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建筑构造（2）文字讲义1绪论建筑的建构1建筑的建构由材料、结构和构造方式所形成的建造的逻辑关系被称之为建筑的建构，它是建筑形式产生的依据和物质技术基础。著名的建筑史学家、哥伦比亚大学建筑学教授肯尼思·弗兰普顿在其所著的《建构文化研究：19世纪和20世纪的建造美学》中指出：“建筑的根本在于建造，在于建筑师应用材料将之构筑成整体的建筑物的创作过程和方法。”对他来讲，传统的并沿用至今的砖、瓦、灰、砂、石和现代的钢材、玻璃等，才是建筑的血和肉，与纯艺术不同，建筑不仅是时代价值观的体现，而且是我们现实生活的体验，建筑物是真实的存在而不是象征性的符号。以各种建筑风格为特点的形式是与一个时代的建筑技术水平、建造方式以及应用的材料密切相关，当代建筑在材料的外部表现和建造技术方面讲究和追求忠实，导致了以更直接的方式表现从新技术而来的新的形式，即形式必须更直接地反映结构和构造关系，明确并始终如一地真实表现所应用的材料。2材料材料运用是建筑形式设计语言的内在组成部分，材料与形式的融合是建筑设计的理想目标。毫无疑问，不同的材料具有不同的造型潜能，以及视觉、触觉感受，建筑师们不但要了解材料的物理性能，结构上的可能性，还必需要了解材料的造型特点。路易斯·康把材料看成是一种“天赋”，属于自然法则，是人所不能改变的，任何一种材料都具有最适宜于它的结构形式。“要忠实于材料，并知道它究竞怎样，那么你所创造的东西就会是美的”。“我既不会虚饰一个结点，也不虚饰一种材料，我使它们与建筑物的整体紧紧联系在一起”。3结构建筑结构不仅是建筑的功能要素，它同时反映出建筑外在形象，也是极其重要的建筑形式要素。建筑师可利用建筑结构的组织规律来实现各种构思。结构可以确定空间，形成单元，并对建筑造型起着至关重要的作用，因此，结构不可避免地与建造建筑的每一个因素相联系，与建筑的品质相关联。4构造建筑是由一系列的材料和构件组成的，构造问题与将这些材料和构件结为整体有关。建筑形式与建筑构造有着本质的关系，不同的构造方式必然会被表现出来。建筑的完美性与其恰当的构造密不可分。合理利用构造技术可以使建筑更美观、更高效和更趋理性，是建筑师运用技术语言实现个人美学观的手段。密斯·凡·德·罗将建造工艺视为建筑艺术，他说：“贝尔拉格处事严谨，他不能接受任何虚假之物。他说过，凡是构造不清晰之物均不应建造。……通过他我获得了‘清晰的构造’这一概念，并视为我们应该接受的基本原理之一。这一点知易行难。难就难在既要坚持这种基本构造，又要把他上升为一种结构。……对结构，我们有一种哲学观念，结构是一种从上到下乃至最微小的细节全部都服从同一概念的整体。这就是我们所谓的结构。”“……工艺运动超过一种方法，它本身就是一个世界。作为一种方法，它在几乎所有方面都是超绝的。然而，仅仅当它回复到自己，成为巨大工程结构物时，工艺才显示了自己的本性。……只要工艺得到真正的体现时，它就升华为建筑艺术。”2第一章高层建筑的构造第一节高层建筑概况1高层建筑的特点●增加了建筑的集中度，使横向和竖向联系结合起来，缩短了各部门相互间的距离，提高了工作效率。●从城市管理及规划角度看，城市建筑向高度发展，可缩短各种工程管线、道路长度。●节约用地。●造价高。●由于气流的绕行而形成紊流，使周围空间产生强烈缝隙风和涡流，这对通风和地面的行人均产生不利影响。●防灾难度大（风、火、地震……）。2风与高层建筑2.1风与高层建筑的相互影响在建筑物的周围遇强风时会产生风向变化等影响，特别在高层建筑的周围会产生较大的影响。图中给出由风洞实验得到的建筑物建成后周边风速分布。另外，作用在建筑物上风的强弱是不断变化的，因此建筑物还会产生振动问题。2.2抗风对策在设计建筑物时，防风对策有许多种，以下介绍其中几种。2.2.1遮挡以往人们一般采用种植防风林、绕宅林、树木等来预防强风带来的灾害。照片是日本出云地区种植的“筑地松”。出云地区常遭受冬天季节风的作用，为防止风灾，在住宅用地西侧和北侧种植抗强风的黑松，称为筑地松。1991年19号台风给这个地区造成很大的灾害，有“筑地松”的几家住宅受灾害程度较轻。如图是遮挡率分别为25%、60%和100%时，防风效果的变化。从挡风面高度的一半到4倍的距离分别对6个地点进行测定，进行风速比较。遮挡率不同。风速分布也大不相同。●遮挡率为100%时在防风围栏正后边的效果较好，离防风围栏较远处效果较小。●遮挡率为25%时几乎无效。●遮挡率为60%时风速以80%递减，同时其效果波及的距离也长，防风效果最好。2.2.2外形设计在设计建筑物时，可采取以下防风对策：●减少挡风面，选择合适的平面形状——去掉建筑物的棱角（如图）。●让风穿过，选择合适的断面形状——使中间层中空（如图）。2.2.3结构设计如图分析一下在框架结构上加水平力的情况。可以看出，在梁柱接合处产生最大弯矩。框架结构也好，其他结构也好，恰当的节点连接设计是非常重要的。在框架结构中加入斜撑，将使其在水平力作用下产生的变形减小，结构变得更加牢固。与桁架结构相同，加入的斜撑根据外力的方向不同而产生拉力或压力以抵抗较大的水平力。与斜撑起同样作用、能更好地抵抗水平力的构件是墙。将墙与框架结构相结合，就可以得到既经济、抗风、抗震效果又好的结构。3适用的房屋最大高度（M）结构类型烈度6789框架结构同非抗震设计554525框架-抗震墙结构12010050抗震墙结构12010060第二节高层建筑防火构造1防火原理1.1火灾种类火灾时结构各部分的损伤程度依燃烧物种类的不同而不同。煤气爆炸和油箱爆炸作用在结构上的是冲击力和高热量。对一般的建筑物来说按抵抗冲击力设计是不经济的。一般的火灾，须考虑的是结构构件在热影响下受到损坏而使抵抗力降低。伦敦某公寓住宅于1968年发生煤气爆炸事故，该建筑为预制混凝土结构，由于18层发生煤气爆炸，使建筑物的一角全部破坏。如图是火灾时结构承受非常荷载作用的情况。此时，楼板由于高温作用使混凝土和钢筋强度降低，由上层重物倒塌落下的集中荷载作用所形成的破坏模式图即可作为预防对策的根据，要使钢筋有足够保护层的厚度。1.2钢材耐热性结构材料主要采用钢和混凝土。钢材在通常的状态下可以承受较大荷载作用，但在高温下强度急剧降低，即使很小的荷载也不能承受。因此，使用钢材在火灾时很危险，应想办法隔热或采用隔热层使钢的温度保持在安全值以下。钢柱受热时会膨胀屈曲，出现将外墙推出等破坏。作为对策，应确保其耐火性能。1.3防灾课题和对策防火灾最根本的是要防止火源。防火课题与建筑物的使用者、建筑设计及设备设计的关系较大，而火灾对人的伤害大。结构设计的目标是在火灾时建筑物不倒塌。2防火构造2.1耐火涂料耐火涂料常用的有砂浆和硅酸钙板等，最近也有采用将耐火涂料等加热发泡，使其增厚以形成优良的隔热层的方法。2.2高强耐火结构构件最近常使用如耐火钢和钢管混凝上柱一类，在受火灾产生的大量热量下不施加耐火保护层而能保持强度的构件。耐火钢在600°C左右时的抗力也没有很大降低，对于局部火灾不必要施加耐火保护层。另外，钢管混凝土柱在火灾时外侧的钢管虽抵抗力下降，但内部的混凝土仍比较完好，能保持一定时间的轴向支承能力，在通常1～3小时的火灾中多数都不必作耐火保护层。2.3避难层的设置及布置方式《高层民用建筑设计防火规范》CB50045-95(2001版)规定，建筑高度超过100m的公共建筑，应设置避难层(间)，首层至第一个避难层或两个避难层之间，不宜超过15层。避难层净面4积按5人/m2计算。避难层可兼作设备层。避难层应设消防电梯出口，并设消防专用电话。避难层一般有敞开式和封闭式两种布置方式：敞开式即外墙为柱廊式装有可开启的百叶窗，烟雾可直接排出室外，不需设机械排烟设施，造价低，在目前高层建筑中广为采用；封闭式是在不具备自然排烟条件或使用功能，或立面要求不能作敞开或只能选用有排烟装置的情况下布置的避难层。2.4直升飞机停机坪的设计为解决和缓和上部楼层人员在紧急情况下的疏散，《高层民用建筑设计防火规范》规定，建筑高度超过100m，标准层面积超过1000m2的公共建筑，宜设置屋顶直升飞机停机坪，并须做到以下凡点：●必须避开高出屋顶的设备机房、电梯机房、水箱间、共用天线等突出物的距离应不小于5m。●停机坪为圆形时，其直径应为D＋10m，D为飞机旋翼直径。如为矩形，则短边宽度应不小于机身长度。●停机坪周围设800～1000mm高的安全护栏。●通向停机坪的出口应不少于2个，每个宽不小于0.9m。●停机坪适当部位应设消火栓。●停机坪的承载能力应根据当地消防部门使用的直升飞机型号确定。起降区要考虑动荷载的冲击力。为保证夜间起降安全，应设置照明装置。应在停机坪两个方向设着陆方向灯，间距0.6～4m。泛光灯应设在与着陆方向灯相反的方向，灯之间的间距不大于3m，并高出地面1.5m，见图1-83。第三节电梯和自动扶梯1电梯1.1电梯的类型1.1.1按使用性质分●客梯：主要用于人们在建筑物中竖向的联系。●货梯：主要用于运送货物及设备。●消防电梯：用于发生火灾、爆炸等紧急情况下作安全疏散人员和消防人员紧急救援使用。1.1.2按电梯行驶速度分为缩短电梯等候时间，提高运送能力，需确定恰当速度。根据不同层数和不同使用要求可分为：●高速电梯。速度大于2.5m／s，客梯速度随层数增加而提高，消防电梯常用高速。●中速电梯。速度在1.5～2.5m／s，一般货梯按中速考虑。●低速电梯。速度在1.5m／s以内，运送食物电梯常用低速。1.2电梯的组成1.2.1电梯井道电梯井道壁多为钢筋混凝土井壁或框架填充墙井壁。观光电梯井壁可用通高玻璃幕墙。1.2.2电梯机房机房和井道的平面相对位置允许机房任意向两个相邻方向伸出1米左右，如图1-79所示。1.2.3井道基坑一般基坑深度大于等于1.4m，作为轿厢下降时所需的缓冲器的安装空间。51.2.4组成电梯的有关部件（由电梯厂供应）1.3电梯与建筑物的相关部位构造1.3.1电梯井道、机房建筑的一般要求●机房内应当干燥，与水箱和烟道隔离，通风良好，寒冷地区应考虑采暖，并应有充分照明。●通向机房的通道和楼梯宽度不小于1.2m，并应有充分照明，楼梯坡度不大于45º。●机房楼板应平坦整洁，能承受6kPa的均布荷载。●井道壁应是垂直的、井道尺寸只允许正偏差，其值不超过：对于井道宽度和深度为50mm；在每个平面上，对井道壁与其相应的理想的偏差为30mm。●井道底坑应是防水的，300mm缓冲器水泥墩子，待安装时浇制；须留钢筋4根，伸出地面300mm。●井道壁为钢筋混凝土时；应预留150mm见方、150mm深孔洞、垂直中距2m，以便安装支架。●框架梁(圈梁)上应预埋铁板，铁板后面的焊件与梁中钢筋焊牢。每层中间加圈梁一道。●井道壁为砖墙时，在安装时钻孔预埋导轨支架。●电梯为两台并列时，中间可不用隔墙而按一定的间隔放置钢筋混凝土梁或型钢过梁，以便安装支架。1.3.2电梯导轨支架的安装安装导轨支架分预留孔插入式和预埋铁焊接式。1.4消防电梯的建筑要求●消防电梯应设前室，其面积居住建筑不小于4.5m2；公共建筑不小于6m2，若与防烟楼梯合用时居住建筑不小于6m2；公共建筑不小于10m2。●消防电梯井、机房与相邻电梯井、机房之间均应采用耐火极限不低于2h的墙隔开，如在隔墙上开门，应设甲级防火门。●前室应采用乙级防火门或具有停滞功能的防火卷帘。●井底应设排水设施。●消防电梯的行驶速度，应按从首层到顶层的运行时间不超过60s计算确定。●轿箱内应设专用电话。●应在首层设供消防队员专用的操作按钮。2自动扶梯2.1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(图1-81)。2.1.1单台布置这种布置方式往往将两台自动扶梯分设于平面的两侧，一台负责向上运输客流，一台负责向下运输客流。该布置方式有利于在平面中部形成整体开敞的空间，但乘客流动不连续，上行下行的导向性也不明确。2.1.2双台并列布置这种布置方式往往将两台电梯平行布置于一起，设在平面中部，乘客流动不连续，且搭乘场较近，升降流易发生混乱。2.1.3双台串连布置该布置方式将各层自动扶梯有