公共建筑设计原理第四章

公共建筑设计原理贵州民族大学人文科技学院建筑工程学院授课教师：杜世光

第四章1公共建筑设计与结构技术2公共建筑与设备技术3公共建筑的经济分析概述结构作为实现建筑功能和审美要求的技术手段，要受到它们的制约。就互相之间的关系而言，结构与功能之间通常更为紧密一些。然而结构并不是一个完全消极被动的因素，相反对建筑空间形式具有很强的反作用。恰当运用合理的结构形式往往会对空间的功能和美观起到很大的促进作用。建筑结构与建筑设计的关系公共建筑设计与结构技术01公共建筑设计与结构技术建筑结构体系不仅对空间的围合、分隔及限定起着决定的作用，而且直接关系到空间的量、形、质等三方面的因素。下面我们将分类讨论不同类型的结构形式所对应的空间特点。现代建筑的结构体系可分为平面结构体系和空间结构体系两大类。工程技术问题包含的主要内容：（1）结构；（2）设备；（3）装修、消防、施工等；19世纪以来建筑技术和造型的重大变革：一、平面结构体系（一）混合结构体系这是一种古老的结构体系，公元前两千多年的古埃及建筑中就已被广泛使用，一直到今天世界各地的人们依然在使用这种结构来建造房屋。1、特点：墙体本身是围护结构同时又是承重结构。以砖或石墙承重及钢筋混凝土梁板承重。常形成矩形网格承重墙。2、适用范围：功能简单、房间不大、层数不高、一般标准的公建（学校、办公、医院）3、缺点：刚度、抗震要求苛刻，开门窗洞口受限制。4、分类：（1）按墙的受力情况划分承重墙：承受上部结构(梁、板、屋架等)传来的荷载的墙。非承重墙：不承受上部荷载的墙，包括自承重墙和框架墙。自承重墙仅承重自身质量的墙，如隔墙、隔断墙；框架墙(填充墙)为在框架结构中，位于框架梁、柱之间的后砌墙，其作用是分隔或围护。（2）按墙体的承重方案划分一、平面结构体系墙体各部分名称承重墙结构示意图一、平面结构体系1）横墙承重：横墙承重就是把梁或板搁置在横墙上，其特点是房间的开间小，横墙较密，上部受弯构件的跨度小，抗震性能高。但是由于横墙密，导致了房间的布置不够灵活，同时也限制了门窗洞的开设。横墙承重适用于有规律布置的小房间，如宿舍、住宅、办公室、旅馆等。2）纵墙承重：就是把梁或板搁置在纵墙上，主要由纵墙承担荷载，而横墙起到分割空间、连接纵墙、承担自重的作用。其特点是房间较大，采用的板跨大，横墙少，抗震性能低。但是由于横墙少，使得房间布置灵活，门窗的开设也较自由。纵墙承重方案适用于非地震区的大房间，如大办公室、餐厅、商店等。3）纵横墙混合承重：纵横墙混合承重就是把梁或板同时搁置在纵墙和横墙上，其特点是基础应力较均匀，平面布置较灵活，房屋的刚性较好。但是所用的梁、板类型较多，给施工带来不便。纵横墙馄合承重方案适用于房间的开间和进深较大、平面布置比较复杂的建筑，如医院、教学楼、幼儿园、住宅等。4）墙与柱混合承重：墙与柱混合承重是房间内部由梁和柱形成框架承重体系，房间四周由纵墙和横墙承重，内框架与外墙共同承担水平构件的荷载，其特点是房屋空间大，布置灵活，不受墙体布置的限制，整体性能好，抗震性能高。其主要缺点是内部的框架与外围的墙体刚度不同，在水平荷载作用下变形量不同，适用于室内需要大空间的建筑，如大型商店、餐厅等。一、平面结构体系（二）框架结构体系框架结构是由梁和柱刚性连接的骨架结构。框架结构的特点：1、框架结构的承重结构和围护、分隔构件完全分开，墙只起围护和分隔作用。2、框架结构平面布置灵活，能够满足生产工艺和使用功能的要求。3、框架结构采用的材料是型钢和钢筋混凝土，有很好的抗压和抗弯能力，由于梁、柱刚接，抗侧移和抗振动能力强，因此，其抗震性、整体性和延通性较好，适用于多层和高度不超过60m的高层建筑。一、平面结构体系梁架斗拱构造示意图钢筋混凝土框架一、平面结构体系框架结构的类型：1、按构件组成划分有梁板式结构（由梁、板、柱三种基本构件组成的骨架结构）和无梁式结构（由板和柱子组成的骨架结构）两种类型。2、按框架的施工方法划分：（1）现浇整体式框架框架全部构件均在现场浇注成整体，具有整体性和抗震性能好、构件尺寸不受标准构件限制的特点。（2）装配式框架框架全部构件采用预制装配，具有可加快施工进度、提供建筑工业化程度的特点，但节点构造刚性差，抗震性差。（3）半现浇框架梁、柱现浇，楼板预制或现浇，预制梁板，具有梁柱整体性好、可节约模板的特点。（4）装配整体或框架预制梁、柱，装配时通过局部现浇混凝土使构件连接成整体，结构的整体性和抗震性介于现浇和装配式构件之间，保证了节点的刚度，比全现浇节省模板，加快了施工进度，但增加了后浇混凝土的工序。一、平面结构体系框架结构的平面布置方式：1、布置原则（1）建筑平面形状和立面体型宜简单、规则，使各部分刚度均匀对称。（2）控制结构的高宽比（一般高宽比设为5～7），减少结构在水平荷载下产生的侧移。（3）房屋的总长度宜控制在最大伸缩缝间距内，减少温度裂缝。（4）框架梁宜拉通、对直，框架柱宜上下对中，梁柱轴线宜在同一竖向平面内。（5）尽量统一柱网及层高，以减少构件种类规格，简化设计及施工。2、柱网及层高框架结构的柱网由柱距和跨度组成。框架结构的柱网尺寸和层高主要由使用功能的要求决定，并符合建筑模数，力求柱网平面简单规则，便于布置模板。民用建筑的柱网及层高民用建筑的类型多，功能要求各不相同，因此柱网和层高的变化也大，但对于一般民用建筑可以做到定型化。柱网一般以300mm为模数，如住宅、旅馆的框架结构柱网尺寸，柱距可采用6.3m、6.6m和6.9m，跨度可采用4.8m、5.1m、6.0m、6.6m和6.9m，层高为3.0m、3.3m、3.6m、3.9m和4.2m。一、平面结构体系框架柱网布置简单、规则、整齐，对结构是非常有利的，经济效果也好。但有些建筑平面采用周边复杂的形式来表示建筑艺术的效果，这就出现了在复杂的建筑平面形式上力求简单的柱网布置的协调问题。一、平面结构体系（三）剪力墙结构剪力墙是一种抵抗竖向荷载引起的轴向作用和风、地震等水平荷载引起的剪切、弯曲作用的结构单元。剪力墙的作用：1、剪力墙是建筑物的承重墙，同时也是围护墙和分隔墙，因此，剪力墙的布置必须满足建筑平面布置和结构布置的要求。2、剪力墙有较强的承载能力，同时也具有很好的整体性和空间作用，因此，剪力墙作为抗侧力构件用于高层建筑。3、受剪力墙间距的限制，建筑物的平面开间布置不灵活，所以用于旅馆、公寓住宅等建筑较为适宜。4、剪力墙结构的楼盖结构一般采用钢筋混凝土平板，可不设梁，这样可节约层高。一、平面结构体系二、空间结构（一）筒体结构由若干纵横交接的剪力墙集中到房屋内部或外部形成封闭筒体的骨架称为筒体结构。筒体可以由剪力墙组成，也可以由密柱框筒组成。筒体结构类型：筒体——框架结构，由中央剪力墙核心筒和周边外框架组成的结构称为筒体－框架结构，也称框架－核心筒结构。框筒结构——中央为内框架，周边由间距较密的柱子与每层楼层处的深肩梁刚性连接在一起组成矩形网络的外筒体称为框筒结构。筒中筒结构——由中央剪力墙内筒和周边外框筒组成的结构称为筒中筒结构。内筒可布置服务设施，外筒则可安装立面玻璃幕墙。多筒体结构——由中央剪力墙内筒和周边角筒组成的结构为多筒体结构，也称组成筒。二、空间结构（a）筒体－框架结构（内筒式）；（b）筒体－框架结构（外移式）；（c）框筒结构；（d）筒中筒结构；（e）多筒体结构二、空间结构（二）悬索结构特点：悬索不承受弯矩；不需要模板；类型：单向；双向；混合；鞍形悬索，在观众厅容量相同的情况向，能够获得更好的视线，相同条件下，技术经济指标优于其他结构形式，使观众厅更有利于音质和空调的处理。二、空间结构二、空间结构（三）壳体结构二、空间结构（四）折半结构二、空间结构（五）空间网架结构二、空间结构（六）充气薄膜结构二、空间结构（七）桁架结构公共建筑设计与设备技术02主要包括采暖通风、空气调节、电气照明、通讯线路、闭路电视、网络系统、自动喷淋以及煤气管网等。总体环境与建筑布局中要合理考虑设备用房的位置，锅炉房、水泵房、冷冻机房、以及其他机房等辅助设施。高层公共建筑中需考虑设备层。一、供热供暖系统由远离供暖房间的热源、输热管道和散热设备等三部分组成的工程设施。采暖系统常用的热媒有水、蒸汽、空气。一、供热1、热水采暖系统以热水作为热媒的采暖系统称为热水采暖系统。热水采暖系统的热能利用率高，输送时无效热损失较小，散热设备不易腐蚀，使用周期长，且散热设备表面温度低，符合卫生要求；系统操作方便，运行安全，易于实现供水温度的集中调节，系统蓄热能力高，散热均匀，适于远距离输送。热水采暖系统按系统循环动力可分为自然（重力）循环系统和机械循环系统。热水采暖系统按热媒温度的不同可分为低温系统和高温系统。低温热水采暖系统的供水温度为95℃，回水温度为70℃；高温热水采暖系统的供水温度多采用120～130℃，回水温度为70～80℃。一、供热2、蒸汽采暖系统与热水采暖系统相比，蒸汽采暖系统具有如下特点：（1）低压或高压蒸汽采暖系统中，散热器内热媒的温度等于或高于100℃，高于低温热水采暖系统中热媒的温度。所以，蒸汽采暖系统所需要的散热器片数要少于热水采暖系统。在管路造价方面，蒸汽采暖系统也比热水采暖系统要少。（2）蒸汽采暖系统管道内壁的氧化腐蚀要比热水采暖系统快，特别是凝结水管道更易损坏。（3）在高层建筑采暖时，蒸汽采暖系统不会产生很大的静水压力。（4）真空蒸汽采暖系统要求的严密度很高，并需要有抽气设备。（5）蒸汽采暖系统的热惰性小，即系统的加热和冷却过程都很快，它适用于间歇供暖的场所，如剧院、会议室等。（6）热水采暖系统的散热器表面温度低，供热均匀；蒸汽采暖系统的散热器表面温度高，容易使有机灰尘剧烈升华，对卫生不利。二、空气调节空气调节（简称空调）是用人工的方法把某种特定空间内部的空气环境控制在一定状态下，使其满足生产、生活需求，改善劳动卫生条件。一般我们将为生产或科学实验过程服务的空调系统称为“工艺性空调”，而将为保证人体舒适的空调系统称为“舒适性空调”。根据上述各种空调系统的分类，可以看到不同的空调系统组成是不同的，一般来说，一个完整的空调系统应由冷热源、空气处理设备、空气输配系统以及被调房间等四个基本部分组成。二、空气调节1、按处理空调负荷的介质分类：（1）全空气系统（2）全水系统（3）空气-水系统（4）制冷剂系统（直接蒸发机组系统）

二、空气调节2、按空气处理设备的集中程度分：（1）集中式空调系统——空气集中于机房内进行处理（冷却，加热去湿加湿过滤等）房间内只有空气分配装置，全空气系统大部分高于集中式系统。特点：服务面积达，设备固定，机房集中，管理方便，风速较低和容易消声。机房大、管道粗，层高大，对高层建筑不利。风量不宜调整，不适合用于风量不大、服务面复杂、建筑空间较小的公共建筑。常适合用于风量大而集中的大空间公共建筑，如：影剧院、体育馆、商场等（2）分散式空调系统（也称局部系统）——热湿处理设备全部分散于各房间内，将空调器直接或就近装配在所需房间内，安装简单方便，适用于家庭用。特点：不需专用机房，空气、水系统，维修管理不便，不美观，效率较低有噪音。（3）半集中式空调系统——为以上两种的折衷。包括高速诱导式和风机盘管式两种。高速诱导式把集中空调系统送来的高速空气通过诱导喷嘴，就地吸入经过二次盘管处理后的室内空气，混合送到房间内；房间之间没有相互交叉污染的问题，送风量小，风道面积不大，可以省掉回风管道。风机盘管式是把类似集中式的机组直接安装在空调房间内，可局部关闭。特点：占用机房少，易满足房间各自温湿度控制要求，管理维修的不方便，有风机的有噪音。标准较高的公共建筑常使用本形式。三、人工照明公共建筑空间组合中，人工照明的设计和安装，应满足以下要求：保证舒适而科学的照度、亮度分布和防止眩光的产生、选择优美的灯具形式和创造一定的灯光环境的艺术效果。照度(Luminosity)指物体被照亮的程度，采用单位面积所接受的光通量来表示。单位为勒[克斯](Lux,lx)，即1m/m2。会堂：阅读文件200lx，拍摄500lx以上体育馆：乒乓球430lx以上，普通球类比赛200-250lx亮度作为一种主观的评价和感觉，和照度的概念不同，它是表示由被照面的单位面积所反射出来的光通量，也称发光亮，因此与被照面的反射率有关。例如在同样的照度下，白纸看起来比黑纸要亮。有许多因素影响亮度的评价，诸如照度、表面特性、视觉、背景、注视的持续时间甚至包括人眼的特性。

三、人工照明亮度的分布问题：注意解决眩光光源与人眼处于0-30度范围，眩光最强烈措施：加大灯具保护角，控制光源不外露提高光源的悬挂角度，选用间接照明或漫反射照明。三、人工照明照度分布：一般照明、局部照明和混合照明受光情况：直接照明、半直接照明、间接照明、漫射照明。间接照明：由于将光源遮蔽而产生间接照明，把90%~100%的光射向顶棚、穹窿或其他表面，从这些表面再反射至室内。半直接照明：将60%~90%的光向天棚或墙上部照射，把天棚作为主要的反射光源，而将10%~40%的光直接照于工作面。漫射照明：对所有方向的照明几乎都一样，为了控制眩光，漫射装置圈要大，灯的瓦数要低。三、人工照明光源种类：白炽灯、荧光灯、碘钨灯白炽灯：荧光灯(紧凑型荧光灯)：光色偏冷，比白炽灯发光率高，表面亮度小，温度低，耗电小，寿命长碘钨灯：比白炽灯体积小、光色好、光效高、寿命长公共建筑的经济分析03常用经济技术指标1用地面积：指建筑或建筑群实际占用的土地面积,包括室外工程(如绿化、道路、停车场等)的面积,其形状和大小由建筑红线加以控制2占地面积（基底面积）：是以外墙(底层勒脚以上)的外围水平面积计算3建筑面积：建筑物各层面积总和，每层建筑面积按建筑物勒角以上截面计算，包括使用、辅助面积和结构面积4使用面积：建筑物各层平面中直接为生产生活使用的净面积的总和5使用面积系数（％）＝使用面积/总建筑面积6容积率＝总建筑面积/总用地面积7建筑覆盖率（建筑密度）＝占地面积/用地面积8绿化覆盖率＝绿化垂直投影面积/用地面积9绿地率（％）＝绿地面积/用地面积建筑面积计算3计算建筑面积的规定（部分）3.0.1单层建筑物的建筑面积，应按其外围勒脚以上结构外围水平面积计算。并应符合下列规定：1．单层建筑高度在2.2米及以上者应计算全面积，高度不及2.2米者应计算1/2面积。2．利用坡屋顶内空间时，板顶下面至楼面的净高度超过2.1米的部位应计算全面积；净高在1.20米至2.10米的部位应计算1/2面积；净高不足1.20米的部位不应计算面积。3.0.2单层建筑物内设有局部楼层者，局部楼层的二层及以上楼层，有围护结构的应按其维护结构外围水平面积计算，无维护结构的应按其结构地板水平面积计算，层高在2.20米及以上者应计算全面积；层高不足2.20米者应计算1/2面积。3.0.3多层建筑物首层应按其外墙勒脚以上结构外围水平面积计算，二层及以上楼层应按其外墙结构外围水平面积计算，层高在2.2米及以上者应计算全面积，层高不足2.2米者应计算1/2面积。3.0.4多层建筑物坡屋顶和场馆看台下，当设计加以利用时净高超过2.10米的部位应计算全面积，净高在1.2至2.1米的部位应计算1/2面积，当设计不利用或室内净高不足1.2米时不应计算面积。建筑面积计算3.0.5地下室，半地下室《车间