第11章建筑技術(shù)與建筑設計本章主要內(nèi)容：

1.建筑結(jié)構(gòu)與建筑設計——重點

2.建筑設備與建筑設計

3.建筑經(jīng)濟與建筑設計——重點11.1建筑結(jié)構(gòu)與建筑設計要研究結(jié)構(gòu)與建筑的關(guān)系，我們須了解建筑物受到的荷載以及荷載作用下建筑物產(chǎn)生的變形和為抵抗這些變形所采用的各種結(jié)構(gòu)形式。11.1.1建筑荷載

與自然界所有物體一樣，建筑物承受了各種力，最常見的力是地心引力——重力。建筑物的屋頂、墻柱、梁板和樓梯等的自重，稱為恒荷載；建筑物中的人、家具和設備等對樓板的作用，稱為活荷載。這些荷載的作用方向都朝地心，在這些力的作用下，建筑物有可能發(fā)生沉降甚至傾斜。另外還有積雪荷載、風荷載和地震作用力。11.1.2變形和位移荷載作用下的建筑的變形位移通常有彎曲、扭曲、沉降、傾覆、裂縫等。特別值得我們關(guān)注的是，建筑構(gòu)件在力作用下的變形。最主要的變形就是彎曲。圖11.1彎曲和失穩(wěn)11.1.2變形和位移某些材料，如鋼筋混凝土梁板是允許出現(xiàn)肉眼難以發(fā)現(xiàn)的微裂縫的，當裂縫開展到一定程度，即使構(gòu)件沒有垮塌，但由于它已經(jīng)不具備需要的抗彎能力了，所以宣告破壞。所以，設計時，要增加構(gòu)件的剛度，增強構(gòu)件的抗彎能力。施工過程中，要嚴格控制裂縫的發(fā)生。圖11.2

穩(wěn)定11.1.3結(jié)構(gòu)選型1）墻承重結(jié)構(gòu)：通常選用磚或石材作為砌墻材料，因此也叫磚石結(jié)構(gòu)，隨著混凝土材料被大量使用，該結(jié)構(gòu)演變?yōu)榇u混結(jié)構(gòu)。

墻承重結(jié)構(gòu)的特點是墻體。墻體既是承重構(gòu)件，又具有圍護和隔墻的作用。墻體承重方式的墻體承重方案主要有三種：橫墻承重體系、縱墻承重體系、雙向承重體系。11.1.3結(jié)構(gòu)選型如果上述承重墻體全部采用鋼筋混凝土，則稱為剪力墻結(jié)構(gòu)，由于其表現(xiàn)被應用在許多高層建筑中。圖11.3墻體承重方案11.1.3結(jié)構(gòu)選型2）柱承重結(jié)構(gòu)中國古代的木結(jié)構(gòu)多是柱承重結(jié)構(gòu)，現(xiàn)代的柱承重結(jié)構(gòu)，往往以柱一梁一板組成框架體系，稱框架結(jié)構(gòu)，其內(nèi)外墻僅起圍護和分隔作用?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點：使用壽命長，空間分隔靈活，整體重量輕，剛度相對較高，抗震性能強。但造價高，施工周期較長。適用于大部分建筑類型。磚混結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點：是混合結(jié)構(gòu)的一種，是采用磚墻和鋼筋混凝土梁柱板等構(gòu)件構(gòu)成的混合結(jié)構(gòu)體系。適用于住宅、辦公樓、旅館等中小型建筑，層數(shù)一般不超過七層。11.1.3結(jié)構(gòu)選型剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點：的剛度比框架結(jié)構(gòu)要更大，建造高度大。剪力墻不但起到普通墻體的承重、圍護和分隔的作用，還承擔了作用在建筑物上水平地震力或風力。綜合框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)兩種結(jié)構(gòu)的特點，形成了一種墻柱共同承重受力的形式，即框架一剪力墻結(jié)構(gòu)，它既有框架結(jié)構(gòu)的靈活空間，又具有較強的剮度。11.1.3結(jié)構(gòu)選型3）屋頂除了平屋頂，建筑中還有其他的各式各樣的屋頂。建筑師在結(jié)構(gòu)選型時。往往對建筑的屋頂結(jié)構(gòu)相當重視。

(1)桁架：由直線桿件按照幾何關(guān)系組合成三角形或四邊形單元的平面或空間結(jié)構(gòu)?？梢詫崿F(xiàn)較大的跨度，整體質(zhì)量輕巧，廣泛應用于橋梁、屋架、線塔等。桿件一般為鋼、木或鋼木組合。圖11.4桁架11.1.3結(jié)構(gòu)選型

(2)拱：拱是按照幾何曲線用磚石砌筑或用混凝土及其他新型建筑材料構(gòu)筑的，拱體一般受軸向壓力。由于拱結(jié)構(gòu)的優(yōu)越的力學表現(xiàn)，可以形成很大的跨度，所以多應用在墻洞、柱頂、屋頂，還有橋梁上。圖11.5拱橋11.1.3結(jié)構(gòu)選型

(3)殼體：由曲面形的薄板組成的空間結(jié)構(gòu)，這些薄板多由鋼筋混凝土做成，也可用鋼、木、石、磚或玻璃鋼組合而成。殼體具有優(yōu)越的傳力特點，可以較小的厚度形成較大跨度的屋頂結(jié)構(gòu)。圖11.6悉尼歌劇院11.1.3結(jié)構(gòu)選型

(4)網(wǎng)架：由多根鋼桿件按照一定的網(wǎng)格形式，通過節(jié)點連接而成的空間結(jié)構(gòu)。特點是桿件受軸向力，重量極輕而剛度相對較大，很適合工業(yè)化加工組裝。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)廣泛用在體育館、展覽館、影劇院、食堂、候車廳和大型車間等的屋頂中。圖11.7網(wǎng)架結(jié)構(gòu)11.1.3結(jié)構(gòu)選型

(5)懸索：由柔性的拉索和邊緣固定構(gòu)件組成的屋頂結(jié)構(gòu)。拉索由鋼絲束、鋼絞線、鋼管等材料制成。懸索結(jié)構(gòu)材料少，跨度大，造型輕盈，用途廣泛。圖11.8杜勒斯國際機場候機廳11.1.3結(jié)構(gòu)選型

(6)膜結(jié)構(gòu)：也稱索膜結(jié)構(gòu)或張拉膜結(jié)構(gòu)，是采用高強薄膜通過鋼桿件、鋼索預加張拉應力而形成的新型建筑。它外形自由，輕巧柔美，同時還具有安裝快捷、可重復利用等優(yōu)點。廣泛應用于體育場館、博覽會場、購物中心以及休閑場所。圖11.9某休閑場所的膜結(jié)構(gòu)11.1.4結(jié)構(gòu)布置建筑設計時，除了為滿足使用功能而進行平面和空間的布置，塑造美的外觀和屋頂，更重要的是，進行合理、經(jīng)濟的結(jié)構(gòu)布置。1）在結(jié)構(gòu)的布置上應遵守以下原則（1）磚混結(jié)構(gòu)出于抗震的需要，大部分磚混結(jié)構(gòu)的樓板體系采用混凝土現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，以獲得較好的整體剛度。現(xiàn)澆樓板的厚度受到跨度和荷載影響。為使板厚不致過大，往往采用梁來分隔樓板，根據(jù)梁的受力特點和作用不同，又分為主梁和次梁。11.1.4結(jié)構(gòu)布置受力機理：樓板荷載次梁主梁墻和柱基礎圖11.10磚混結(jié)構(gòu)特點：上下墻體盡量對齊，樓板依靠墻體支承，同時樓板又起拉結(jié)墻體的作用。11.1.4結(jié)構(gòu)布置一般民用建筑的主梁的經(jīng)濟跨度為5-8m．主梁的高度一般為跨度的1/10．次梁的跨度一般小于主梁跨度，高度通常為其跨度的1/14。而板的厚度一般不小于其跨度的1/40。樓板的長邊和短邊之比小于3時，稱為雙向受力板，否則稱為單向板。（2）框架結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)的受力機理與磚混結(jié)構(gòu)相似，只是力被最終傳給了柱子而非墻體，內(nèi)外墻為填充墻，是不承重的；還有與磚混結(jié)構(gòu)的不同點，框架柱能和梁板結(jié)構(gòu)共同組成整體性極好的框架體系，所以在有抗震要求的建筑中，往往以框架結(jié)構(gòu)取代磚混結(jié)構(gòu)。另外，框架結(jié)構(gòu)的樓板體系一般是連續(xù)現(xiàn)澆的，這樣的樓板及梁稱為連續(xù)板及連續(xù)梁。11.1.4結(jié)構(gòu)布置（3）剪力墻結(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)的特點與磚混很相近．但其整體性比框架結(jié)構(gòu)更強，能夠抵抗的地震力、風力更大，所以多用于高層建筑。至于框架與剪力墻混合而成的“框一剪”結(jié)構(gòu)，包含了兩種結(jié)構(gòu)的特點。（4）懸挑和懸臂結(jié)構(gòu)生活中經(jīng)?？吹揭恍┤缁@球架、陽臺、雨篷、體育場的看臺等“出挑”的結(jié)構(gòu)，稱為懸挑結(jié)構(gòu)，懸挑結(jié)構(gòu)的梁及板稱為懸臂梁、懸臂板。設計合理的懸挑結(jié)構(gòu)，除了滿足其使用要求，還有美化外觀的作用，甚至還可以起到受力、變形的平衡與調(diào)節(jié)作用。11.1.4結(jié)構(gòu)布置2）結(jié)構(gòu)布置的優(yōu)化有時由于使用空間的需要，在一個大空間里，為使梁的高度減小以增加室內(nèi)的高度，我們還可以將其設計成“無梁結(jié)構(gòu)”和“井字梁結(jié)構(gòu)”。前者（無梁結(jié)構(gòu)）是把板厚加大并在柱頂加“柱帽”，使之形成無梁的厚板結(jié)構(gòu)，但由于造價可能相對較高，其應用并不多見；后者（井字梁結(jié)構(gòu)）則是相反的概念，即布置雙向均勻等跨等高的梁，形成“井”字，使板厚減小，整齊的方格外觀相當美觀，無需吊頂，但由于施略顯復雜，空間平面適用于方形，故應用并不廣泛。圖11.12井字梁結(jié)構(gòu)圖11.11無梁結(jié)構(gòu)11.2建筑設備與建筑設計建筑設備包括給水排水，采暖通風與空調(diào)以及電力電氣等系統(tǒng)。11.2.1給水與排水1）給水系統(tǒng)室內(nèi)給水系統(tǒng)由管道、閥門和用水設備等組成，除了生活用水，還有消防用水以及工業(yè)建筑的工業(yè)用水。室內(nèi)管道的供給來自市政管網(wǎng)，多數(shù)的生活用水是經(jīng)過凈化的，并具有一定的水壓。對較高的建筑，市政水壓不足以供給。所以這樣的建筑需設置水泵、水池和水箱等，并通過如穩(wěn)壓、減壓等技術(shù)來保證所需的供水。消防給水系統(tǒng)是建筑物防火滅火的主要設備，不同的建筑類型、建筑高度、使用對象有不同的建筑防火等級和分類，對消防給水的要求也不同。11.2建筑設備與建筑設計2）排水系統(tǒng)室內(nèi)排水系統(tǒng)的組成與給水系統(tǒng)相同，室內(nèi)管道收集的污水、雨水排入市政雨污管網(wǎng)。和給水系統(tǒng)不同的是，排水管道的水壓是依靠其自身重力產(chǎn)生的，所以排水管道要有一定的坡度，否則會產(chǎn)生堵和漏。排水系統(tǒng)除了要保證其暢通以外，還必須防止污染，所以，建筑室內(nèi)排水要求雨污分流、油污分流。一部分的排水還可以經(jīng)過處理后循環(huán)使用，如經(jīng)中水處理后，這些循環(huán)使用的水可用于灌溉、洗車等。11.2建筑設備與建筑設計11.2.2采暖通風與空調(diào)1）采暖系統(tǒng)：是由散熱器、閥門和管道組成的，根據(jù)熱媒的不同，管道中有熱水、蒸汽等。我國北方地區(qū)在寒冷季節(jié)需采取集中供暖方式，南方地區(qū)的冬天，有的采用局部供暖的方式。2）通風系統(tǒng)是為解決空氣中有濕氣、余熱、粉塵和有害氣體的問題，通過風口、管道、風機等設備，排出室內(nèi)不良空氣，輸入室外新鮮空氣。與水體相似，空氣是有壓力的，風向總是順著壓力由大（正）向?。ㄘ摚┑姆较蛄鲃?，因此，有效的辦法是讓室內(nèi)的不良空氣處于負壓空間。此外，通風系統(tǒng)往往與消防的排煙系統(tǒng)綜合考慮，即平時作為通風換氣系統(tǒng)，火災時轉(zhuǎn)換成為排煙系統(tǒng)。11.2建筑設備與建筑設計3）空調(diào)系統(tǒng)：分為集中空調(diào)和局部空調(diào)，后者較簡單，如家用的空調(diào)機就是局部空調(diào)，而集中空調(diào)系統(tǒng)則較復雜，一般由風口、空調(diào)機、風管、冷水管、制冷機、熱媒等組成。該系統(tǒng)造價高，耗能大，污染排放也較多。設計中盡量不使用空調(diào)或少使用空調(diào)，以達到綠色建筑的要求。如采用保溫隔熱的圍護結(jié)構(gòu)、低能耗(Low-E)玻璃、節(jié)能門窗，還有“呼吸幕墻”等新技術(shù)。11.2.3電力電氣“電”包括了電力、電氣等強電系統(tǒng)以及包括電話、電視、保安在內(nèi)的弱電系統(tǒng)。11.2建筑設備與建筑設計1）電力電氣系統(tǒng)室內(nèi)電力電氣系統(tǒng)包含配線、配電、插座開關(guān)、燈具和一切用電設備。我國民用建筑的室內(nèi)電力電氣線路的電壓有220V和380V兩種，以滿足不同電流負載的用電設備。一般民用建筑室內(nèi)線路多為暗敷，即電線穿套管埋設于墻體和樓板里，在一定的使用區(qū)間，設置一個配電箱，并加載短路保護、過載保護等。燈具的設計是室內(nèi)設計的重點之一，既需有效，還要美觀，選擇時優(yōu)先考慮高效節(jié)能燈。室內(nèi)供電來自市政電網(wǎng)，某些重要建筑往往設置自備電源和應急電源，即通過發(fā)電機組進行室內(nèi)供電，滿足臨時需要。建筑物的防雷也屬于電力設計的范疇。建筑防雷是通過避雷針、引下線和接地極等組成的。11.2建筑設備與建筑設計2）弱電系統(tǒng)建筑弱電系統(tǒng)一般包括通信、有線電視等系統(tǒng)。有些還設有安保監(jiān)控、消防報警、背景廣播、智能化系統(tǒng)。隨著對建筑節(jié)能的日趨關(guān)注，樓宇的智能化管理技術(shù)也得到了越來越多的應用，如照明節(jié)能智能化、電梯智能化、空調(diào)智能化等技術(shù)。11.3建筑經(jīng)濟與建筑設計11.3.1綠色建筑的概念綠色建筑是指能最大限度地節(jié)約資源、保護環(huán)境和減少污染，提供人們健康、適用和高效的使用空間，并與自然和諧共生的建筑。綠色建筑還常常被稱為“節(jié)能建筑”、“生態(tài)建筑”、“可持續(xù)建筑”，這些叫法包含了“綠色建筑”的主要理念，但并未完整地概括其內(nèi)涵。

1）節(jié)約資源：就是在房屋的建造過程中盡量減少資源的使用，力求使資源可再生利用，例如要節(jié)約土地、節(jié)約用水和其他能源，盡量利用可再生的建筑材料代替不可再生的。所以，在建筑設計時，應努力設法降低建筑占地率．擴大綠化面積，充分利用如太陽能、風能、地熱等天然可再生能源。11.3建筑經(jīng)濟與建筑設計圖11.13天然能源的利用11.3建筑經(jīng)濟與建筑設計2）保護環(huán)境：即減輕環(huán)境的負荷，減少污染。人們越來越認識到，建筑使用能源所產(chǎn)生的二氧化碳是造成氣候變暖的主要原因，因此，建筑節(jié)能已成為建筑設計的主要任務之一，不僅對新建筑如此，對既存建筑的更新也以節(jié)能和資源再利用為關(guān)鍵策略。3）健康與回歸自然的生活建筑設計應該使建筑的室外空間與周邊環(huán)境相融合、和諧、互補，做到融于生態(tài)、保護生態(tài)，同時還要營造出舒適健康的室內(nèi)空間，不能使用對人體健康有害的建筑材料、裝飾材料和家具陳設，不能追求過度的奢華和浪費。11.3建筑經(jīng)濟與建筑設計11.3.2主要經(jīng)濟技術(shù)指標1）建筑面積：沿建筑物勒腳以上外墻所圍合的各層水平投影面積之和，包括陽臺、挑廊、儲藏室、設備間、地下室、室外樓梯等。這些建筑物應是層高2.20m以上的有頂蓋的堅固性建筑，否則建筑面積的計算需折減。我國某些城市和地區(qū)還規(guī)定，當建筑物層高超過5m時，建筑面積應再乘1.5。建筑面積是國家控制建設規(guī)模、評價建筑經(jīng)濟的重要指標。2）單位造價：也稱單方造價、平米造價，是指建筑的每平方米的工程造價，以元／m2表示，是控制和評價建筑工程的投資、經(jīng)濟效益和質(zhì)量標準的重要指標。它包括土建工程（如墻體、混凝土、門窗、裝飾等）和管道設備安裝工程，除特殊情況外，一般不包括室外工程和室內(nèi)的如家具設備等。11.3建筑經(jīng)濟與建筑設計單位造價影響因素：建筑質(zhì)量標準的高低、建筑村料的價格、勞動力成本、施工能力、工程設計、項目管理等。單位造價的控制方法：在建筑設計初期需計算確定工程估算和工程概算，待詳細的施工圖紙完成時，應提供工程預算，工程竣工后，由施工承建單位計算工程決算，以獲得準確的單位造價和總造價。3）平面系數(shù)與體形系數(shù)平面系數(shù)，以K表示，其計算公式如下：

K=使用面積(m2)／建筑面積(m2)×100%一般住宅建筑的K在65%一85%之間，而公共建筑因需要較多的交通輔助面積，故K較小，約為60%。11.3建筑經(jīng)濟與建筑設計體形系數(shù)：用S表示。是指建筑物與室外大氣接觸的外表面積與其所包圍的體積的比值。S值越?。畡t該建筑越符合節(jié)能要求，我國嚴寒或寒冷地區(qū)的S值不大于0.4。因此，從節(jié)能觀點出發(fā)，建筑的體形宜簡單、低矮。4）建筑容積率與建筑密度建筑容積率：是指項目規(guī)劃建設用地范圍內(nèi)的所有建筑物的建筑面積之和與規(guī)劃建設用地面積之比。建筑容積率是反映建設項目經(jīng)濟性的一個重要指標。用R（%）表示，R值越大，建設用地范圍內(nèi)的可建造面積越大，建筑外部空間就越擁擠。建筑密度：即建筑覆蓋率，指項目用地范圍內(nèi)所有建筑物、構(gòu)筑物的基底面積之和與規(guī)劃建設用地總面積之比，用D(%)表示，D