建筑结构体系与选型概述
《建筑结构选型》课件
混凝土结构
总结词
混凝土结构是一种采用混凝土为主要材 料的建筑结构类型，具有较高的抗压和 抗震性能。
VS
详细描述
混凝土结构主要采用混凝土作为主要承重 材料，通过梁、板、柱等构件组成的空间 结构体系。混凝土结构的优点在于其抗压 和抗震性能较好，能够承受较大的压力和 地震作用。此外，混凝土结构的耐久性较 好，能够长期保持其性能和外观。然而， 混凝土结构的施工周期较长，成本也较高 。
03
建筑结构选型的影响因素
建筑功能需求
总结词
建筑功能需求是影响建筑结构选型的重要因素，不同的功能需求需要不同的结构 形式以满足其使用要求。
详细描述
建筑的功能需求决定了其内部空间布局和荷载分布，进而影响结构选型。例如， 住宅建筑和商业建筑的功能需求不同，住宅建筑注重居住舒适性，商业建筑注重 空间灵活性和人流疏散，因此需要采用不同的结构形式来满足这些需求。
《建筑结构选型》ppt课件
目
CONTENCT
录
• 建筑结构选型概述 • 常见建筑结构类型 • 建筑结构选型的影响因素 • 建筑结构选型的决策过程 • 建筑结构选型的未来发展
01
建筑结构选型概述
建筑结构选型的定义
建筑结构选型是指根据建筑物的使用功能、环境条件等因素，选 择合适的结构形式、材料和构造方式的过程。
建筑结构选型涉及到建筑物的安全性、经济性、适用性和耐久性 等方面，是建筑设计中的重要环节。
建筑结构选型的重要性
合理的建筑结构选型能够确保建筑物的安全性和稳 定性，避免因结构不合理而导致的安全事故。
建筑结构选型还关系到建筑物的经济性，合理的选 型能够降低建筑物的造价和维护成本。
建筑结构选型还影响到建筑物的外观和功能，合理 的选型能够使建筑物更好地满足使用需求，提升其 美观度和舒适度。
建筑结构及选型
（2）按支座的形式分类
A. 四边固定 B. 三边固定，一边简支。 C. 两邻固定，两邻边简支。 D. 两对边固定，两对边简支。 E. 一边固定，一边简支，其它两边自由。 F. 两邻边固定，两邻边自由。 G. 一边固定，三边自由。 H. 三边简支，一边自由。
4. 板厚度的确定 板的厚度主要决定于板的跨度，同时要 考虑荷载及支撑情况。具体估算见表1：
1.3.1、悬挑梁的受力特点： 特点1：产生的内力大，变形大。 特点2：存在倾覆的可能。
1.3.2、结构的抗倾覆验算及措施： 1）抗倾覆验算： N·e /P·d≥1.5 2）措施： （1）拉力平衡 （2）压力平衡 （3）用压力支撑平衡
（4）用支撑和拉力相结合平衡 （5）用基础平衡 （6）用自重平衡
直线桁架 折线桁架
B. 拱（轴心受压）
两端周定拱
两端铰支拱
三铰拱
C. 悬索：主要承拉构件（轴心受拉构件）
D. 薄壳结构：轴向受力
（2）合理调整结构弯矩峰值，使结构受力合理。
二、合理的选用结构材料
（1）充分利用结构材料的长处
（2）提倡结构形的优选组合
（3）采用轻质较强的结构材料
三、要充分考虑建筑功能要求（住宅、商业、教育、体育、宗教、宫殿） 四、 要控制合理的造价
2. 排架结构的类型 柱头与屋架铰接，柱脚与基础刚接 根据生产工艺与使用要求，排架可做成单跨和多跨，亦可做成等高、 不等高和锯齿形等 跨度可达30m，高度可达30m以上，吊车吨位可达150t以上
3. 排架结构的组成 •单层厂房排架结构通常由屋面板、屋架、吊车梁、排架柱、抗风柱、基础梁、 基础等构件组成。 •上述构件分别组成屋盖结构、横向平面排架、纵向连系体系、围护结构等 •（1）屋架结构：分为有檩体系与无檩体系，有檩体系由小型屋面板、檩条、 屋架及屋盖支撑组成，无檩体系由大型屋面板、屋架及屋盖支撑组成，前者用 于小型厂房，后者用于大、中型厂房。
结构概念、体系与选型--4
第四章 结构的竖向体系
4.3 结构竖向体系的主要类型和特点
(The Major Styles and Characteristics of Vertical Structural System )
一、混合结构房屋的竖向体系
( Vertical Structural System of Mixed Structure )
提
纲
(Outline)
)（ 概述(Introduction )（略）
第一章 一些重要的结构概念（略） 第二章
(Some Important Concepts of Structure) (The General Problems in Structural Design )
结构设计中的总体问题（略） 结构的水平体系
4.3 Vertical Structural System …四、 Shear Wall System
1987
104 m
3+31
R.C.
北 京 国 际 饭 店
4.3 Vertical Structural System …四、 Shear Wall System
北京 国际饭店
4.3 Vertical Structural System …四、 Shear Wall System
第三章 第四章 第五章
(The Horizontal System of Structure)
(The Vertical System of Structure)
结构的竖向体系
(Introduction to Engineering Examples )
工程实例简介
第四章
结构竖向体系( 结构竖向体系(Vertical Structural System )
建筑结构选型
2.3 薄壳结构——实例1
丰岛博物馆（日本）
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2.3 薄壳结构——实例2
台湾东海大学路思义教堂
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2.3 薄壳结构——实例2
台湾东海大学路思义教堂
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2.3 薄壳结构——实例3
拉斯阿雷纳斯文化休闲中心（西班牙）
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2.3 薄壳结构——实例3
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2.4 网架与网壳结构——实例1
泰国素万那普机场客运大航站楼
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2.4 网架与网壳结构——实例1
泰国素万那普机场客运大航站楼
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2.4 网架与网壳结构——实例2
大兴安岭文化体育中心
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2.4 网架与网壳结构——实例2
大兴安岭文化体育中心
• 对各种建筑结构形式的组成、基本力学特点、使用范 围以及技术经济分析、施工要求等方面的内容进行分 析和研究——建筑师在方案设计阶段须考虑并解决的 问题
1 结构选型概述
1.4 结构选型解决的问题
• 结构是建筑物种构成建筑空间、承受建筑荷载的部分， 是建筑的基本受力骨架，是使建筑屹立起来的根本
1.5 结构选型的影响因素
▪ 楼盖的作用： 1）将竖向荷载传递给竖向构件 2）将风荷载、水平地震作用等传递到各抗侧力
构件，并且与竖向构件连接成为整体的空间结构 ▪ 设计要求：
1）满足承载力和竖向刚度的要求 2）足够的水平刚度和整体性 3）与竖向构件有可靠的连接 ▪ 楼盖的分类： 按施工方法：现浇楼盖、装配式楼盖、装配式 整体楼盖 按结构形式：
楼面承重的结构体系。 • 优点：
1. 材料易得：砌体材料容易就地取材； 2. 刚度较大：纵横墙体布置一般容易达到刚 性方案构造要求； 3. 经济性能指标较好：材料主要用于楼（屋） 盖部分，可节省钢筋混凝土材料。 • 缺点： 1. 房屋层数和在地震区使用都受到限制； 2. 砌筑工程繁重，施工进度慢。 • 展望：改善传统的砖混结构，提高砖的质量，以充 分利用人力和地方资源。
010高层结构选型
高层结构体系和选型1．高层民用建筑钢结构应根据房屋高度和高宽比、抗震设防类别、抗震设防烈度、场地类别和施工技术条件等因素考虑其适宜的钢结构体系高层民用建筑钢结构采用的结构体系有：框架、框架-支撑体系、框架-延性墙板体系、筒体和巨型框架体系。
这里所说的框架是具有抗弯能力的钢框架；框架-支撑体系中的支撑在设计中可采用中心支撑、偏心支撑和屈曲约束支撑；框架-延性墙板体系中的延性墙板主要指钢板剪力墙、无粘结内藏钢板支撑剪力墙板和内嵌竖缝混凝土剪力墙板等。
筒体体系包括框筒、筒中筒、桁架筒、束筒，这些筒体采用钢结构容易实现。
巨型框架主要是由巨型柱和巨型梁(桁架)组成的结构。
2．将框架-偏心支撑(延性墙板)单列，有利于促进它的推广应用。
筒体和巨型框架以及框架-偏心支撑的适用最大高度，与国内现有建筑已达到的高度相比是保守的。
AISC 抗震规程对C抗震等级(大致相当于我国0．10g以下)的结构，不要求执行规定的抗震构造措施，明显放宽。
据此，有必要对7度按设计加速度划分。
对8度也按设计加速度作了划分。
对框架柱在附注中列明为全钢柱和钢管混凝土柱两种，以适合钢结构设计的需要。
3．高层民用建筑的高宽比，是对结构刚度、整体稳定、承载能力和经济合理性的宏观控制；在结构设计满足本规程规定的承载力、稳定、抗倾覆、变形和舒适度等基本要求后，仅从结构安全角度讲高宽比限值不是必须满足的，主要影响结构设计的经济性98规程建议的高宽比限值参考了20世纪国外主要超高层建筑，本次根据发展情况作了相应修订。
同时为方便大底盘高层民用建筑钢结构高宽比的计算，规定了底部有大底盘的房屋高度取法。
设计人员可根据大底盘的实际情况合理确定。
4．本条按房屋高度和设防烈度给出了高层民用建筑钢结构房屋的结构选型要求。
本次修订又增加了高层民用建筑钢结构不应采用单跨框架结构的要求。
建筑结构选型
名词解释：建筑结构：建筑结构是指在建筑物（包括构筑物）中，由建筑材料做成用来承受各种荷载或者作用，以起骨架作用的空间受力体系。
钢架结构：是指梁柱为刚性连接的结构。
框架结构：一般是由竖直的柱和水平横梁组成，梁柱交接处一般为刚性结构。
结构选型：各种常见结构体系设计的基本理论以及原理，全面系统的介绍了建筑结构的形式，包括：桁架、刚架、拱、薄壳、网架、网壳、悬索、薄膜结构、混合空间结构、多层建筑结构、高层建筑结构、楼盖结构等，对上述结构选型分别介绍结构组成、受力特点、布置方式、适用范围、构造要点等。
砌体结构：砌体结构是把块材用灰浆通过人工砌筑而成的建筑材料。
在我国得到广泛应用。
内框架结构：框架结构是指由梁和柱以刚接或者铰接相连接而成构成承重体系的结构，即由梁和柱组成框架共同抵抗适用过程中出现的水平荷载和竖向荷载。
扁壳结构：是指薄壳的矢量高f与其所覆盖的底面最短边a之间的比之f/a≤1／5的壳体无梁楼盖结构：是指楼盖平板直接支持在柱子上，而不设主梁和次梁，楼面荷载直接通过柱子传至基础。
筒中筒结构：筒中筒结构由心腹筒、框筒及桁架筒组合，一般心腹筒在内，框筒或桁架筒在外，由内外筒共同抵抗水平力作用。
拱的合理轴线：有yd=mºD/ha可知，只要拱轴线的竖向坐标与相同跨度相同荷载作用下的简支梁弯矩值成比例，即可使拱截面内仅有轴力没有弯矩。
满足这一条件的拱轴线称为合理拱轴线。
9、薄壳结构的优缺点：优点：空间整体工作性能良好，内力比较均匀，能够用最少的材料构成特定的使用空间，并具有一定的强度和刚度。
是一种强度高、刚度大、材料省、即经济又合理的结构型式。
缺点：薄壳结构施工程序复杂，支架与模板用量大，曲面模板制作复杂，即费材料又费工时。
10、混合结构在房屋建筑中的布置：混合结构是指由砌体作为竖向承重结构（墙体），由其他材料（一般为钢筋混凝土或木结构）构成水平向承重结构（楼盖）所组成的房屋结构。
单层或多层混合结构房屋承重墙的布置方式有1纵墙承重体系，2横墙承重体系3纵横墙承重体系4内框架承重体系。
建筑结构与结构选型
2.竖向布置
①竖向连续； ②顶层取消部分剪力墙时，其余剪力墙在构造上 予以加强； ③底层取消部分剪力墙时，应设置转换层； ④避 免刚度突变，每次厚度减小宜为50~100mm；⑤厚度变化时宜 两侧同时内收外墙及电梯间墙可单面内收； ⑥剪力墙上的洞口 宜上下对齐； ⑦相邻洞口之间及洞口与墙边缘之间要避免小墙 肢，墙肢宽厚比不宜小于3，且墙肢宽度不应小于500mm； ⑧ 采用刀把剪力墙，宜十分慎重。
4.砌体房屋的构造要求
5.多层砖砌体房屋的楼盖
①装配式楼盖； ②装配整体式楼盖； ③现浇楼盖 。
现浇楼盖梁、板的经济跨度：
单向板：2~3m ； 双向板： 3~6m ； 次 梁：3~5m ；主 梁： 5~8m 。
板类型 单向板
双向板
常用板参考板厚
板
厚
单跨简支板 多跨连续板
h
l
30
h
l
40
且屋面板和楼面板 h 6 cm
单跨简支板 多跨连续板
h
l
40
h
l
50
且 h 8 cm
悬臂板
hl12源自截 面 b*h 梁高 h 梁宽 b
梁截面参考尺寸
主梁
次梁
l
l
h
h
悬臂梁
l /6
h
2.框架结构体系
框架结构的特点与优点
1.基本概念
框架是由梁和拄刚性连接的骨架结构。
框架结构采用的材料: 型钢；钢筋混凝土；钢骨混凝土。
2. 框架结构的特点
③框支柱轴压比要求：
框支柱的允许最大轴压比
建筑结构与选型
1.建筑结构由竖向承重结构体系，水平承重结构体系和下部结构三部分组成2.按建筑材料分类：混凝土结构，钢结构，钢-混凝土组合结构，砌体结构，木结构和混合结构。
3.主体结构体系有墙体结构体系，框架结构体系，框架-剪力墙结构体系和筒体结构体系4.按结构层数分类：单层建筑结构，多层建筑结构，高层建筑结构。
5.按竖向荷载的传递途径分类：横向承重结构、纵向承重结构、纵横向混合承重结构。
6.按结构的空间分类：壳体结构，网架结构，膜结构，悬索结构7.作用的分类：ａ永久作用-主要是指结构自重，土压力，水位不变时的水压力等，惯称恒载。
其特点是：在设计基准期内，荷载的量值不随时间变化或其变化与平均值相比可以忽略不计。
ｂ可变作用-主要是指楼（屋）面活荷载，风荷载，雪荷载，水位变化的水压力等可变荷载，惯称活荷载。
在工业厂房中可能还有吊车荷载，屋面积灰荷载（位于水泥厂，高炉，转炉等车间附近的房屋）等。
其特点是：在设计基准期内，荷载的量值随时间而变化。
且其变化与平均值相比不可忽略。
可变荷载是设计基准期内可能存在也可能卸去或移动的荷载。
ｃ偶然作用-主要是指撞击，爆炸，罕遇地震等。
其特点是：在设计基准期内不一定出现，而一旦出现，其量值很大且持续时间很短。
8.荷载标准值：在结构使用期间内可能出现的最大荷载值，包括永久荷载标准值和可变荷载标准值，即《建筑结构荷载规范》规定的荷载基本代表值。
9.延性：一般用于抗震设计，是指超过弹性极限后直至破坏的过程中，材料耐受变形的能力10.伸长率：钢材受拉破坏时的应变值称为伸长率，它是钢材塑性性能的主要指标。
伸长率较大表明钢材的塑性性能较好。
11.冷弯性能：冷弯性能是衡量钢材加工性能的一个指标，是指钢材在冷加工(常温加工)下产生塑性变形时不致发生裂缝的能力，用冷弯试验来检验。
通过冷弯冲头加压，使试件弯曲。
发生裂缝时试件的弯转角度越大，塑性性能越好。
12.焊接性：焊接连接是钢结构最常用的连接形式。
焊接时将在焊缝附近的钢材中形成热影响区，由于冷热不均，在钢材中引起较大的焊接应力。
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建筑结构体系与选型概述
本章要求：
1.了解各种不同类型结构的组成、优缺点及适用范围；
2.掌握各种类型结构体系的合理布置原则及常用构件截面尺寸的估算；
3.掌握各种类型结构体系承受不同荷载作用时的传力路线及受力特点；
本章的目的:
我们要使工程造价专业学生了解各种房屋建筑结构体系的基本类型及其组成，了解和掌握建筑方案设计中空间形式对结构性能的影响，更深入地理解和体会一些重要的结构概念，学会使用近似方法快速估算和比较各种设计方案。
在本小节中我们要说明结构体系是如何分类的。
人类社会在初期就出现了建筑物。
人类的祖先为了生存不得不和自然界展开斗争，房屋建筑就是人类向自然界作斗争的产物。
建筑结构(Building structure)是房屋建筑的空间受力骨架体系，是建筑物得以存在的基础（图1-1）。
图1-1
建筑结构的功能首先是建筑骨架所形成的空间能良好地为人类生活与生产服务，并满足人类对美观的需求，为此须选择合理的建筑结构型式。
其次是应合理选择建筑结构的材料和受力体系，充分发挥所用材料的作用，使结构具有抵御自然界各种作用的能力，如结构自重、使用荷载、风荷载和地震作用等（图1-2）。
图1-2
水平结构体系一般由板、梁、桁（网）架组成，如板一梁结构体系和桁（网）架体系。
水平结构体系也称楼（屋）盖体系，其作用为：
①在竖直方向，它通过构件的弯曲变形承受楼面或屋面的竖向荷载，并把它传递给竖向承重体系；
②在水平方向，它起隔板作用，并保持竖向结构的稳定。
竖向结构体系一般由柱、墙、筒体组成，如框架体系、墙体系和井筒体系等。
其作用为：
①在竖直方向，承受水平结构体系传来的全部荷载，并把它们传给基础体系；
②在水平方向，抵抗水平作用力，如风荷载、地震作用等，也把它们传给基础体系。
图1-3
基础结构体系一般由独立基础、条形基础、交叉基础、片筏基础、箱形基础（一般为浅埋）以及桩、沉井（一般为深埋）组成。
其作用为：
（1）把上述两类结构体系传来的重力荷载全部传给地基；
（2）承受地面以上的上部结构传来的水平作用力，并把它们传给地基；
（3）限制整个结构的沉降，避免不允许的不均匀沉降和结构的滑移。
结构水平体系和竖向体系之间的基本矛盾是，竖向结构构件之间的距离愈大，水平结构构件所需要的材料用量愈多。
好的结构概念设计应该寻求到一个最开阔、最灵活的可利用空间，满足人们使用的功能和美观的需求，而为此所付出的材料和施工消耗最少，而且能适合本地区的自然条件（气候、地质、水文、地形等）。
建筑结构的类型有：
1.以组成建筑结构的主要建筑材料划分：
有钢筋混凝土结构、钢结构、砌体（包括砖、砌块、石等）结构、木结构、塑料结构、薄膜充气结构等。
2.以组成建筑结构的主体结构型式划分：
有墙体结构、框架结构、深梁结构、筒体结构、拱结构、网架结构、空间薄壁（包括折板）结构、钢索结构、舱体结构等，如图l-4所示。
图1-4建筑结构的各种型式
（a）墙体结构（b）框架结构（c）深梁结构（d）筒体结构（e）拱结构
（f）网架结构（g）空间薄壁结构（h）钢索结构（i）折板结构
3.以组成建筑结构的体型划分:
有单层结构（多用于单层工业厂房、食堂等）、多层结构（一般2～9层）、高层结构（一般10层以上）、大跨结构（跨度大约在40～50m）。
影响建筑结构选型的因素主要有：
（1）建筑上的使用功能
（2）考虑结构上的安全合理
（3）施工上的可能
（4）注意结构效益和艺术上的造型美观
选择一个最佳的结构形式，往往需要进行多方面的调查研究，结合具体建设条件作出多种方案进行综合分析，才能作出最终的选定。
结构选型时应考虑如下因素。
（一）结合建筑物的使用功能要求做好结构选型
任何建筑物都具有对客观空间环境的要求，根据这些要求可以大体确定建筑物的尺度、规模与相互关系。
首先，结构选型时应注意尽可能降低结构构件的高度，选择与建筑物使用空间相适应的结构形式。
例如：钢桁架构造高度约为跨度的1/8～1/12，而平板网架结构的构造高度仅为跨度的1/20～1/25。
选择适当，可使室内空间得到较充分的利用。
其次，建筑物的使用要求应与结构的合理几何体型相结合。
例如：某散装盐库在结构选型中比较了两种方案，方案Ⅰ为钢筋混凝土排架结构（图1－5a），方案Ⅱ为拱结构（图1－5b）。
方案Ⅰ的主要缺点是3/5的建筑空间不能充分利用，而方案Ⅱ采用落地拱，由于选择了合适的矢高和外形，使建筑空间得到了比较充分的利用。
图1－5 两种结构方案比较
（二）建筑结构型式对建筑风格和建筑艺术的影响
建筑结构型式对建筑风格和建筑艺术的影响极为明显。
图1-6为三幢使用功能相同的食
堂建筑，它们都具有较大跨度的室内空间，但由于结构型式的不同，便产生了完全不同的建筑风格和形成了完全不同的立面效果。
图1－6三栋食堂不同结构所产生的不同形式
（a）木结构刚架（b）钢筋混凝土落地拱（c）钢筋混凝土双曲扁壳
此外，结构选型时还应注意结构的几何体型对声学效果的影响、对采光照明的影响以及对屋面排水的影响
比较梁式结构和轴心受力结构的受力状态，不难看出，梁的截面应力分布极不均匀，除边缘纤维达到最大许用应力外，大部分材料的应力远远低于许用应力，即材料强度并未充分利用，而轴心受力状态因截面应力分布均匀更能充分利用材料强度。
为节约材料可把梁截面中和轴附近的材料减少到最低程度，从而形成了工字形截面构件，它比矩形截面构件获得了更大的抗弯惯性矩。
设想再进一步把梁腹部的材料挖去，就由梁式结构转化为了平面桁架结构。
由于桁架的各杆件均为轴向受力，可以认为桁架结构比梁式结构更能充分利用材料强度。
若将桁架的外形与简支梁的弯矩图图形相吻合，则桁架内各弦杆内力将保持一致而腹杆内力接近零，这样就最大限度地节约了材料。
图1－7为结构形式由简支梁到桁架的变化过
程。
图1－7 由简支梁发展成为桁架
影响建筑结构形式的因素还包括建筑施工的生产技术水平以及经济指标等。
衡量结构方案经济性的手段是进行综合经济分析。
所谓综合经济分析就是要从以下几个方面综合考虑问题：
（1）不但要考虑某个结构方案付诸实施时的一次投资费用，还要考虑其全寿命期费用。
（2）除了以货币指标核算结构的建造成本外，还要从节省材料消耗和节约劳动力等各项指标来衡量。
此外从人类长远利益考虑，还要特别考虑资源的节约。
（3）在结构方案比较时还应综合考虑一次性初始投资和建设速度的关系，以便较快地回收投资资金，获得较好的经济效益。