第四章 建筑工程

第四章建筑工程4.1基本构件4.2建筑结构类型4.3特种结构4.1基本构件建筑物的基本构件分为板、梁、柱和拱。4.1.1板定义：平面尺寸较大而厚度较小的受弯构件，通常

水平放置。应用范围：楼板、屋面板、基础板、墙板等。分类：（1）按平面形式分为：方形板、矩形板、圆形板、三角形板（2）按截面形式分为：实心板、空心板、槽型板等（3）按所用材料分为：木板、钢板、钢筋混凝土板等（4）按受力形式分为：单向板和双向板

4.1.2梁

定义：梁是长度远大于其横截面尺寸的受弯构件，通常水平放置。分类：（1）按截面形式分为：矩形梁、T形梁、

倒T形梁、L形梁、Z形梁、槽形梁、箱形梁、

空腹梁、叠合梁等。（2）按所用材料分为：木梁、钢筋混凝土梁、预应力钢筋混凝土梁、钢梁、组合梁等。(3)按支承方式分为：简支梁、悬臂梁、连续梁等。连续梁（4）按在结构中的位置分为：主梁、次梁、连系梁、圈梁、过梁等。（1）圈梁是在房屋某水平高度上沿外墙和部分内墙设置的连续而封闭的梁，可以提高房屋的整体性和增加墙体的稳定性。（2）过梁：当墙体上开有门窗洞口时，为了支承门窗洞口上面墙体的重量和楼盖传来的荷载而设置的跨越洞口的梁

4.1.3柱定义：柱是长度远大于其横截面尺寸，工程结构中主要承

受压力，有时也同时承受弯矩的竖向构件。分类：（1）按截面形式分为：方柱、圆柱、管柱、矩形柱、工字型柱、H型柱、L型柱、十字形柱等。（2）按所用材料分为：石柱、砖柱、砌块柱、木柱、钢柱、钢筋混凝土柱、组合柱等。（3）按受力形式分为：轴心受压柱、偏心受压柱。构造柱：在多层房屋的墙体中，纵横墙连接处和墙角楼梯间等部位应设置钢筋混凝土构造柱，并与各层圈梁拉结，它可以加强墙体抗弯和抗剪的能力。

4.1.4拱定义：拱为曲线结构，主要承受轴向压力。在竖直荷载下产生水平反力。常见拱结构形式：河北赵州桥

拱结构常用于礼堂、展览馆、体育馆、火车站、飞机库等的大跨屋盖承重结构；同时有利于使用砖、石、混凝土等抗压强度高、抗拉强度低的廉价建筑材料。日本姬路市中心体育馆拱结构屋盖砖混结构中的砖砌拱形门洞

4.2建筑结构类型4.2.1按房屋的使用性质可分为：民用建筑、公共建筑、工业建筑、农业建筑民用建筑：是指供人们居住、生活、工作和从事文化、商业、医疗、交通等公共活动的房屋，如图书馆、商店、医院、停车场等。由于它是人群聚集的场所，有着与公共建筑类似的要求，一般采用框架结构为主体结构。公共建筑：包括办公类、教育科研类、文化娱乐类、体育类、商业服务类、旅馆类、医疗服务类、交通类、邮电类、市政公用设施类等类型的建筑。它是大量人群聚集的场所，室内空间和尺度都很大，人流走向问题突出，对使用功能及其设施的要求很高，因此经常采用将梁柱连接在一起的大跨度框架结构以及网架、拱、壳结构等为主体的结构。工业建筑：是指供人们从事工业生产的房屋，包括生产用房屋及辅助用房屋，如机械、医药、化工、食品等厂房。它往往有巨大的荷载，沉重的撞击和振动，需要巨大的空间，有温度、湿度、防爆、防尘、防菌等特殊要求，以及要考虑生产产品的起吊运输设备和生产路线等。单层工业建筑经常采用的是排架结构，多层工业建筑往往采用框架结构。农业建筑：是指供人们从事农业生产的房屋，如养殖场、畜牧场、蔬菜棚等。它往往采用的是砌体结构或轻型钢结构。4.2.2按房屋结构材料分：木结构砌体结构混凝土结构钢结构混合结构木结构：将原木材(方木、圆木、条材、板材等)经过齿形连接、螺栓连接、钉连接、键连接或胶连接，形成各种型式的结构，如木桁架、木网架、木框架、木拱等。现代木结构建筑有以下几大特点：①施工周期短。②易于扩建和改造。③保温隔热性能好。④节能环保性能好。⑤木结构的缺点是多疵病、易燃、易腐、易虫蛀等。

重型木结构房屋轻型框架房屋砌体结构：是指采用砖、石、混凝土砌块等砌体建造的结构。20世纪上半叶，砌体结构发展缓慢，但20世纪下半叶以来，随着新材料、新技术和新结构的不断研制和使用以及计算理论和计算方法的不断完善，砌体结构得到了广泛应用和迅速发展。

根据砌体中是否配置钢筋，砌体可分为无筋砌体和配筋砌体。对配筋砌体，按照钢筋的作用又可分为约束砌体结构和配筋砌体结构。

采用高强砌体材料来提高砌体结构性能，通过配筋提高砌体结构的抗震性能，利用工业废料（粉煤灰、煤渣或者混凝土）制成空心砖块代替粘土砖。配筋砌体房屋结构

约束砌体房屋结构

混凝土结构：以混凝土为主制作的结构。它包括素混凝土结构、钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构等。混凝土结构广泛应用于各类建筑工程中，除用于工业与民用建筑外，还用于地下、水工、港口、桥梁、隧道等土木工程和国防工程中。

混凝土结构的发展大体上经历了四个阶段：第一阶段从1850年到1920年属于缓慢发展阶段；第二阶段从1920年到1950年属于材料强度提高阶段；第三阶段从1950年到1980年和第四阶段从1980至今均属于快速发展阶段。上海东方明珠电视塔

加拿大多伦多电视塔

【动土时间】2004年9月21日【封顶时间】2009年10月【使用时间】2010年1月4日【建筑高度】总高度：828米【建筑用途】综合【建筑层数】168层【结构形式】钢混结构【抗震能力】6.3级地震【建筑造价】20亿美元【占地面积】34.4公顷【设计单位】SOM--阿德里安·史

密斯【建筑温差】底层-顶层：-10℃【施工单位】韩国三星工程、BESIX、Arabtec

迪拜塔项目，由美国芝加哥公司的美国建筑师阿德里安·史密斯（AdrianSmith）设计，韩国三星公司负责实施。建筑设计采用了一种具有挑战性的单式结构，由连为一体的管状多塔组成，具有太空时代风格的外形，基座周围采用了富有伊斯兰建筑风格的几何图形——六瓣的沙漠之花。哈利法塔加上周边的配套项目，总投资超70亿美元。哈利法塔37层以下是世界上首家ARMANI酒店，45层至108层则作为公寓。第123层将是一个观景台，站在上面可俯瞰整个迪拜市。建筑内有1000套豪华公寓，周边配套项目包括：龙城、迪拜MALL及配套的酒店、住宅、公寓、商务中心等项目。钢结构：由型钢、钢管、钢板等制成梁、柱等基本构件，再用焊缝、锚栓或铆钉将其连接成可承受各种荷载作用的几何不变体系称为钢结构。有些钢结构还用钢绞线、钢丝绳（束）组成。钢结构常用于跨度大、高度高、荷载大、动力作用大的各种建筑及其它土木工程结构中。单层工业厂房常用结构钢结构的特点：①材料强度高，结构重量轻。②材质均匀，安全可靠。③工业化程度高，工期短。④密封性好。⑤抗震性能好。钢结构的缺点：①钢材价格相对较贵。②耐锈蚀性差。③耐火性差。世界贸易中心介绍

建于1973年,采用筒中筒结构,正方形平面.高412米,110层.七层地下室.在摩天大电梯1分钟可到达107层的天空大厅,透过四周的玻璃幕墙,可以看到70公里以外的景色,纽约全城尽收眼底,故有世界之窗的称号;又由于大楼存在着交通.安全.放火,以及社会学和心理学方面的一系列问题,又称摩天地狱

世贸大楼是由几幢建筑物组成的综合体。其主体（北楼和南楼）呈双塔形，塔柱边宽６３.５米。地基扎在坚固的岩石层上。大楼采用钢结构，用钢７万８千吨，楼的外围有密置的钢柱，墙面由铝板和玻璃窗组成，有“世界之窗”之称。大楼一切机器设备都用电脑控制，不论热暑寒冬，均能自动调节，被誉为“现代技术精华的汇集”。

１９９３年２月２６日，纽约世贸中心姊妹楼地下停车场曾发生大爆炸，造成６人死亡，１０００多人受伤，被称为“美国本土历史上最有破坏性的恐怖主义活动”，迫使这两座高１１０层的大楼关闭数周，经济损失达５．５亿美元.2001年9月11日，被恐怖分子劫持的两架飞机先后撞向世贸中心的双塔楼，由于撞击引起大火，双塔楼相继倒塌。大楼的坍塌过程使人惊奇：1.它并没有因为爆炸起火立即坍塌，而是爆炸起火后又过了一个多小时才坍塌的，为什么；2.它并没有因为相撞立刻倾斜倒塌，而是从上至下垂直坐塌的，又是为什么；3.先撞的北楼后塌，而后撞的南楼先塌，这又是为什么。奇妙的坍塌过程，一时间成了谜，众说纷纭。大楼是鼠笼式钢结构，从地基到顶端形成了一个牢固的整体。而且钢材具有很强的刚性、韧性和很高的承压强度。因此，它不可能像一般的钢筋水泥结构一样立即倒塌，而是爆炸起火以后，随着温度骤然升高，就象形成了一座炼钢炉一样，在高温下炽热的钢材开始软化，而且由于钢材具有良好的导热性能，使高温自上而下逐渐传导，于是钢结构也就随着自上而下逐渐软化溶化而坍塌。因为大楼像溶化了的巧克力糖一样，因此不可能形成倾斜倒塌，只能是逐渐垂直坐塌。因为北楼在上部(94层到99层)爆炸，使大楼软化溶化的时间长，而南楼在中部(78层至84层)爆炸，使大楼软化溶化的时间短，而且撞击南楼飞机的时速(586英里/小时)大于撞击北楼飞机的时速(494英里/小时)，飞行速度越快，产生的动能和破坏力越大，因此，自然是南楼比北楼先塌了。当钢结构全部溶化之“时”,就是整个大楼完全毁灭之“际”。独特的建筑结构，造成了独特的坍塌现象。

大楼的毁灭损失惨重，涉及80多个国家的422人死亡，4815人失踪，直接经济损失1050亿美元。对世界经济的影响将是长期的深远的。纽约世界贸易中心大楼消失了，而作为历史的象征，它的雄伟高大形象将永远留在世人的记忆里。混合结构：房屋的承重结构是由不同材料的构件混合构成，如屋面、楼盖用钢或钢筋混凝土，承重墙体、柱、基础等用各种砌体或钢筋混凝土等4.2.3按房屋结构体系分：剪力墙结构（墙体结构）、框架结构、框架-剪力墙结构、框支剪力墙结构、筒体结构、网架结构、桁架结构、薄壳结构、悬索结构、薄膜结构墙体1.墙体结构：是指利用房屋的墙体作为竖向承重和抵抗水平荷载（如风荷载或地震荷载）的结构，墙体同时也作为维护及房间分隔构件。在高层建筑中也称为剪力墙结构（一段钢筋混凝土墙体，抗剪能力很强），是由纵、横向钢筋混凝土墙组成的结构。这种钢筋混凝土建筑侧向刚度大，可以建得很高，适用于高层住宅、旅馆等建筑；

广州白云宾馆2.框架结构：是由竖向构件的柱与水平构件的梁通过节点连接而组成承重体系的结构，可承担竖向荷载，，但承受水平荷载（风、地震）的能力很差。墙体在框架结构中围护、分隔作用，同时也增强了房屋的空间刚度，但不承重。北京长城饭店目前我国的框架结构多用钢筋混凝土建造。框架结构的优点是建筑平面布置灵活，可以提供较大的建筑空间，也可以构成丰富多变的立面造型。适用于房屋高度不大，层数不多的情况。3.框架-剪力墙结构：由剪力墙和框架共同承受竖向和水平作用的结构。在这种结构中，剪力墙承受绝大部分水平荷载，一小部分剪力由框架承受，而框架主要承受竖向荷载。

框架结构侧向刚度差，抵抗水平荷载能力较低，地震作用下变形大，但它具有平面灵活、有较大空间、立面处理易于变化等优点，而剪力墙结构则相反，抗侧力刚度、强度大但限制使用空间。把两者结合起来，取长补短，在框架中设置一些剪

力墙，就成了框架－剪力墙

体系。适用于办公楼、旅馆、住宅等。

广州中信大厦4、框支剪力墙结构：适用于上部为住宅楼或办公楼，而下部开设商店的商住楼。建筑上部墙体多、开间小，下部开间大、墙体少。上部比较适合采用剪力墙结构，而下部适合采用框架结构。需在其交界位置设置巨型的转换大梁，将上部剪力墙的力传至下部柱子上。北京兆龙饭店5、筒体结构：是由一个或多个筒体作承重结构的高层建筑体系。适用于层数较多的高层建筑。筒体在侧向风荷载的作用下，其受力类似于刚性的箱型截面的悬臂梁，迎风面受拉，而背风面将受压，当单筒结构高度较大时，其很难承受较大的水平作用，因此一般筒式体系为组合体系。根据不同组合，筒体结构可分为框筒体系、筒中筒体系、桁架筒体系、成束筒体系。

深圳华联大厦

广东国际大厦西尔斯塔楼香港中银大厦框筒结构筒中筒结构桁架筒结构成束筒结构6、网架结构

是由多根杆件按照某种规律的几何图形通过节点连接起来的空间结构。网架结构的杆件多采用钢管或角钢制作，结点多为空心球结点或钢板焊接结点。它能够承受来自各方向的荷载，即使在个别杆件受到损伤的情况下，也能自动调节杆件内力，保持结构的安全。

哈尔滨会展中心体育场7、桁架结构：是指由杆件在端部相互连接而组成的格子式结构。桁架中的杆件大部分情况下只受轴线拉力或压力，应力在截面上均匀分布，因而容易发挥材料的作用，这些特点使得桁架结构用料经济，结构自重小。

桁架同网架比，杆件较少，节点美观，不会出现较大的球节点，利用大跨度空间桁架结构，可以建造出各种体态轻盈的大跨度结构。郑州国际会展中心吊杆式斜拉悬索结构

8、悬索结构

是以一系列受拉的索作为主要承重构件，这些索按一定规律组成各种不同形式的体系，并悬挂在相应的支承结构上。索的材料可以采用钢丝束、钢丝绳、钢铰线、链条、圆钢，以及其他受拉性能良好的线材。悬索结构能充分利用高强材料的抗拉性能，可以做到跨度大、自重小、材料省、易施工。索拱

9、薄壳结构

薄壳结构就是曲面的薄壁结构，材料大都采用钢筋和混凝土。薄壳结构的优点是可以把受到的压力均匀地分散到物体的各个部分，减少受到的压力。壳体能充分利用材料强度，同时又能将承重与围护两种功能融合为一。实际工程中还可利用对空间曲面的切削与组合，形成造型奇特新颖且能适应各种平面的建筑，但较为费工和费模板。许多建筑物屋顶都运用了薄壳结构的原理。

湖北黄石体育馆屋盖为空间折板式结构，具有不规则、多面、薄壳的特点。

按曲面生成的形式分为筒壳、圆顶薄壳、双曲扁壳和双曲抛物面壳等。10.薄膜结构：是一种建筑与结构完美结合的结构体系。它是用高强度柔性薄膜材料与支撑体系相结合形成具有一定刚度的稳定曲面，能承受一定外荷载的空间结构形式。其造型自由轻巧、阻燃、制作简易、安装快捷、节能、易于使用、安全等优点。这种结构形式特别适用于大型体育场馆、人行廊道、小品、公众休闲娱乐广场、展览会场、购物中心等领域。

大跨度结构是指跨度大于60m的建筑。在这类结构中，屋盖常采用钢网架、悬索或薄壳等，多用于体育馆、大型火车站、航空港等公共建筑中。

除上述介绍外，还有索膜结构、应力蒙皮结构、充气悬浮结构等。广州塔又称广州新电视塔，昵称小蛮腰，位于中国广州市海珠区（艺洲岛）赤岗塔附近，地面标高600米，距离珠江南岸125米，与海心沙岛及珠江新城隔江相望，为广州最高建筑物，国内第一高塔，而“小蛮腰”的最细处在66层。2011年正式获评“羊城新八景”之首“塔耀新城”，成为“游广州，必游广州塔”的广州景点，于2010年10月1日起正式对公众开放。

上海环球金融中心(钢筋混凝土和钢结构组合结构)位于陆家嘴金融贸易区，毗邻金贸大厦，是以日本森大厦株式会社为中心，联合日本、美国等40多家企业投资兴建的项目。工程占地面积为3万m2，总建筑面积达38.16万m2。该工程地上101层，地下3层，建筑主体高度达492m，总用钢量26000吨，采用钢筋混凝土核心筒，外框钢骨混凝土及钢柱结构，2008年竣工。

2003年建成台北101大厦，其地下5层，地上101层，高508米，包括能容纳12000人的办公大楼和购物中心部分。电梯速度当时世界最快：4部直达电梯从1楼到89楼观景台只需39秒，时速高达60公里。防火性能最好：8根巨大钢柱里灌入的1万磅防火混凝土及封闭式逃生设计，发生火灾时可以支撑3个小时让高层民众安全脱险。

4.3特种结构与智能建筑特种结构是指具有特种用途的工程结构，包括高耸结构、

海洋工程结构、管道结构和容器结构等。常见种类：烟囱、水塔、水池、筒仓（贮存散装物料的仓库）等。筒仓水塔1.烟囱烟囱是用于排放工业与民用炉窑高温度气体的高耸结构物。它的作用在于保证炉窑内气体的正常流动和热交换过程，即提供炉内燃料充分燃烧所需要的空气，并排除燃烧过程中所产生的废气。烟囱是由基础、筒壁、内衬、隔热层及附属设施(爬梯、避雷设备、信号灯平台等)组成。深圳妈湾电厂烟囱

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2.水塔水塔是给水工程中常用的一种构筑物，它的主要作用是调节和稳定水压，贮存和配给用水。水塔主要由水箱、塔身、基