房屋的结构类型

4.1　房屋的结构类型

(1)砌体结构

“砌体结构”最先指的是采用黏土砖与混合砂浆砌筑的墙体作为竖向承重构件，采用钢筋混凝土楼盖作为水平承重构件的结构，早期简称“砖混结构”。图4-1所示为砌体结构。随着块材的变化，人们逐渐开始使用灰砂砖、混凝土砌块等作为墙体材料，故近代称之为“砌体结构”。砌体结构房屋的主要构件包括承重墙体、圈梁、构造柱、楼板、屋面板等。承重墙体由砖或砌块砌筑而成，圈梁、构造柱、楼板、屋面板采用钢筋混凝土预制板或现浇而成。砌体墙起主要承重作用，是主要的承重构件，不能被破坏。如果在底部墙体上随意开洞，会大大降低结构的抗震性能。圈梁和构造柱起着约束砌体、提高墙体延性(变形能力)的作用，是不可缺少的抗震构件。砌体结构有层数和高度限制，一般应用于单层和多层住宅和办公楼等建筑。

图4－1　砌体结构

在多层砖混房屋的角部、内外墙交接处或长墙段中部、开口处，按先砌墙、后浇筑混凝土的顺序施工制成的钢筋混凝土小柱，称为构造柱。在房屋的檐口、楼层或基础顶面处，沿墙体水平方向设置的封闭状的钢筋混凝土梁，称为圈梁。图4-2展示了构造柱与圈梁如何与墙体协同承载并加强其整体性的作用。设置构造柱和圈梁的墙体，其承载力增加不多，但可以做到“裂而不倒”，明显提高了砌体墙在罕遇地震作用下的变形和耗能能力。

图4－2　构造柱与圈梁的连接

砌块是利用混凝土、工业废料(炉渣、粉煤灰等)或地方材料制成的人造块材，其外形尺寸比砖大，具有制造设备简单、砌筑速度快的优点，符合了建筑工业化发展对墙体改革的要求。砌块按尺寸和质量的大小不同，分为小型砌块、中型砌块和大型砌块。按外观形状可以分为实心砌块和空心砌块。按材料可分为混凝土砌块砌体、加气混凝土砌块砌体、粉煤灰砌块砌体和轻骨料混凝土砌块砌体等。图4-3所示为各类砌块示意图。

图4－3　常见砌块(空心和实心，带小孔者可穿钢筋)

(2)钢筋混凝土框架结构

框架结构由梁、柱构件通过节点连接构成。如整幢房屋均采用这种结构形式，则称为框架结构体系或框架结构房屋。图4-4所示为框架结构。图4-5为框架结构平面布置和剖面布置示意图。

图4－4　框架结构

图4－5　框架结构平面布置和剖面示意图

钢筋混凝土柱、梁组成房屋的承重骨架。楼板、屋面板等水平承重构件也采用钢筋混凝土制成，具有较高的承载力和延性。框架结构房屋的墙体是填充墙或围护墙，不承重，只起分隔和围护作用。框架结构有现浇和预制装配式2种，整体性较好，平面布局较为灵活。一般说来，其抗震能力较好，因此可以建得高一些，空间也可以大一些。但由于框架结构刚度相对较低，所以我国抗震规范对建筑高度有所限制，一般用于多层和高层住宅，以及中型的医院、学校、宾馆和办公楼建筑。

为了使结构整体抗震性能得到保障，做到“大震不倒”，我国抗震规范明确提出“强柱弱梁”的概念。“强柱弱梁”的含义是：由于框架结构中柱子是最重要的承重构件，为保证柱子不首先破坏，避免房屋垮塌，设计中要使柱的承载力比梁高。这样地震发生时，以梁的局部破坏来吸收地震能量，以保证柱子不首先破坏，维持结构整体不垮。

框架结构体系的优点是：建筑平面布置灵活，能获得较大空间(特别适用于商场、餐厅等)，也可按需要做成小房间。建筑立面容易处理，结构自重较轻，计算理论比较成熟，在一定高度范围内造价较低。缺点是：框架结构的侧向刚度较小，水平荷载作用下侧移较大，有时会影响正常使用。如果框架结构房屋的高宽比较大，则水平荷载作用下的侧移也较大，而且引起的倾覆作用也较严重。因此，设计时应控制房屋的高度和高宽比。

(3)钢筋混凝土剪力墙结构

剪力墙是指由钢筋混凝土现浇而成的墙体。图4-6所示为常见的高层剪力墙住宅结构。

剪力墙结构是指全部由剪力墙组成建筑物骨架，承受竖向荷载和风、地震等水平作用的结构。其楼板、屋面板等水平承重构件一般也采用钢筋混凝土制成。剪力墙结构承载力更高、刚度更大，所以可以建得更高，但是，对变形的控制最严。剪力墙结构中的墙体起承重作用，同时也对房屋进行分隔，平面布局不是十分灵活。剪力墙结构一般应用于高层住宅、宾馆等建筑。为了获得更大的建筑空间，减少墙体数量，有时一些低矮的住宅和别墅也采用这种结构形式。剪力墙结构中，剪力墙是承重和抗震的主要构件。墙体开门窗或走廊洞口上方的短梁变成两片墙体的连接构件，称为“连梁”。在地震作用下，连梁容易先发生破坏。连梁的损坏有利于吸收地震能量，减轻剪力墙的破坏，避免房屋倒塌，因此是剪力墙结构抗震的第一道防线。这也是剪力墙结构抗震设计思路之一，即“弱连梁”。连梁是剪力墙结构的“保命”构件。剪力墙有2种破坏方式：剪切破坏和弯曲破坏。剪切破坏在变形很小的情况下突然发生，这种破坏一旦发生，墙体会很快丧失承载能力，这是设计中应该尽力避免的。弯曲破坏发生时，剪力墙还能保持一定的承载力。因此，剪力墙结构的抗震设计思路之二为“强剪弱弯”。采用“强剪弱弯”设计措施，能提高剪力墙的抗剪能力，使得剪力墙的弯曲破坏先于剪切破坏，以避免或延迟剪切破坏的出现。

图4－6　某32层剪力墙结构住宅楼

(4)钢筋混凝土框架-剪力墙结构

将框架结构和剪力墙结构相结合，取长补短，便形成了框架-剪力墙结构。框架-剪力墙结构房屋，由钢筋混凝土框架和剪力墙组成承重骨架，承受竖向荷载和风、地震等水平作用，其楼板、屋面板一般采用钢筋混凝土制成。框架-剪力墙结构吸收了框架和剪力墙两种结构体系的优点，可以提供较大的空间，具有较高的承载能力和适中的刚度，变形能力较好。一般应用于高层商住楼、大型高档宾馆和办公楼等建筑。框架-剪力墙结构中剪力墙是抵御地震作用的第一道防线。框架作为第二道防线，在剪力墙发生破坏时承担部分地震作用，保证结构不倒塌。图4-7所示为某框架-剪力墙结构，其中突出屋面的为楼梯间和电梯间，为剪力墙部分。地震时，剪力墙连梁会发生破坏，剪力墙也会开裂破坏。因此，框架部分设计要满足“强柱弱梁”，剪力墙部分设计要满足“强剪弱弯”。

图4－7　某框架-剪力墙结构房屋

(5)钢结构

钢结构是指全部采用钢材建造的房屋，其承重骨架的柱、梁、支撑等由各类型钢组成。图4-8～图4-10所示均为钢结构建筑，图4-11所示为钢桥。

图4－8　正在施工中的钢结构厂房

图4－9　钢结构梁板式楼层

图4－10　钢结构篮球馆桁架式钢屋架

图4－11　钢桁架铁路桥

钢材强度高、自重轻、匀质性好、变形能力强，具有良好的抗震性能，主要应用于高层或超高层住宅楼、大型高档宾馆、办公楼和工业厂房建筑。相对其他结构而言，钢结构成本较高，但在抗震方面却有较为明显的优势。

(6)工业厂房

工业厂房由于生产性质、工艺流程、机械设备和产品的不同，按层数分类，可分为：①单层厂房，如冶金或机械厂的炼钢、轧钢、铸造、锻压、金工、装配等车间，一般因设有大型机器或设备，产品较重且轮廓尺寸较大，故宜直接在地面上生产而设计成单层厂房；②多层厂房，如精密仪表、电子、食品等工业；③层数混合的厂房，如化学工业、热电厂等。单层厂房按承重结构体系，可分为排架结构和刚架结构。图4-12所示为排架结构，图4-13所示为刚架结构。

图4－12　排架结构

图4－13　刚架结构

典型的钢筋混凝土单层厂房结构如图4-14所示。

图4－14　单层厂房结构