混合结构与框架结构的差异剖析
一、结构体系概述
(一)混合结构
混合结构是指承重的主要构件是用钢筋混凝土和砖木建造的,如一幢房屋的梁是用钢筋混凝土制成,以砖墙为承重墙,或者梁是木材制造,柱是钢筋混凝土建造的,这种结构的房屋在住宅建筑中较为常见,尤其在一些多层住宅中应用广泛。
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(二)框架结构
框架结构是由梁和柱以刚接或者铰接相连接而成构成承重体系的结构,即由梁和柱组成框架共同抵抗使用过程中出现的水平荷载和竖向荷载,框架结构多应用于多层和高层建筑中,如办公楼、商场等公共建筑。
二、受力特性区别
(一)混合结构
1、竖向受力
在混合结构中,砖墙等砌体结构承担了大部分的竖向荷载,例如在多层混合结构住宅中,上层墙体和楼板的重量通过墙体传递到基础,由于砌体的抗压强度相对有限,这就限制了建筑物的高度,混合结构住宅多为6层及以下,超过这个层数,墙体的厚度就需要大幅增加来满足承载要求,从经济性和实用性方面考虑就不合适了。
2、水平受力
对于水平荷载(如风荷载、地震作用等),混合结构的抵抗能力相对较弱,墙体作为主要的抗侧力构件,其整体性较差,在地震时,墙体容易出现裂缝甚至倒塌,而且由于砌体结构的脆性性质,一旦墙体出现局部破坏,就可能迅速扩展,导致整个结构的破坏。
(二)框架结构
1、竖向受力
框架结构的竖向荷载主要由柱来承担,梁将楼板上的荷载传递给柱,柱再将荷载传递到基础,框架柱的承载能力相对较强,而且可以通过合理的设计调整柱的截面尺寸和配筋来适应不同的竖向荷载要求,这使得框架结构能够建造较高的建筑物,高层的办公楼、酒店等建筑多采用框架结构或框架 - 剪力墙结构(框架结构的一种衍生形式)。
2、水平受力
框架结构在抵抗水平荷载时,主要依靠梁和柱的刚接节点形成的框架来提供抗侧刚度,框架结构的抗侧移能力相对有限,特别是在高烈度地震区或风荷载较大的地区,为了提高框架结构的抗侧能力,往往需要加大柱和梁的截面尺寸或者增加支撑体系,不过,相比于混合结构,框架结构的整体性和延性较好,在水平荷载作用下能够有一定的变形能力而不至于突然倒塌。
三、建筑布局灵活性差异
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(一)混合结构
混合结构的建筑布局受到墙体承重的限制较大,由于墙体是主要的承重构件,在房间布局上就难以进行较大的改动,想要拆除或移动一面承重墙,就可能影响整个建筑物的结构安全,所以在混合结构住宅中,房间的大小、形状和布局相对固定,户型的灵活性较差,这种结构比较适合功能相对固定、对空间布局要求不高的住宅建筑。
(二)框架结构
框架结构的最大优势之一就是建筑布局的灵活性,由于柱是主要的承重构件,梁主要起到传递荷载的作用,内部的墙体不承担承重功能,所以可以根据使用需求自由分隔空间,在框架结构的建筑中,无论是办公空间的划分,还是商业建筑中店铺的布局,都可以根据不同的使用功能和租户需求进行灵活调整,这种灵活性使得框架结构在商业、办公等对空间使用要求多样化的建筑类型中备受青睐。
四、施工特点对比
(一)混合结构
1、材料与工艺
混合结构中的砌体施工相对简单,主要采用砖、砌块等材料,通过砌筑工艺形成墙体,但砌体施工的劳动强度较大,施工速度较慢,对于钢筋混凝土构件(如梁、构造柱等)的施工,需要与砌体施工相互配合,施工工序较为复杂,在设置构造柱时,需要先砌墙,预留马牙槎,然后再浇筑构造柱混凝土。
2、施工周期
由于砌体施工速度的限制,混合结构的整体施工周期相对较长,特别是在冬季,由于低温对砌体施工的影响(如砂浆冻结等),施工进度会进一步受到影响。
(二)框架结构
1、材料与工艺
框架结构的梁、柱主要采用钢筋混凝土现浇施工,这种施工方式需要支设模板、绑扎钢筋和浇筑混凝土,施工工艺要求较高,不过,随着现代建筑工业化的发展,也有部分框架结构采用预制装配式构件,这可以提高施工速度和质量。
2、施工周期
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相比混合结构,框架结构如果采用现浇施工,虽然单个构件的施工时间可能较长,但由于其结构体系相对简单,各构件之间的施工干扰较小,总体施工周期可以通过合理的施工组织设计得到有效的控制,而且在采用预制装配式框架结构时,施工速度更快,可以大大缩短项目的建设周期。
五、经济性比较
(一)混合结构
1、材料成本
混合结构中砌体材料成本相对较低,如普通砖、小型砌块等价格较为实惠,由于混合结构的建筑高度一般较低,对钢筋混凝土等材料的用量也相对较少,在材料成本上具有一定的优势。
2、人工成本
混合结构的砌体施工劳动强度大,需要较多的人工,人工成本相对较高,而且由于施工周期长,间接的人工成本(如管理成本等)也会增加,混合结构在多层住宅等低层数、低建筑标准的建筑中,经济性较好。
(二)框架结构
1、材料成本
框架结构中,由于需要承受较大的荷载,梁和柱的钢筋混凝土用量较大,特别是在高层建筑中,为了满足结构的强度和稳定性要求,材料的强度等级和用量都会增加,这导致材料成本较高。
2、人工成本
框架结构的施工虽然工艺复杂,但由于施工机械化程度相对较高,人工用量相对较少,而且其较短的施工周期可以降低间接的人工成本,在高层、大型商业建筑等对建筑空间和功能要求较高的项目中,框架结构的综合经济性更优,因为它可以通过提高土地利用率等方式来弥补较高的建筑成本。
混合结构和框架结构在受力特性、建筑布局灵活性、施工特点和经济性等方面存在着明显的区别,在建筑工程的设计和选型中,需要根据建筑物的使用功能、高度、抗震要求、建设成本等多方面因素综合考虑,选择最适合的结构形式。
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