结构优点范文

结构优点范文（精选4篇）

结构优点 第1篇

随着城市建设的不断扩大, 城市高层建筑的需求与日俱增。传统的钢结构体系已经不能满足现代化超高层建筑的要求, 随着高层建筑结构的发展, 新的钢结构体系不断涌现。常见的高层钢结构体系可以分为四大类型:框架结构体系, 框架—支撑结构体系, 筒体结构体系, 巨型结构体系[2,3,4]。

各种结构体系都有各自的结构特征, 使用范围以及各自的优缺点, 下面具体分析各个结构体系[5,6]。

1 框架结构体系

1.1 结构特征

框架结构体系是沿着房屋的纵向和横向均采用框架作为承重的抵抗侧力的主要构件所构成的结构体系。框架结构一般可分为无支撑框架和有支撑框架两种形式, 无支撑框架是由钢柱和钢梁组成的, 地震区的高楼采用框架体系时, 框架的纵, 横梁与柱的连接一般采用刚性连接。

1.2 框架结构体系的优缺点

能够提供较大的内部空间, 建筑平面布置灵活, 能适应各种类型的使用功能。需要时, 可用隔断分割成小房间, 或拆除隔断改成大房间, 使用灵活。外墙用非承重构件, 可使建筑立面灵活多变。如果采用轻质隔板做外墙, 就可以大大降低房屋的自重, 节省材料。结构简单, 构件易于标准化和定型化, 施工速度快, 对层数不多的高层建筑结构而言, 框架结构体系是一种比较经济合理, 运用广泛的结构体系。

框架结构的缺点是抗侧刚度小, 在地震荷载作用下侧向位移大。当侧向位移过大时, 框架结构上部的竖向荷载作用会进一步加大杆件内力和结构侧移, 会产生严重的二阶效应, 严重时还会危及框架的总体稳定。框架结构的抗侧力能力主要取决于梁和柱的受弯能力。房屋层数增多时, 侧力总值增大, 而要提高梁和柱的抗弯能力和刚度, 只有加大梁和柱的截面尺寸, 截面过大, 就会使框架结构失去其经济合理性。此外由于框架结构体系的刚度不足, 地震时侧向位移大, 容易引起非结构性构件的破坏, 有时甚至会造成结构的破坏。纯框架结构一般适用于层数不超过30层的高层钢结构。

1.3 框架结构体系的工程应用

现在, 采用框架结构体系的建筑比较多, 如北京长富宫中心, 法国巴黎图书馆, 美国休斯顿市的第一印第安纳广场大厦。

北京长富宫中心分地下2层, 地上26层, 平面尺寸为48 m×25.8 m, 按8度抗震设防, 采用的是钢结构框架结构体系, 基本柱网尺寸为8 m×9 m。美国休斯顿市的第一印第安纳广场大厦29层, 高121 m, 采用钢框架结构体系, 柱距约7.6 m。经过计算分析, 不仅能有效地抵抗住风力, 而且也能满足抗震要求。

2 框架—支撑结构体系

2.1 结构特征

在框架体系中, 沿结构的纵横两个方向均布置一定数量的支撑, 形成框架支撑结构体系, 简称为框撑结构体系。在这种结构体系中, 框架布置的原则和柱网尺寸, 基本上与框架结构体系相同, 支撑沿着结构的周围布置, 纵横交错的支撑相连接, 形成支撑芯筒。

2.2 框架—支撑结构体系的优缺点

框架—支撑结构体系相对于框架结构体系而言, 除了具有框架结构的优点外, 其一个显著的优点是其抗侧力刚度比框架结构明显增大, 在地震发生时, 框架体系和支撑体系形成两道抗震防线, 其抗震性能有明显的提高[7]。

当建筑物的层数较大时, 可以每隔若干层设置一层加劲桁架层, 将内部支撑和外圈框架连为一整体弯曲构件, 共同抵抗水平荷载引起的倾覆力矩。不仅增强了建筑物的整体抗侧力刚度, 同时也增大了框架—支撑体系的适用高度。

框架—支撑体系可以和钢筋混凝土剪力墙混合使用, 根据使用功能需求可以灵活布置剪力墙, 这样水平剪力主要由剪力墙承担, 结构的抗侧力刚度得到显著的提高, 地震作用的层间位移也显著减小, 地震区层数较高的建筑可以使用这样的结构体系。采用错列的桁架体系来构成框架—支撑体系, 可以获得较大的开间。

框架支撑体系设置较多的支撑, 使得结构受力分析复杂, 施工难度加大, 用钢量也增大了。其次支撑的设置容易与建筑立面处理, 门窗布置等建筑要求发生冲突。框架—支撑结构体系的支撑成为整个结构体系的重要部位, 在外力的作用下, 支撑长期处于拉压的周期作用, 容易引起支撑构件的疲劳破坏, 使其在突然的较大外力, 如地震发生时会有很大的变形或者屈曲, 从而引起整个建筑的较大变形。

在框架—支撑及剪力墙结构体系中钢筋混凝土剪力墙与钢柱连接困难, 容易引起温度变形, 且其刚度较大, 地震时易发生应力集中, 导致墙体产生斜向大裂缝而发生脆性破坏。

框架—支撑结构由于抗侧力刚度有限, 不能使用于超高层钢结构建筑, 一般用于40层~60层的高层钢结构建筑。

2.3 框架—支撑结构体系的工程应用

在城市的高层钢结构建筑中, 框架—支撑体系是运用的比较多的一种结构体系, 如纽约42层的ETW大厦, 北京国贸中心 (高155.2 m, 地下3层, 地上39层) , 上海世界广场 (高度150 m, 地下2层, 地上38层) 等都是采用的钢框架—支撑结构体系。此外, 如北京京广中心 (总高度208 m, 地下3层, 地上57层, 基础埋深-16.4 m) , 上海锦江饭店 (高度153 m, 地下1层, 地上46层) 等采用的是框架—支撑及剪力墙结构体系。

3 筒体结构体系

3.1 结构特征

筒体结构是由若干纵横交错的框架, 抗剪桁架所围成的筒状封闭结构。在建筑物外围由密柱, 深梁组成的封闭式筒体通过悬臂作用来抵抗侧向荷载, 内部柱子或核心只承受竖向荷载。

筒中筒结构体系是由内外设置的几个筒体, 通过有效的连接形成一个共同作用的骨架体系, 这种体系一般是利用作为垂直运输, 管道及服务设施的结构核心部分充作内筒, 并与外层通过各层楼面梁板的连系形成一个能共同受力的空间筒状骨架。

束筒结构体系是把几个筒体并列组合在一起的结构整体, 它以外框筒为结构基础, 在其内部增设一榀以上的腹板框架组成, 增设的内部腹板框架可以是密柱深梁组成的框架。

3.2 筒体结构体系的优缺点

筒体结构有较大的刚度, 有较强的抗侧力能力, 所以能形成较大的使用空间, 满足一些大空间建筑的需求, 而且因其良好的性能, 使得筒体结构体系在超高层建筑中被广泛应用。

筒体结构是高层结构中受力较好的结构体系, 内外筒均可形成较强抗弯刚度, 共同承受水平力的作用, 可形成两道抗震防线的效果, 一般外筒应承受最少30%~40%的水平力。又由于筒体结构的对称性, 使得结构体系有均匀对称的抗侧刚度和抗扭刚度, 能抵御任何方向较大的倾覆力矩和扭转力矩。有较好的延性, 抗震性能很好。

桁架筒体结构, 筒中筒结构, 束筒结构体系的剪力滞后效应比框架筒体结构体系有了很大的改善。其中束筒结构体系由一些刚度很大的筒体结构组成, 可以组合成任何外形和平面, 各个筒体可以终止于不同的高度, 能使建筑物形成稳定的塔形结构, 而又不增加结构的复杂性。利用束筒结构体系可以设计出外观独特, 结构稳定的超高层建筑。

在框筒结构中, 由于存在框架横梁的剪切变形, 使框架柱的实际内力呈非线性分布, 这种剪力滞后效应使得房屋的角柱要承受比中柱更大的轴力, 并且结构的侧向挠度呈明显的剪切变形。剪力滞后效应对筒体的效能有很大的影响, 而且梁, 柱的线刚度比越小, 这种影响越明显。

框筒结构体系由于内筒平面尺寸较小, 抗侧刚度不大, 不宜用于强震地区。在束筒结构体系中, 存在着大量的交叉节点, 构造比较复杂, 而且开窗要受斜杆的影响。

3.3 筒体结构体系的工程应用

筒体结构体系由于其自身巨大的抗侧力刚度, 所以在当代的超高层建筑中比较有广泛的应用。如中国国际贸易中心主楼, 地下2层, 地上39层, 高155 m, 按8度地震设防, 采用了筒中筒结构体系。美国芝加哥希尔斯大厦, 采用了束筒结构体系, 该大厦由9个22.86 m×22.86 m的方形钢框筒组成, 内部有一些共用柱使筒体相连。

4 巨型结构体系

4.1 结构特征

巨型结构体系是把一般的框架结构体系按照一定的比例放大得到的, 与一般框架的杆件为实腹截面不同, 巨型结构体系的梁和柱是格构式立体构件。巨型框架结构是以巨型框架 (主框架) 为结构主体, 并在其间设置普通的小型框架 (次框架) 所组成的结构体系。巨型框架的“柱”一般布置在房屋的四角, 一般多于四根。除角柱外, 其余柱沿房屋的周边布置。巨型框架的“梁”一般每隔12个~15个楼层设置一根, 其中间楼层是仅承受重力荷载的一般小框架。

4.2 巨型结构体系的优缺点

巨型柱本身具有较大的抗侧刚度和抗扭刚度, 将巨型柱沿巨型结构体系的四角和周边布置后, 具有更大的力臂, 整个结构的抗侧刚度和抗扭刚度都有了很大的提高, 能抵御特大的水平荷载和扭转荷载。该结构体系特别适用于特大型超高层建筑[8]。

巨型框架另外一个显著的优点是具有良好的建筑适应性, 有较大的灵活空间可以布置次框架, 形成多层房间, 也可以满足大开间的建筑功能要求, 在巨型框架的下部若干层高度范围内, 可以按需要设置大空间的无柱中庭、展览厅和多功能厅等。

巨型结构中可将多种结构形式及不同材料进行组合, 实现建筑的多功能化, 满足有特殊功能要求的建筑。巨型框架结构体系施工速度快, 可先施工其主框架, 待主框架完成后分开各个工作面同时施工次框架, 施工进度较快。

巨型结构体系的首要缺点是由于其结构的复杂化、构件受力不规则, 导致在结构的设计方面有很大的难度, 加上目前还没有现成规范规定巨型结构的抗风和抗震设计, 需要专门的研究验证。

其次, 巨型结构不利于消防、其外表玻璃幕墙会造成光污染、低层房间日晒得不到正常保证、其风环境易对城市环境及周围建筑产生不利影响, 并干扰电视信号的接收和影响鸟类飞行等。

4.3 巨型结构体系的工程应用

巨型结构体系因为其巨大的抗侧刚度和抗扭刚度, 使得在一些大型超高层建筑中有广泛的应用。如日本千叶县的NEC办公大楼, 采用的就是巨型框架结构体系, 该大楼地面以上43层, 高180 m。建筑布置时, 在底层到13层之间设置了内部大庭园, 13层~15层之间还设置了横贯整个房屋的具有3层楼高的大开口, 上海证券大厦, 采用了钢筋混凝土核心筒与巨型钢框架的组合, 总高度120.9 m, 地下2层, 地上27层。

5 结语

在钢结构飞速发展的今天, 新型的钢结构体系不断涌现, 这就要求我们去思考每一种结构的优缺点以及它的使用范围, 从而为钢结构的结构体系选型提供一定的参考。笔者认为, 多层、高层钢结构体系应考虑建筑功能 (建筑的采光、通风、用途等) 、结构设计要求 (结构的重要性、设防烈度、场地类别、房屋高度、地基基础、材料供应和施工条件等) 、结构体系特征 (结构的整体刚度、承载能力以及结构、构件的延性等) 等因素选择经济合理的结构形式。

摘要：对框架结构体系、框架—支撑结构体系、筒体结构体系及巨型结构体系等几种常见的高层钢结构体系进行了详细分析, 并对各结构体系的结构特征、优点与不足、工程应用作了比较, 从而为钢结构体系选型提供一定参考。

关键词：高层钢结构,结构体系,特征,优缺点,工程应用

参考文献

[1]郑延银.高层建筑钢结构[M].北京:中国建筑工业出版社, 2000.

[2]李国强.多高层建筑钢结构设计[M].北京:中国建筑工业出版社, 2004.

[3]陈富生.高层建筑钢结构设计[M].第2版.北京:中国建筑工业出版社, 2004.

[4]郭兵, 纪伟东.多层民用钢结构设计[M].北京:中国建筑工业出版社, 2005.

[5]崔鸿.超高层建筑钢结构在我国的发展[J].建筑结构学报, 1997, 18 (1) :60-71.

[6]Burstrand H.Light-gauge steel framing leads the way to an increased productivity for residential housing[J].Journal of Constructional Steel Research, 1998, 46 (1-3) :183-186.

[7]王长宁, 王禄鹏.高层全钢框架支撑结构体系的优越性分析[J].钢结构, 2006, 21 (84) :22-24.

[8]宋萌.浅谈巨型结构体系[J].科技资讯, 2009 (21) :37-38.

组合结构的优点与缺点 第2篇

Advantages and Disadvantages of Composite Structures

摘 要

本文对组合结构的特点和结构类型作了简要介绍，与钢结构和混凝土结构对比阐明了各种类型的优点与缺点。组合结构就是利用钢结构和混凝土结构的优点,使两种材料组合后的整体工作性能要明显优于二者性能的简单叠加,极大地提升了其综合性能。缺点是结构的节点连接较为复杂。其优点远远大于缺点，值得推广和应用。文章最后给出了组合结构的发展趋势。

关键词：组合结构 优点 缺点

Abstract The characteristics and types of composite structures are provided in this paper．It illustrates the advantages and disadvantages of composite structures by compared with steel structures and concrete structures.Composite structures take advantages of both steel and concrete structures.Its working performance is superior than the easy superposition of steel structures and concrete structures.So it improves the integrate capability.The disadvantage is that the joints are complex.However, Advantages outweigh the disadvantages, it is worth to extend and apply the composite structures.At the end, we give the development trend of the composite structures.Keywords: composite structures advantage disadvantage 引言

在传统结构设计中,习惯上把结构体系分为木结构、砌体结构、钢结构、钢筋混凝土结构等，钢筋混凝土结构是指钢筋和混凝土组合在一起共同工作。从广义上讲,钢筋混凝土结构也属于组合结构。随着现代建筑的飞速发展,对结构设计的要求日益提高,由此带动对组合结构的更深入研究,并衍生出比较成熟的各个分支。为使结构设计更好地满足发展的需要,我们有必要对组合结构进行深入的谈论和研究。钢与混凝土结合构件与结构的基本概念

由两种或两种以上不同物理力学性质的材料结合而形成整体的构件，在荷载作用下，构件中不同力学性质的材料能共同工作，这种构件称为组合构件。由组合构件组成的结构即为组合结构，通常组合结构指钢与混凝土结合而成的结构，也称为钢与混凝土组合结构。钢与混凝土组合构件又可分为非外露式与外露式两种。非外露式构件包括型钢混凝土梁、柱及型钢混凝土剪力墙和钢管混凝土柱及内藏钢板剪力墙等；外露式构件包括钢与混凝土组合梁、压型钢板与混凝土组合楼板等等。组合结构的优点与缺点

钢-混凝土组合结构，它是一种优于钢结构和钢筋混凝土结构的新型结构，它分别继承了钢结构和钢筋混凝土结构各自的优点，也克服了两者的缺点而产生的一种新型体系结构，可充分利用钢和混凝土的特点，按照最佳几何尺寸，组成最优的组合构件，使它具有构件刚度大，防火，防腐性能好，具有较大的抗扭及抗倾覆能力（与钢结构相比），而且具有重量轻，构件延性好，增加净空高度和使用面积，同时缩短施工周期，节约模板（以上与钢筋混凝土结构相比），特别在高层和超高层建筑用桥梁结构中，更加体现了它的承载能力和克服结构在施工技术难题的优点。其缺点是结构需要特定的剪力连接件和专门焊接设备和专门焊接技术人员，与钢结构相比，还有一定量的二次抗火设计（指组合构件，而不是劲性构件），还有压型钢板混凝土组合析在施工期间，在混凝土初凝期，当混凝土厚度不够厚时（一般混凝土板厚应大于100mm）,易使混凝土出现临时裂缝，特别指高标号混凝土（由于压型钢板阻止混凝土收缩所致）。

3.1压型钢板混凝土组合板的概况及优缺点

压型钢板可分为彩色压型钢板和建筑压型钢板。压型钢板可作为墙板和屋面板之用，也可用作楼板。压型钢板在施工阶段用作楼面混凝土板的永久性模板，在混凝土未凝固之前的施工阶段。它仅承受自重、湿混凝土重及施工活荷载。组合板中的压型钢板，在使用阶段当作组合板结构中的下部受力钢筋之用，从而减少混凝土板中的钢筋。

压型钢板与混凝土组合楼板有很多优点：混凝土硬化后，压型钢板可作为混凝土的受拉部分，用来抵抗板面荷载产生的板底拉力。与混凝土共同抵抗剪力，除了在适当部位要设置钢筋减轻混凝土收缩以及温度变化的影响外，还必须另设钢筋；压型钢板相当平整，可直接作为混凝土楼层的顶棚，省工省料，增加了楼层间的有效空间，有效减少各层楼板厚度，可降低层高，节省投资；压型钢板可以作为模板并承接施工荷载，由压型钢板作为永久性的模板，不再需要安装、拆模，施工方便；由于压型钢板本身具有相当的承载力，允许本层浇灌的混凝土尚未达到设定强度值前，就可以继续进行上层混凝土浇筑，加快施工进度，从而带来经济效益。

3.2钢—混凝土组合梁的概况及优缺点

钢与混凝土组合梁是将钢梁与混凝土板组合在一起形成组合梁。组合梁由于能充分发挥钢与混凝土两种材料的力学性能，在国内外获得广泛的发展与应用。

组合梁结构除了能充分发挥钢材和混凝土两种材料受力特点外，与非组合梁结构比较，具有下列一系列的优点：①节约钢材。由于截面材料受力合理，混凝土替代部分钢材工作，使其用钢量大幅度下降，如果采用塑性理论设计，还可以降低造价。②减少截面高度。由于相当宽的混凝土板参与抗压，组合梁的惯性矩比钢梁大的多，可以达到降低梁高增加层高的效果。③延性好。由于耗能能力强，整体稳定性好，在实际地震中表现出良好的抗震性能。④刚度好。混凝土板与钢梁共同作用，抗弯模量增大，致使挠度减小，刚度增大。⑤抗冲击、抗疲劳性好。实际工程表明用于梁桥、吊车梁的组合梁比钢梁具有更好的抗冲击、抗疲劳能力。⑥稳定性好。由于组合梁上翼缘侧向钢度大，所以整体稳定性好；加上钢梁的受压翼缘受到混凝土板的约束，其翼缘与腹板的局部稳定性都得到改善。⑦使用期延长。由于混凝土板的存在，使得钢梁上翼缘的应力水平降低，由于裂缝引起的损伤减小，比起钢吊车梁的使用寿命提高了许多。

3.3钢管混凝土的概况及优缺点

钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土而形成的构件。钢管混凝土研究最多的是圆钢管，在特殊情况下也采用方钢管或异型钢管，除了在一些特殊结构当中有采用钢筋混凝土的情况之外，混凝土一般为素混凝土。钢管混凝土具有下列基本特点：

①承载力大大提高：试验和理论分析证明，钢管混凝土受压构件的强度承载力可以达到钢管和混凝土单独承载力之和的1.7-2.0倍。②具有良好的塑性和抗震性能：在钢管混凝土构件轴压试验中，试件压缩到原长的2/3，构件表面已褶曲，但仍有一定的承载力，可见塑性非常好。钢管混凝土构件在压弯剪循环荷载作用下，水平力P与位移之间的滞回曲线十分饱满，表明有很好的吸能能力，基本无刚度退化，它的抗震性能大大优于钢筋混凝土。③经济效果显著：和钢柱相比，可节约钢材50%，降低造价45%；和钢筋混凝土柱相比，可节约混凝土约70%，减少自重约70%，节省模板100%，而用钢量约略相等或略多。④施工简单，可大大缩短工期：和钢柱相比，零件少，焊缝短，且柱脚构造简单，可直接插入混凝土基础预留的杯口中，免去了复杂的柱脚构造；和钢筋混凝土柱相比，免除了之模、绑扎钢筋和拆模等工作；由于自重的减轻，还简化了运输和吊装等工作。

另一方面，因为钢管混凝土主要是利用强度很高的混凝土受压，所以这种结构最适用于轴心受压和小偏心受压构件。因为其是圆形截面，而且断面高度较小，所以在受弯矩作用时显然并无优越可言，而且是不利的。钢管混凝土结构最大弱点是圆形截面的柱与矩形截面的梁连接较复杂，也将耗费相当多的钢材。

3.4钢骨混凝土结构的概况及优缺点

由混凝上包裹型钢做成的结构被称为型钢混凝土结构。它的特征是在型钢结构的外面有一层混凝土的外壳。型钢混凝土中的型钢除采用轧制型钢外，还广泛使用焊接型钢。此外还配合使用钢筋和钢箍。

型钢混凝土梁和柱是最基本的构件。型钢可以分为实腹式和空腹式两大类。实腹式型钢可由型钢或钢板焊成，常用的截面型式有I、H、工、T、槽形等和矩形及圆形钢管。空腹式构件的型钢一般由缀板或缀条连接角钢或槽钢而组成。

由型钢混凝土柱和梁可以组成型钢混凝土框架。框架梁可以采用钢梁、组合梁或钢筋混凝土梁。在高层建筑中，型钢混凝土框架中可以设置钢筋混凝土剪力墙，在剪力墙中也可以设置型钢支撑或者型钢桁架，或在剪力墙中设置薄钢板，这样就组成了各种型式的型钢混凝土剪力墙。型钢混凝土剪力墙的抗剪能力和延性比钢筋混凝土剪力墙好，可以在超高层建筑中发挥作用。

型钢混凝土与钢筋混凝土框架相比较具有一系列的优点：

①型钢混凝土的型钢可不受含钢率的限制，其承载能力可以高于同样外形的钢筋混凝土构件的承载能力一倍以上；可以减小构件的截面，对于高层建筑，可以增加使用面积和楼层静高。②型钢混凝土结构的施工工期比钢筋混凝土结构的工期大为缩短。型钢混凝土中的型钢在混凝土浇灌前已形成钢结构，具有相当大的承载能力，能够承受构件自重和施工时的活荷载，并可将模板悬挂在型钢上，而不必为模板设置支柱，因而减少了支模板的劳动力和材料。型钢混凝土多层和高层建筑不必等待混凝土达到一定强度就可继续施工上层。施工中不需架立临时支柱，可留出设备安装的工作面，让土建和安装设备的工序实行平行流水作业。③型钢混凝土结构的延性比钢筋混凝土结构明显提高，尤其是实腹式的构件。因此在大地震中此种结构呈现出优良的抗震性能。日本抗震规范规定高度超过45m的建筑物不得使用钢筋混凝土结构。而型钢混凝土结构则不受此限制。④型钢混凝土框架较钢框架在耐久性、耐火度等方面均胜一筹。

3.5 外包钢混凝土结构的概况及优缺点

外包钢混凝土结构(以下简称外包钢结构)是外部配型钢的混凝土结构。是在克服装配式钢筋混凝土结构某些缺点的基础上发展起来的，仿效钢结构的构造方式，是钢与混凝土组合结构的一种新型式。

外包钢结构由外包型钢的杆件拼装而成。杆件中受力主筋由角钢代替并设置在杆件四角，角钢的外表面与混凝土表面取平，或稍突出混凝土表面0.5—1.5mm。横向箍筋与角钢焊接成骨架，为了满足箍筋的保护层厚度的要求，可将箍筋两端墩成球状再与角钢内侧焊接。

外包钢混凝土结构主要有以下几点优点：

①构造简单：外包钢结构取消了钢筋混凝土结构中的纵向柔性钢筋以及预埋件，构造简单，有利于混凝土的捣实，也有利于采用高标号混凝土，减小杆件截面，便于构件规格化，简化设计和施工。②连接方便：外包钢结构的特点就在于能够利用它的可焊性，杆件的连接可采用钢板焊接的干式接头。管道等的支吊架也可以直接与外包角钢连接。和装配式钢筋混凝土结构相比，可以避免大最钢筋剖口焊和接头的二次浇灌混凝土等工作。③使用灵活：外包角钢和箍筋焊成骨架后，本身就有一定强度和刚度，在施工过程中可用来直接支承模板，承受一定的施工荷载。这样施工方便、速度快，又节约了材料。④抗剪强度提高：双面配置角钢的杆件，极限抗剪强度与钢筋混凝土结构相比提高22%左右。⑤延性提高：剪切破坏的外包钢杆件，具有很好的变形能力，剪切延性系数和条件相同的钢筋混凝上结构相比要提高一倍以上。组合结构的发展趋势

经过几十年的研究和工程实践，钢-混凝土组合结构在大跨结构、高层和超高层建筑以及大型桥梁结构等很多领域内得到了推广应用。组合结构正由构件层次向体系层次发展。组合结构体系是由组合承重构件和组合抗侧力构件所共同组成的结构体系，可以充分发挥不同材料的特性，并克服传统结构体系的固有缺点。

随着各类结构使用功能的提高、设计计算手段的进步以及新材料、施工新技术的应用，组合结构的发展表现出以下几个特征：

①由组合构件向组合结构体系的发展。②新材料的应用。③新型组合构件的研制与创新。④设计方法更加精细化，设计过程更加系统化。⑤组合结构向地下工程、隧道工程、海洋工程和结构加固等领域的发展。结语

综上所述,经过多年的研究和工程实践,钢—混凝土组合结构已经在越来越多的领域内得到推广应用,同时组合结构也在由组合构件向组合结构体系方向发展,随着新材料的大量应用,新

型组合构件也在不断研制和创新。可以预见,随着建筑要求的不断提高和科技的飞速发展,钢—混凝土组合结构必将作为建筑结构中一种新型的结构形式发挥其特有的、不可替代的作用。

参考文献

[1] 聂建国，樊健生．钢与混凝土组合结构设计．北京：中国建筑工业出版社，2008 [2] 刘坚生．钢与混凝土结合结构设计原理．北京：科学出版社，2005 [3] 王越．浅谈钢与混凝土组合结构设计．山西建筑，2008，12：91~92 [4] 王玉银．组合结构．哈尔滨工业大学土木工程学院教师课件，2008 [5] 蔡健．钢-混凝土组合结构．华南理工大学土木工程系老师讲义，2004 [6]

结构优点 第3篇

钢结构与应用广泛的混凝土结构相比具有强度高, 重量轻的优点。钢结构材料在达到同样的强度时, 钢构件的截面较小, 占地面积少, 相对的建筑适用面积就会增大。同时由于其自重轻的特点, 特别适用于大跨空间结构;另外, 钢结构材料质地均匀, 各向同性, 材料离散性小, 更能结构分析的可靠性, 并且钢材具有很大的塑性, 具有很好的结构延性和抗震性能;同时, 钢结构构件都是工厂中直接生产好的, 工地现场只需按照设计安装到位而不用向混凝土结构那样需要较长的养护时间, 所以它可以大大缩短工期, 对于当今时间就是效益的社会显得尤其总要。

现今, 随着我国经济的高速发展, 钢产量有了具大的提高, 连续几年总量位居世界第一。另外, 随着技术的发展, 耐火材料和防腐材料的成本也有所降低。同时, 钢结构的拆装方便, 这就有利于建筑材料的重复使用, 对我国的可持续发展有着重大的意义。这些都为钢结构在多高层建筑中的应用开辟了道路[1]。

本文所涉及的钢结构建筑为广义的多高层钢结构建筑, 即包括全钢结构、型钢混凝土组合结构和钢与钢筋混凝土混合结构。众所周知, 一般对于建筑结构, 侧向作用 (主要指风作用和地震作用) 对结构体系的选择起着决定性的作用。它不仅关系到整体结构的受力性能、使用性能, 更关系到整个建筑的造价。因此结构体系的选择是结构设计之本, 是必须放在结构设计第一位的。钢结构构件截面较小, 相对刚度较小, 其结构体系的选择就显得更加重要。

2 多高层钢结构的结构体系及各自特点

多高层钢结构的结构体系主要以抗侧力构件的形式、材料、受力性能等因数区分的。根据抗侧力体系的不同, 广义高层钢结构主要的结构体系如下:纯框架结构体系、框架—支撑 (剪力墙板) 结构体系、支撑—桁架结构体系、筒体结构体系、巨型组合结构体系等。

2.1 纯框架结构体系

纯框架结构体系是由梁和柱通过节点构成的承载结构体系。其最大优点是建筑平面布置灵活, 对建筑的平面限制较少, 框架杆件截面小, 可提供较大的内部空间, 能适用于各类性质的建筑;同时, 框架的杆件类型较少, 构造简单, 施工周期短。钢框架包括刚接框架、半刚接框架和铰接框架。

但是, 随着结构高度的增加, 水平力作用使得框架底部梁柱构件的弯矩和剪力显著增加, 从而导致梁柱截面尺寸和配筋量增加。框架结构在超过一定高度后, 会在材料用量和造价方面趋于不合理, 因此设计中的层数和高度有所限制。同时框架结构抗侧刚度较小, 当高度较大时, 在水平力作用下会产生很大的侧向位移。其位移曲线为剪切型, 特点是结构的层间位移随房屋高度的增加而增大。

2.2 框架—支撑结构体系

框架—支撑结构是指在普通框架结构中增加斜撑, 使得结构抗侧刚度和承载力增强, 延性改善的结构形式。由于框架结构抗侧力较小, 当结构高度较大或侧

向力较大时, 纯框架结构的抗侧刚度很难满足设计要求, 即使满足也会使结构梁柱截面过大, 导致失去经济合理性。而支撑体系正好可以通过支撑的轴向受力来传递结构所受到的水平力, 由于是轴向受力, 截面利用率高刚度大。支撑于框架需铰接, 按拉杆或压杆设计各种典型的中心支撑形式。框架—支撑结构又可按照所设置的支撑受力性质和受力要求分为框架—中心支撑结构、框架—偏心支撑结构和框架—耗能支撑结构。

(1) 框架—中心支撑结构。中心支撑的特征是支撑的每个节点及各杆件的轴心线交汇于一点, 它包括、单斜杆支撑、X型支撑、人字形支撑、V形支撑, 以及K形支撑等类型: (如图1)

框架—中心支撑结构中的支撑系统, 可认为是通过柱与支撑的轴向刚度以抵抗侧向荷载的悬臂竖向桁架。框架—中心支撑结构中的框架部分侧向变形是剪切型, 即底部层间位移较大, 顶部层间位移较小;相反支撑系统的侧向变形是弯曲型, 即底部层间位移较小, 顶部层间位移较大。两者共同工作可以显著减少结构底部的层间位移, 同时结构的顶部层间位移也不致很大。

框架—中心支撑结构具有有较大的侧向刚度, 构造相对简单, 能减小结构的水平位移, 改善结构的内力分布。但在水平地震荷载作用下, 中心支撑容易产生屈曲, 造成其受压承载力和抗侧刚度急剧下降, 直接影响结构的整体性能, 因此, 在地震区应用时应当慎重。

(2) 框架—偏心支撑结构。框架—偏心支撑结构是近20年来发展起来的抗震结构, 其特点是每根支撑斜杆的两端, 至少有一端与梁不在柱节点处相连, 以形成一个先于支撑斜杆屈服的“耗能梁段”。在中小地震时, 结构处于弹性阶段, 在强震时耗能梁段进入塑性, 利用梁的塑性变形来吸收能量, 而支撑始终保持为弹性。偏心支撑框架较好地解决了中心支撑所存在的强度、刚度和耗能这三种性能不匹配问题, 兼有中心支撑框架强度与刚度好以及纯框架耗能大的优点。几种典型的偏心支撑: (如图2)

(3) 框架—耗能支撑结构。框架—耗能支撑结构是指在结构的适当部位, 用耗能构件代替普通支撑而形成的结构体系。在风和一般地震作用下耗能支撑能增大结构的水平刚度, 减少结构的侧移;同时在罕遇地震作用下, 在减少结构侧移的同时消耗大量的地震能量从而使地震对主结构的反应大大降低。按耗能支撑装置的耗能形式, 耗能支撑可分为钢材屈服型支撑、摩擦型耗能支撑、铅阻尼耗能支撑、粘弹性耗能支撑、复合型耗能支撑和无粘结耗能支撑 (如图3) 等。同济大学教学科研综合楼为21层的高层建筑, 其中便采用了耗能支撑。

2.3支撑—伸臂及带状桁架结构体系

在支撑框架结构体系中, 因竖向支撑系统的整体变现弯曲性质, 其抗侧刚度的大小与支撑系统的高宽比成反比。当建筑很高时由于支撑系统的高宽比过大, 抗侧刚度会显著下降。此时, 为提高结构的刚度, 可在建筑的顶部和中部每隔若干层加设刚度较大的伸臂桁架, 使结构的外围柱参与结构体系的整体抗弯, 使原来受轴力力较小的外围柱轴力增大, 增加结构的抗侧刚度。加支撑桁架的效果相当于一定程度上加大了竖向支撑系统的有效宽度, 减少了它的高宽比, 从而提高了整体的抗侧刚度。

2.4 筒体结构体系

一定高度的高层建筑中的风荷载沿高度呈倒三角布置, 所以随着建筑层数、高度的增加, 结构的侧向力会大大增加。常见的框架、剪力墙及框架剪力墙等结构体系的抗侧刚度将会不满足计算要求。这就促使新的抗侧刚度更大的结构体系, 筒体结结构构的诞生。筒体结构可以粗略的将整个筒体看成看成实腹式构件即箱型截面。剪力墙只是相当于箱型截面的腹板, 而翼缘的抵抗矩比腹板大很多, 从而可以定性的分析出筒体结构体系的抗侧刚度是及其巨大的。当然剪力滞后效应等会在一定程度上降低筒体的抗侧刚度, 但是总的来说, 其抗侧刚度还是相当大的。

筒体结构主要有框架—核心筒结构体系、框架—核心筒—刚臂结构结构体系 (框架—核心筒结构通过外加柱帽和加伸臂桁架等可以大大加强内筒和外框架直接的整体受力性能, 减少剪力滞后效应, 从而使其抗侧刚度大大提高) 、外筒结构体系、筒中筒结构体系、束筒结构体系等。钢结构用于筒体结构一般都是与混凝土组合在一起的, 即可称为混合结构体系。混合结构体系一般都是由外框架和核心筒共同组成的抗侧力体系, 主要包括钢框架—钢筋混凝土核心筒混合结构体系、钢管混凝土混合结构体系、型钢混凝土结构体系等。混合结构体系的优点是将钢、混凝土及钢—混凝土组合构件等进行有效地组合, 协同承受外荷载。与普通钢筋混凝土相比, 混合结构结构构件尺寸小, 占地面积小, 净高大;结构自重轻, 降低基础造价;施工速度快;抗震性能好;抗火防腐性能好。但是也有其缺点, 如两种材料的组成的结构体系在抗震验算时结构阻尼比难确定;施工要求较高等[2]。

(1) 钢框架—钢筋混凝土核心筒混合结构体系。钢框架—钢筋混凝土核心筒混合结构体系指刚框架与核心筒组成的共同抵抗重力和侧向力的高层建筑结构体系, 该体系的框架主要承受竖向荷载, 侧向荷载则主要由内筒承担。外围的钢框架在自身平面内一般为刚接框架, 有时从经济性和易施工性考虑也可为铰接, 但柱子必须是贯通的。连接外框架与核心筒的钢梁, 大部分情况下与核心筒铰接而与刚框架刚接, 也有极少数采用两段铰接的实例。

(2) 钢管混凝土混合结构体系

钢管混凝土混合结构体系是指由钢管混凝土柱与钢筋混凝土核心筒组成的结构体系。钢管混凝土构件的主要优点是由于外钢管对内部混凝土产生一定的约束作用, 所以钢管混凝土构件抗压强度高;另外, 由于钢材的塑性性能较好, 所以钢管混凝土构件延性较大;同时浇灌混凝土时不需要模板。所以该构件广泛用于高层建筑的框架柱、巨型桁架的受压弦杆等。其缺点是钢管在混凝土外围, 其抗火防腐性能较差, 需要一定的抗火防腐处理。钢管混凝土混合结构体系主要包括以下三种组合形式:钢管混凝土柱+钢梁+钢筋混凝土核心筒、钢管混凝土柱+钢梁+支撑钢框架、钢管混凝土柱+混凝土梁+钢筋混凝土核心筒。

(3) 型钢混凝土混合结构体系。型钢混凝土混合结构体系是由型钢混凝土框架与混凝土核心筒或钢筋混凝土剪力墙共同组成的受力体系, 该体系包括型钢混凝土框架—混凝土剪力墙、钢混凝土框架—混凝土核心筒等。这种体系是目前高层建筑总应用最多的混合结构体系。型钢混凝土的优点主要有, 在钢筋混凝土构件中增加型钢, 可在一定程度上改善钢筋混凝土的延性;由于型钢骨架的作用, 混合结构构件承载力和变形能力均明显高于相同条件下的普通钢结构构件;另外, 型钢混凝土构件滞回环较为饱满, 抗震性能好, 构件延性得到提高;同时, 型钢混凝土中的钢材在混凝土碱性为主的环境下抗腐蚀性较好, 并且由于混凝土的保护抗火性能也有了很大的提高。可以说在受力较大的结构体系中, 型钢混凝土混合结构可以较好的发挥作用。

2.5 巨型组合结构体系

巨型结构体系是一种新型的超高层建筑结构体系, 是由大型构件 (巨型梁、巨型柱和巨型支撑) 组成的主结构和常规构件组成的次结构共同作用从而获得较大灵活性和较高承载力的一种结构体系。巨型结构体系主要由巨型构件组成的巨型框架结构和巨型支撑桁架结构等主要结构形式。其他结构形式如悬挂结构体系、多重组合结构体系等也可以看作是巨型结构的特例。

巨型结构主要优点有:1) 巨型结构传力明确, 矩形柱作为主要抗侧力体系和承重体系, 次结构只起辅助设计和大震下耗能作用。2) 能够满足建筑功能多变的要求3) 巨型结构整体性能良好, 在高层建筑结构中, 抗侧力体系的抗侧力体系的抗侧能力强弱是结构体系是否经济有效的关键, 巨型结构的大梁作为刚臂, 使得整个结构具有较好的整体性;4) 可将多种形式及不同材料进行组合;5) 施工速度快;6) 节约材料, 降低造价;7) 可以较好的实现结构抗震的多道防线思想。

(1) 巨型框架结构体系。巨型框架结构由楼、电梯井组成大尺寸箱型截面巨柱, 有时也可是大截面实体柱, 每隔若干层设置一道1~2层楼高的巨型梁, 一般是巨型桁架结构。他们组成刚度极大地巨型框架。巨型框架结构为一级结构或称主结构, 巨型结构间的楼层梁柱框架组成2级结构或称次结构, 其荷载直接传递到一级结构上。由于二级结构承受的荷载较小, 构件截面小, 增加了建筑布置的灵活性。

(2) 巨型支撑结构体系。巨型支撑结构体系是以大截面的竖杆和斜杆组成的巨型空间桁架, 以承受水平和竖向荷载的结构体系。楼层的竖向荷载通过楼盖、梁和柱传递到桁架的主要受力构件上。美国芝加哥的汉考克大厦和中国香港的中国银行大厦用的就是这种结构形式。

(3) 悬挂结构体系。悬挂结构体系是指将次结构以悬挂的方式布置在主题结构上, 并通过悬挂体系将重力和外荷载传递给主题结构的结构形式。该结构可以解决竖向温度应力问题。香港汇丰大厦为典型的悬挂结构。

(4) 多重组合巨型结构体系。当高层建筑高度较高, 结构抗侧力要求较高时, 也可以将上述多种巨型结构体系融合应用。上海环球金融中心就是一个典型的案例, 它采用了矩形柱、巨型斜撑及带状桁架构成的空间巨型支撑框架结构体系;钢筋混凝土核心筒结构和带混凝土墙的钢支撑核心筒组成的巨型核心筒体系;巨型核心筒和巨型支撑框架结构之间用伸臂桁架连接三种巨型结构体系共同承担重力、风荷载和地震荷载。

3 结束语

多高层钢结构是一种符合产业化要求的环保结构体系, 具有很多优点, 且技术也比价成熟, 值得大力发展。多层钢结构体系以纯框架、框架支撑体系为主;高层钢结构结构体系较多, 较为复杂。各种体系随着高度的变化、荷载的特点及建筑要求都有各自的优缺点, 选择适合的结构体系是结构设计的基础。

参考文献

[1]冯瑞, 罗严, 李克让.多高层钢结构体系概述[J].工业建筑, 2007, (1) :612-616+678.

结构优点 第4篇

1 技术规格与参数

规格型号:9YFL-1.9;结构型式:履带自走式;标定功率:45 k W;飞轮理论转速:540 r/min;外形尺寸(长×宽×高):5 150 mm×2 350 mm×2 200 mm;结构质量:2 920 kg;捡拾宽度(张口):190 cm;生产率:1 100~1 680 kg/h;打结器型式:D型小方捆打结器;单位时间活塞行程次数:100/min;最小离地间隙:240 mm;理论作业速度:0~2.88 km/h,0~4.54km/h;压缩室截面即方草捆截面尺寸:36 cm×46 cm;方草捆长度:30~120 cm;打结时间:0.7 s。

2 结构特点

(1)无级变速,橡胶履带行走,水田通过能力强;

(2)结构紧凑,前后尺寸短,转弯半径小;

(3)侧面皮带柔性输入而非牵引式采用的正面花键刚性输入,传动平稳,可靠性高,无需超越离合器;

(4)工作效率高(最大工作前进速度可达1.8 m/s),能耗低;

(5)捡拾装置前置,田角地头捡拾干净彻底;

(6)装车运输方便,便于转场及跨区作业。

3 性能参数

成捆率:≥98%;草捆密度(草的水质量分数20%):豆科牧草≥150 kg/m3,禾本科牧草≥130 kg/m3,稻、麦秸秆≥100 kg/m3;单位能耗:≤0.77(k W·h)/t(禾本科牧草喂入量);规则草捆率:≥95%;牧草总损失率:禾本科牧草≤2%,豆科牧草≤3%;草捆抗摔率:≥90%;捆扎材料(聚丙烯)消耗量:豆科牧草≤0.84 kg/t,禾本科牧草≤0.97 kg/t,稻、麦秸秆≤1.15 kg/t;首次无故障平均作业量:≥4 000捆。

4 作业优点

(1)效率高,水田中作业效率是牵引式的1.5倍,回收成本快;

(2)捡拾干净无死角;

(3)田块适应范围大,水田、旱田、大小田块、丘陵区等都可作业;

(4)秸秆无二次碾压;

(5)操作舒适,转弯半径小且灵活;

(6)水田通过性能强,能耗低;