建筑选型：砌体、钢筋混凝土、钢结构的特点和应用

结构选型是个综合性问题，需明确各类结构型式的优缺点、应用范围、结构布置原则和大致的构造尺寸等，调查研究，综合分析，结合具体建设条件考虑，从而做出最终的选定。

（一）合理选用结构材料

建筑结构材料是形成结构的物质基础，根据不同结构类型的特点，正确选用材料，就成为经济合理地选型的一个重要方面。按材料分类的结构类型如下：

1.砌体结构体系

砌体材料由于取材容易，造价较低，施工方便，广泛地应用于我国的多层建筑中。但由于砌体是一种脆性材料，其抗剪、抗拉、抗弯强度均较低，因而砌体房屋的抗震能力较差，历次地震震害也证实了这一点。一般8层以下的建筑可采用砌体结构。为改善砌体结构的性能，可采用高强轻质的块材和高强度等级的砂浆来砌筑，并适当地增加一些构造配筋或构造柱，以提高砌体结构房屋的抗震延性和整体性。国内已建成18层砌体结构住宅。

2.钢筋混凝土结构体系

钢筋混凝土结构具有造价较低、取材丰富，强度高、刚度大、耐火性和延性良好，结构布置灵活方便，可组成多种结构体系等优点，因此得到广泛应用。当前，我国的各类建筑中钢筋混凝土结构占主导地位。但钢筋混凝土结构的主要缺点是构件占据面积大、自重大、施工速度慢等。为克服这些缺点，近年来不断发展的新型混凝土材料包括：高强混凝土、预应力混凝土、轻骨料混凝土、钢纤维混凝土等，都有很好的应用前景。

3.钢结构体系

钢结构强度高、自重轻、延性及抗震性能好；钢构件易于工厂加工，施工方便，能缩短现场施工工期。当为大跨度、大空间、多用途、层数较多的建筑时，大多采用钢结构。但由于钢结构用钢量大，造价高，而且钢材耐火性能不好，需要采取防火保护措施，增加了造价。在发达国家，高层建筑、公共建筑的结构类型以钢结构为主。在我国，以前钢产量不高，且价格偏高，钢结构的应用受到了限制。近年来，我国钢产量有了大幅提高，钢结构应用越来越多。

4.钢—混凝土组合结构体系

目前，较为合理的结构类型为钢和钢筋混凝土相结合的组合结构和混合结构。这种结构可以利用两种材料各自的优点，达到良好的经济技术效果。组合结构是将钢材放在构件内部，外部由钢筋混凝土做成（称为钢骨混凝土或劲性混凝土），或在钢管内部填充混凝土，做成外包钢构件（称为钢管混凝土）。如我国北京香格里拉饭店采用了钢骨混凝土结构，美国西雅图太平洋第一中心大厦采用了钢管混凝土结构等。混合结构则是部分抗侧力结构用钢结构，另一部分用钢筋混凝土的组合结构，在大多数情况下用钢筋混凝土做剪力墙或筒，用钢材做框架梁、柱。如我国上海静安希尔顿饭店、深圳发展中心都是采用这种混合结构。

（二）合理选择结构受力体系

现代建筑中，建筑物的造型可划分为两大类：多层及高层建筑、单层大跨度建筑，按结构受力形式分类，常用的结构体系大体如下：

1.混合结构体系

（1）混合结构体系的特点：混合结构体系的主要承重结构（墙体）过去常用砖砌筑，所以多称砖混结构。因其取材方便、造价低廉、施工简单、保温隔热效果好，是我国使用时间最长，应用最普遍的结构体系。而且多层砖混房屋的纵横墙体布置一般容易达到刚性方案的构造要求，刚度较大。

但砖砌体强度较低，利用砖墙承重时，房屋层数受到限制，同时由于抗震性能较差，在地震区应用也受到一定限制。而且必须指出，由于我国可耕地面积十分紧张，烧砖取土破坏大片农田，消耗大量能源，因此砖混结构将逐步受到限制，继而发展小型混凝土空心砌块结构。该结构有利于利用工业废料，造价与砖混结构接近（甚至更低），还可减轻结构自重，增加建筑物使用面积，在设计和施工方面与砖混结构出入不大。但因空心砌块墙体与砖砌墙体比较，抗压强度较高而抗剪强度较低，在湿度、温度变化作用下，比普通砖砌体更容易出现裂缝，因此要采取构造措施严防开裂。

（2）混合结构体系选用限值：一般六层及六层以下的楼房，如住宅、宿舍、办公室、学校、医院等民用建筑及中小型工业建筑都适宜用混合结构。

砌体房屋总高度和层数，不应超过表3-2-1中规定。总高度指室外地面至檐口高度，半地下室可从地下室室内地面算起，全地下室可从室外地面算起。对医院、教学楼等横墙较少的多层砌体房屋总高度，应比表中的规定相应降低3m，层数相应减少一层；各层横墙很少的多层砌体房屋，应根据具体情况再适当降低总高度和减少层数。横墙较少指同一楼层内开间大于4.20m 的房间占该层总面积的40%以上。

表3-2-1　多层砌体房屋总高度和层数限值

普通砖、多孔砖和小砌块砌体承重房屋的层高，不应超过3.6m。

多层砌体房屋的总高度与总宽度的最大比值应符合表3-2-2规定。单面走廊房屋总宽度不包括走廊宽度。当建筑平面接近正方形时，其高宽比宜适当减小。

表3-2-2　砌体房屋最大高宽比

2.框架结构体系

混合结构的承重墙体往往随建筑高度的增加而加厚，不仅耗费大量材料，也减少了使用面积，因此多层与小高层常采用框架结构体系。

（1）框架结构体系的特点：框架是由梁、柱构件通过节点连接形成的骨架结构，框架结构的特点是由梁、柱承受竖向和水平荷载，墙仅起维护作用。其整体性和抗震性均好于混合结构，且平面布置灵活，可提供较大的使用空间，也可构成丰富多变的立面造型。国外多用钢为框架材料，而国内主要为钢筋混凝土框架。框架结构可通过合理的设计，使之具有良好的延性，成为“延性框架”。在地震作用下，这种延性框架具有良好的抗震性能。

（2）钢筋混凝土框架：钢筋混凝土框架按其施工方法可分为：现浇框架、装配式框架及装配整体式框架三种。

1）现浇框架的全部构件均在现场现浇成整体，结构整体性好，抗震性能强，钢材用量省，构件尺寸不受标准构件所限制，对房屋各种使用功能的适应性大。缺点是模板消耗量多，现场工作量大，可采用工业化现浇的施工工艺（例如：定型化模板配合混凝土输送泵等）加以改进。

2）装配式框架的构件可以提前在预制厂工业化生产，有利于保证构件质量，现场工作量少，施工速度快。缺点是结构整体性减弱，抗震性能也相应减弱，由于节点连接及构件运输吊装的需要往往导致比现浇式框架更多的钢材用量。

3）装配整体式框架是在现场将预制构件吊装就位后，通过在现场浇筑节点混凝土，将构件连接成整体框架结构，既发挥了装配式施工方法的优点，又保持了现浇施工方法整体性好的优点。

地震区框架结构宜优先考虑选择现浇框架结构体系，其次是装配整体式框架结构体系，现已很少采用装配式框架结构体系；非地震区的框架结构则可以根据施工条件等因素具体选定。装配整体式框架宜优先采用预制梁板—现浇柱的方案，并采用叠合梁的方式，使预制楼板锚固于梁的叠合层中，以保证梁和板的整体性。

（3）钢框架：钢框架的受力骨架为钢梁、钢柱，根据梁柱连接型式可分为半刚接框架和刚接框架。钢框架的抗震性能优于钢筋混凝土框架；钢梁、钢柱相对混凝土梁、柱截面较小，增大了有效使用面积；钢框架自重较轻，大大降低了基础造价；且施工周期短，具有良好的综合经济效益。钢框架多用于办公楼、旅馆、商场等公共建筑。

（4）框架结构体系选用限值：框架结构体系的抗侧刚度主要取决于梁柱的截面尺寸，一般梁柱截面惯性矩较小，在水平荷载作用下的侧向变形较大，抗侧移能力较弱，属较柔结构。当层数较多、侧向荷载较大时，为满足侧向刚度和强度要求，需加大截面，很不经济。而且高度增加时，框架结构顶点位移和层间相对位移较大，使得非结构构件（如填充墙、建筑装饰、管道设备等）在地震时破坏较严重。因此，框架结构的最大高度受到限制。见表3-2-3。

钢筋混凝土框架结构的合理层数是6～15 层，最经济是10 层左右；规范规定不超过12层的钢结构房屋可采用钢框架结构；框架结构高宽比不宜超过表3-2-4的限值；抗震等级见表3-2-6所示。

3.剪力墙结构体系

（1）剪力墙结构体系的特点：剪力墙结构体系是由钢筋混凝土墙体互相连接构成的承重墙结构体系，用以承担竖向荷载及水平荷载（风荷载及地震作用），同时也兼作建筑物的围护（外墙）和内部各房间的分隔构件（内墙）。

剪力墙结构体系集承重、抗风、抗震、围护与分隔为一体，经济合理地利用了结构材料；结构整体性强，抗侧刚度大，侧向变形小，在承载力方面的要求易于得到满足，适于建造较高的建筑；抗震性能好，具有承受强烈地震裂而不倒的良好性能；用钢量较省；与框架结构体系相比，施工相对简便与快速。

剪力墙结构体系的主要缺点：墙体较密，使建筑平面布置和空间利用受到限制，很难满足大空间建筑功能的要求；结构自重较大，加上抗侧刚度较大，结构自振周期较短，导致较大的地震作用。(www.xing528.com)

（2）剪力墙的类型：按施工工艺分，有大模现浇剪力墙结构、滑模现浇剪力墙结构、全装配大板结构、内浇外挂（也称装配整体式）剪力墙结构。其中大模现浇体系施工工艺及机械设备较简单，有较好的技术经济指标，适合我国国情，占主导地位。

按墙体上开洞方式、开洞大小的不同，可划分为不同类型的剪力墙。在实际工程应用中除了小开口整体墙、双肢墙、联肢墙及壁式框架外，根据建筑使用功能的要求，还会形成各种不同的形式，例如：框支墙、错洞墙、带小墙肢的开洞墙等。联肢墙及壁式框架一般用于外墙，带小墙肢的开洞墙一般用于内墙，框支墙一般用于上部为住宅、旅馆，下部为大空间公共建筑的情形。见图3-2-1。

图3-2-1　剪力墙类型

（a）剪力墙；（b）双肢墙；（c）联肢墙；（d）壁式框架；（e）框支墙；（f）错洞墙；（g）带小墙肢的开洞墙

（3）剪力墙结构体系的选用限值：剪力墙结构体系的适用范围：适于隔墙较多的住宅、公寓和旅馆建筑；为了适应下部设置大空间公共设施的高层住宅、公寓和旅馆建筑的需要，可以使用框支剪力墙结构体系；但框支剪力墙结构不宜在地震区单独应用，需要时可采取框支剪力墙与落地剪力墙协同工作结构体系。

剪力墙结构的高宽比限值，见表3-2-4。非地震区及地震区现浇剪力墙结构体系适用的最大高度见表3-2-3。该表中对无框支墙及部分框支墙给出了不同高度数值的限制，也就是说，部分框支墙的最大高度限制比无框支墙的更严些，且9 度设防时不允许采用。

研究表明，10 层左右的建筑用剪力墙方案不如框架结构经济，而15 层以上的高层建筑采用剪力墙方案一般比框架方案经济，层数越多，经济效果越显著。剪力墙结构实践中多用于40 层以下的建筑。

4.框架—剪力墙结构体系

（1）框架—剪力墙结构体系的特点：框架结构的优点是可以提供较大的建筑空间，布置灵活，能为建筑设计提供丰富的建筑造型；缺点是在较高的建筑中难以控制侧向变形，抗震性能较剪力墙相对薄弱。剪力墙结构的优点是刚度较大，抗震能力较框架强，缺点是剪力墙的间距不宜很大，在建筑空间的布置和利用上受到局限。将框架与剪力墙结合起来共同工作，组成框架—剪力墙结构体系，取长补短，既能提供较大较灵活布置的建筑空间，又具有良好的抗震性能，因此这种结构体系已在各类房屋建筑中得到了广泛的应用。

框架—剪力墙结构体系中的框架，可采用钢框架，也可采用钢筋混凝土框架。其中的剪力墙，如果是单片式的分散布置，则整体结构刚度较小，建造高度一般在10～20 层；如果利用一些永久隔墙或固定用途的辅助用房、电梯间、楼梯间、各种管井作成连为一体的井筒式剪力墙，则整体结构刚度、承载力都会大大提高，也增强了抗扭能力，因此建造高度可达30～40 层，这种结构也称为框架—筒体结构。框架—筒体结构根据剪力墙井筒的数量、位置不同，有框架—核心筒结构、框架—端筒结构、框架—多筒（群筒）结构。从受力和变形性能来看，它与框架—剪力墙结构相同，可统称为框架—剪力墙结构体系。

（2）框架—剪力墙结构体系选用限值：框架—剪力墙结构体系的延性优于剪力墙结构体系，具有多道抗震防线。在非地震区及地震区适用的最大高度，见表3-2-3所示。

表3-2-3　建筑结构体系适用的最大高度（m）

框架—剪力墙结构体系的高宽比限值见表3-2-4所示。

表3-2-4　高宽比限值

框架—剪力墙结构体系的抗震等级见表3-2-6所示。

表3-2-5　决定抗震等级时应考虑的设防烈度（度）

* 按9 度设防时抗震措施可适当提高。

表3-2-6　现浇钢筋混凝土房屋的抗震等级

注 1.表内烈度按表3-2-5采用。
2.表内所列高度指室外地面至檐口的高度。
3.对于四级抗震等级，除JGJ3—91《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程》第五章中有特殊规定者外，均按非抗震设计采用。
4.有框支层的剪力墙，除框支层的剪力墙加强区外，均可按一般剪力墙结构的抗震等级采用。
5.接近或等于高度分界时，允许结合房屋不规则程度及场地、地基条件确定抗震等级。

由于框架—剪力墙结构体系中剪力墙是主要抗侧力构件，框架居于次要地位。因此在相同的设防烈度和结构高度时，框架—剪力墙结构中框架的抗震等级要求比纯框架结构体系的为低；框架—剪力墙结构中剪力墙的抗震等级要求比纯剪力墙结构体系的为高；在同一框架—剪力墙结构体系中，剪力墙的抗震等级要求比框架的为高。

当框架—剪力墙结构中剪力墙部分承受的结构底部由地震作用产生的弯矩，小于结构底部由地震作用产生的总弯矩的50%时，其框架部分抗震等级应按框架结构采用。

5.钢结构框架—支撑体系

（1）框架—支撑体系的特点：框架—支撑体系是有效的、经济的和常用的钢结构抗侧力结构体系，它的作用与钢筋混凝土结构中的框架—剪力墙结构体系基本类似，均属于共同工作结构体系。

框架—支撑体系是由框架体系演变来的，即在框架体系中对部分框架柱之间设置竖向支撑，形成若干榀带竖向支撑的支撑框架；支撑框架在水平荷载作用下，通过刚性楼板或弹性楼板的变形协调与刚接框架共同工作，形成一双重抗侧力结构体系，称之为框架—支撑体系。

当沿内筒周边及电梯井道和楼梯间等长隔墙部位设置支撑框架，形成带支撑框架的内筒结构时，内筒与外框架则构成框架—内筒体系。

支撑框架中的框架梁与框架柱仍为刚接相连，而支撑杆的两端常假定为与梁柱节点铰接相连，即支撑杆中不产生弯矩和剪力，只产生轴向力。因此，支撑框架既具有框架的受力特性和变形特征，又有铰接桁架的受力特性和变形特征，它有利于增加结构的侧向刚度。

支撑形式多样，有单斜杆、十字交叉、人字形等，在地震区宜采用偏心支撑实现耗能梁段，从而提高结构抗震性能以及保护支撑不屈曲。为提高结构的侧向刚度，还可附加钢板剪力墙墙板、内藏钢板剪力墙墙板或带竖缝混凝土剪力墙墙板等嵌入式墙板，以承担结构的水平剪力。

（2）框架—支撑体系选用限值：框架—支撑体系的竖向支撑设置位置，受建筑立面的造型要求，以及下部几层的通行要求限制，不能沿外墙周边部位设置，只能在内隔墙及内筒部位设置。

图3-2-2　框架—支撑体系平面

规范规定不超过12层的钢结构房屋可采用框架、框架—支撑结构；8度、9度时或超过12 层时，宜采用偏心支撑、嵌入式墙板及框架—内筒结构。

框架—支撑体系在非地震区及地震区适用的最大高度，见表3-2-3所示。

框架—支撑体系的高宽比限值见表3-2-4所示。

与钢筋混凝土框架—剪力墙结构类似，框架—支撑结构体系要求总框架任一楼层所承担的地震剪力，不得小于结构底部总剪力的25%，以及支撑框架所承担的倾覆力矩大于总倾覆力矩的50%。

6.其他结构体系

鉴于房屋建筑工程专业毕业设计的实际情况，对于较复杂的结构体系，如筒体结构、巨型结构，单层大跨度结构等，不作过多讨论。如需要可参考相关文献。