建筑结构的基本概念

1.1　建筑结构的基本概念

建筑一般是指建筑物和构筑物的通称。建筑物是供人们在其中从事生产、生活和进行各种社会活动的房屋或场所，如住宅、厂房和展览馆等；构筑物是仅仅为满足生产、生活的某一方面需要而建造的工程设施，如烟囱、水塔等。

在房屋建筑中，由构件组成的能承受“作用”的体系，称为建筑结构。这里的“作用”是指施加在结构上的荷载（如永久荷载、可变荷载等），以及引起结构变形的各种因素（如地震、基础沉降、温度变化等）。前者称为直接作用，后者称为间接作用。

建筑结构可按所用的材料和承重结构的形式来分类。

・1.1.1　按所用材料分类・

1）钢筋混凝土结构

钢筋混凝土结构是由钢筋和混凝土两种材料构成的。钢筋混凝土结构应用范围十分广泛，除应用于多层与高层住宅、办公楼、教学楼、剧院、展览馆和单层工业厂房等外，还应用于烟囱、水塔、水池等构筑物。钢筋混凝土结构具有以下优点：

①取材容易。混凝土所用的砂、石一般易于就地取材，另外还可有效利用矿渣、粉煤灰等工业废料。

②合理用材。钢筋混凝土结构合理地发挥了钢筋和混凝土两种材料的性能，与钢结构相比，可以降低造价。

③耐久性。密实的混凝土有较高的强度，同时由于钢筋被混凝土包裹，不易锈蚀，维修费用也很少，所以钢筋混凝土结构的耐久性比较好。

④耐火性。混凝土包裹在钢筋外面，火灾时钢筋不会很快达到软化温度而导致结构整体破坏，与裸露的木结构、钢结构相比耐火性要好。

⑤可模性。根据需要，可以较容易地浇筑成各种形状和尺寸的钢筋混凝土结构。

⑥整体性。整浇或装配整体式钢筋混凝土结构有很好的整体性，有利于抗震和抗冲击。

钢筋混凝土结构也存在一些缺点，主要是：自身重力较大，这对大跨度结构、高层建筑结构以及抗震不利，也给运输和施工吊装带来困难；钢筋混凝土结构抗裂性较差，受拉和受弯等构件在正常使用时往往带裂缝工作，对一些不允许出现裂缝或对裂缝宽度有严格限制的结构，要满足这种抗裂要求就需要提高工程造价；钢筋混凝土结构的隔热、隔声性能也较差。针对这些缺点，可采用轻质高强混凝土及预应力混凝土，以减轻自重和改善钢筋混凝土结构的受力性能。

2）砌体结构

砌体结构是指用普通黏土砖、承重黏土空心砖（简称空心砖）、硅酸盐砖、混凝土中小型砌块、粉煤灰中小型砌块、料石和毛石等块材通过砂浆砌筑而成的结构。

古代遗留下来的砖石砌体结构很多，如驰名中外的万里长城，隋代李春所建的河北赵县的安济桥（赵州桥），南北朝时建的河南登封嵩岳寺塔等。现今砌体结构多应用于多层住宅楼。

砌体结构有就地取材、造价低廉、耐火性能好以及容易砌筑等优点。因此，在工业与民用建筑中获得了广泛应用。在现代建筑中，除用于单层和多层建筑外，在构筑物中，如烟囱、水塔、小型水池和重力式挡土墙等也广泛应用砌体结构。

砌体结构除具有上述一些优点外，也存在着自重大、强度低、抗震性能差等缺点。

3）钢结构

钢结构是由钢材制成的结构。它的主要优点是强度高、质量轻、质地均匀、制作简单、运输方便等。

钢材是国民经济各部门不可缺少的材料，必须最大限度地节约钢材。因此，在工程建设中应当按照合理使用，充分发挥其优点的原则来利用钢材。目前，钢结构多用于工业与民用建筑的屋盖、重工业厂房、广播电视发射塔架等。

钢结构的主要缺点是容易锈蚀，维修费用高，耐火性能差等。

4）木结构

木结构是指全部或大部分用木材材料制成的结构。由于木结构具有就地取材、制作简单、便于施工等优点，因此，过去在一般工业与民用建筑中应用颇为广泛。近几年，因木材产量受到自然生长条件的限制，目前在大中城市的房屋建筑中已很少采用木结构，只在林区和农村的房屋建筑中还有应用。

木结构有易燃、易腐和结构变形大等缺点，因此，在火灾危险性大或周围环境温度高的建筑中，以及在经常受潮且不易通风的生产性房屋中，均不宜采用木结构。

・1.1.2　按承重结构形式分类・

1）砖混结构

砖混结构是指由砌体构件和钢筋混凝土构件为主要承重构件所组成的结构。其竖向承重构件采用砖墙、砖柱，水平承重构件采用钢筋混凝土梁、板。

由于砖混结构具有就地取材、施工方便、造价低等优点，广泛应用于6层以下的住宅楼、办公楼、教学楼以及跨度小的单层工业厂房。

2）框架结构

框架结构是以梁、柱为主要承重骨架组成的结构。目前较多的是钢筋混凝土框架结构。

框架结构具有建筑平面布置灵活的特点，容易满足生产工艺和生活使用的要求。它既可用于大空间的商场、生产车间等，也可用于住宅楼、办公楼、医院和学校建筑。

框架结构与砖混结构相比具有较好的延性和整体性，因此抗震性能较好。但框架结构超过一定高度后，在水平荷载作用下，其侧向位移较大，刚度将明显减小，因此，框架结构多用于15层以下的建筑。

3）框架-剪力墙结构

框架-剪力墙结构是在框架纵、横向的适当位置，在柱与柱之间设置几道一定厚度的钢筋混凝土墙体而组成的。由于这种结构中墙体的侧向刚度比框架的侧向刚度大得多，因此，在水平荷载作用下产生的剪力主要由墙（剪力墙）来承受，而竖向荷载主要由框架承担，这样就充分发挥了剪力墙和框架的各自优点，因此在高层建筑中采用框架-剪力墙结构比框架结构更经济合理。

4）剪力墙结构

剪力墙结构是由纵、横向的钢筋混凝土墙所组成的结构，这种墙体除抵抗水平荷载和竖向荷载作用外，也可对房屋起维护和分割作用。剪力墙结构的侧向刚度大，适应于高层住宅的建筑。

5）筒体结构

当建筑物的高度进一步增加，结构需要具有更大的侧向刚度，以抵抗水平荷载作用，因而出现了筒体结构。

筒体结构是用钢筋混凝土墙围成侧向刚度很大的筒体，为了满足采光的要求，在筒壁上开有孔洞，称为空腹筒或框筒。当建筑物高度更高，侧向刚度要求更大时，可采用筒中筒结构。筒中筒结构由空腹外筒和实腹内筒组成，内外筒之间用刚度很大的楼板相联系，使之共同工作，形成一个空间结构。

筒体结构多应用于高层和超高层建筑物，如酒店、通信大楼等。

6）大跨结构

大跨结构通常采用钢筋混凝土柱作为竖向承重结构，屋盖采用网架、薄壳或悬索结构。主要应用于体育馆、铁路及航空港等公共建筑。