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建筑构造（下）
一、 高层建筑构造
1.1 高层建筑发展的历史与现状
高层建筑在整个经济比较发达的欧美地区选择了在美国产生、发展和大量建造，有其特定的历史、经济和社会原因。

美国高层建筑设计，始于19世纪的芝加哥学派。 1853年，奥蒂斯发明了安全载客升降机，解决了垂直方向的交通问题。

以美国为例，高层建筑的发展演变主要可以分为四个时期：
● 芝加哥时期 （1865-1893，约28年）詹尼 芝加哥保险公司大楼 第一座钢框架结构大楼
● 古典主义复兴时期 （1893年至世界资本主义大萧条前后，约36年） 克莱斯勒大厦 319.4m 77层
● 现代主义时期（二战后至20世纪70年代，约40年）密斯 芝加哥湖滨公寓 柯布西耶 马赛公寓 雅马萨奇 纽约世界贸易中心双塔
● 后现代主义时期（20世纪70年代至今）贝聿铭 香港中银大厦
每个时期记一个经典案例

建筑高度上有里程碑意义的建筑：1973 纽约 世界贸易中心双塔 412m；1974 芝加哥 西尔斯大厦 443m
● 一方面，结构技术的迅速发展，为建筑高度的实现提供了可能。（2010年建成的迪拜哈利法塔以其823m的新高成为当前公认的世界第一高楼。
另一方面，由于现代建筑设备的引入和设备需求，公共空间尺度需求的发展，高层建筑总高度快速刷新的同时，建筑的总层数增长却趋于和缓。

1.1.2 高层建筑的分类
● 联合国教科文组织所属世界高层建筑委员会建议按高层建筑的高度分4类：
第一类： 9-16层 （最高到50m）
第二类： 17-25层（最高到75m）
第三类： 26-40层（最高到100m）
第四类： 40层以上（即超高层建筑）

目前，我国对高层建筑有以下规定：
（1） 《高层民用建筑设计防火规范》规定：10层及10层以上的居住建筑（包括首层设置商业服务网点的住宅）和建筑高度超过24m的公共建筑为高层建筑。

1.2 高层建筑结构与造型
1.2.1 以建筑材料来划分高层建筑的结构形式
1） 砌体结构
2） 钢筋混凝土结构
3） 钢结构
4） 钢——混凝土混合结构

1.2.2 高层建筑结构体系
2） 高层建筑结构体系分类
其基本体系可分为三种：
● 纯框架体系 ：纯框架体系根据楼板布置的不同又可分为横向框架承重、纵向框架承重和纵横向框架承重。
● 纯剪力墙体系 ：从技术经济的角度来看，地震区的剪力墙体系一般控制在35层、总高110m为宜
剪力墙结构布置：剪力墙结构中，剪力墙宜双向布置，在抗震设计中必须沿双向布置，应避免仅单向有墙的结构布置形式。剪力墙宜自下到上连续布置，避免刚度突变。剪力墙上的门窗洞口宜上下对齐、成列布置，尽量避免不规则洞口的出现。
● 筒体体系 ：筒体结构由框架或剪力墙合成竖向井筒，并以各层楼板将井筒四壁相互连接起来，形成一个空间构架。
筒体结构不仅能承受竖向荷载，而且能承受很大的水平荷载。另外，筒体结构所构成的内部空间较大，建筑平面布局灵活，因而能适应多种类型的建筑。
筒体可分为实腹式筒体和空腹式筒体（墙筒和框筒）

筒体体系示意（记住至少3张）绘制

在筒中筒结构中，为保证外框筒的整体工作，开窗面积不宜大于50%，不得大于60%。

● 体系组合 ：形成框支剪力墙、框架——剪力墙、框架——筒体、筒中筒、束筒等结构体系

在框架——剪力墙体系中，框架结构的布置方法和纯框架结构相同，剪力墙的布置应符合以下原则：
（a） 剪力墙是该体系中的主要抗震构件，应沿建筑平面的两个主轴方向布置，保证可以承担来自任何方向的水平地震作用。
（b） 剪力墙的数量要适当。过多则刚度太大，不经济；过少则刚度不足，不符合设计要求。
（c） 每个方向剪力墙的布置均应尽量做到分散、均匀、周边、对称四准则。

筒中筒体系：结构特征及适用范围 由两个及两个以上的筒体内外嵌套所组成的结构体系，称为筒中筒体系。
1.2.3 高层建筑结构的发展趋势与建筑造型
1） 竖向抗推体系支撑化、周边化、空间化
2） 建筑形体的革新变化
3） 轻质高强材料的运用

1.3 高层建筑楼盖构造
1.3.1 高层建筑楼盖结构形式
● 高层建筑常用楼盖结构形式有：肋梁楼盖结构、无梁楼盖结构、叠合板楼盖结构和压型钢板组合楼盖结构等。

普通混凝土密肋楼盖跨度不大于9m，预应力混凝土密肋楼盖跨度不大于12m。
普通混凝土无梁楼盖有柱帽时，跨度不宜大于9m，无柱帽时，跨度不宜大于7m，预应力混凝土无梁楼盖跨度不宜大于12m。
叠合板楼盖的最大跨度可达到7.5m。
在高层建筑中，一般楼层现浇楼板厚度不应小于80mm，当板内需要敷设管线时，板厚不宜小于100mm，顶层楼板厚度不宜小于120mm，转换层楼板不宜小于180mm。

1.3.2 压型钢板组合楼盖
压型钢板组合楼盖是以截面为凹凸形的压型钢板为底板，并在其上现浇混凝土面层组合形成的，图1-28 P22

它的主要特点是：适应主体钢结构快速施工的要求，不需要再设置模板体系，便于在板内敷设管线，但造价会有一定程度的增加，且解决压型钢板的防腐、防火问题也会增加投资。

压型钢板组合楼盖与钢梁之间以及压型钢板与现浇混凝土层之间必须有可靠的连接，以保证在水平荷载作用下的协同工作，主要的连接方式有：1）依靠压型钢板的纵向波槽 2）依靠压型钢板上的压痕、小洞等 3）依靠压型钢板上焊接的横向钢筋 4）在任何情况下，均应设置端部锚固件。

1.3.3 高层建筑楼盖结构布置
筒中筒结构楼盖布置常有三种方式。
1） 第一种布置方式是当梁跨在8-16m之间时，可将梁两端直接支承在内外筒上，形成较大空间，使内外筒体形成整体的联系，在内外筒间的四个二角部可布置成双向肋梁楼板，使整个筒体均匀受力
2） 第二种布置方式是在内外筒之间沿对角线布置斜向大梁，然后垂直于筒体在内外筒之间布置次梁。由于斜向大梁需要支撑次梁，而且是传递水平力的主要构件，因此，它的断面较大，对房屋的净高会有所影响。
3） 第三种布置方式是在内外筒之间直接设置平板，不设梁。施工简单，能充分利用层高，但由于受版跨限制，故只能用于内外筒距离不大的平面中。否则板厚增加，自重增大。

绘图。P24

1.4 高层建筑设备层
1.4.1 设备层的布置一般从以下几个方面综合考虑
1） 合理利用建筑空间
2） 满足设备布置要求
3） 与结构布置相结合
4） 与避难层相结合

1.5 高层建筑外墙构造
1.5.1 高层建筑外墙的特点 面积占比大 费用高
高层建筑外墙多采用轻质薄壁和高档饰面材料。高层建筑外墙施工不但工作量大，而且又是高空作业，多采取标准化、定型化、预制装配等构造方式，以减少现场作业量和加快施工速度。

1） 填充墙
2） 幕墙
幕墙按材料区分为轻质幕墙和重质幕墙。轻质幕墙有玻璃幕墙、金属板材幕墙、纤维水泥板幕墙、复合板材幕墙等。钢筋混凝土外墙挂板则属于重质幕墙。

1.5.2 玻璃幕墙
1） 玻璃幕墙分类
玻璃幕墙根据其承重方式不同分为框支承玻璃幕墙、全玻璃幕墙和点支承玻璃幕墙。

从热工性能方面来看，可考虑选择吸热玻璃、反射玻璃、中空玻璃等。
从安全性能方面来看，可考虑选择钢化玻璃、夹层玻璃、夹丝玻璃等。

幕墙防火构造
玻璃幕墙与各层楼板和隔墙间的缝隙必须采用耐火极限不低于1h的防火材料填堵密实。

4) 全玻璃幕墙构造
玻璃的固定有两种方式： 1. 上部悬挂式 2.下部支承式

5） 点支承玻璃幕墙
点支承玻璃幕墙由玻璃面板、支承结构、连接玻璃面板与支承结构的支承装置组成。
爪件根据固定点数可分为四点式、三点式、两点式和单点式。
1.6 地下室防水基本要求
附建于高层建筑内的地下或半地下室均应做防水设计，其防水设防高度应高出室外地坪500mm以上。

1.7 高层建筑的楼梯、电梯和防火要求
1.7.1 楼梯的布置
2） 安全疏散设计
高层民用建筑系统每个防火分区的安全出口不应少于两个，并应注意每部楼梯服务的面积及两部楼梯的距离的设置，具体来说，安全出口之间的距离不应小于5m，而最大距离应根据建筑物类别区别对待。

3) 疏散楼梯的设置
（2） 防烟楼梯间的要求
一类建筑和建筑高度超过32m的二类高层建筑以及超过11层的通廊式住宅，超过18层的单元式住宅、高层塔式住宅均应设防烟楼梯间，防烟楼梯间应符合下列要求：
前室面积：公共建筑不应小于6㎡，居住建筑不应小于4.5㎡，若与消防电梯合用前室不应小于10㎡(公建）和6㎡（居住建筑）。
1.7.2 电梯
1） 电梯及电梯厅的布置
（3） 消防电梯的设置
应根据每层建筑面积的大小来设置消防电梯数量，当不大于1500㎡时设一台，大于1500时设两台，大于4500㎡时设三台。消防电梯应设前室，其面积：居住建筑不小于4.5，公共建筑不小于6；与防烟楼梯合用时，居住建筑不小于6，公共建筑不小于10.（一样）

2） 电梯的类型
（1） 按使用性质分
客梯
货梯
消防电梯
（2） 按电梯形势速度分
高速电梯
中速电梯
低速电梯

1.7.3 自动扶梯
1） 自动扶梯的布置方式
自动扶梯在建筑物中主要有以下几种布置方式：
（1） 单台布置
（2） 双台并列布置
（3） 双台串联布置
（4） 双台剪刀布置

设计以防为主，以消为辅，在火灾发生前，积极预防，火灾发生后要有防止火势蔓延和便于扑救的有效措施。

第三章 大跨度建筑构造
大跨度结构建筑通常是指跨度在30m以上的建筑，我国现行钢结构规范则规定跨度60m以上的结构为大跨度结构。

大跨度建筑迅速发展的原因，一方面时由于社会发展使建筑功能越来越复杂，需要建造高大的建筑空间来满足群众集会，举行大型的文艺体育表演，举办盛大的各种博览会等；另一方面则是新材料、新结构、新技术的出现，促进了大跨度建筑的进步。
3.1 大跨度建筑结构 形式与建筑造型
3.1.1 拱结构及其建筑造型
1）拱的受力特点、优缺点和适用范围
拱是古代大跨度建筑的主要结构形式。由于拱呈曲面形状，在外力作用下，拱内的弯矩值可以降低到最小限度，主要内力变为轴向压力，且应力分布均匀，能充分利用材料的强度，（比同样跨度的梁结构断面小，故能跨越较大的空间。
但是拱结构在承受荷载后将产生横向推力，为了保持结构的稳定性，必须设置宽厚坚固的拱脚支座抵抗横推力。

2） 拱的形式
拱结构按组成和支座方式不同分为
三铰拱 ：静定结构
两铰拱 ：外部一次超静定结构
无铰拱 ：外部三次超静定结构

3） 拱结构的建筑造型
拱是一种有水平推力的结构，解决水平推力的方式不同，建筑的外形显然也不一样，通常有以下几种处理方式：
（1） 由拉杆承受拱推力的建筑造型
（2） 由框架结构承受拱推力的建筑造型
（3） 由基础承受拱推力的建筑造型
3.1.2 刚架结构及其建筑造型
1）受力特点、优缺点和适用范围
刚架是横梁和柱以整体连接方式构成的一种门形结构。由于梁和柱是刚性结点，在竖向荷载作用下，柱对梁有约束作用，因而能减少梁的跨中弯矩，同样，在水平荷载作用下，梁对柱也有约束作用，能减少柱内的弯矩。

3） 刚架结构的形式
刚架结构按结构组成和构造方式的不同，分为无铰刚架、两铰刚架和三铰刚架。
3.1.3 桁架结构及其建筑造型
1）受力特点、优缺点和适用范围
拱结构只有轴向压力。
桁架是由杆件组成的一种格构式结构体系。桁架的杆件内力是轴向力，桁架内力分布均匀，材料强度能充分利用，减少材料耗量和结构自重，使结构跨度增大。

3） 桁架结构形式
桁架一般用木材、钢材、钢筋混凝土建造。桁架形式分为三角形、梯形、拱形、无斜腹杆式和三铰拱式等各种形式。（图）
3.1.4 网格结构及其建筑造型
1）受力特点、优缺点和适用范围
网格结构是一种由多根杆件以一定规律通过节点组成的空间结构。它具有下列优点：
（1） 杆件之间互相起支撑作用，形成多向受力的空间结构，故其整体性强，稳定性好，空间刚度大，有利于抗震；
（2） 当荷载作用于网格各节点上时，杆件主要承受轴向力，故能充分发挥材料的强度，节省材料；
（3） 结构高度小，可以有效地利用空间；
（4） 结构的杆件规格统一，有利于工厂生产；
（5） 形式多样，可创造丰富多彩的建筑形式

3）网架的类型与尺寸
网架按其构造方式不同，可分为交叉桁架体系和角锥体系两类。

4） 网架杆件断面与节点连接
（1） 网架杆件断面：网架杆件常用钢管或角钢，钢管比角钢受力合理，省材料，应用最广。钢管厚度不应小于1.5mm。
（2） 网架杆件节点连接：当网架杆件采用角钢时，节点处用连接钢板将各杆件连接起来，可采用焊接或螺栓连接方式，当网架杆件为钢管时，宜用钢球将各杆件连接起来。

5） 网架和网壳结构的建筑造型
网架及网壳的支撑方式对建筑造型是一个很重要的影响因素。当跨度不大时，网架可支承在四周圈梁上，圈梁则由墙或柱支承。当跨度较大时，网架宜直接支承于四周的立柱上。
3.1.5 折板结构及其建筑造型
1）受力特点、优缺点和适用范围
折板结构是以一定倾斜角度整体相连的一种薄板体系。折板结构通常用钢筋混凝土建造，也可用钢丝网水泥建造。

折板的波长不宜太大，否则板太厚，不经济，一般不大于12m。

3） 折板结构形式
折板结构按波长数目的多少分为单波和多波折板；按结构跨度的数目有单跨与多跨之分；若按结构断面形式可分为三角形折板和梯形折板。
3.1.6 薄壳结构及其建筑造型
1）受力特点、优缺点和适用范围
薄壳结构是用混凝土等刚性材料以各种曲面形式构成的薄板结构，呈空间受力状态，主要承受曲面内的轴向力，而弯矩和扭矩很小，所以混凝土强度能得到充分利用。
优缺点：薄壳结构仅为其跨度的几百分之一，所以薄壳结构具有自重轻，省材料、跨度大、外形多样的优点，可用来覆盖各种平面形状的建筑物屋顶。但大多数薄壳结构的形体较复杂，多采取现浇施工，费工，费时，费模板，且结构计算较复杂，不宜承受集中荷载。
2）薄壳结构的形式
薄壳结构形式很多，常用的有筒壳，圆顶壳，双曲扁壳，鞍形壳这四种。
3.1.7 悬索结构及其建筑造型
1）悬索结构的受力特点、优缺点和适用范围
悬索结构由索网、边缘构件和下部支承结构三部分组成。因索网非常柔软，只承受轴向拉力，既无弯矩也无剪力。索网的边缘构件是索网的支座，索网通过锚固件固定在边缘构件上。

悬索结构的主要优点是：
（1） 充分发挥材料的力学性能，利用钢索来受拉，利用钢筋混凝土边缘构件来受压、受弯，因而能节省大量材料，减轻结构自重，比普通钢结构建筑节省钢材50%。
（2） 由于主要构件承受拉力，其外形与一般传统建筑迥异，因而其建筑造型给人以新鲜感，且形式多样，适合于方形、矩形、椭圆形等不同的平面形式。
（3） 由于它受力合理，自重轻，故能跨越巨大的空间而不需要在中间加支点，为建筑功能的灵活安排提供了非常有利的条件。
（4） 悬索结构的主要缺点是在强风吸引力的作用下容易丧失稳定而破坏，故在设计中应加以周密考虑。
但从总体来看，悬索结构的优点是主要的，因而在大跨度建筑中应用较广，特别是跨度在60-150m范围内与其他结构比较，具有明显的优越性。

2）悬索结构形式
悬索结构按其外形和索网的布置方式分为单曲面悬索和双曲面悬索，单层悬索与双层悬索。

4） 悬索结构的建筑造型
主要表现在两个方面：一是悬索只能受拉不能受压，外形大多呈凹曲面，而薄壳结构是用钢筋混凝土建造成的，只要变动其中一种，就能创造出与基本形式截然不同的造型。
3.1.8 膜结构及其建筑造型
膜结构按其支承方式通常可以分为
张拉式膜结构：张拉膜结构的主要优点是：轻巧柔软、透明度高、采光好、省材料、构造简单、安装快速、便于拆迁、外形千姿百态。这种结构的弊病是抗风能力差而易失去稳定，设计时必须合理选择拉索的支点、曲率和预应力值。
骨架支承式膜结构
空气支承式膜结构
3.1.9 其他大跨度结构
2）张弦梁结构
它是近年发展起来的一种预应力大跨度结构，它由承受弯矩和压力的上弦梁、拱或桁架，下弦拉索及连接两者的撑杆组成。从其受力特点来看，可分为平面张弦梁结构和空间张弦梁结构两类。
3.2 大跨度的屋顶构造
3.2.2 橡胶卷材防水屋面
一般在30年以上，而油毡屋面的平均使用年限为5年。
3.2.3 涂膜防水屋面
使用寿命较长，约在十年左右；屋面自重轻，仅30N/㎡左右。（优于油毡）
3.2.4 金属瓦屋面

屋面自重轻，仅100N/㎡。其使用年限可达30年以上。
金属瓦的拼缝形式
当屋面小于或等于30%时，应采取双平咬口缝，大于30%时，可采用单平咬口缝。
3.2.5 彩色压型钢板屋面
（1）轻质高强。
（2）施工安装方便，速度快
（3）彩板色彩绚丽，质感强，大大增强了建筑造型的艺术效果。
彩板屋面的造价较高，这也是影响它推广的原因之一。其宽度受薄钢板宽度的限制，一般在500-1500mm范围内。

彩板屋面的连接与接缝构造
（1） 搭接缝
（2） 卡扣缝
（3） 卷边缝
3.3.1 中庭的形式及设计要求
1）中庭的基本形式
根据中庭与周围建筑的位置关系，中庭可以采用单向中庭、双向中庭、三向中庭、四向中庭以及环绕建筑的中庭和贯穿建筑的条形中庭等基本形式。

3） 中庭的设计要求
中庭时建筑内部有效的联系空间，同时又是室内外环境的缓冲空间，对建筑空间的整体节能、气候控制、自然采光、环境净化等各方面起作用，设计中应注重以下几方面的考虑。
（1） 节能要求
（2） 采光要求
（3） 气候控制要求
采暖中庭：适用于寒冷气候较长的地区，如北欧国家，冬季严寒，春、秋阴冷，夏季短暂且气候反复无常。
降温中庭：使用于建筑内部要求不受高温、高湿以及强烈日晒影响的情况下。
可调温中庭：在冬季起着采暖中庭的作用，夏季又要防止中庭内阳光直射带来的热量积聚，在不用季节分别具有采暖与降温的特性。

中庭防火分区面积应按上、下层连通的面积叠加计算，当超过一个防火分区时，应采取以下防火措施：
1.房间与中庭回廊相通的门窗应设自动关闭的乙级防火门窗；
2.与中庭相通的过厅通道，应设乙级防火门或耐火等级大于3h的防火卷帘门分隔
3.中庭每层回廊应设有自动灭火系统
4.中庭每层回廊应设火灾自动报警设备

在火灾情况下，喷淋设备的作用是有限的。一般情况下，喷头之间最大允许防火范围的直径为3m左右。
净空高度小于12m的室内中庭可采用自然排烟措施，其可开启的平开窗或高侧窗的面积不小于中庭面积的5%
不具备自然排烟条件及净空高度超过12m的室内中庭设置机械排烟措施。
3.3.3 中庭天窗构造
1）材料的选择
（1）夹层安全玻璃 ：透光系数为28%-55%
（2）丙烯酸酯有机玻璃：91%以上
（3）聚餐酸酯有机玻璃：82-89%

为了改善中庭的热环境，可以选用以下各种玻璃：
镜面反射隔热玻璃
镜面中空隔热玻璃
双层有机玻璃
双层玻璃钢复合板

2） 中庭天窗形式
（1） 棱锥形天窗
（2） 斜坡式天窗
（3） 拱形天窗
（4） 圆穹形天窗
（5） 锯齿形天窗

3） 中庭天窗构造
（1） 天窗应有良好的安全性能
（2） 防止天窗冷凝水对室内的影响
（3） 天窗应有良好的防水性能
（4） 防止眩光对室内的影响
（5） 满足建筑安全防护要求

第四章 工业化建筑构造
4.1 基本概念
建筑工业化是指用现代工业生产方式和管理手段代替传统的、分散的手工业生产方式来建造房屋。也就是和其他工业那样用机械化手段生产定型产品。
建筑工业化的基本特征表现在标准化、机械化、工厂化、组织管理科学化四个方面。
工业化建筑体系有两种，一种是专用体系，另一种是通用体系。
4.3 大板建筑
4.3.1 大板建筑的优缺点和适用范围
大板建筑是大墙板、大楼板、大屋面板的简称，有的称为壁板建筑。
优点：
（1）由于装配化程度高，建设速度快，可缩短工期，提高劳动生产率。
（2）施工现场湿作业非常少，所以施工不受天气和季节的影响，由于大部分工作移入工厂进行，改善了工人的劳动条件。
（3）板材的承载能力比砖混结构高，因而可减少墙厚和结构自重，对抗震有利，并且扩大了使用面积。
缺点：
（1） 一次性投资大，也就是要先投入一部分资金修建大板工厂
（2） 需要有大型的吊装运输设备，而且在坡地或狭窄的路上运输比较困难
（3） 钢材和水泥用量比砖混结构大，房屋造价也比砖混结构高（高20-30%）
4.3.3 大板建筑的板材类型
多层大板建筑内墙板厚一般为140mm，高层为160mm
4.3.4 大板建筑的节点构造
1）板材连接
（1）干法连接
（2）湿法连接
4.4.2 框架结构类型
钢筋混凝土框架按施工方法不同，分为全现浇、全装配和装配整体式。
框架按构件的组成情况分为三种类型。第一种是楼板和柱组成的框架。第二种是梁、楼板、柱组成的框架，成为梁板柱框架。第三种是在以上两种框架中增设一些剪力墙，简称为框剪结构。{名词解释，图）
4.4.4 外墙板类型、布置方式及连接构造
1）墙板的类型
外墙板可分为四类，即单一材料的混凝土墙板、复合材料墙板、玻璃幕墙和金属幕墙。
4.5 大模板建筑
4.5.1 大模板建筑的优缺点和适用范围
所谓大模板建筑是指用工具式大模板来现浇混凝土楼板和墙体的一种建筑。
4.5.3 大模板建筑类型
1）内外墙全现浇
2）内墙现浇外墙挂板
3）内墙现浇外墙砌砖
4.6.3 盒子建筑
盒子建筑是指由盒子状的预制构件组合而成的全装配式建筑。
盒子建筑的主要优点：
第一是施工速度快，同大板建筑相比，可缩短施工周期50-70%；第二是装配化程度高（可达85%以上）；第三是混凝土盒子构件是一种空间薄壁结构，自重较轻，与砖混建筑相比，可减轻结构自重一半以上。
缺点：预制工厂投资太大，运输、安装需要大型设备，建筑的单方造价也较高。
2） 盒子建筑的组装方式与构造
（1） 上下盒子重叠组装
（2） 盒子构件相互交错叠置
（3） 盒子构件与预制板材进行组装。
4.7 工业化建筑的标准化与多样化
论述题（1）是什么 （2）怎样做到标准化 （3）解决标准化与多样化矛盾的途径
途径： （1）从规划设计方面考虑 （2）从建筑的平面空间上考虑 （3）从建筑的立面上考虑