建筑结构论文范文10篇

时间:2023-03-18 10:05:34

建筑结构论文

建筑结构论文范文篇1

【论文摘要】:文章通过对比钢结构和混凝土结构介绍,阐述了新型、高效应力结构体系将在我国二十一世纪大规模基本建设中发挥越来越大的作用。

一、前言

钢结构和混凝土结构是建筑工程中最常用的2种结构形式。钢结构和混凝土结构各有所长,前者具有重量轻、强度高、延性好、施工速度快、建筑物内部净空气大等优点,而后者刚度大、耗钢量少、材料费省、防火性能好。综合利用这两种结构的优点为高层以建筑的发展开辟了一条新途径。统计分析表明,高层建筑采用钢——混凝土混合结构和用钢量约为钢结构的70%,而施工速度与全钢结构相当于,在综合考虑施工周期、结构占用使用面积等因素后,混合结构的综合经济指标优于全钢结构和混凝土结构的综合经济指标。

最近建设部和国家冶金工业局在颁布的《建筑用钢技术政策》中,将钢——混凝土混合结构列为要大力推广的建筑新技术,可以预见,混合结构在高层办公楼、学校、医院及住宅等建筑中将有较广泛的应用。

二、索张拉结构

索张拉结构基本受力构件有三类:受压构件、受弯构件和受拉构件。

对于受压构件,当构件长细比较大时,由于构件会发生整体失稳,构件的作用不能充分发挥。对于受弯构件,由于构件截面应力不均匀,截面边缘的最大应力往往控制构件的设计,使得构件材料不能充分发挥作用。只有受拉构件,截面的应力均匀,不会发生整体失稳,如利用高强钢索做成受拉构件,能最大限度地发挥受拉构件的作用,提高结构的经济性。

在结构体系中巧妙利用张拉构件,结合少数刚性受压构件,可构成受力合理的高效张拉结构体系,不仅承载力高、刚度大,且能使各种材料的强度均得到很好的发挥。

三、索穹顶结构

索穹顶结构实际上是一处特殊的索-膜结构,是近几年才发展起来的一种结构效率极高的张力集成体系。其外形类似于穹顶,而主要的构件是钢索,由始终处于张力状态的索段构成穹顶,利用膜材作为屋面,因此被命名为索穹顶。由于整个结构除少数几根压杆外都处于张力状态,所以充分发挥了钢索的强度,只要能避免柔性结构可能发生的结构松弛,索穹顶结构便无弹性失稳之虞,所以,这种结构重量极轻,安装方便,可具有新颖的造型,经济合理,被成功地应用于一些大跨度和超大跨度的结构。

四、膜结构

膜结构是张力结构体系的一种,它以具有优良性能的柔软织物为膜材,由膜内的空气压力支承膜面(充气式膜结构或所承式膜结构),或利用钢索或风性支承结构向膜内预施加张力(张力膜结构),从而形成具有一定刚度、能够覆盖大空间的结构体系。膜结构采用的薄膜的材料,大多采用涂层织物薄膜,分为两部分,内部为基材织物,主要决定膜材的力学性质,提供材料的抗拉强度、抗撕裂强度等;外层为涂层,主要解决膜材的物理性质,提供材料的耐火、耐久性及防水、自洁性等,常用膜材一般为聚酯织物涂敷氯乙烯涂层膜材、玻璃纤维织物涂敷聚四氟乙烯涂层或有机硅树酯涂层膜材。膜材并接的结构接缝多采用热焊,非结构接缝采用缝合。

膜结构具有如下特点:造型活泼优美,富有时代气息;自重轻,适合大跨度的建筑,充分利用自然光,减少能源消耗;价格相对低廉,施工速度快;结构抗震性能好。

充气膜结构有单层、双层、气肋式三种形式,充气膜结构一般需要长期不间断地能源供应,在低拱度大跨度建筑中的单层膜结构必须是封闭的空间,以保持一定气压差。在气候恶劣的地方,空气膜结构的维护有一定的困难,不少建筑曾遭意外的漏气而下瘪。五、高效预应力结构体系

高效预应力结构是指用高强度材料、现代设计方法和先进的施工工艺建筑起来的预应力结构,是当今技术最先进、用途最广、最有发展前途的一种建筑结构型式之一。目前,世界上几乎所有的高大精尖的土木建筑结构都采用了高效预应力技术,如,大型公共建筑、大跨重载工业建筑、高层建筑、大中跨度桥梁、大型特种结构、电视塔、核电站安全壳、海洋平台等几乎全部采用了这一技术。

近年来,高效预应力技术在我国发展迅速,已制定专门的预应力结构设计、施工规程、工程中应用的预应力结构体系也很丰富。典型工程实例有:面积最大的单体预应力工程是首都国际机场新航站楼工程,每层建筑面积约8.8万平方米,总建筑面积约35平方米,在混凝土板、墙、框架、柱以及钢屋架、钢梁和钢管网架中大量采用了预应力技术;柱网最大的预应力工程是深圳车港工程,标准层平面尺寸159×103.5米,标准柱网16×25米,总建筑面积9.5万平方米;最在的预应力钢桁架工程是北京西站主站房工程,该预应力钢桁架跨度45米,桁架上承40米高的中式门楼,门楼总重5400余吨;层数最多的预应力工程是广东国际大夏主楼,总计63层;高度最高的预应力工程是青岛中银大厦,总高度241米,58层,等等因篇幅所限,文章重点介绍首都国际机场新航站楼工程和北京西客站主站房工程。

首都国际机场新航站楼工程全面采用了高效预应力技术,仅无粘结预应力筋量就达4000余吨堪称本世纪国内最大的预应力工程之一。新航站楼的基础为整体预应力平板片筏基础,上部结构采用了预应力框架、剪力墙体系和预应力板柱、剪力墙体系,部分屋面采用了预应力空间焊接钢管屋架。

建筑结构论文范文篇2

[论文关键词]高层建筑;结构特点;结构体系

我国改革开放以来,建筑业有了突飞猛进的发展,近十几年我国已建成高层建筑万栋,建筑面积达到2亿平方米,其中具有代表性的建筑如深圳地王大厦81层,高325米;广州中天广场80层,高322米;上海金茂大厦88层,高420.5米。另外在南宁市也建起第一高楼:地王国际商会中心即地王大厦共54层,高206.3米。随着城市化进程加速发展,全国各地的高层建筑不断涌现,作为土建工作设计人员,必须充分了解高层建筑结构设计特点及其结构体系,只有这样才能使设计达到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量的基本原则。

一、高层建筑结构设计的特点

高层建筑结构设计与低层、多层建筑结构相比较,结构专业在各专业中占有更重要的位置,不同结构体系的选择,直接关系到建筑平面的布置、立面体形、楼层高度、机电管道的设置、施工技术的要求、施工工期长短和投资造价的高低等。其主要特点有:

(一)水平力是设计主要因素

在低层和多层房屋结构中,往往是以重力为代表的竖向荷载控制着结构设计。而在高层建筑中,尽管竖向荷载仍对结构设计产生重要影响,但水平荷载却起着决定性作用。因为建筑自重和楼面使用荷载在竖向构件中所引起的轴力和弯矩的数值,仅与建筑高度的一次方成正比;而水平荷载对结构产生的倾覆力矩、以及由此在竖向构件中所引起的轴力,是与建筑高度的两次方成正比。另一方面,对一定高度建筑来说,竖向荷载大体上是定值,而作为水平荷载的风荷载和地震作用,其数值是随着结构动力性的不同而有较大的变化。

(二)侧移成为控指标

与低层或多层建筑不同,结构侧移已成为高层结构设计中的关键因素。随着建筑高度的增加,水平荷载下结构的侧向变形迅速增大,与建筑高度H的4次方成正比(△=qH4/8EI)。

另外,高层建筑随着高度的增加、轻质高强材料的应用、新的建筑形式和结构体系的出现、侧向位移的迅速增大,在设计中不仅要求结构具有足够的强度,还要求具有足够的抗推刚度,使结构在水平荷载下产生的侧移被控制在某一限度之内,否则会产生以下情况:

1.因侧移产生较大的附加内力,尤其是竖向构件,当侧向位移增大时,偏心加剧,当产生的附加内力值超过一定数值时,将会导致房屋侧塌。

2.使居住人员感到不适或惊慌。

3.使填充墙或建筑装饰开裂或损坏,使机电设备管道损坏,使电梯轨道变型造成不能正常运行。

4.使主体结构构件出现大裂缝,甚至损坏。

(三)抗震设计要求更高

有抗震设防的高层建筑结构设计,除要考虑正常使用时的竖向荷载、风荷载外,还必须使结构具有良好的抗震性能,做到小震不坏、大震不倒。

(四)减轻高层建筑自重比多层建筑更为重要

高层建筑减轻自重比多层建筑更有意义。从地基承载力或桩基承载力考虑,如果在同样地基或桩基的情况下,减轻房屋自重意昧着不增加基础造价和处理措施,可以多建层数,这在软弱土层有突出的经济效益。

地震效应与建筑的重量成正比,减轻房屋自重是提高结构抗震能力的有效办法。高层建筑重量大了,不仅作用于结构上的地震剪力大,还由于重心高地震作用倾覆力矩大,对竖向构件产生很大的附加轴力,从而造成附加弯矩更大。

(五)轴向变形不容忽视

采用框架体系和框架——剪力墙体系的高层建筑中,框架中柱的轴压应力往往大于边柱的轴压应力,中柱的轴向压缩变形大于边柱的轴向压缩变形。当房屋很高时,此种轴向变形的差异将会达到较大的数值,其后果相当于连续梁中间支座沉陷,从而使连续梁中间支座处的负弯矩值减小,跨中正弯矩值和端支座负弯矩值增大。

(六)概念设计与理论计算同样重要

抗震设计可以分为计算设计和概念设计两部分。高层建筑结构的抗震设计计算是在一定的假想条件下进行的,尽管分析手段不断提高,分析的原则不断完善,但由于地震作用的复杂性和不确定性,地基土影响的复杂性和结构体系本身的复杂性,可能导致理论分析计算和实际情况相差数倍之多,尤其是当结构进入弹塑性阶段之后,会出现构件局部开裂甚至破坏,这时结构已很难用常规的计算原理去进行分析。实践表明,在设计中把握好高层建筑的概念设计也是很重要的。

二、高层建筑的结构体系

(一)高层建筑结构设计原则

1.钢筋混凝土高层建筑结构设计应与建筑、设备和施工密切配合,做到安全适用、技术先进、经济合理,并积极采用新技术、新工艺和新材料。

2.高层建筑结构设计应重视结构选型和构造,择优选择抗震及抗风性能好而经济合理的结构体系与平、立面布置方案,并注意加强构造连接。在抗震设计中,应保证结构整体抗震性能,使整个结构有足够的承载力、刚度和延性。

(二)高层建筑结构体系及适用范围

目前国内的高层建筑基本上采用钢筋混凝土结构。其结构体系有:框架结构、剪力墙结构、框架—剪力墙结构、筒体结构等。

1.框架结构体系。框架结构体系是由楼板、梁、柱及基础四种承重构件组成。由梁、柱、基础构成平面框架,它是主要承重结构,各平面框架再由连系梁连系起来,即形成一个空间结构体系,它是高层建筑中常用的结构形式之一。

框架结构体系优点是:建筑平面布置灵活,能获得大空间,建筑立面也容易处理,结构自重轻,计算理论也比较成熟,在一定高度范围内造价较低。

框架结构的缺点是:框架结构本身柔性较大,抗侧力能力较差,在风荷载作用下会产生较大的水平位移,在地震荷载作用下,非结构构件破坏比较严重。

框架结构的适用范围:框架结构的合理层数一般是6到15层,最经济的层数是10层左右。由于框架结构能提供较大的建筑空间,平面布置灵活,可适合多种工艺与使用的要求,已广泛应用于办公、住宅、商店、医院、旅馆、学校及多层工业厂房和仓库中。

2.剪力墙结构体系。在高层建筑中为了提高房屋结构的抗侧力刚度,在其中设置的钢筋混凝土墙体称为“剪力墙”,剪力墙的主要作用在于提高整个房屋的抗剪强度和刚度,墙体同时也作为维护及房间分格构件。

剪力墙结构中,由钢筋混凝土墙体承受全部水平和竖向荷载,剪力墙沿横向纵向正交布置或沿多轴线斜交布置,它刚度大,空间整体性好,用钢量省。历史地震中,剪力墙结构表现了良好的抗震性能,震害较少发生,而且程度也较轻微,在住宅和旅馆客房中采用剪力墙结构可以较好地适应墙体较多、房间面积不太大的特点,而且可以使房间不露梁柱,整齐美观。

剪力墙结构墙体较多,不容易布置面积较大的房间,为了满足旅馆布置门厅、餐厅、会议室等大面积公共用房的要求,以及在住宅楼底层布置商店和公共设施的要求,可以将部分底层或部分层取消剪力墙代之以框架,形成框支剪力墙结构。

在框支剪力墙中,底层柱的刚度小,形成上下刚度突变,在地震作用下底层柱会产生很大内力及塑性变形,因此,在地震区不允许采用这种框支剪力墙结构。

3.框架—剪力墙结构体系。在框架结构中布置一定数量的剪力墙,可以组成框架—剪力墙结构,这种结构既有框架结构布置灵活、使用方便的特点,又有较大的刚度和较强的抗震能力,因而广泛地应用于高层建筑中的办公楼和旅馆。

4.筒体结构体系。随着建筑层数、高度的增长和抗震设防要求的提高,以平面工作状态的框架、剪力墙来组成高层建筑结构体系,往往不能满足要求。这时可以由剪力墙构成空间薄壁筒体,成为竖向悬臂箱形梁,加密柱子,以增强梁的刚度,也可以形成空间整体受力的框筒,由一个或多个筒体为主抵抗水平力的结构称为筒体结构。通常筒体结构有:

(1)框架—筒体结构。中央布置剪力墙薄壁筒,由它受大部分水平力,周边布置大柱距的普通框架,这种结构受力特点类似框架—剪力墙结构,目前南宁市的地王大厦也用这种结构。

(2)筒中筒结构。筒中筒结构由内、外两个筒体组合而成,内筒为剪力墙薄壁筒,外筒为密柱(通常柱距不大于3米)组成的框筒。由于外柱很密,梁刚度很大,门密洞口面积小(一般不大于墙体面积50%),因而框筒工作不同于普通平面框架,而有很好的空间整体作用,类似一个多孔的竖向箱形梁,有很好的抗风和抗震性能。目前国内最高的钢筋混凝土结构如上海金茂大厦(88层、420.5米)、广州中天广场大厦(80层、320米)都是采用筒中筒结构。

(3)成束筒结构。在平面内设置多个剪力墙薄壁筒体,每个筒体都比较小,这种结构多用于平面形状复杂的建筑中。

(4)巨型结构体系。巨型结构是由若干个巨柱(通常由电梯井或大面积实体柱组成)以及巨梁(每隔几层或十几个楼层设一道,梁截面一般占一至二层楼高度)组成一级巨型框架,承受主要水平力和竖向荷载,其余的楼面梁、柱组成二级结构,它只是将楼面荷载传递到第一级框架结构上去。这种结构的二级结构梁柱截面较小,使建筑布置有更大的灵活性和平面空间。

除以上介绍的几种结构体系外,还有其他一些结构形式,也可应用,如薄壳、悬索、膜结构、网架等,不过目前应用最广泛的还是框架、剪力墙、框架—剪力墙和筒体等四种结构。

[参考文献]

[1]GB50011-2001建筑抗震设计规范.

[2]GB50010-2002混凝土结构设计规范.

建筑结构论文范文篇3

索张拉结构基本受力构件有三类:受压构件、受弯构件和受拉构件。

对于受压构件,当构件长细比较大时,由于构件会发生整体失稳,构件的作用不能充分发挥。对于受弯构件,由于构件截面应力不均匀,截面边缘的最大应力往往控制构件的设计,使得构件材料不能充分发挥作用。只有受拉构件,截面的应力均匀,不会发生整体失稳,如利用高强钢索做成受拉构件,能最大限度地发挥受拉构件的作用,提高结构的经济性。

在结构体系中巧妙利用张拉构件,结合少数刚性受压构件,可构成受力合理的高效张拉结构体系,不仅承载力高、刚度大,且能使各种材料的强度均得到很好的发挥。

2、索穹顶结构

索穹顶结构实际上是一处特殊的索-膜结构,是近几年才发展起来的一种结构效率极高的张力集成体系。其外形类似于穹顶,而主要的构件是钢索,由始终处于张力状态的索段构成穹顶,利用膜材作为屋面,因此被命名为索穹顶。由于整个结构除少数几根压杆外都处于张力状态,所以充分发挥了钢索的强度,只要能避免柔性结构可能发生的结构松弛,索穹顶结构便无弹性失稳之虞,所以,这种结构重量极轻,安装方便,可具有新颖的造型,经济合理,被成功地应用于一些大跨度和超大跨度的结构。

3、膜结构

膜结构是张力结构体系的一种,它以具有优良性能的柔软织物为膜材,由膜内的空气压力支承膜面(充气式膜结构或所承式膜结构),或利用钢索或风性支承结构向膜内预施加张力(张力膜结构),从而形成具有一定刚度、能够覆盖大空间的结构体系。膜结构采用的薄膜的材料,大多采用涂层织物薄膜,分为两部分,内部为基材织物,主要决定膜材的力学性质,提供材料的抗拉强度、抗撕裂强度等;外层为涂层,主要解决膜材的物理性质,提供材料的耐火、耐久性及防水、自洁性等,常用膜材一般为聚酯织物涂敷氯乙烯涂层膜材、玻璃纤维织物涂敷聚四氟乙烯涂层或有机硅树酯涂层膜材。膜材并接的结构接缝多采用热焊,非结构接缝采用缝合。

膜结构具有如下特点:造型活泼优美,富有时代气息;自重轻,适合大跨度的建筑,充分利用自然光,减少能源消耗;价格相对低廉,施工速度快;结构抗震性能好。

充气膜结构有单层、双层、气肋式三种形式,充气膜结构一般需要长期不间断地能源供应,在低拱度大跨度建筑中的单层膜结构必须是封闭的空间,以保持一定气压差。在气候恶劣的地方,空气膜结构的维护有一定的困难,不少建筑曾遭意外的漏气而下瘪。

4、高效预应力结构体系

高效预应力结构是指用高强度材料、现代设计方法和先进的施工工艺建筑起来的预应力结构,是当今技术最先进、用途最广、最有发展前途的一种建筑结构型式之一。目前,世界上几乎所有的高大精尖的土木建筑结构都采用了高效预应力技术,如,大型公共建筑、大跨重载工业建筑、高层建筑、大中跨度桥梁、大型特种结构、电视塔、核电站安全壳、海洋平台等几乎全部采用了这一技术。

近年来,高效预应力技术在我国发展迅速,已制定专门的预应力结构设计、施工规程、工程中应用的预应力结构体系也很丰富。典型工程实例有:面积最大的单体预应力工程是首都国际机场新航站楼工程,每层建筑面积约8.8万平方米,总建筑面积约35平方米,在混凝土板、墙、框架、柱以及钢屋架、钢梁和钢管网架中大量采用了预应力技术;柱网最大的预应力工程是深圳车港工程,标准层平面尺寸159×103.5米,标准柱网16×25米,总建筑面积9.5万平方米;最在的预应力钢桁架工程是北京西站主站房工程,该预应力钢桁架跨度45米,桁架上承40米高的中式门楼,门楼总重5400余吨;层数最多的预应力工程是广东国际大夏主楼,总计63层;高度最高的预应力工程是青岛中银大厦,总高度241米,58层,等等因篇幅所限,文章重点介绍首都国际机场新航站楼工程和北京西客站主站房工程。

首都国际机场新航站楼工程全面采用了高效预应力技术,仅无粘结预应力筋量就达4000余吨堪称本世纪国内最大的预应力工程之一。新航站楼的基础为整体预应力平板片筏基础,上部结构采用了预应力框架、剪力墙体系和预应力板柱、剪力墙体系,部分屋面采用了预应力空间焊接钢管屋架。

可以预计,随着高性能预应力材料(高强混凝土、高强预应力筋、新型纤维塑料筋等)的推广应用以及结构设计理论和设计的不断发展,新型、高效应力结构体系将在我国二十一世纪大规模基本建设中发挥越来越大的作用。

综合全文可知,建筑工程是一个整体,但是对建设工程中每个细节等要具体分析,根据实际情况施工。

建筑结构论文范文篇4

【论文摘要】:文章通过对比钢结构和混凝土结构介绍,阐述了新型、高效应力结构体系将在我国二十一世纪大规模基本建设中发挥越来越大的作用。

一、前言

钢结构和混凝土结构是建筑工程中最常用的2种结构形式。钢结构和混凝土结构各有所长,前者具有重量轻、强度高、延性好、施工速度快、建筑物内部净空气大等优点,而后者刚度大、耗钢量少、材料费省、防火性能好。综合利用这两种结构的优点为高层以建筑的发展开辟了一条新途径。统计分析表明,高层建筑采用钢——混凝土混合结构和用钢量约为钢结构的70%,而施工速度与全钢结构相当于,在综合考虑施工周期、结构占用使用面积等因素后,混合结构的综合经济指标优于全钢结构和混凝土结构的综合经济指标。

最近建设部和国家冶金工业局在颁布的《建筑用钢技术政策》中,将钢——混凝土混合结构列为要大力推广的建筑新技术,可以预见,混合结构在高层办公楼、学校、医院及住宅等建筑中将有较广泛的应用。

二、索张拉结构

索张拉结构基本受力构件有三类:受压构件、受弯构件和受拉构件。

对于受压构件,当构件长细比较大时,由于构件会发生整体失稳,构件的作用不能充分发挥。对于受弯构件,由于构件截面应力不均匀,截面边缘的最大应力往往控制构件的设计,使得构件材料不能充分发挥作用。只有受拉构件,截面的应力均匀,不会发生整体失稳,如利用高强钢索做成受拉构件,能最大限度地发挥受拉构件的作用,提高结构的经济性。

在结构体系中巧妙利用张拉构件,结合少数刚性受压构件,可构成受力合理的高效张拉结构体系,不仅承载力高、刚度大,且能使各种材料的强度均得到很好的发挥。

三、索穹顶结构

索穹顶结构实际上是一处特殊的索-膜结构,是近几年才发展起来的一种结构效率极高的张力集成体系。其外形类似于穹顶,而主要的构件是钢索,由始终处于张力状态的索段构成穹顶,利用膜材作为屋面,因此被命名为索穹顶。由于整个结构除少数几根压杆外都处于张力状态,所以充分发挥了钢索的强度,只要能避免柔性结构可能发生的结构松弛,索穹顶结构便无弹性失稳之虞,所以,这种结构重量极轻,安装方便,可具有新颖的造型,经济合理,被成功地应用于一些大跨度和超大跨度的结构。

四、膜结构

膜结构是张力结构体系的一种,它以具有优良性能的柔软织物为膜材,由膜内的空气压力支承膜面(充气式膜结构或所承式膜结构),或利用钢索或风性支承结构向膜内预施加张力(张力膜结构),从而形成具有一定刚度、能够覆盖大空间的结构体系。膜结构采用的薄膜的材料,大多采用涂层织物薄膜,分为两部分,内部为基材织物,主要决定膜材的力学性质,提供材料的抗拉强度、抗撕裂强度等;外层为涂层,主要解决膜材的物理性质,提供材料的耐火、耐久性及防水、自洁性等,常用膜材一般为聚酯织物涂敷氯乙烯涂层膜材、玻璃纤维织物涂敷聚四氟乙烯涂层或有机硅树酯涂层膜材。膜材并接的结构接缝多采用热焊,非结构接缝采用缝合。

膜结构具有如下特点:造型活泼优美,富有时代气息;自重轻,适合大跨度的建筑,充分利用自然光,减少能源消耗;价格相对低廉,施工速度快;结构抗震性能好。

充气膜结构有单层、双层、气肋式三种形式,充气膜结构一般需要长期不间断地能源供应,在低拱度大跨度建筑中的单层膜结构必须是封闭的空间,以保持一定气压差。在气候恶劣的地方,空气膜结构的维护有一定的困难,不少建筑曾遭意外的漏气而下瘪。

五、高效预应力结构体系

高效预应力结构是指用高强度材料、现代设计方法和先进的施工工艺建筑起来的预应力结构,是当今技术最先进、用途最广、最有发展前途的一种建筑结构型式之一。目前,世界上几乎所有的高大精尖的土木建筑结构都采用了高效预应力技术,如,大型公共建筑、大跨重载工业建筑、高层建筑、大中跨度桥梁、大型特种结构、电视塔、核电站安全壳、海洋平台等几乎全部采用了这一技术。

近年来,高效预应力技术在我国发展迅速,已制定专门的预应力结构设计、施工规程、工程中应用的预应力结构体系也很丰富。典型工程实例有:面积最大的单体预应力工程是首都国际机场新航站楼工程,每层建筑面积约8.8万平方米,总建筑面积约35平方米,在混凝土板、墙、框架、柱以及钢屋架、钢梁和钢管网架中大量采用了预应力技术;柱网最大的预应力工程是深圳车港工程,标准层平面尺寸159×103.5米,标准柱网16×25米,总建筑面积9.5万平方米;最在的预应力钢桁架工程是北京西站主站房工程,该预应力钢桁架跨度45米,桁架上承40米高的中式门楼,门楼总重5400余吨;层数最多的预应力工程是广东国际大夏主楼,总计63层;高度最高的预应力工程是青岛中银大厦,总高度241米,58层,等等因篇幅所限,文章重点介绍首都国际机场新航站楼工程和北京西客站主站房工程。

首都国际机场新航站楼工程全面采用了高效预应力技术,仅无粘结预应力筋量就达4000余吨堪称本世纪国内最大的预应力工程之一。新航站楼的基础为整体预应力平板片筏基础,上部结构采用了预应力框架、剪力墙体系和预应力板柱、剪力墙体系,部分屋面采用了预应力空间焊接钢管屋架。

建筑结构论文范文篇5

【论文摘要】:文章通过对比钢结构和混凝土结构介绍,阐述了新型、高效应力结构体系将在我国二十一世纪大规模基本建设中发挥越来越大的作用。

一、前言

钢结构和混凝土结构是建筑工程中最常用的2种结构形式。钢结构和混凝土结构各有所长,前者具有重量轻、强度高、延性好、施工速度快、建筑物内部净空气大等优点,而后者刚度大、耗钢量少、材料费省、防火性能好。综合利用这两种结构的优点为高层以建筑的发展开辟了一条新途径。统计分析表明,高层建筑采用钢——混凝土混合结构和用钢量约为钢结构的70%,而施工速度与全钢结构相当于,在综合考虑施工周期、结构占用使用面积等因素后,混合结构的综合经济指标优于全钢结构和混凝土结构的综合经济指标。

最近建设部和国家冶金工业局在颁布的《建筑用钢技术政策》中,将钢——混凝土混合结构列为要大力推广的建筑新技术,可以预见,混合结构在高层办公楼、学校、医院及住宅等建筑中将有较广泛的应用。

二、索张拉结构

索张拉结构基本受力构件有三类:受压构件、受弯构件和受拉构件。

对于受压构件,当构件长细比较大时,由于构件会发生整体失稳,构件的作用不能充分发挥。对于受弯构件,由于构件截面应力不均匀,截面边缘的最大应力往往控制构件的设计,使得构件材料不能充分发挥作用。只有受拉构件,截面的应力均匀,不会发生整体失稳,如利用高强钢索做成受拉构件,能最大限度地发挥受拉构件的作用,提高结构的经济性。

在结构体系中巧妙利用张拉构件,结合少数刚性受压构件,可构成受力合理的高效张拉结构体系,不仅承载力高、刚度大,且能使各种材料的强度均得到很好的发挥。

三、索穹顶结构

索穹顶结构实际上是一处特殊的索-膜结构,是近几年才发展起来的一种结构效率极高的张力集成体系。其外形类似于穹顶,而主要的构件是钢索,由始终处于张力状态的索段构成穹顶,利用膜材作为屋面,因此被命名为索穹顶。由于整个结构除少数几根压杆外都处于张力状态,所以充分发挥了钢索的强度,只要能避免柔性结构可能发生的结构松弛,索穹顶结构便无弹性失稳之虞,所以,这种结构重量极轻,安装方便,可具有新颖的造型,经济合理,被成功地应用于一些大跨度和超大跨度的结构。

四、膜结构

膜结构是张力结构体系的一种,它以具有优良性能的柔软织物为膜材,由膜内的空气压力支承膜面(充气式膜结构或所承式膜结构),或利用钢索或风性支承结构向膜内预施加张力(张力膜结构),从而形成具有一定刚度、能够覆盖大空间的结构体系。膜结构采用的薄膜的材料,大多采用涂层织物薄膜,分为两部分,内部为基材织物,主要决定膜材的力学性质,提供材料的抗拉强度、抗撕裂强度等;外层为涂层,主要解决膜材的物理性质,提供材料的耐火、耐久性及防水、自洁性等,常用膜材一般为聚酯织物涂敷氯乙烯涂层膜材、玻璃纤维织物涂敷聚四氟乙烯涂层或有机硅树酯涂层膜材。膜材并接的结构接缝多采用热焊,非结构接缝采用缝合。

膜结构具有如下特点:造型活泼优美,富有时代气息;自重轻,适合大跨度的建筑,充分利用自然光,减少能源消耗;价格相对低廉,施工速度快;结构抗震性能好。

充气膜结构有单层、双层、气肋式三种形式,充气膜结构一般需要长期不间断地能源供应,在低拱度大跨度建筑中的单层膜结构必须是封闭的空间,以保持一定气压差。在气候恶劣的地方,空气膜结构的维护有一定的困难,不少建筑曾遭意外的漏气而下瘪。五、高效预应力结构体系

高效预应力结构是指用高强度材料、现代设计方法和先进的施工工艺建筑起来的预应力结构,是当今技术最先进、用途最广、最有发展前途的一种建筑结构型式之一。目前,世界上几乎所有的高大精尖的土木建筑结构都采用了高效预应力技术,如,大型公共建筑、大跨重载工业建筑、高层建筑、大中跨度桥梁、大型特种结构、电视塔、核电站安全壳、海洋平台等几乎全部采用了这一技术。

近年来,高效预应力技术在我国发展迅速,已制定专门的预应力结构设计、施工规程、工程中应用的预应力结构体系也很丰富。典型工程实例有:面积最大的单体预应力工程是首都国际机场新航站楼工程,每层建筑面积约8.8万平方米,总建筑面积约35平方米,在混凝土板、墙、框架、柱以及钢屋架、钢梁和钢管网架中大量采用了预应力技术;柱网最大的预应力工程是深圳车港工程,标准层平面尺寸159×103.5米,标准柱网16×25米,总建筑面积9.5万平方米;最在的预应力钢桁架工程是北京西站主站房工程,该预应力钢桁架跨度45米,桁架上承40米高的中式门楼,门楼总重5400余吨;层数最多的预应力工程是广东国际大夏主楼,总计63层;高度最高的预应力工程是青岛中银大厦,总高度241米,58层,等等因篇幅所限,文章重点介绍首都国际机场新航站楼工程和北京西客站主站房工程。

首都国际机场新航站楼工程全面采用了高效预应力技术,仅无粘结预应力筋量就达4000余吨堪称本世纪国内最大的预应力工程之一。新航站楼的基础为整体预应力平板片筏基础,上部结构采用了预应力框架、剪力墙体系和预应力板柱、剪力墙体系,部分屋面采用了预应力空间焊接钢管屋架。

建筑结构论文范文篇6

[论文摘要]文章分析高层建筑结构的六个特点,并介绍目前国内高层建筑的四大结构体系:框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构和筒体结构。

我国改革开放以来,建筑业有了突飞猛进的发展,近十几年我国已建成高层建筑万栋,建筑面积达到2亿平方米,其中具有代表性的建筑如深圳地王大厦81层,高325米;广州中天广场80层,高322米;上海金茂大厦88层,高420.5米。另外在南宁市也建起第一高楼:地王国际商会中心即地王大厦共54层,高206.3米。随着城市化进程加速发展,全国各地的高层建筑不断涌现,作为土建工作设计人员,必须充分了解高层建筑结构设计特点及其结构体系,只有这样才能使设计达到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量的基本原则。

一、高层建筑结构设计的特点

高层建筑结构设计与低层、多层建筑结构相比较,结构专业在各专业中占有更重要的位置,不同结构体系的选择,直接关系到建筑平面的布置、立面体形、楼层高度、机电管道的设置、施工技术的要求、施工工期长短和投资造价的高低等。其主要特点有:

(一)水平力是设计主要因素

在低层和多层房屋结构中,往往是以重力为代表的竖向荷载控制着结构设计。而在高层建筑中,尽管竖向荷载仍对结构设计产生重要影响,但水平荷载却起着决定性作用。因为建筑自重和楼面使用荷载在竖向构件中所引起的轴力和弯矩的数值,仅与建筑高度的一次方成正比;而水平荷载对结构产生的倾覆力矩、以及由此在竖向构件中所引起的轴力,是与建筑高度的两次方成正比。另一方面,对一定高度建筑来说,竖向荷载大体上是定值,而作为水平荷载的风荷载和地震作用,其数值是随着结构动力性的不同而有较大的变化。

(二)侧移成为控指标

与低层或多层建筑不同,结构侧移已成为高层结构设计中的关键因素。随着建筑高度的增加,水平荷载下结构的侧向变形迅速增大,与建筑高度H的4次方成正比(△=qH4/8EI)。

另外,高层建筑随着高度的增加、轻质高强材料的应用、新的建筑形式和结构体系的出现、侧向位移的迅速增大,在设计中不仅要求结构具有足够的强度,还要求具有足够的抗推刚度,使结构在水平荷载下产生的侧移被控制在某一限度之内,否则会产生以下情况:

1.因侧移产生较大的附加内力,尤其是竖向构件,当侧向位移增大时,偏心加剧,当产生的附加内力值超过一定数值时,将会导致房屋侧塌。

2.使居住人员感到不适或惊慌。

3.使填充墙或建筑装饰开裂或损坏,使机电设备管道损坏,使电梯轨道变型造成不能正常运行。

4.使主体结构构件出现大裂缝,甚至损坏。

(三)抗震设计要求更高

有抗震设防的高层建筑结构设计,除要考虑正常使用时的竖向荷载、风荷载外,还必须使结构具有良好的抗震性能,做到小震不坏、大震不倒。

(四)减轻高层建筑自重比多层建筑更为重要

高层建筑减轻自重比多层建筑更有意义。从地基承载力或桩基承载力考虑,如果在同样地基或桩基的情况下,减轻房屋自重意昧着不增加基础造价和处理措施,可以多建层数,这在软弱土层有突出的经济效益。

地震效应与建筑的重量成正比,减轻房屋自重是提高结构抗震能力的有效办法。高层建筑重量大了,不仅作用于结构上的地震剪力大,还由于重心高地震作用倾覆力矩大,对竖向构件产生很大的附加轴力,从而造成附加弯矩更大。

(五)轴向变形不容忽视

采用框架体系和框架——剪力墙体系的高层建筑中,框架中柱的轴压应力往往大于边柱的轴压应力,中柱的轴向压缩变形大于边柱的轴向压缩变形。当房屋很高时,此种轴向变形的差异将会达到较大的数值,其后果相当于连续梁中间支座沉陷,从而使连续梁中间支座处的负弯矩值减小,跨中正弯矩值和端支座负弯矩值增大。

(六)概念设计与理论计算同样重要

抗震设计可以分为计算设计和概念设计两部分。高层建筑结构的抗震设计计算是在一定的假想条件下进行的,尽管分析手段不断提高,分析的原则不断完善,但由于地震作用的复杂性和不确定性,地基土影响的复杂性和结构体系本身的复杂性,可能导致理论分析计算和实际情况相差数倍之多,尤其是当结构进入弹塑性阶段之后,会出现构件局部开裂甚至破坏,这时结构已很难用常规的计算原理去进行分析。实践表明,在设计中把握好高层建筑的概念设计也是很重要的。

二、高层建筑的结构体系

(一)高层建筑结构设计原则

1.钢筋混凝土高层建筑结构设计应与建筑、设备和施工密切配合,做到安全适用、技术先进、经济合理,并积极采用新技术、新工艺和新材料。

2.高层建筑结构设计应重视结构选型和构造,择优选择抗震及抗风性能好而经济合理的结构体系与平、立面布置方案,并注意加强构造连接。在抗震设计中,应保证结构整体抗震性能,使整个结构有足够的承载力、刚度和延性。

(二)高层建筑结构体系及适用范围

目前国内的高层建筑基本上采用钢筋混凝土结构。其结构体系有:框架结构、剪力墙结构、框架—剪力墙结构、筒体结构等。

1.框架结构体系。框架结构体系是由楼板、梁、柱及基础四种承重构件组成。由梁、柱、基础构成平面框架,它是主要承重结构,各平面框架再由连系梁连系起来,即形成一个空间结构体系,它是高层建筑中常用的结构形式之一。

框架结构体系优点是:建筑平面布置灵活,能获得大空间,建筑立面也容易处理,结构自重轻,计算理论也比较成熟,在一定高度范围内造价较低。

框架结构的缺点是:框架结构本身柔性较大,抗侧力能力较差,在风荷载作用下会产生较大的水平位移,在地震荷载作用下,非结构构件破坏比较严重。

框架结构的适用范围:框架结构的合理层数一般是6到15层,最经济的层数是10层左右。由于框架结构能提供较大的建筑空间,平面布置灵活,可适合多种工艺与使用的要求,已广泛应用于办公、住宅、商店、医院、旅馆、学校及多层工业厂房和仓库中。

2.剪力墙结构体系。在高层建筑中为了提高房屋结构的抗侧力刚度,在其中设置的钢筋混凝土墙体称为“剪力墙”,剪力墙的主要作用在于提高整个房屋的抗剪强度和刚度,墙体同时也作为维护及房间分格构件。剪力墙结构中,由钢筋混凝土墙体承受全部水平和竖向荷载,剪力墙沿横向纵向正交布置或沿多轴线斜交布置,它刚度大,空间整体性好,用钢量省。历史地震中,剪力墙结构表现了良好的抗震性能,震害较少发生,而且程度也较轻微,在住宅和旅馆客房中采用剪力墙结构可以较好地适应墙体较多、房间面积不太大的特点,而且可以使房间不露梁柱,整齐美观。

剪力墙结构墙体较多,不容易布置面积较大的房间,为了满足旅馆布置门厅、餐厅、会议室等大面积公共用房的要求,以及在住宅楼底层布置商店和公共设施的要求,可以将部分底层或部分层取消剪力墙代之以框架,形成框支剪力墙结构。

在框支剪力墙中,底层柱的刚度小,形成上下刚度突变,在地震作用下底层柱会产生很大内力及塑性变形,因此,在地震区不允许采用这种框支剪力墙结构。

3.框架—剪力墙结构体系。在框架结构中布置一定数量的剪力墙,可以组成框架—剪力墙结构,这种结构既有框架结构布置灵活、使用方便的特点,又有较大的刚度和较强的抗震能力,因而广泛地应用于高层建筑中的办公楼和旅馆。

4.筒体结构体系。随着建筑层数、高度的增长和抗震设防要求的提高,以平面工作状态的框架、剪力墙来组成高层建筑结构体系,往往不能满足要求。这时可以由剪力墙构成空间薄壁筒体,成为竖向悬臂箱形梁,加密柱子,以增强梁的刚度,也可以形成空间整体受力的框筒,由一个或多个筒体为主抵抗水平力的结构称为筒体结构。通常筒体结构有:

(1)框架—筒体结构。中央布置剪力墙薄壁筒,由它受大部分水平力,周边布置大柱距的普通框架,这种结构受力特点类似框架—剪力墙结构,目前南宁市的地王大厦也用这种结构。

(2)筒中筒结构。筒中筒结构由内、外两个筒体组合而成,内筒为剪力墙薄壁筒,外筒为密柱(通常柱距不大于3米)组成的框筒。由于外柱很密,梁刚度很大,门密洞口面积小(一般不大于墙体面积50%),因而框筒工作不同于普通平面框架,而有很好的空间整体作用,类似一个多孔的竖向箱形梁,有很好的抗风和抗震性能。目前国内最高的钢筋混凝土结构如上海金茂大厦(88层、420.5米)、广州中天广场大厦(80层、320米)都是采用筒中筒结构。

(3)成束筒结构。在平面内设置多个剪力墙薄壁筒体,每个筒体都比较小,这种结构多用于平面形状复杂的建筑中。

(4)巨型结构体系。巨型结构是由若干个巨柱(通常由电梯井或大面积实体柱组成)以及巨梁(每隔几层或十几个楼层设一道,梁截面一般占一至二层楼高度)组成一级巨型框架,承受主要水平力和竖向荷载,其余的楼面梁、柱组成二级结构,它只是将楼面荷载传递到第一级框架结构上去。这种结构的二级结构梁柱截面较小,使建筑布置有更大的灵活性和平面空间。

除以上介绍的几种结构体系外,还有其他一些结构形式,也可应用,如薄壳、悬索、膜结构、网架等,不过目前应用最广泛的还是框架、剪力墙、框架—剪力墙和筒体等四种结构。

[参考文献]

[1]GB50011-2001建筑抗震设计规范.

[2]GB50010-2002混凝土结构设计规范.

建筑结构论文范文篇7

简单来讲智能土木结构是智能结构应用于土木结构的产物,现代社会的人们对于建筑的要求越来越高了,而其中最为重要的就是土木结构智能化。智能结构可以说是一种仿生结构体系,集合了驱动器、主结构、传感器和控制器,具有环境适应力、结构自监控和损伤自修复的特点,甚至智能结构能够在危险发生的状况下保护自身结构不受到伤害。建筑行业的飞速发展对建筑提出了智能化需求,土木工程师们会将仿生功能材料融入到基体材料中,使得传统建筑结构拥有智能化的工程,人们在习惯上将其称为智能土木结构。智能土木结构出现了之后,进一步解决了结构评估的完整性、耐久性、强度和安全性等等的问题,更大程度上减少了建筑结构维修费用,增强了土木结构预测能力。比如说智能土木结构具有自内而外预报方式,主要的原理就是在传统土木结构的内部植入一些传感器,组成一个网络,进而对结构性能进行实时监测。智能土木结构在建筑结构中的应用前景还是十分良好的,到目前为止智能土木结构主要应用于了高层建筑、桥梁和大坝等工程。近几年来的民用建筑和结构都采用了大规模、高性能的分布式智能检测系统。这些智能检测系统都能够为智能大厦发展建立坚实基础,我国的智能大厦,到目前为止,我国智能大厦已经如同雨后春笋般不断涌现。

2现代建筑结构中智能土木结构的应用

2.1智能传感元件在现代建筑结构中的应用

土木工程中通常会在建筑结构中粘贴或者是埋入一些传感元件来对建筑物进行健康检测,在确保检测结果正确性的同时,还要对建筑物的稳固性和安全性进行更为确切检测和评价,获取最为精准的数据,从而对建筑物的命运做出判决,进行维修或者是直接报废。对于一些比较重大的土木工程建筑来说,由于其结构的修建时间比较长,设备相对来说都比较陈旧,传统传感器并不能够适应这种内部环境,这个时候选择高性能的传感器检测结构健康是十分有效的。利用智能材料、光纤等制作成传感器并且应用于土木工程的发展历程当中已经具有了划时代的意义,使得土木工程的发展史开辟出了全新的篇章。

2.2建筑工程健康监测的具体实施过程

智能土木结构在建筑工程的结构损伤和健康检测方面都起到了十分重要的作用。在土木工程当中,建筑物的检测通常会采用目测的方法,除此之外还会利用到声发射、超声波以及X射线等无损性的检测,利用这种方法能够有效杜绝很多弊端,在建筑物的内部结构中出现了破损情况,或者是建筑物的实时动态都能够得到准确检测,在满足了人们对建筑整体了解的需求之上还能够保证检测效率和检测准确率。比如说当建筑物发生了损伤,内部就会出现裂纹,这些裂纹在外部力量的作用下会加大损伤的力度,并且会以声速扩散,而这些都会被特殊材料制成的传感元件所感知到,让相关的工作人员能够更加及时准确地掌握整个建筑物的内部情况,对建筑物进行更为及时的整体规划,采取一些措施来避免建筑物事故的发生。

2.3现代建筑节能支持

智能土木结构不仅仅为普通建筑提供了安全检测的功能,还能够为智能建筑提供节能技术,并且已经在实际中得到了逐步的推广使用,建筑师们也在此基础上提出了节能建筑的概念。所谓节能建筑其实就是在设计和建造的过程中,均尽量采用节能型的材料和器具,利用智能土木结构使得建筑本身具备监测控制能力,随着外部环境的变化而适当地做出调整,把建筑的自身能耗降低到最低的水准。智能土木结构为现代建筑节能提供的技术支持能够更好地实现绿色建筑,更加有利于环境友好和可持续发展。

3智能土木结构提升策略

3.1提高智能传感的技术

传感元件的应用是绝对离不开传感技术,所以提高智能传感技术已经是势在必行的了。从仿生学的角度来看,传感器就像是建筑物自身的感受器官,要想提高智能传感技术就必须要从传感技术的系统性入手,提高传感器的处理、感知、识别的能力,并且在这个基础上要提高传感器系统的灵敏度和可靠性,实现整体传感技术智能化。在建筑工程当中,传感元件要保证不影响建筑外形结构,要同建筑材料形成较好的相容性,把对建筑物的影响尽可能地降低到最低的水平,提高建筑物当中信号的抗干扰能力。

3.2发展智能控制集成

智能控制系统是一个相当于人类大脑神经中枢的最高级部分,这不仅仅取决于运动系统和感觉系统的运行程序,还担负着整个脑神经的高级功能运转。在土木工程的内部安装集控系统中,能够对一些强降雨和风暴做出迅速的应急,尽可能地降低损失,因此,相关建筑人员应该重视对于智能控制集成的开发和利用。例如说,在一些强台风的天气,各地方都会重视安全预警,而智能建筑中发展集成控制就能够更加及时地对整个环境进行控制,确保整个建筑的安全。

4结束语

建筑结构论文范文篇8

论文摘要:大跨度空间结构是目前发展最快的结构类型。大跨度建筑及作为其核心的空间结构技术的发展战况是代表一个国家建筑科技水平的重要标志之一。而大跨度结构的表现形式是多种多样的,具体如下文所示:

一、拱券结构及穹隆结构

从迄今还保存着的古希腊宏大的露天剧场遗迹来看,人类大约在两千多年前,就有扩大室内空间的要求。古代建筑室内空间的扩大是和拱结构的演变发展紧密联系着的,从建筑历史发展的观点来看,一切拱结构-----包括各种形式的券、筒形拱、交叉拱、穹隆------的变化和发展,都可以说是人类为了谋求更大室内空间的产物。券拱技术是罗马建筑最大的特色及成就,它对欧洲建筑做出了巨大的贡献,影响之大无与伦比。罗马建筑典型的布局方法、空间组合、艺术形式和风格以及某些建筑的功能和规模等等都是同券拱结构有密切联系。

拱形结构在承受荷重后除产生重力外还要产生横向的推力,为保持稳定,这种结构必须要有坚实、宽厚的支座。例如以筒形拱来形成空间,反映在平面上必须有两条互相平行的厚实的侧墙,拱的跨度越大,支承它的墙则越厚。很明显,这必然会影响空间组合的灵活性。为了克服这种局限,在长期的实践中人们又在单向筒形拱的基础上,创造出一种双向交叉的筒形拱。而之后为了建筑的发展热门又创造出了穹隆结构穹隆结构也是一种古老的大跨度结构形式,早在公元前14世纪建造的阿托雷斯宝库所运用的就是一个直径为14.5米的叠涩穹隆。到了罗马时代,半球形的穹隆结构已被广泛地运用于各种类型的建筑,其中最著名的要算潘泰翁神庙。神殿的直径为43.3米,其上部覆盖的是一个由混凝土做成的穹隆结构。

在大跨度结构中,结构的支点越分散,对于平面布局和空间组合的约束性就越强;反之,结构的支承点越集中,其灵活性就越大。从罗马时代的筒形拱衍变成高直式的尖拱拱肋结构;从半球形的穹隆结构发展成带有帆拱的穹隆结构,都表明由于支承点的相对集中而给空间组合带来极大的灵活性。

二、椼架结构与网架结构

椼架也是一种大跨度结构。在古代,虽然也有用木材做成各种形式的构架作为屋顶结构的,但是符合力学原理的新型椼架的出现却是现代的事。椼架结构虽然可以跨越较大的空间,但是由于它自身具有一定的高度,而且上弦一般又呈两坡后曲线的形式,所以只适合担当作屋顶结构。

网架结构也是一种新型大跨度空间结构。它具有刚度大、变形小、应力分布均匀、能大幅度地减轻结构自重和节省材料等优点。网架结构可以用木材、钢筋混凝土或钢材来做,并且具有多种多样的形式,使用灵活方便,可适应于多种形式的建筑平面的要求。近来国内外许多大跨度公共建筑或工业建筑均普遍地采用这种新型的大跨度空间结构来覆盖巨大的空间。

网架结构可分为单层平面网架、单层曲面网架、单层平板网架和双层穹隆网架等多种形式。但层平面网架多由两组互相正交的正方形网格组成,可以正方,也可以斜放。这种网架比较适合于正方形或接近于正方形的巨型平面建筑。如果把单层平面网架改变为曲面-------拱或穹隆网架,或可以进一步提高结构的刚度并减小构件所承受的弯曲力。从而增大结构的跨度。

网架结构象框架结构一样,承重系统与非承重系统有明确的分工,即支承建筑空间的骨架是承重系统,而分割室内外空间的围护结构和轻质隔断,是不承受荷载的。在网架结构体系下,室内空间常依照功能要求进行分隔,可以使封闭的,也可以是半封闭或开敞的。

当今,空间平板网架结构在我国已有较大发展,而由于网架结构多采用金属管材制造,能承受较大的纵向弯曲力,与一般钢结构相比,可节约大量钢材和降低施工费用(根据有关资料统计,节约钢材约35%,降低施工费用约25%,甚至在某些情况下,耗钢量接近于普通钢筋混凝土梁中的钢筋数量)。因此,空间网架的结构形式,用于大跨度建筑具有很大的经济意义。另外,由于空间平板网架具有很大的刚度,所以结构高度不大,这对于大跨度空间造型的创作,具有无比的优越性。

三、壳体结构

一般而言,用轻质高强材料做成的结构,若按强度计算,其剖面尺寸可以大大地减小,但是这种结构在荷载的作用下,却容易因变形而失去稳定并最后导致破坏。而壳体结构正是由于合理的外形,不仅内部应力分配既合理又均匀,同时又可以保持极好的稳定性,所以壳体结构尽管厚度极小却可以覆盖很大的空间。

壳体结构的刚度,取决于它的合理形状,而不像其他结构形式需要加大结构断面,所以材料消耗量低;其静载也不像其他结构形式那样随跨度增大而加大,所以其厚度可以做得很薄;该结构的承重和无盖合而为一,使其更加经济有效,且在建筑空间利用上越加充分。

壳体结构按其受力情况不同可以分为折板、单曲面壳和双曲面壳等多种类型。在实际应用中,壳体结构的形式更是丰富多彩的。例如悉尼歌剧院,其外观为三组巨大的壳片,耸立在一南北长186米、东西最宽处为97米的现浇钢筋混凝土结构的基座上。而壳体结构既可以单独使用又可以组合起来使用;既可以用来覆盖大面积空间,又可以用来覆盖中等面积的空间;既适合方形、矩形平面要求,又可以适应圆形平面、三角形平面,及至其他特殊形状平面的要求。

因为壳体结构属于高效能空间薄壁结构范畴,可以适应于力学要求的各种曲线形状,所以其承受弯曲及扭转的能力远比平面结构系统大。另外,因结构受力均匀,因而可充分发挥材料的材耗,所以壳体结构体系非常适用于大跨度的各类建筑。

四、悬索结构

由于钢的强度很高,很小的截面就能够承受很大的拉力,因而在本世纪初就开始用钢索来悬吊屋顶结构。悬索在均匀荷载作用下必然下垂而呈悬链曲线的形式,索的两端不仅会产生垂直向下的压力,而且还会产生向内的水平拉力。单向悬索结构为了支承悬索并保持平衡,必须在索的两端设置立柱和斜向拉索,以分别承受悬索所给予的垂直压力和水平拉力。单向悬索的稳定性很差,特别是在风力的作用下,容易产生振动和失稳。

为了提高结构的稳定性和抗风能力,还可以采用双层悬索或双向悬索。双层悬索结构平面呈圆形,索分上下两层,下层索承受屋顶全部荷载,为承重索;上层索起稳定作用,为稳定索,上下两层索均张拉于内外两个圆环上而形成整体。这种形式的悬索结构承重索与稳定索具有相反的弯曲方向,这两种索交织成索网,经过预张拉后形成整体,具有良好的稳定性和抗风能力。

悬索结构除跨度大、自重轻、用料省外还具有平面形式多样(除可覆盖一般矩形平面外还可以覆盖圆形、椭圆、正方形、菱形乃至其他不规则平面的空间),使用的灵活性大、范围广;由多变的曲面所形成的内部空间既宽大宏伟又富有运动感;主剖面呈下凹的曲面形式,曲率平缓,如处理得当既能顺应功能要求又可以大大节省空间和空调费用;形式变化多样,可以为建筑形体和立面处理提供新的可能性。

在大跨度结构建筑选型时,悬索结构由于没有繁琐支撑体系的屋盖结构选型,所以该种结构是较为理想的形式。在荷载作用下,悬索结构体系能承受巨大的拉力,因此要求设置能承受较大压力的构件与之相平衡。

五、膜结构

膜结构是空间结构中最新发展起来的一种类型,它以性能优良的织物为材料,或是向膜内充气,由空气压力支撑膜面,或是利用柔性钢索或刚性骨架将膜面绷紧,从而形成具有一定刚度并能覆盖大跨度结构体系。膜结构既能承重又能起围护作用,与传统结构相比,其重量却大大减轻,仅为一般屋盖重量的1/10---1/30。

膜结构按其支承方式的不同,一般包括(1)空气膜结构----跨度大时可用气承式,就是在建筑物内部空间注以空气,屋面的拱度一般都较低,以减小欺压,大跨度时往往在建筑物的对角线方向布置交叉的钢索,对膜面起加劲作用。而气胀式空气膜结构则是将膜材做成周围密封的圆形双层,充气后形成飞碟状;或将膜材作成半圆形圆筒,充气后如同半个轮胎,以此为单元组合成各种屋盖。该膜结构主要用在跨度较小的临时性建筑上。(2)悬挂膜结构-----一般采用独立的桅杆或拱作为支承结构将钢索与膜材悬挂起来,然后利用钢索向膜面施加张力将其绷紧,这样就形成了具有一定刚度的屋盖。(3)骨架支撑膜结构------这是以钢骨架代替了空气膜结构中的空气作为膜的支撑结构,骨架可按建筑要求选用拱、网壳之类的结构,然后在骨架上敷设膜材并绷紧,适用于平面为方形、圆形或矩形的建筑物。(4)复合膜结构----这是膜结构中新的结构体系,由钢索、膜材及少量受压的杆件组成,由于主要用于圆形平面,称“索穹顶”。这个体系包括连续的拉索和单独的压杆,在荷载作用下,力从中心受拉环或椼架通过放射状的径向脊索、谷索、环向拉索、斜拉索传向周围的受压环梁。扇形的膜面从中心环向外环方向展开。通过对钢索施加拉力而绷紧,固定在压杆与接合处的节点上。该结构适用于大跨度的圆形或椭圆形建筑。

以上是现代大跨度建筑的常用结构形式,概括地说,无论是从建筑历史抑或是从今后发展来看,在建筑设计创作中,结构因素的影响是举足轻重的,古今中外优秀的建筑作品,总是与良好的结构形式相辅相成浑然一体的。因此建筑结构是每个建筑者必须掌握的。

参考书目:

《公共建筑设计原理》张文忠主编中国建筑工业出版社

《中国建筑史》潘古西主编中国建筑工业出版社

《外国建筑史》陈志华著中国建筑工业出版社

建筑结构论文范文篇9

关键词:建筑结构检测加固修复

引言:纵观世界各国火灾发生规律.建筑火灾一般要占火灾总数的60%左右,而居住建筑火灾在建筑火灾中所占比例则更高,就此类火灾而言.建筑结构均遭到不同程度的损害,有的需要简单修复或需要进行加固,有的则需要拆掉重建。目前,由于国际建筑结构灾害工程学刚刚起步,现行建筑结构火灾后的检测与加固工作尚不规范,而在消防监督工作实践中经常要接触到类似情况,本文粗浅的介绍目前通用的建筑结构火灾后的检测与加固方法和程序。

1火灾对建筑结构损害的机理和破坏作用

对建筑结构实施科学的检测和加固,首先必须了解火灾对建筑结构造成损害的机理和破坏作用。混凝土是以水泥为胶凝材料,加粗骨料(石子)、细骨料(砂)、掺和料、外加剂等用水和,硬化而成的人工石。它在火作用下的机理可归纳为以下三个方面:第一,表面受火处温度升高比内部快,内外温差引起混凝土开裂。火灾时,混凝土中各种水分迅速汽化,体积明显膨胀,冲破障碍迅速逃逸,导致强度下降;第二,水泥石受热分解,使胶体的粘结力破坏,出现裂缝,表面发毛、起砂、呈蜂窝状、出现龟裂、边角溃散脱落等现象;第三,骨料和水泥石间的热不相容,水泥石受拉,骨料受压,导致应力集中和微裂缝的开展。破坏的程度取决于温度升高的速率、最高温度和火作用持续的时间:当温度低于500℃时,浇水冷却的混凝土强度低于自然冷却后的强度,而高于600℃时,浇水冷却后的强度高于自然冷却后的强度火对钢材的主要影响,表现在原子热振动加剧并扩散.产生软化,到一定程度后可抵消硬化的影响。高温时,原子间的结合力也有所降低.从而增加滑移变形,减少了抗滑能力。在1400℃时,钢筋进人液态,失去了抵抗荷载的能力。火灾时,钢筋与混凝土间的粘结强度随温度升高呈下降趋势,且对光圆钢筋的影响比螺纹钢筋更为突出。火灾对砌体的作用由砖块材质和砂浆性能决定,砂浆的弹性模量比砖的弹性模量小,热膨胀比砖大,因而在高温受压时产生比砖块更大的横向变形。

2建筑结构的灾后检测

建筑结构加固前的检测十分重要,它可以避免加固中的盲目性。但是,通过检测所作的鉴定只能大概地确定结构的现状。为此,鉴定检测工作必须尽可能多的调查、实测资料,以便对结构的现状作出较客观的判断。鉴定工作包括资料收集、现状的检测、抗力的验算和加固的建议。

2.1资料的收集即对建筑物的情况详细地进行调查,包括建筑结构图纸、建造年代、上部结构概况、基础结构及地质资料、荷载状况、施工概况等。

2.2现状的检测具体到建筑结构材料的检测,主要有:

2.2.1回弹法:用回弹仪弹击混凝土表面,由反射面的硬度决定回弹值。在混凝土表面存在石子、水泥石和水泥胶体,当水泥标号较高时,水泥石强度高,回弹值也高,混凝土强度也高。

2.2.2拉拔法:通过专门的工具锚人混凝土中,通过抗压强度推算抗拉强度以评定其质量。

2.2.3超声法:在正常混凝土中弹性模量与强度有稳定的关系,超声波通过发射、接收装置测出波速,波速可以通过材料弹性模量进而评定其强度。

2.2.4钻进法:在恒压下用等速冲击钻钻入混凝土表面,由钻进速度确定混凝土的内在质量。

2.2.5岩芯取样法:是一种较好的强度测量方法,但取芯太小影响测量,取芯太大易加大损害。

2.2.6动力法:通过激振或脉冲动测出结构的动力特性,由频率可以确定弹性模量,进而评定其强度:

2.2.7现场结构加载试验:是一种费用较高的检测方法,一般要加到超过设计荷载的5%~10%,但要小于极限荷载,否则易引起结构损坏。

2.2.8敲击法:回弹法和钻芯法是基本的检测方法,可以定量地测出混凝土的强度变化数值。由于这两种方法的检测点有限,而结构各部位的火灾温度相差很大,且没有规律,所以当测得数据后,在具体确定加固范围、加固深度时,又往往采用敲击法验证。混凝土抗压强度与敲击后的状况见。

上述方法,由于检测工具、操作方法等原因,检测结果往往有较大差异,需要采用“综合评定”和“对比评定”的方法来提高检测效率和可靠性。

发生火灾后,首先应由业主会同消防、设计、质检等部门对建筑物受损情况进行调查及检测,主要内容应包括:火灾温度,结构材料性能,受损结构外观及变形情况等见。

2.3抗力的验算

对现有结构的抗力进行验算,以确定加固的水平:

2.3.1结构材料的现有强度,火灾后要考虑材料的强度折减和沿截面分布。

2.3.2结构现有的实际刚度.这对确定超静定结构的弯矩分布至关重要。

2.3.3混凝土结构以实际配筋按规范验算抗力和提供允许荷载值.用混凝土加固砌体结构时,按砌体规范验算其抗力。

2.3.4当结构无法测定其配筋时,可根据现有荷载及结构裂缝和变形状况进行抗力验算各项资料及检测数据收集齐全后,才能根据加固要求、结构现状的可能性、施工场地及条件、材料供应的可能性等,作出鉴定结论.提出一个或几个方案,从而进行加固设计。

3建筑结构的加固和修复

3.1火灾损害大致可以分为下列几类:①轻度损害:在局部范围内的表面损害,边沿剥落和产生裂缝;②中度损害:结构部件没有塑性变形,但有严重的截面损害以及钢筋强度降低;③在单个建筑部件和结构范围中的严重损害:承重构件部分或完全失去作用,但不致倒塌;④.化学损害:目前最重要的情况是聚氯乙烯燃烧气体对混凝土结构的侵蚀。

3.2受损构件的修复加固

3.2.1基本原则

修复加固设计应简单易行、安全可靠、经济合理;要注意被加固构件的节点构造和施工方法,保证加固部分与原结构共同工作并考虑加固对建筑物总体应力变化的影响。

在确定方案时有两种倾向值得注意:

(l)掉以轻心。认为火灾后构件并未完全丧失承载力,未考虑火灾隐患对构件长期使用的影响,不予认真处理。

(2)过于保守。任意加大处理范围,任意决定“打掉重建”。其实,“打掉重建”有时是不安全的,比如连续梁,随意打掉某一跨就会对相邻跨的内力分布产生不利影响。

3.2.2确保施工质量

由于修复加固的构造及施工方法与正常建设时不同,故必须强调精心施工,确保质量。如某一框架梁用“加大截面法”修复加固,要求在原构件表面外包5cm左右一层混凝土,施工难度较大,需采用专门的施工设备和工艺,如用小直径振捣棒振捣或用人工插捣等。

3.3结构加固方法

3.3.1各种结构加固方法的原则是,铲除损坏的混凝土,必要时加钢筋来保证结构部件具有完全的承载力,按照需要的尺寸用相应的混凝土给截面复原,加固可采用置换、绕丝、粘钢和粘玻璃钢等方式。对于不影响结构部件的承载能力的轻度损害,只要铲除松弛的混凝土部分,再进行填补,作好混凝土表面,以保证钢筋不受锈蚀。火灾区混凝土在受热后因水泥石收缩变形而产生的内应力和由于火灾升温、降温阶段的温度分布不均匀所产生的温度应力等,使其烧伤区内微观结构发生一系列的变化,导致混凝l土内部出现微细裂缝,降低混凝土强度,增大其三塑性变形。为确定混凝土被破坏的程度,采用超J声脉冲法进行了烧伤深度的检测,采用拔出法辅以钻取混凝土芯样,对梁、柱混凝土强度进行检测。对于能够造成结构承载能力降低的中度损害,应小心地铲去损害的混凝土层。这种混凝土层从火烧的颜色即可看出,不必对其强度作精确的调查,而火烧颜色因混凝土组成和达到的温度不同而不同。一般来说,受损的混凝土呈储红色存留的混凝土表面最好利用喷砂清洗干净并弄粗糙.如果钢筋强度降低,需要置放附加钢筋。最后用相应强度的新混凝土给截面复原。新、旧混凝土之间必须有良好结合,钢筋必须有良好结合,并且握裹力强另外采用粘结钢和玻璃钢结合的方法有很大的优越性,根据结构部件的不同。大多采用喷射混凝土或者模板浇注。严重损害应该根据现场情况个别处理,常常需要局部加固或拆掉重建,上述原则也可以在这类情况下酌情处理:

3.3.2各类建筑部件的加固有不同的特点。

3.3.2.1柱子的加固一般是采用安放圈套进行的,圈套尺寸的选择应保证能有足够地方放置附加钢筋,并能顺利浇灌混凝土:圈套大都做成模板,柱子较高时可分节制作加固时小亡谨慎地铲去全部受损松弛的混凝土,保证柱子中不留内部裂缝,必要时采取加支架等安全措施。柱子的加固还应按照应力要求放置附加钢筋,要采用细钢筋做箍筋,布置密度要大。

建筑结构论文范文篇10

1.1结构形式对造价成本的影响结构形式的选择作为建筑结构设计的核心内容对于工程造价成本的影响主要表现在建筑结构的经济和美观方面,在符合规范化要求的基础之上尽可能突出建筑结构设计的主体功能,这对于提升建筑结构的稳定性与安全性极为有利。鉴于如此,我们需要在了解建筑结构体系的前提之下来对其结构形式做出合理设计,尽可能减少额外的工程投资。

1.2基础构造对造价成本的影响作为工程建筑的核心组成要素,地基构造被划分为天然地基与人工地基两个部分,它们对于造价成本的控制不容忽视。天然地基由于避免了人为加固的过程,因此无论是工作量还是工程投资都相对较少,然而天然地基虽然有着较好的地质条件,若是发生地基与构造设计之间的矛盾时也是需要通过复合地基的应用来保证基础构造的稳固性。地基中的加固区由改良之后的天然地基土体与增强体两个部分构成,是常见的人工地基形式。桩基本身具备相对应的承载能力与沉降能力,由于操作灵活便捷因此其应用范围也相对较广。可见,不同类型的基础构造形成所耗费的造价成本也不尽相同,因此我们需要在尽可能保障结构稳定的前提之下来选择最为合理的基础构造形式。

1.3结构延性对造价成本的影响对于建筑结构设计而言,其中的结构延性是建筑抗震能力的有效保障,因此结构延性越好的设计其建筑物对应的抗震能力也就越高。抗侧力结构与抗震能力有着密切联系,而这一设计过程势必也会提高建筑物本身的安全风险。由此可见,延性较大的结构设计对应的抗倒塌能力也相应更强,其中针对抗震结构成本的有效控制也是减少造价成本的重要过程。

1.4钢筋混凝土强度对造价成本的影响当前我国建筑施工过程中针对受力钢筋的选择普遍采用的是HRB335,而辅助钢筋则一般选择HPB,混凝土类型为C20-C40。不难看出,我国的钢筋混凝土相较于国外而言显然强度较低,价格高的混凝土势必将导致混凝土整体造价的提升。相同的施工情况下若是采用强度较高的混凝土则会导致构件界面尺寸的减少,针对垂直运输量的成本控制对于减少工程造价极为有利。钢筋选择方面,强度较大的钢筋也势必将导致钢筋用量的减少,这也是控制造价成本的有效方式,这些内容都应当在结构设计环节中引起高度重视。

2通过建筑结构设计控制造价成本的有效措施

2.1将价值工程应用于建筑结构设计当中对于建筑工程而言,造价成本控制需要在施工全过程得以体现,结构设计对于造价成本控制达到40~70%,因此重视结构设计阶段的造价管理是极其必要的。价值工程理论对于工程造价成本控制也有积极的促进作用,通过最低成本投入来获得最大的经济效益,这也是当前建筑企业提升产品价值的重要方式,其基本公式为V=F/C,这一工程突出了成本与功能之间的关系,其中价值用V来表示,而C和F则分别代表成本与功能,通过价值工程理论的计算能够有效推动价值与成本之间的利益关系构建,同时作为价值工程实施的主要内容,功能与成本之间的组合划分也实现了企业经济利益的最大化。

2.2强化设计阶段对建筑造价成本的有效控制建筑结构设计的优劣可从建筑物的传力途径、体系构建以及材料选择等方面得以呈现,因此从设计阶段来合理控制结构设计对建筑造价成本的影响是极为有效的。设计阶段需要关注的内容除了建筑物本身的功能与外观之外,还需要从建筑物的空间高度、使用功能以及内部平面设计等方面来促进结构设计工作的有效开展,尽可能满足客户的使用需求。从当前建筑结构设计的发展趋势不难分析,建筑形式的多样化使得结构设计方面也表现出一定的复杂性特征,从结构效益出发合理规范建筑构造设计需要将工程实际状况与工程造价相联系,在对建筑物地质条件以及地基状况进行实地勘察之后再对建筑结构设计做出必要的调整与优化。从图1建筑工程结构设计流程不难看出,从起初的概念化设计阶段到最终的结构设计验证都需要与结构工程投资相结合,尽可能突出工程建设的经济性与合理性。

2.3突出限额设计的合理化从工程建设的实际使用功能以及抗震能力角度分析,工程造价控制需要在特定的建设环节中得到确切落实,若是超出了规定的范围则势必将造成资金浪费问题的产生,因此突出限额设计的合理化是尤为必要的。工程造价的合理实施与工程施工周期以及经济效益有着必然关联,因此限额设计还需要与设计竞争机制相联系,完善结构设计方案实施,将阶段内的投资额落实到每一个结构设计环节之中,通过动态管理的方式促进结构设计对工程造价成本的有效控制。

2.4推行设计与建造工程一体化的承包方式设计与建造工程一体化承包方式在结构设计过程中的运用使得设计预算能够真正落实到工程建设的全过程,通过对设计方案的优化来实现对工程造价问题的解决,从材料及设备等方面完善一体化承包的实施过程,这是对工程质量的保障,同时也进一步肯定了结构设计环节对工程造价成本的控制作用。

3结束语