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1.2.1 建筑结构体系和可靠性要求

1.常用结构体系与应用建筑物结构体系承受竖向荷载和侧向荷载,并最终将这些荷载安全地传至地基常见的结构体系有混合结构、框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构、简体结构桁架结构、网架结构、拱式结构、悬索结构等

1)混合结构

混合结构房屋一般是指楼盖和屋盖采用钢筋混凝土或钢木结构,而墙和柱采用砌体结构建造的房屋,大多用在住宅、办公楼、教学楼建筑中。住宅建筑最适合采用混合结构。

2)框架结构

框架结构是利用梁、柱组成的纵、横两个方向的框架形成的结构体系。常用于公共建筑、工业厂房等。其主要优点是建筑平面布置灵活,可形成较大的建筑空间,建筑立面处理也比较方便。主要缺点是侧向刚度较小,当层数较多时,会产生过大的侧移易引起非结构性构件(如隔墙、装饰等)破坏进而影响使用。

3)剪力墙结构

剪力墙结构是利用建筑物的墙体(内墙和外墙)做成剪力墙,既承受垂直荷载,也承受水平荷载,墙体既受剪又受弯,所以称剪力墙。剪力墙结构的优点是:侧向刚度大,水平荷载作用下侧移小。缺点是:剪力墙的间距小,结构建筑平面布置不灵活,结构自重也较大。剪力墙结构多应用于住宅建筑,不适用于大空间的公共建筑。

4)框架-剪力墙结构

框架-剪力墙结构是在框架结构中设置适当剪力墙的结构。它具有框架结构平面布置灵活、空间较大的优点,又具有侧向刚度较大的优点。框架-剪力墙结构中,剪力墙主要承受水平荷载,竖向荷载主要由框架承担。框架-剪力墙结构适用于不超过170m 高的建筑。

5)筒体结构

在高层建筑中,特别是超高层建筑中,水平荷载越来越大,起着控制作用。简体结构便是抵抗水平荷载最有效的结构体系,可分为框架-核心简结构、简中简结构以及多简结构等。简体结构适用于高度不超过300m的建筑,

6)桁架结构

桁架是由杆件组成的结构体系。桁架结构的优点是可利用截面较小的杆件组成截面较大的构件。单层厂房的屋架常选用桁架结构,在其他结构体系中也得到应用,如拱式结构、单层钢架结构等体系中,当断面较大时,亦可采用架的形式。

7)网架结构网架是由许多杆件按照一定规律组成的网状结构。网架结构可分为平板网架和曲面网架。平板网架采用较多,其优点是:空间受力体系,件主要承受轴向力,受力合理,节约材料,整体性能好,刚度大,抗震性能好。杆件类型较少,适合工业化生产。平板网架可分为交叉桁架体系和角锥体系两类。角锥体系受力更为合理,刚度更大。

8)拱式结构

拱是一种有推力的结构,它的主要内力是轴向压力,可利用抗压性能良好的混凝土建造大跨度的拱式结构。它适用于体育馆、展览馆等建筑。

9)悬索结构

悬索结构在建筑工程中,主要用于体育馆、展览馆等大跨度结构。悬索结构的主要承重构件是受拉的钢索,用高强度钢绞线或钢丝绳制成。悬索结构可分为单曲面与双曲面两类。

2.结构可靠性要求

1)结构的功能要求

(1)结构的设计、施工和维护应使结构在规定的设计使用年限内以规定的可靠度满足规定的各项功能要求。应满足的功能要求有:

①能承受在施工和使用期间可能出现的各种作用。

②保持良好的使用性能。

③ 具有足够的耐久性能。

④当发生火灾时,在规定的时间内可保持足够的承载力。

⑤)当发生爆炸、撞击、人为错误等偶然事件时,结构能保持必要的整体稳固性不出现与起因不相称的破坏后果,防止出现结构的连续倒塌。

(2)结构的可靠性包括结构的安全性、适用性、耐久性,

2)结构的安全性要求

安全性是指在正常施工和正常使用的条件下,结构应能承受可能出现的各种荷载作用和变形而不发生破坏;在偶然事件发生后,结构仍能保持必要的整体稳定性。例如,厂房结构平时受自重、吊车、风和积雪等荷载作用时,均应坚固不坏,而在遇到强烈地震、爆炸等偶然事件时,容许有局部的损伤,但应保持结构的整体稳定而不发生倒塌。

(1)建筑结构安全等级

建筑结构设计时,应根据结构破坏可能产生后果的严重性,采用不同的安全等级。建筑结构安全等级的划分见表1.2-1。建筑物中各类结构构件的安全等级,宜与整个结构的安全等级相同,对其中部分结构构件的安全等级可进行调整,但不得低于三级。

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③构件的跨度:与跨度1的n次方成正比,此因素影响最大。(2)混凝土结构的裂缝控制

裂缝控制主要针对混凝土梁(受弯构件)及受拉构件。裂缝控制分为三个等级:① 构件不出现拉应力。

②构件虽有拉应力,但不超过混凝土的抗拉强度。

③允许出现裂缝,但裂缝宽度不超过允许值。

对①、②等级的混凝土构件,一般只有预应力构件才能达到。4)结构的耐久性要求

结构的耐久性是指结构在规定的工作环境中,在预期的使用年限内,在正常维护条件下不需进行大修就能完成预定功能的能力。

(1)结构设计使用年限设计使用年限是设计规定的结构或结构构件不用进行大修即可按预定目的使用的年限。《建筑结构可靠性设计统一标准》GB 50068-2018规定建筑结构的设计基准期为50年,建筑结构的设计使用年限见表 1.2-2。

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(3)混凝土结构环境作用等级

《混凝土结构耐久性设计标准》GB/T50476-2019规定环境对配筋混凝土结构的作用等级见表1.2-4。当结构构件受到多种环境类别共同作用时,应分别满足每种环境类别单独作用下的耐久性要求。

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③ 水胶比、水泥用量的一些要求

对于一类、二类和三类环境中,设计使用年限为50年的结构混凝土,其最大水胶比、最小水泥用量、最低混凝土强度等级、最大氯离子含量以及最大碱含量,按照耐久性的要求应符合有关规定。

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