1、 结构选型建筑体系实例分析（一）剪力墙结构体系（二）桁架结构体系（三）网架结构体系（四）悬索结构体系（五）筒体体系1.剪力墙结构体系1.1 剪力墙结构体系概述剪力墙结构是用钢筋混凝土墙板来代替框架结构中的梁柱，能承担各类荷载引起的内力，并能有效控制结构的水平力。钢筋混凝土墙板能承受竖向和水平力，它的刚度很大，空间整体性好，房间内不外露梁、柱楞角，便于室内布置，方便使用。剪力墙结构形式是高层住宅采用最为广泛的一种结构形式。其墙体同时也起围护及分割房间的作用。整体性好，刚度大，抗震性能好，适于建造高层建筑。不过剪力墙间距太小，平面布置不灵活，自重大，不适应建造公共建筑，一般适用于建造住宅。剪力墙结
2、构体系主要有：框架-剪力墙结构、剪力墙结构、框支剪力墙结构、筒式结构等四大类。1.2 实例工程项目概况本工程是一栋位于上海市静安区的单身公寓，高96m ，主体长49.2m ，最大宽度16.1m，地下一层，地上24层，总建筑面积23000m。地下为停车库，层高4.4m，地上一 二层为裙楼，层高为 4.5m和3.9m，三 七层标准层层高2.8m，八层 顶层层高 4.6m。八层以上在装修时做夹层处理，在结构计算时将增加的荷载考虑进去。1.3 实例工程项目结构选型与结构布置分析本工程为钢筋混凝土框支剪力墙结构体系，框支层的框架梁、柱、墙抗震等级为一级，其余各层框架及剪力墙均为二级。内应力组合时，取恒荷
3、分项系数1.2,活荷载分项系数1.4,地震荷载分项系数1.3，风荷载分项系数1.4。地下室底板混凝土强度等级C30，地下室其余部分及一至十五层柱、墙、梁、板均为C40混凝土。 。十六层至顶层柱、墙、梁节点区和二层屋顶法和二层至顶层板均为C30混凝土。该建筑地下一层做车库使用，故需将上部结构的部需将上部结构的部分剪力墙做转换。因建筑用地非常紧，结构构件的平面尺寸调整余地很小，平面南侧上一排柱宽度受限，只能增大截面高度，结构沿纵向可以设置的剪力墙相对较少且多集中在平面的北侧，故出现平面南侧刚度相对较弱的情况，建筑物两端山墙上要求开几个大洞，使山墙不可能设置较长的剪力墙，削弱了结构的整体刚度。初算后
4、的结果，一些层的位移不能满足，结构的刚度偏小，抗扭刚度较低，扭转效应偏大。为了避免竖向构件处于拉剪应力状态，必须做重新调整。A轴上的框架梁为3501100，在D轴处剪力墙均为300厚，使纵向结构刚度较高。同时，把建筑物两端山墙上建筑要求不能设剪力墙的位置，尽量加大连梁的高度，自六到二十四层为2501500，将剪力墙相对集中的平面北侧的一些剪力墙做适当的开洞处理，使结构的刚心和质心的偏心距减。因结构是在地下室层转换的，该层框支柱的断面尺寸因地下车库建筑平面的布局而受到限制。A轴上的框支柱断面为7001600。主要的框支梁断面尺寸为7002000，上部纵向钢筋2025，下部纵向钢筋2025，梁侧腰
5、筋为818200，箍筋12100。除转换层楼板厚度用200mm外，在转换层上部相邻的两层均用180mm厚板，这些板的配筋采用双层双向配筋。各层楼板均在结构角部楼板跨度1/3区域加配放射筋10100。在八至二十三层，因层高为4.6m，考虑到将来装修时要做部分夹层，故每一道轴线在2.4m高度处均增设圈梁，这样，既可以为设置夹层钢板预留埋件，又从构造上加强了结构的抗震能力。在转换层及以上各层的剪力墙均设置暗梁及暗柱，形成剪力墙周遍的约束构件，在剪力墙的底部加强区域，均按一级抗震要求做构造配筋。2.桁架结构体系2.1桁架结构体系概述桁架结构中的桁架指的是桁架梁，是格构化的一种梁式结构。桁架结构常用于大
6、跨度的厂房、展览馆、体育馆和桥梁等公共建筑中。由于大多用于建筑的屋盖结构，桁架通常也被称作屋架。当涉及大跨度或重荷载时，用于建筑的屋盖结构的桁架通常称作屋架，桁架要比梁更经济。桁架，是由一些细长直杆按适当方式分别在两端连接而成的几何形状不变的结构。桁架按其材料可分为木桁架、钢筋混凝土桁架、钢桁架。2.2 实例工程项目概况中国国家大剧院位于北京市中心天安门广场西，人民大会堂西侧，西长安街以南，由国家大剧院主体建筑及南北两侧的水下长廊、地下停车场、人工湖、绿地组成，总占地面积 11.89 万平方米，总建筑面积约 16.5 万平方米，其中主体建筑 10.5 万中国国家大剧院标志平方米，地下附属设施
7、6 万平方米。2.3实例工程项目结构选型与结构布置分析国家大剧院壳体外形是半个超级椭球体，其长轴长度为 212.20m，短轴长度为 143.64m，高度为 46.285m。其内部主要布置有一个容纳 2416 人的戏剧厅、一个容纳 2017 人的音乐厅、一个容纳 1040 人的剧场。国家大剧院壳体钢结构主要由 148 榀沿椭球面均匀垂直布置的平面桁架、11840 根水平布置的环向系杆、对称布置的四块平面斜撑及顶部结构组成，也就是说国家大剧院是以众多桁架组成的壳体结构。壳体总用钢量约 6760t，主要钢材材质为 Q345D 钢。平面桁架按照是否外露分为长轴桁架和短轴桁架，短轴桁架区域的屋面采用玻璃
8、形式，为外露构件，采用厚度为 60mm 钢板条作为桁架的弦杆和腹杆，共 46 榀，总重量约为 2050t；长轴桁架区域的屋面采用钛合金板形式，为隐蔽构件，其弦杆和腹杆均为 H 型钢截面，共 102 榀，总重量约为 2100t。水平布置的环向系杆采用 140194 等规格的钢管，通过两端的半球与平面桁架连接。平面斜撑布置在长轴区域，截面均采用 H 型钢截面。顶部结构由钢管环梁、箱形梁、顶部短轴桁架、顶部长轴桁架、连系杆组成，钢管环梁的规格为 1117.626，顶部短轴桁架、顶部长轴桁架、连系杆与下部结构近似，总重量约为 1050t。3.网架结构体系3.1网架结构体系概述网架结构体系是一种新兴的屋
9、盖结构，它是由平面桁架发展起来的，由多根杆件按照一定的网格形式通过节点连结而成的空间结构。由于以桁架代替了梁，所以，网架系统的双向作用可以用来跨越更大的面积，是一种大面积的刚性覆盖结构。因此，具有空间受力、重量轻、刚度大、抗震性能好等优点；可用作体育馆、 影剧院、展览厅、候车厅、体育场看台雨篷、飞机库等，按其外形的不同，可分为曲面网架和平面网架两类。3.2 实例工程项目概况中国建筑文化中心总建筑面积8万m, 是一幢多功能综合性大厦。整个建筑中部突出, 左右两翼对称, 风格独特。会议展览中心采用了大跨度曲线钢网架屋面, 上铺彩色镀铝锌板, 局部设采光窗, 整个网架为一前低后高的坡屋面, 最低处的
10、标高为28.80m, 最高处的标高为44.80m。在网架的前端设有 17.954m 的竖向网架用于悬挂玻璃幕墙, 整个玻璃幕墙(竖向网架自重除外)自重为42.37t。该坡屋面网架在悬挑10m的基础上, 再悬挂如此大面积、重荷载的结构 , 这在国内尚属首次。3.3实例工程项目结构选型与结构布置分析坡屋面网架为点支承网架,最前排支座距网架前端为10m, 玻璃幕墙的荷载全部由坡屋面网架承担,不允许直接传给下部的结构层。设计采用正放四角锥网架,下弦支承,玻璃幕墙在风荷载作用下侧向的稳定性是设计的难点与关键。由于坡屋面网架悬挑距离长,稳定性差,在整个跨度(53.1m) 内竖向挠度不一致,造成玻璃幕墙平面
11、内整体刚度较差。此外,玻璃幕墙与坡屋面网架螺栓球之间的连接也难以保证玻璃幕墙与坡屋面网架共同工作。为解决上述问题, 在反复论证的基础上,决定采用竖向网架承受幕墙的荷载,这样不仅解决了连接问题,还可以保证幕墙每块玻璃之间不产生相对位移。将坡屋面网架与竖向网架组合后,经计算发现,玻璃幕墙荷载对坡屋面网架的影响主要反映在悬挑跨与后一跨的范围内,对其它跨的网架影响不大,因此在悬挑跨及后一跨采用三层网架, 而其它跨仍采用双层网架,这样不仅减小了坡屋面网架的竖向挠度,而且可使双层网架的厚度大大降低,从而降低了工程造价。根据荷载情况, 将网格由原土建设计提供的3m2.25m,2.1m2.25m 改为3m3m
12、, 2.8m3m, 这样,整个坡屋面网架的网格数减少了30%,使结构设计更为合理。原土建设计提供的网架厚度为3m, 由于采用了双层、三层及竖向网架的组合结构,三层网架厚度为3m, 双层网架厚度减小至1.8m, 竖向网架厚度为0.75m。4.悬索结构体系4.1悬索结构体系概述悬索结构是以一系列的受拉的钢索（或拉条）作为主要承重构件，钢索按一定规律组成各种不同形式的结构体系，并悬挂在相应的支承结构上。悬索一般采用由高强度钢丝组成的钢铰线、钢丝绳或钢丝束，也可以采用圆钢筋或带状薄钢板。悬索结构通过钢索的轴向拉伸来抵抗外部的载荷作用，可以最充分地利用钢材的抗拉强度，采用高强度钢材时，更可大大的减轻结构
13、自重。它的主要特点是受力合理，可以充分的利用高强度钢索的性能，能较经济的跨越很大的跨度。悬索结构便于建筑造型，适用于多样的平面图形和外形轮廓，能较自由的满足各种建筑功能的饿要求。4.2 实例工程项目概况天津泰达足球场，2004 年 1 月竣工。天津泰达足球场工程总投资约 5.3 亿元，总建筑面积 61000m2，设有 38000 个席位。包括赛场、休息室、检测室、多功能厅、新闻发布厅、贵宾包房、专卖店、餐厅等。钢结构制作、安装内容包括东西看台、南北看台、四角区看台设备房、东区餐厅及四角灯塔等五大部分。4.3实例工程项目结构选型与结构布置分析天津泰达足球场，总耗钢量达4300t，其中东西看台为悬
14、吊索斜拉结构，由22榀高达45米的月牙形主桁架、26榀屋面桁架、22根拉索和混凝土平衡块组成。其中主桁架单重52t，安装离地高达5m，屋面桁架单重11.2t，安装离地高33.2m；桁架钢管相交节点采用交叉插板形式，部分主弦杆为弯圆，主桁架变直径钢管对接采用锥形过渡段，制作难度极高。南北看台和东区餐厅为蜂窝形变截面、变曲率焊接H型大梁结构，曲率截面高1.5m，翼缘板厚达40mm，卷板圆弧度要求高，须用大型卷板设备制作，南北看台的7榀弧形环梁，南看台每榀重达23.9t，北看台每榀重达31.9t。5.筒体体系5.1筒体结构体系概述由若干纵横交接的剪力墙集中到房屋内部或外部形成封闭筒体，以此来承受房屋
15、大部分或全部竖向荷载和水平荷载所组成的结构体系称为筒体结构体系。筒体结构的空间结构有很大的抗侧力刚度和抗扭能力，同时剪力墙集中布置使建筑平面设计具有很大的灵活性，因此主要用于各种高层和超高层公共建筑。5.2 实例工程项目概况由美国SOM 设计事务所设计的金茂大厦, 是由一幢塔楼和一幢连体的低层裙房组成, 总建筑面积为29万m , 塔楼高度为420.5, 是中国第一、世界第三高楼。建筑包括50层的办公层及位于其上部的32层宾馆层另外还有2层是餐厅及观光层。汽车及自行车库位于地下层。裙房包括商场、大厅及展览厅。是集现代办公楼、豪华五星级酒店、商业会展、高档宴会、观光、娱乐、商场等综合设施于一体，深
16、富中华民族文化内涵，溶汇西方建筑艺术的智慧型摩天大楼。5.3实例工程项目结构选型与结构布置分析上部结构是钢结构和钢筋混凝上结构的混合体, 水平抵抗系统的主要部件包括钢筋混凝土核心筒该核心筒通过外伸衍架同外部的复合巨型柱连接。在剪力墙核心筒内有电梯房、风机房。八角形核心筒墙边的中对中尺一寸是27m, 从基础一直延伸至87层。从基础到87层核心筒墙的厚度为850mm450mm, 其强度从C60 至C40。在办公层, 核心筒内有四堵厚度为450mm相互连接的隔墙。在宾馆层,核心筒内是一个中庭, 一直通往塔尖, 总高度约205.7m 。复合巨型柱的混凝上剖面从基础层的1.55m到87层的13.5m。强
17、度C60从至C40。剪力墙核心筒内通过钢结构外伸析架同外部复合巨型柱连接。此外外伸柑架系统提供了一个有效的水平荷载抵抗力。在建筑弯曲变形的情况下使结构有效深度达到最大限度。整个系统就是一个垂直悬臂, 降低了向风柱的张力和背风柱的压力。同时, 均匀地分布币力荷载, 避免了外部复合巨型柱的相对上升。八面形墙提供了特殊的抗扭强度, 消除了构架系统与外部柱相互连接的需要。外伸桁架位于2426层, 5153层及8587层。在8587层的外伸析架上方覆盖有一个三维空间框架, 此框架显出了塔的形状，这一结构有效地传递核心筒和外部复合巨型柱间的水平荷载, 该结构还解决了同塔尖连接的那部分建筑顶部的局部水平系统的问题, 同时还为顶层的重型设备房提供了重力荷载支撑，允许荷载传到中庭。
