构件系统是指建筑结构中承担承重作用的构件系统。因此,建筑的主体结构形式决定了结构构件体系所用材料的不同,以及构件体系的不同组合形式和受力特点。高层工业化住宅的结构形式可以根据使用的材料和受力形式进行分类。框架结构工业化体系用于高层住宅,主要包括钢结构和钢筋混凝土结构。目前多采用钢筋混凝土材料。框架的承重体系是由柱、梁、板组成的承重骨架,围护结构是非承重结构。所以框架建筑的基本特点就是承重结构和围护结构分开考虑,分开设计,不存在一体化的问题。
装配式框架建筑根据受力要求的不同,可分为水平框架、垂直框架和双向框架三种类型。车架的横向承重主梁为横梁,纵梁仅起接触和支撑作用;纵向框架的承重主梁是纵梁,横梁只起接触和支撑的作用;框架的双向纵横梁起到接触、支撑和承重的作用。该结构的主要优点是:空分区灵活,自重轻,节省材料;布局可以灵活,有利于形成自由的客厅空;此外,这种结构的梁柱构件易于标准化和定型,便于采用工业化的设计和施工模式,缩短整个工期。
主体框架现浇时,结构的整体性和刚度较好,合理的设计也能达到良好的抗震效果,所需的梁、柱截面形状相对自由。另外,装配式建筑框架结构体系较轻,构件运输难度较小。因此,与工业剪力墙结构相比,装配式框架结构更容易被广泛应用。当然,框架结构也有其不足之处,如钢材水泥用量大,构件数量多,导致吊装次数多,接头工作量大,工序多,从而耗费较多的劳动力,施工受季节和环境影响较大。
此外,由于其结构特点,如果建筑高度过高,截面过大,所需配筋将大大增加,给建筑施工带来一定的技术压力,同时造价也会较高,影响建筑经济目标的实现。因此,装配式框架结构一般适用于建造50m以下的高层住宅。剪力墙也叫“结构墙”。剪力墙结构的显著特点是用钢筋混凝土墙板来承受竖向力和水平力,主要受力构件是剪力墙、梁和板。
也可以理解为钢筋混凝土墙板用来代替框架结构中的梁和柱。结构能承受各种荷载引起的内力,有效控制结构的水平力。由于剪力墙结构具有良好的建筑整体性,室内没有外露和凸出的梁柱,便于室内的家具布置,符合人们的居住体验。因此,近年来得到了广泛的应用,成为我国应用最广泛的结构体系。
不过这种结构也有缺点,比如不能提供大空的房间。当建筑的地下室或底层为大空房间时,会形成一些框支剪力墙结构。在框架-剪力墙结构和剪力墙结构的过渡层中,必须设置结构转换的过渡层,即转换层。此外,对于工业建筑来说,预制构件之间的边界条件始终是结构本身的薄弱点,也是施工中的技术难点。与装配式结构相比,装配式剪力墙结构的节点更多,连接问题也更多,因此这种结构对工业建筑设计和施工的全过程有更高的技术要求。
装配式框架-剪力墙结构,简称“框架-剪力墙结构”,是框架结构和剪力墙结构的结合,它综合了两种结构的优点:可以为建筑功能布局提供较大的空间,并且具有良好的抗侧力性能。框架结构中的剪力墙可以单独设置,也可以由竖向交通室空和管井的墙体设置。因此,这种结构被广泛应用于各种房屋中。装配式框架-剪力墙结构预制率比较高,其梁、柱构件属于线性单元,可以实现标准化安装。同时具有空室大、空室布置灵活性强、内部空室规则、横向受力性能好等诸多突出优点,在现实中得到了广泛应用。
自19世纪中期,混凝土技术被发明,它首先在法国发展。1891年艾德。法国巴黎的Coigent公司首先在建筑中使用预制混凝土梁。二战结束后,预制混凝土技术开始在西欧发展,随后传播到美国、加拿大、日本等国家。目前,基于PC的工业化住宅已经成为许多国家工业化住宅的主要结构形式之一:在日本,钢筋混凝土结构的工业化住宅约占所有住宅的三分之一。
在新加坡,几乎所有的高层工业化组屋都采用PC系统技术;香港的公屋绝大多数是PC结构体系;早在五六七十年代,中国内陆地区就大量使用了PC建筑技术。近年来,预制混凝土结构体系已成为我国高层工业住宅的最主要形式,其比重远大于其他结构材料。
装配式钢结构建筑是指结构体系由钢构件组成的工业建筑。20世纪50年代末,国外开始出现装配式钢结构建筑,并已形成成熟的工业化生产和建造机制。20世纪70年代,法国住建部正式规划了建筑领域钢结构住宅体系的相关标准和行业规范,并成为该领域颇具影响力的行业标准,影响了欧洲多个国家钢结构住宅建设的工业技术发展。
民国以来,钢结构建筑技术传入中国。但由于长期以来建筑领域的技术进步缓慢,直到后来,装配式钢结构建筑才开始在我国许多现代建筑中广泛普及。与装配式混凝土建筑相比,装配式钢结构有很多优点:钢结构的材料特性决定了材料连接不需要现浇接头,因此安装速度快,施工质量更容易保证;由于钢材是延性材料,钢结构的抗震性能优越。与混凝土结构相比,钢结构自重较轻,有利于节约基础造价。钢材可以回收利用,是绿色环保材料;梁柱截面更小,可以节省建筑空。同样的建筑平面往往钢结构的建筑使用系数更高。



