第01章 民用建筑构造概论

建筑构造第一章民用建筑构造概论1.1.1建筑构造研究的对象及其任务建筑构造是一门综合性工程技术科学，是专门研究建筑物各组成部分以及各部分之间的构造方法和组合原理的科学，它阐述了建筑构造的基本理论和应用等问题。建筑构造设计是建筑设计的一个组成部分，是建筑平、立、剖面设计的继续和深入。建筑构造具有实践性强和综合性强的特点，它涉及建筑材料、建筑结构、建筑物理、建筑设备、建筑施工等有关知识。只有全面地、综合地运用好这些知识，才能在设计中提出合理的构造方案和措施。研究的主要任务在于根据建筑物的功能要求，提供符合适用、安全、经济、美观的构造方案，以作为建筑设计中综合解决技术问题及进行施工图设计的依据。解剖一座建筑物不难发现，它是由许多部分所组成，而这些组成部分在建筑工程上被称为构件或配件。因此，建筑构造原理就是综合多方面的技术知识，根据多种客观因素，以选材、选型、工艺、安装为依据，研究各种构、配件及其细部构造的合理性（包括适用、安全、经济、美观）以及能更有效地满足建筑使用功能的理论。而构造方法则是在构造原理的指导下，进一步研究如何运用各种材料，有机地组合各种构配件，并提出解决各构、配件之间相互连接的方法和这些构、配件在使用过程中的各种防范措施。1.1.2建筑物的组成及各组成部分的作用与要求一幢建筑物一般是由基础、墙、楼板层、地坪层、楼梯、屋顶和门窗等几大部分所组成，见图4.1。它们在不同的部位发挥着各自的作用。(1)基础。基础是建筑物昀下部的承重构件，它承受建筑物的全部荷载，并将荷载传给地基。基础必须具有足够的强度、稳定性，同时应能抵御土层中各种有害因素的作用。(2)墙和柱。墙是建筑物的竖向围护构件，在多数情况下也为承重构件，承受屋顶、楼层、楼梯等构件传来的荷载，并将这些荷载传给基础。外墙分隔建筑物内外空间，抵御自然界各种因素对建筑的侵袭；内墙分隔建筑内部空间，避免各空间之间的相互干扰。根据墙所处的位置和所起的作用，分别要求它具有足够的强度、稳定性以及保温、隔热、节能、隔声、防潮、防水、防火等功能以及具有一定的经济性和耐久性。为扩大空间，提高空间的灵活性，也为了结构的需要，有时以柱代墙，起承重作用。(3)楼地层。楼层和地层是建筑物水平方向的围护构件和承重构件。楼层分隔建筑物上下空间，并承受作用其上的家具、设备、人体、隔墙等荷载及楼板自重，并将这些荷载传给墙或柱。楼层还起着墙或柱的水平支撑作用，以增加墙或柱的稳定性。楼层必须具有足够的强度和刚度。根据上下空间的特图1.1建筑物的基本组成楼层和地层是建筑物水平方向的围护构件和承重构件。楼层分隔建筑物上下空间，并承受作用其上的家具、设备、人体、隔墙等荷载及楼板自重，并将这些荷载传给墙或柱。楼层还起着墙或柱的水平支撑作用，以增加墙或柱的稳定性。楼层必须具有足够的强度和刚度。根据上下空间的特点，楼层尚应具有隔声、防潮、防水、保温、隔热等功能。地层是底层房间与土壤的隔离构件，除承受作用其上的荷载外，应具有防潮、防水、保温等功能。(4)楼梯。楼梯是建筑物的垂直交通设施。供人们上下楼层、疏散人流及运送物品之用。它应具有足够的通行宽度和疏散能力，足够的强度和刚度，并具有防火、防滑、耐磨等功能。(5)屋顶。屋顶是建筑物顶部的围护构件和承重构件。它抵御自然界的雨、雪、风、太阳辐射等因素对房间的侵袭，同时承受作用其上的全部荷载，并将这些荷载传给墙或柱。因此，屋顶必须具备足够的强度、刚度以及保温、隔热、防潮、防水、防火、耐久及节能等功能。(6)门窗。门的主要功能是交通出入、分隔和联系内部与外部或室内空间，有的兼起通风和采光作用。门的大小和数量以及开关方向是根据通行能力、使用方便和防火要求等因素决定的；窗的主要功能是采光和通风透气，同时又有分隔与围护作用，并起到空间之间视觉联系作用。门和窗均属围护构件，根据其所处位置门窗应具有保温、隔热、隔声、节能、防风砂及防火等功能。一栋建筑物除上述基本构件外，根据使用要求还有一些其他构件，如阳台、雨篷、台阶、烟道与通风道以及垃圾道等。1.1.3影响建筑构造的因素及其设计原则1.影响建筑构造的因素建筑物处于自然环境和人为环境之中，受到各种自然因素和人为因素的作用。为提高建筑物的质量和耐久年限，在建筑构造设计时必须充分考虑各种因素的影响，并根据其影响程度采取相应的构造方案和措施。影响建筑构造的因素大致分为以下几个方面：(1)有关法规、标准及方针政策。建筑类法规及规范是我国建筑界常用的标准的表达形式。它是以建筑科学、技术和实践经验的综合成果为基础，经有关方面认定，由国务院有关部委批准、颁发，作为全国建筑界共同遵守的准则和依据，设计人员必须遵守各种规范、标准与方针政策来完成设计工作。(2)自然条件。建筑物的构造设计要受到自然条件包括温湿度、日照、雨雪、风力等气候条件及地形、地质条件以及地震烈度等的限制和制约。我国幅员辽阔，南北东西气候差别悬殊，因此建筑构造设计应与各地的气候特点相适应。表0．2是按照气温划分的建筑热工设计分区及其建筑设计要求，表0．3是我国主要城市的降雨量、积雪与冻土深度。在构造设计时，必须掌握建筑物所在地区的自然条件，明确影响性质和程度，对建筑物各部位采取相应的措施。如对于寒冷地区，应满足保温、防寒、防冻、防止冷风渗透等要求，且外窗的大小、层数及墙体的材料与厚度受到一定的限制。炎热地区的建筑，则应保证通风、隔热等要求。此外，构造设计还应考虑到自然界的风、地震等自然灾害，必须采取相关措施以防止建筑产生严重破坏，确保建筑的安全和正常使用。(3)建筑使用性质。不同的建筑由于其使用性质不同，对建筑物的构造要求也不同。一些特殊使用性质的建筑会产生如机械振动、化学腐蚀、噪声、各种辐射等有损于建筑使用的问题；而有的建筑(如冷库、广播室等)则有保温、隔声等特殊要求。因此在建筑构造设计时，应针对性地采取相应的构造措施，以保证建筑物的正常使用。(4)外力的影响。外力的大小和作用方式决定了结构的型式、构件的用料、形状和尺寸，而构件的选材、形状和尺寸与建筑物构造设计有着密切的关系，是构造设计的依据。风力对高层建筑构造的影响不可忽视，地震对建筑产生严重破坏，必须采取措施确保建筑的安全和正常使用。(5)物质技术条件。物质技术条件是实现建筑设计的物质基础和技术手段，是使建筑物由图纸付诸实施的根本保证。建筑材料、结构、设备和施工技术条件是构成建筑的基本要素之一，建筑构造受它们的影响和制约。随着建筑事业的发展，新材料、新结构、新设备以及新的施工方法不断出现，建筑构造要解决的问题越来越多、越来越复杂。建筑工业化的发展也要求构造技术与之相适应。(6)经济条件。基本建设的投资相当大，建造一幢建筑物需要耗费大量的人力、物力和财力，因此经济因素始终是影响建筑设计的重要因素。建筑设计应根据建筑物的等级与国家制定的相应的经济指标及建造者本身的经济能力来进行，脱离经济因素的建筑设计只能是纸上谈兵。建筑构造设计是建筑设计中不可分割的一部分，也必须考虑经济效益。在确保工程质量的前提下，既要降低建造过程中的材料、能源和劳动力消耗，以降低造价，又要有利于降低使用过程中的维护和管理费用。同时，在设计过程中要根据建筑物的不同等级和质量标准，在材料选择和构造方式上给予区别对待。2.建筑构造设计原则(1)满足建筑物的各项使用功能要求。在建筑设计中，由于建筑物的功能要求和某些特殊需要，如保温、隔热、隔声、吸声、防射线、防腐蚀、防振等，给建筑设计提出了技术上的要求。为了满足使用功能的需求，在构造设计时，必须综合有关技术知识，进行合理的设计、计算，并选择经济合理的构造方案。(2)有利于结构安全。建筑物除根据荷载大小、结构的要求确定构件的必须尺度外，在构造上需采取措施，以保证构件与构件之间的连接，使之有利于结构的安全和稳定。(3)适应当地的施工技术水平。建筑构造设计必须与当地的生产力发展水平、施工技术水平相适应，否则难以实现。(4)适应建筑工业化的需要。为确保建筑工业化的顺利进行，在构造设计时，应大力推广先进技术，选择各种新型建筑材料，采用标准设计和定型构件，为制品生产工厂化，现场施工机械化创造有利条件。(5)做到经济合理。造价指标是构造设计中不可忽视的因素之一。在构造设计时，应厉行节约，尽量利用工业废料，要从我国国情出发，做到因地制宜，就地取材。(6)注意美观。构造方案的处理是否精致和美观，都会影响建筑物的整体效果，因此，亦需事先予以充分考虑研究。总之，在构造设计中，应全面贯彻“适用、安全、经济、美观”的建筑方针，并考虑建筑物的使用功能、所处的自然环境、材料供应情况以及施工条件等因素，进行分析、比较，确定昀佳方案。1.2建筑物的结构类型结构是建筑物的承重骨架，是建筑物赖以存在的主要条件。建筑材料和建筑技术的发展决定着结构型式的发展；而建筑结构型式的选用对建筑物的使用以及建筑形式又有着极大的影响。大量性民用建筑的结构型式，依其建筑物使用性质、规模、体形，构件所用材料受力情况的不同而异。依建筑物本身使用性质和体形的不同，可分为单层、多层、大跨和高层建筑。在这些建筑中，单层及多层建筑的主要结构型式又可分为墙承重结构、框架承重结构。墙承重结构是指由墙体来作为建筑物承重构件的结构型式。而框架结构则主要是由梁、柱、板作为承重构件的结构型式；大跨建筑常见的结构型式有拱结构、桁架结构以及网架、薄壳、折板、悬索等空间结构型式；高层建筑常见的结构型式有框架结构、现浇剪力墙结构、框架—剪力墙结构、框架简体结构、筒中筒及成束筒结构等。依结构构件所使用材料的不同，目前有混合结构、钢筋混凝土结构和钢结构之分。混合结构是指在一座建筑中，其主要承重构件分别采用多种材料所构成，如砖与木、砖与钢筋混凝土、钢筋混凝土与钢等。这类建筑中，目前以砖与钢筋混凝土居多；由于它主要以砖墙为主体，故习惯上又称为砖混结构，它是多层建筑的主要结构型式，其特点是可根据各地情况因地制宜、就地取材、降低造价。钢筋混凝土结构是指建筑物的主要承重构件均采用钢筋混凝土材料构成。由于钢筋混凝土的骨料亦可就地取材，耗钢量少，加之水泥原料丰富，造价较便宜，防火性能和耐久性能好，而且混凝土构件既可现浇，又可预制，为构件生产的工厂化和机械化提供了条件。所以钢筋混凝土结构是发展较广的一种结构型式，也是我国目前高层建筑所采用的主要结构型式。钢结构则是指建筑物的主要承重构件用钢材制作的结构。它具有强度高、构件重量轻、且平面布局灵活、抗震性能好、施工速度快等特点。由于我国钢产量不多’，且造价高，因此目前它主要用于大跨度、大空间以及高层建筑中。随着钢铁工业的发展，今后钢结构在建筑上的应用将会逐步扩大。此外，目前由于轻型冷轧薄壁型材及压型钢板的发展，也使得轻钢结构在低层以及高层建筑的围护结构中得以广泛应用。1.3建筑保温、防热与节能1.3.1建筑保温保温是建筑设计十分重要的内容之一，寒冷地区各类建筑和非寒冷地区有空调要求的建筑，如宾馆、实验室、医疗用房等都要考虑保温措施。建筑构造设计是保证建筑物保温质量重要环节。合理的设计不仅能保证建筑的使用质量和耐久性，而且能节约能源，降低采暖、空调设备的投资和使用时的维护费用。为提高围护结构的保温性能，通常采取下列措施：(1)提高围护结构的热阻在寒冷季节里，热量通过建筑物外围护构件——墙、屋顶、门窗等由室内高温一侧向室外低温一侧传递，使热量损失，室内变冷。热量在传递过程中将遇到阻力，这种阻力称为热阻，其单位是㎡.K／W。热阻越大，通过围护构件传出的热量越少，说明围护构件的保温性能越好；反之，热阻越小，围护构件的保温性能越差，热量损失就越多，如图4.2所示。因此，对有保温要求的围护构件须提高其热阻。围护构件热阻与其厚度成正比，增加厚度可提高热阻，即提高抵抗热流通过的能力。如双面抹灰240mm厚砖墙的传热阻大约为0.361㎡.K／W，而490mm厚双面抹灰砖墙的传热阻约为0.69㎡.K／W。但是，增加厚度势必增加围护构件的自重，材料的消耗量也相应增多，且减小了建筑有效使用面积。(2)合理选材及确定构造型式。在建筑工程中，一般将导热系数小于0.3W／(m·K)的材料称为保温材料