòu)已不能滿足建筑和結(jié)構(gòu)的要求,而開始采用具有空間受力性能的簡體結(jié)構(gòu)。簡體結(jié)構(gòu)的基本特征是:水平力主要是由一個或多個空間受力的豎向簡體承受。簡體可以由剪力墻組成,也可以由密柱框筒構(gòu)成。
(1)簡體結(jié)構(gòu)的類型有
1)筒中簡結(jié)構(gòu)——由中央剪力墻內(nèi)簡和周邊外框筒組成�？蛲灿擅苤�(柱距3m)、高梁組成;
2)簡體-框架結(jié)構(gòu);
3)框筒結(jié)構(gòu);
4)多重筒結(jié)構(gòu);
5)成束筒結(jié)構(gòu)J;
6)多簡體結(jié)構(gòu)。
(2)簡體結(jié)構(gòu)的受力性能和工作特點(diǎn)
1)筒體是空間整截面工作的,如同一豎在地面上的懸臂箱形梁�？蛲苍谒搅ψ饔孟虏粌H平行于水平力作用方向上的框架(稱為腹板框架)起作用,而且垂直于水平方向上的框架(稱為翼緣框架)也共同受力。薄壁筒在水平力作用下更接近于薄壁桿件,產(chǎn)生整體彎曲和扭轉(zhuǎn)。
2)框筒雖然整體受力,卻與理想筒體的受力有明顯的差別。理想筒體在水平力作用下,截面保持平面,腹板應(yīng)力直線分布,翼緣應(yīng)力相等,而框筒則不保持平截面變形,腹框架柱的軸力是曲線分布的,翼緣框架柱的軸力也是不均勻分布:靠近角柱的柱子軸力大,遠(yuǎn)離角柱的柱子的軸力小。這種應(yīng)力分布不再保持直線規(guī)律的現(xiàn)象稱為剪力滯后。由于存在這種剪力滯后現(xiàn)象,所以筒體結(jié)構(gòu)不能簡單按平面假定進(jìn)行內(nèi)力計算。
3)在簡體結(jié)構(gòu)中,剪力墻筒的截面面積較大,它承受大部分水平剪力,所以柱子承受的剪力很小;而由水平力產(chǎn)生的傾覆力矩,則絕大部分由框筒柱的軸向力所形成的總體彎矩來平衡,剪力墻和柱承受的局部彎矩很小。由于這種整體受力的特點(diǎn),使框筒和薄壁筒有較高的承載力和側(cè)向剛度,而且比較經(jīng)濟(jì)。
4)當(dāng)外圍柱子間距較大時,則外圍柱子不能形成框筒,中央剪力墻內(nèi)筒往往將承受大部分外力產(chǎn)生的剪力和彎矩,外柱只能作為等效框架,共同承受水平力的作用,水平力在內(nèi)筒與外柱之間的分配,類似框剪結(jié)構(gòu)。
5)成束筒由若干個簡體并聯(lián)在一起,共同承受水平力,也可以看成是框筒中間加了一框架隔板。其截面應(yīng)力分布大體上與整截面簡體相似,但出現(xiàn)多波形的剪力滯后現(xiàn)象,這樣,它比同樣平面的單個框筒受力要均勻一些。
(3)筒體結(jié)構(gòu)布置
1)平面宜選用方形、圓形;
2)可用對稱形的三角形或人字形;
3)外框筒柱的柱距宜不大于4.0m;
4)矩形平面時,長寬比不宜大于2.0;
5)四角的柱子宜適當(dāng)加大,一般截面加大2-3倍,可做成L形,八字形;
6)簡體結(jié)構(gòu)只有在細(xì)高的情況下才能近似于豎向懸臂箱形斷面梁,發(fā)揮其空間整體作用,一般情況下H/B宜大于4;
7)由于框筒是空間整體受力,主要內(nèi)力沿框架平面內(nèi)分布,所以,框筒宜采用扁寬矩形柱,柱的長邊位于框架平面內(nèi)。也可采用一字形柱。一般不宜采用圓形柱和方形柱,因?yàn)榧哟罂蛲仓诤駥κ芰蛣偠鹊脑龃笮Чh(yuǎn)不如加大柱寬有效;
8)裙梁的截面,宜采用窄而高的梁。梁高一般為0.6-1.5m,寬度取同墻厚小于250mm。梁高h(yuǎn)b可取hb≥(1/3-1/4)lo,hb≥(0.2-'0.25)h;
式中l(wèi)o柱距;
h層高。
9)內(nèi)筒的尺寸一般應(yīng)爭取內(nèi)筒邊長為外筒邊長的1/3為好;
10)可以在框筒頂部設(shè)置1-2層高的剛性環(huán)梁來提高整個框筒的空間整體性。
三、建筑設(shè)計方案中要注意的結(jié)構(gòu)原則
(1)在建筑設(shè)計方案作圖中,要根據(jù)建筑平面布置及房屋層數(shù)和高度,選用合理的結(jié)構(gòu)體系,如:多層與高層建筑砌體結(jié)構(gòu),框架結(jié)構(gòu),剪力墻結(jié)構(gòu),筒體結(jié)構(gòu)、衍架、拱殼、網(wǎng)殼、網(wǎng)架、吊掛、懸索、單層廠房結(jié)構(gòu)等。
(2)建筑設(shè)計應(yīng)符合抗震概念設(shè)計的要求,不規(guī)則的建筑方案應(yīng)按規(guī)定采用加強(qiáng)措施,特別不規(guī)則的建筑方案應(yīng)進(jìn)行專門研究和論證,采用特別的加強(qiáng)措施,不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的建筑方案。建筑及其抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的平面布置宜規(guī)則、對稱并應(yīng)具有良好的整體性;建筑的立面和豎向剖面宜規(guī)則,結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度宜均勻變化,豎向抗側(cè)力構(gòu)件的截面尺寸和材料強(qiáng)度宜自下而上逐漸減小,避免抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度和承載力突變。
(3)體型復(fù)雜、平立面特別不規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu),可按實(shí)際需要在適當(dāng)部位設(shè)置防震縫,形成多個較規(guī)則的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)單元。防震縫應(yīng)根據(jù)抗震設(shè)防烈度、結(jié)構(gòu)材料種類、結(jié)構(gòu)類型、結(jié)構(gòu)單元的高度和高差情況,留有足夠的寬度,其兩側(cè)的上部結(jié)構(gòu)應(yīng)完全分開。
(4)根據(jù)平面尺寸及使用要求,合理布置承重墻體及柱子。
(5)當(dāng)有抗震設(shè)防要求時,要根據(jù)建筑抗震設(shè)計規(guī)范的規(guī)定,采取相應(yīng)措施,如:設(shè)置防震縫,確定承重砌體的局部尺寸,框架結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)應(yīng)縱橫兩個方向布置等,以及其他有關(guān)規(guī)定。
(6)當(dāng)建筑物較長時,應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)有關(guān)伸縮縫間距的規(guī)定,確定伸縮縫的位置及縫寬。
(7)當(dāng)建筑物內(nèi)層數(shù)或高度相差較大時,要根據(jù)直接建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范的有關(guān)規(guī)定,在層數(shù)或高度變化處設(shè)置沉降縫。一般來講伸縮縫和沉降縫的寬度要滿足防震縫寬度的要求,且伸縮縫和防震縫僅在地面以上設(shè)置,沉降縫要連基礎(chǔ)一并斷開。
四、結(jié)構(gòu)平面布置圖
這是建筑設(shè)計作圖試題中經(jīng)常出現(xiàn)的題目。該題要求根據(jù)給定的建筑平面圖,繪出結(jié)構(gòu)及承載系統(tǒng),其結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)合理,并符合任務(wù)書與結(jié)構(gòu)規(guī)范的要求。
1.合理地確定和布置豎向承重構(gòu)件和抗側(cè)力構(gòu)件,這些構(gòu)件一般包括:承重墻體、柱、框架和支撐等。墻體既是豎向承重構(gòu)件,又是抗側(cè)力構(gòu)件,同時又是建筑平面分隔和圍護(hù)的需要;框架是由梁和柱剛性連接組成的骨架,它能承受建筑物的豎向荷載,同時也能承擔(dān)水平荷載(如風(fēng)力、地震作用);支撐是作為承擔(dān)建筑物水平荷載的專用構(gòu)件,主要用于單層廠房、鋼結(jié)構(gòu)和高層建筑中。墻體和柱均應(yīng)有基礎(chǔ)。
2.樓蓋結(jié)構(gòu)一般包括樓板和梁。
(1)樓板的布置
一般分為預(yù)制板和現(xiàn)澆板兩種。
α.預(yù)制樓板
使用預(yù)制板的條件
作為樓板支承構(gòu)件之間的平面軸線尺寸必須符合預(yù)制板長度時,才能采用預(yù)制板。預(yù)制板的長度尺寸一般均為300mm的模數(shù)進(jìn)位,常見的板長有:1800、2100、2400、2700、3000、3300、3600、3900、4200、4500、4800、5100、5400、5700、6000、63006600、6900(mm)等。
當(dāng)樓板因使用要求需要開洞時,則不宜采用預(yù)制板,而宜采用現(xiàn)澆樓板,如廁所、浴室、廚房等部位。
預(yù)制板除有固定長度尺寸外,其承載力也是固定的,故當(dāng)樓層的使用荷載超過預(yù)制板的允許承載力時,則不能采用預(yù)制板,而需采用現(xiàn)澆板。
平面形狀復(fù)雜的樓板,不能采用預(yù)制板。
當(dāng)有抗震設(shè)防要求,7度及以上烈度時,除非有特別構(gòu)造措施,一般不采用預(yù)制板。
預(yù)制板布置時應(yīng)注意的問題:
預(yù)制板的兩端必須有支承點(diǎn),該支承點(diǎn)可以是墻,也可以是梁。當(dāng)為砌體結(jié)構(gòu)時,預(yù)制板的側(cè)邊不得進(jìn)墻。
預(yù)制板的板端,不得伸入墻體內(nèi)的構(gòu)造柱,當(dāng)遇構(gòu)造柱時,應(yīng)在構(gòu)造柱位置拉開設(shè)置板縫。
當(dāng)有陽臺或雨罩需要樓板作為平衡條件時,與陽臺(雨罩)相連部分宜局部采用現(xiàn)澆板,和陽臺(雨罩)連成整體。
在一個樓板區(qū)格內(nèi),可根據(jù)情況部分采用預(yù)制板,部分采用現(xiàn)澆板。
b.現(xiàn)澆樓板
除了采用預(yù)制樓板以外,均可采用現(xiàn)澆樓板。
所有現(xiàn)澆樓板均要有支承構(gòu)件,如承重墻體、梁等。
現(xiàn)澆樓板的支承構(gòu)件沿周邊布置,且長邊與短邊之比小于等于2時,稱為雙向板:當(dāng)樓板的支承構(gòu)件沿周邊布置,長邊與短邊之比大于2或僅板的跨度二端有支承構(gòu)件時,稱為單向板。板跨度不宜太大;當(dāng)跨度太大時宜加設(shè)梁,以減小板的跨度。
(2)梁的布置
1)梁是板的支承構(gòu)件,因此梁應(yīng)盡量根據(jù)板的經(jīng)濟(jì)跨度來布置。
2)梁必須有可靠的支承構(gòu)件,一般為柱或承重墻。
3)當(dāng)梁的支承構(gòu)件為承重墻時,梁的位置宜避開門、窗洞門。
4)當(dāng)樓板有孔徑超過l.0m的大洞口時,宜在洞邊布置梁。
5)作為預(yù)制板的支承梁時,梁的間距應(yīng)符合預(yù)制板的長度。
(3)陽臺、雨罩的結(jié)構(gòu)布置
1)陽臺、雨罩一般均考慮現(xiàn)澆為宜;有條件時,也可采用預(yù)制構(gòu)件。
2)陽臺、雨罩布置時,應(yīng)保證有可靠的抗傾覆和錨回措施:
α.當(dāng)陽臺和雨罩采用挑板結(jié)構(gòu)時,應(yīng)盡量和內(nèi)部現(xiàn)澆樓板連成整體,利用內(nèi)部樓板平衡抗傾覆。什
b.當(dāng)采用頁制陽臺和雨罩時,預(yù)制構(gòu)件必須伸進(jìn)墻內(nèi),其根部要有錨固措施,并與現(xiàn)澆板縫(或現(xiàn)澆板)澆在一起。
c.對挑出尺寸較大的陽臺(雨罩),宜采取加挑梁的方法,挑梁必須伸入內(nèi)部墻體足夠的長度。
