結構體系是指結構抵抗外部作用的構件總體組成的方式。在高層建筑中,抵抗水平力成為確定和設計結構體系的的關鍵問題。高層建筑中常用的結構體系有框架、剪力墻、框架-剪力墻、筒體以及它們的組合。鋼結構設計
框架結構
框架是由梁和柱子剛性連接的骨架結構,國外多用鋼為框架材料,國內主要為鋼筋混凝土,框架結構的特點在于“剛節點”。從框架的剛節點來看,它是一個幾何不變體,以門式鋼架為例來看,鋼架受荷載后,剛節點始終維持節點的幾何不變性,因而剛節點對杠桿的轉動具有約束作用,從而剛架橫梁產生正彎矩以減少,對梁的好處是很明顯的。剛節點給柱子雖然帶來彎矩,但對鋼筋混凝土柱來說也不會導致壞處,因為鋼筋混凝土不僅抗壓能力強,而且抗彎能力也很好。所以,框架結構可以擴大梁的跨度,而且房屋的層數也可以增加。故框架結構體系是六層以上的多層與高層房屋的一種理想的結構形式。
框架結構的優點是:強度高,自重輕,整體性和抗震性好。它在建筑中的最大優點在于不靠磚墻承重,建筑平面布置靈活,可以獲得較大的使用空間,所以它的應用極為廣泛,框架結構可設計成靜定的三鉸框架或超靜定的雙鉸框架與無鉸框架;炷量蚣芙Y構廣泛用于住宅、學校、辦公樓,也有根據需要對混凝土梁或板施加預應力,以適用于較大的跨度;框架鋼結構常用于大跨度的公共建筑、多層工業廠房和一些特殊用途的建筑物中,如劇場、商場、體育館、火車站、展覽廳、造船廠、飛機庫、停車場、輕工業車間等。
門式鋼架結構
輕型門式鋼架的跨度和柱距主要根據工藝和建筑要求確定。結構布置要考慮的主要問題是溫度區間的確定和支撐體系的布置。
考慮到溫度效應,輕型鋼結構建筑的縱向溫度區段長度不應大于300m,橫向溫度區段不應大于150m。當建筑尺寸超過時,應設置溫度伸縮縫。溫度伸縮縫可通過設置雙柱,或設置次結構及檁條的可調節構造來實現。
支撐布置的目的是使每個溫度區段或分期建設的區段建筑能構成穩定的空間結構骨架。布置的主要原則如下:
(a)柱間支撐和屋面支撐必須布置在同一開間內形成抵抗縱向荷載的支撐桁架。支撐桁架的直桿和單斜桿應采用剛性系桿,交叉斜桿可采用柔性構件。剛性系桿是指圓管、H型截面、Z或C型冷彎薄壁截面等,柔性構件是指圓鋼、拉索等只受拉截面。柔性拉桿必須施加預緊力以抵消其自重作用引起的下垂;鋼結構設計
(b)剛架柱頂、屋脊等轉折處應設置剛性系桿。結構縱向于支撐桁架節點處應設置通長的剛性系桿;
(c)支撐的間距一般為30m-40m,不應大于60m;
(d)支撐斜桿能最有效地傳遞水平荷載,當柱子較高導致單層支撐構件角度過大時應考慮設置雙層柱間支撐;
(e)支撐可布置在溫度區間的第一個或第二個開間,當布置在第二個開間時,第一開間的相應位置應設置剛性系桿;
(f)輕鋼結構的剛性系桿可由相應位置處的檁條兼作,剛度或承載力不足時設置附加系桿。
除了結構設計中必須正確設置支撐體系以確保其整體穩定性之外,還必須注意結構安裝過程中的整體穩定性。安裝時應該首先構建穩定的區格單元,然后逐榀將平面剛架連接于穩定單元上直至完成全部結構。在穩定的區格單元形成前,必須施加臨時支撐固定已安裝的剛架部分。