1、第第4章 建筑工程第4章 建筑工程4.1 概述概述4.2 单层与多层建筑单层与多层建筑4.3 高层与超高层建筑高层与超高层建筑4.4 建筑工程的发展前景建筑工程的发展前景思思考考题题第第4章 建筑工程4.1 概概 述述4.1.1 建筑工程基本概念建筑工程基本概念建筑工程是运用数学、物理、化学等基础知识和力学、材料等技术知识以及专业知识研究各种建筑物设计、施工与管理的一门学科。建筑工程是兴建房屋的规划、勘察、设计(建筑、结构和设备)、施工的总称。其目的是为人类的生产和生活提供场所。随着我国改革开放的不断深入、经济的发展、城市进程的不断推进，必将促使我国建筑业的发展。第第4章 建筑工程房屋好比一个
2、人，它的规划就像人生活的环境，是由规划师负责的；它的布局和艺术处理相应于人的体形、容貌、气质，是由建筑师负责的；它的结构好比人的骨骼和寿命，是由结构工程师负责的；它的给排水、供热通风和电气等设施就如人的器官、神经，是由设备工程师负责的。就像自然界完好地塑造人一样，在城市地区规划基础上建造房屋，是建设单位、勘察单位、设计单位的各种设计工程师和施工单位全面协调合作的过程。这个过程可概括为以下十个方面：第第4章 建筑工程(1)建设单位提出使用要求；(2)初步设计构思；(3)明确各种功能要求；(4)形成整体设计方案；(5)处理各设计工种之间的技术问题；(6)进行各设计工种的细部设计；(7)绘制施工图，
3、编制设计说明，提供工程设计概算，完成总体设计；(8)交付建设单位招投标，确定施工总承包单位、工程监理；(9)签订合同，交付施工；(10)工程竣工，房屋落成，交付使用。第第4章 建筑工程4.1.2 建筑工程的类别建筑工程的类别1按房屋的层数分类按房屋的层数分类房屋建筑工程按层数可分为单层建筑、多层建筑、高层建筑和超高层建筑。中国民用建筑设计通则将住宅建筑依层数划分为：一层至三层为低层住宅，四层至六层为多层住宅，七层至九层为中高层住宅，十层及十层以上为高层住宅。除住宅建筑之外的民用建筑高度不大于24m者为单层和多层建筑，大于24m者为高层建筑(不包括建筑高度大于24m的单层公共建筑)；建筑高度大于
4、100m的民用建筑为超高层建筑。第第4章 建筑工程2按房屋采用的材料分类按房屋采用的材料分类根据房屋结构所采用的主体材料的不同，可将建筑物分为以下几种形式：(1)砌体结构：主要构件由砖、石、混凝土砌块等，用砂浆砌筑而成的结构，习惯上称为砖混结构。这种结构取材方便，施工容易，造价低廉，但整体性和抗震性较差。第第4章 建筑工程(2)钢筋混凝土结构：主要构件采用钢筋混凝土或者预应力混凝土做成的结构，是目前土木工程中广泛应用的结构。该结构利用钢筋与混凝土之间存在的粘结作用，使两者能共同受力，充分发挥两种材料的性能特点，形成强度较高、刚度较大的结构构件。这种结构强度较高，整体性好，耐火、耐久性好，但自重
5、大，施工麻烦，抗裂性能差。第第4章 建筑工程(3)钢结构：主要构件采用各种热轧型钢、冷弯薄壁型钢或钢管通过焊接、螺栓或铆钉等连接方法连接而成的结构。钢结构具有自重轻，强度高，塑性和韧性好，抗震性能好，施工周期短等优点，因此钢结构常用于大跨度、大荷载、高层、动力作用的各种建筑及其他土木工程结构中，但钢结构耐热不耐火，耐腐蚀性差，造价高，维修费用大。第第4章 建筑工程(4)木结构：主要构件采用方木、圆木等，通过榫、齿、螺栓、钉、键连接而成的结构。它是近年来发展起来的新型木结构，是将木料或木料与胶合板拼接成形状与尺寸符合要求，具有整体木材效能的结构构件，该结构具有较广的应用前景。木结构多见于中国古代
6、宫廷和庙宇。现在由于环境保护、木材生产的匮乏、木结构防火、防腐蚀性能差等原因，已经很少采用，但木结构抗震性能好。第第4章 建筑工程3按房屋的使用性质分类按房屋的使用性质分类建筑按其使用性质一般可以分为民用建筑、工业建筑、农业建筑和特种建筑四大类。(1)民用建筑：主要供人们生活使用的建筑物，如住宅、电影院、写字楼、医院等。按建筑的使用功能，民用建筑还可以分为以下几类：住宅建筑，如别墅、宿舍、公寓等。它的特点是其内部房间的尺度虽小但使用布局却十分重要，对朝向、采光、隔热和隔声等建筑技术问题有较高要求。它的主要结构构件为楼板和墙体，层数为16层或1030层甚至更多。第第4章 建筑工程 公共建筑，如展
7、览馆、影剧院、体育馆、候机大厅等。它是人群大量聚集的场所，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。公共建筑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、壳结构等作为主体结构，层数以单层或多层为主。商业建筑，如商店、大型购物中心、银行、商业写字楼等。由于它也是人群聚集的场所，因此有着与公共建筑类似的要求。但它往往可以做成高层建筑，对结构体系和结构形式有较高的要求。第第4章 建筑工程 文教、卫生建筑，如教学楼、图书馆、实验楼、医院门诊等。这类建筑有较强的针对性，如图书馆、实验楼要安置特殊实验设备、医院有手术室和各种医疗设施。这类建筑物经常用框架结构作为主体结构
8、，层数以49层的多层为主，也有高层建筑。第第4章 建筑工程(2)工业建筑：主要供生产用的建(构)筑物，如重型机械厂房、纺织厂房、制药厂房、食品厂房等。这类建筑往往有很大的荷载，沉重的撞击和振动，需要巨大的空间，而且经常有湿度、温度、防爆、防尘、防菌、洁净等特殊要求，以及要考虑生产产品的起吊运输设备和生产路线等。(3)农业建筑：主要进行农业生产的建筑，如暖棚、畜牧场、大型养鸡场等。(4)特种建筑：主要指具有特殊用途的工程结构，如水池、水塔、烟囱、电视塔等构筑物。第第4章 建筑工程4按房屋的结构体系分类按房屋的结构体系分类(1)承重墙结构(在高层建筑中称剪力墙结构)：利用建筑物的墙体作为竖向承重和
9、抵抗水平荷载(如风荷载或水平地震荷载)的结构。墙体同时也可作为围护及房间分隔构件用。另外，在高层建筑中墙体结构也称为剪力墙结构，如图4-1(a)所示。(2)框架结构：采用梁、柱组成的框架作为房屋的竖向承重结构，同时承受水平荷载。其中，如果梁和柱整体连接，相互之间不能自由转动但可以承受弯矩时，称为刚接框架结构；如果梁和柱非整体连接，相互之间可以自由转动但不能承受弯矩时，称为铰接框架结构，如图4-1(b)所示。第第4章 建筑工程(3)错列桁架结构：利用整层高的桁架横向跨越房屋两外柱之间的空间，并利用桁架交替在各楼层平面上错列的方法增加整个房屋的刚度，同时使居住单元的布置更加灵活，这种结构体系称为错
10、列桁架结构，如图4-1(c)所示。(4)筒体结构：利用房间四周墙体形成的封闭筒体(也可利用房屋外围由间距很密的柱与截面很高的梁，组成一个与筒体受力性能相似的结构，因此称为筒体)作为主要抵抗水平荷载的结构。也可以利用框架和筒体组合成框架-筒体结构，如图4-1(d)所示。第第4章 建筑工程(5)拱结构：以在一个平面内受力的由曲线形构件组成的拱所形成的结构来承受整个房屋的竖向荷载和水平荷载的结构，如图4-1(e)所示。(6)网架结构：由多根杆件按照一定的网格形式，通过节点连接而成的空间结构，具有空间受力、重量轻、刚度大、可跨越较大跨度、抗震性能好等优点，如图4-1(f)所示。(7)空间薄壳结构：由曲
11、面壳身与边缘构件(梁、拱或桁架)和下部结构组成的空间结构。它能以较薄的壳体形成承载能力高、刚度大的承载结构，并能覆盖大跨度的空间而不需要中间设柱，如图4-1(g)所示。第第4章 建筑工程(8)索结构：楼面荷载通过吊索或吊杆传递到支承构件，再由支承构件传递到基础的结构，如图4-1(h)所示。(9)空间折板结构：由多块平板组合而成的空间结构，是一种既能承重又可围护、用料较省、刚度较大的薄壁结构，如图4-1(i)所示。第第4章 建筑工程图4-1 房屋建筑主体结构各种型式示意图第第4章 建筑工程4.2 单层与多层建筑单层与多层建筑4.2.1 单层建筑单层建筑单层建筑一般可以分为一般单层建筑和大跨度单层
12、建筑。1一般单层建筑一般单层建筑公用建筑，如别墅、大礼堂、影剧院、工程结构实验室、工业厂房以及仓库等，往往采用单层结构。第第4章 建筑工程工业厂房按层数可以分为单层厂房、多层厂房。因为机械制造类和冶金类厂房设有重型设备，生产的产品重、体积大，因此多采用单层厂房。单层工业厂房按承重结构所采用的材料，可以分为混合结构(砖柱、钢筋混凝土屋架或轻钢屋架)、混凝土结构(钢筋混凝土柱、钢筋混凝土屋架或预应力混凝土屋架)和全钢屋架(钢柱、钢屋架)三类。按结构形式可分为排架结构(如图4-2所示)和刚架结构。刚架结构一般采用门式刚架(如图4-3所示)，按铰的个数可分为无铰刚架、两铰刚架和三铰刚架。第第4章 建筑
13、工程图4-2 排架结构 图4-3 两铰门式刚架第第4章 建筑工程图4-4为常见的装配式钢筋混凝土单层工业厂房结构，它是由多个构件组成的空间整体，根据组成构件的不同作用，可以分为承重结构、支撑体系以及围护结构三大类。直接承受荷载并将荷载传递给其他构件的，如屋面结构(包括屋面板(包括天沟板)、屋架或屋面梁(包括屋盖支撑)、天窗架、托架等)、柱、吊车梁和基础，是单层工业厂房的主要承重构件。支撑体系包括屋盖支撑和柱间支撑，其主要作用是加强厂房结构的空间刚度，并保证结构构件在安装和使用阶段的稳定和安全；同时起着把风荷载、吊车水平荷载或水平地震作用等传递到主要承重构件上去的作用。围护结构包括纵墙、横墙(山
14、墙)、连系梁、抗风柱(有时还有抗风梁或抗风桁架)、基础梁等构件，主要承受墙面上的风荷载及自重，并将其传到基础梁上。第第4章 建筑工程图4-4 装配式钢筋混凝土单层工业厂房的组成第第4章 建筑工程轻型钢结构的柱子和梁均采用变截面H型钢，柱梁的连接节点采用刚性连接，图4-5所示为轻型钢结构工业厂房示意图。因其施工方便，施工周期短，跨度大，用钢量经济，因此在单层厂房、仓库、冷库、候机厅、体育馆中已有越来越广泛的应用。第第4章 建筑工程图4-5 轻型钢结构工业厂房第第4章 建筑工程2大跨度单层建筑大跨度单层建筑大跨度单层建筑是指空间结构比较大的单层建筑，如体育馆、大型影剧院、展览厅、航站楼、飞机库等。
15、目前，大跨度建筑的屋盖结构体系有很多种，如拱结构、桁架结构、网架结构、悬索结构、薄壳结构、充气结构、薄膜结构等。1)拱结构拱一般为曲线结构，其形态结构与其“自然”力流相似。拱根据铰个数的不同可分为无铰拱、两铰拱和三铰拱三种。第第4章 建筑工程虽然从形态上看，拱与梁、板相比仅仅由直线变成曲线，但拱脚水平推力使拱结构的受力状态发生质的变化，梁、板结构主要承受弯矩和轴力，而拱主要承受轴力，弯矩和剪力较小，如果拱轴线符合合理拱轴线则弯矩为零，从而使构件摆脱了弯曲变形。尤其在古代砖石材料抗压强度较高，但抗拉抗剪强度低，对于大跨度结构如果采用梁、板结构则很难实现，如采用拱结构，正好发挥材料的抗压性能。拱结
16、构广泛应用于桥梁结构，河北赵县的赵州桥是我国古代桥梁的代表。第第4章 建筑工程目前，拱结构仍是我国最常采用的桥梁形式之一。随着材料科学、建筑艺术、结构计算功能、建造水平的发展，拱桥采用的材料也由砖、石发展到混凝土、钢材、组合结构，其样式也从传统的上承式发展到下承式。图4-6是单跨(550m)世界第一的上海卢浦大桥。第第4章 建筑工程图4-6 卢浦大桥第第4章 建筑工程目前，拱结构在大跨度建筑工程中也广泛应用，如伦敦希思罗机场五号候机厅(如图4-7所示)。我国西安秦俑博物馆展览厅，采用三铰拱，67m格构式箱形组合截面，拱轴为二次抛物线形，矢高为1/5。第第4章 建筑工程图4-7 伦敦希思罗机场五
17、号候机厅第第4章 建筑工程2)桁架结构桁架由两端铰接的杆件按一定规律而成的结构。桁架杆件主要承受轴向拉力或压力，从而能充分利用材料的强度，适用于较大跨度的结构物，如屋盖结构中的屋架、高层建筑中的支撑系统或格构墙体、桥梁工程中的跨越结构、高耸结构(如桅杆塔、输电塔)以及闸门等。第第4章 建筑工程桁架按形状分，有三角形桁架、梯形桁架、平行弦桁架、折线桁架、抛物线桁架等(如图4-8所示)。从受力合理性出发抛物线桁架受力最合理，从工业化标准化考虑应选平行弦桁架。按材料分可分为钢结构桁架、混凝土桁架、木桁架等，目前应用最广泛的是钢结构桁架。如图4-9所示上海歌剧院由两榀纵向主桁架及十二榀横向月牙形桁架形
18、成主框架梁，承担着全部钢屋盖的竖向荷载。第第4章 建筑工程图4-8 桁架的类型第第4章 建筑工程图4-9 上海歌剧院第第4章 建筑工程3)空间网格结构空网格结构是由许多杆件根据建筑形体要求，按照一定的规律进行布置，通过节点连接组成的一种网状的三维杆系结构。它具有各向受力的性能，各杆件之间相互支撑，具有较好的空间整体性，是一种高次超静定的空间结构。在节点荷载作用下，各杆件主要承受轴力，因而能够充分发挥材料强度，结构的技术经济指标较好。第第4章 建筑工程空间网格结构的外形可以为平板状，也可以呈曲面状。前者称为平板网架结构，常简称为网架。平板网架按照杆件的布置规律及网格的格构原理分类，可分为交叉桁架
19、体系和角锥体系两类，如图4-10所示；后者称为曲面网架或壳型网架结构，常简称为网壳，国家大剧院外部为钢结构壳体，呈半椭球形，如图4-11所示。第第4章 建筑工程图4-10 平板网架类型第第4章 建筑工程图4-11 国家大剧院第第4章 建筑工程4)悬索结构近几十年来，由于生产和使用需要，房屋跨度越来越大，采用一般的建筑材料和结构形式，即使可以达到要求，也会造成材料浪费，而且其结构复杂，施工困难。悬索屋盖结构就是为适应大跨度需要而发展起来的一种新型的结构形式。随着各国不断地研究改进，使其应用领域更为广泛，建筑形式更为丰富多彩。第第4章 建筑工程悬索结构由受拉索、边缘构件和下部支承构件组成。拉索一般
20、是由高强钢丝组成的钢绞线、钢丝绳或钢丝束。悬索结构通过索的轴向受拉来抵抗外荷载作用，可以充分地利用钢材的强度。悬索一般是由高强材料制成，可以大大减小材料用量并减轻自重，因此悬索结构适合于大跨度建筑，如飞机库、体育馆、展览厅等大跨度公共建筑和某些大跨度工业厂房中。一些学者推断，300m或者更大的跨度，悬索结构仍然可以做到经济合理。悬索结构的形式极其丰富多彩，根据几何形状、组成方法、悬索材料以及受力特点等不同，可以有多种不同的划分。通常，可将悬索结构分为四类：单层索系、双层索系、横向加劲索系和交叉索网，如图4-12所示。第第4章 建筑工程图4-12 悬索结构类型第第4章 建筑工程悬索结构有着悠久的
21、历史，但现代大跨度悬索屋盖结构的广泛应用，只有半个多世纪的历史。第一个现代悬索屋盖是美国于1953年建成的雷里竞技馆，采用以两个斜置的抛物线拱为边缘构件的鞍形正交索网。日本建筑大师丹下健三设计的代代木体育馆是60年代技术进步的象征，它脱离了传统的结构和造型，被誉为划时代的作品，如图4-13所示。我国现代悬索结构之发展始于50年代后期和80年代，北京的工人体育馆和杭州的浙江人民体育馆是当时的两个代表作。近几十年悬索结构得到迅猛的发展，各种单层索系、双层索系、索-梁(桁)体系、鞍形索网、各种组合悬挂体系都获得了工程应用，形式丰富多样。第第4章 建筑工程图4-13 日本代代木体育馆第第4章 建筑工程
22、5)薄壳结构壳体结构是由上下两个几何曲面构成的空间薄壁结构。这两个曲面之间的距离称为壳体的厚度。当壳体厚度远小于壳体的最小曲率半径时，称为薄壳。在面结构中，平板结构主要受弯曲内力，包括双向弯矩和扭矩。壳体属于空间受力状态，主要承受曲面内的轴力(双向法向轴力)和顺剪力作用，弯矩和扭矩都很小，所以材料强度得到充分利用，同时由于它的空间工作，所以具有很高的强度和很大的刚度。薄壳空间结构内力比较均匀，是一种强度高、刚度大、材料省、既经济又合理的结构形式。薄壁空间结构常用于中、大跨度结构，如展览大厅、飞机库、工业厂房、仓库等。第第4章 建筑工程常见的形状有圆顶、筒壳、折板、双曲扁壳和双曲抛物面扭壳等。罗
23、马奥林匹克小体育宫平面为圆形，直径为60米，屋顶是一球形穹顶，葵花瓣似的网肋，把力传到斜柱顶，斜柱的倾角与壳底边缘径向切线方向一致，把推力传入基础，结构轻巧且受力合理，如图4-14所示。图4-15为广州星海音乐厅，造型奇特的外观，富于现代感，犹如江边欲飞的一只天鹅，与蓝天碧水浑然一体，形成一道瑰丽的风景线。其整体建筑为双曲抛物面钢筋混凝土壳体，室内不吊天花板，做到建筑空间与声学空间融为一体。第第4章 建筑工程图4-14 罗马奥林匹克小体育宫第第4章 建筑工程图4-15 广州星海音乐厅第第4章 建筑工程6)薄膜结构薄膜结构是张拉结构中最近发展起来的一种形式，它以性能优良的柔软织物为材料，可以向膜
24、内充气，由空气压力支撑膜面，也可以利用柔性拉索结构或刚性支撑结构将薄膜绷紧或撑起，从而形成具有一定刚度、能够覆盖大跨度空间的结构体系。膜结构按结构受力特性大致可分为充气式膜结构、张拉式膜结构、骨架式膜结构、组合式膜结构等四大类。第第4章 建筑工程如图4-16所示，国家游泳中心又被称为“水立方”(Water Cube)，位于北京奥林匹克公园内，是北京为2008年夏季奥运会修建的主游泳馆，也是2008年北京奥运会标志性建筑物之一。外围为形似水泡的ETFE膜(乙烯-四氟乙烯共聚物)。ETFE膜是一种透明膜，能为场馆内带来更多的自然光，它的内部是一个多层楼建筑，对称排列的大看台视野开阔，馆内乳白色的建
25、筑与碧蓝的水池相映成趣。无锡蠡湖金城湾公园的一栋膜结构建筑“波光鹭影”，犹如飞入湖中的白鹭，如图4-17所示。第第4章 建筑工程图4-16 水立方 第第4章 建筑工程图4-17 无锡波光鹭影第第4章 建筑工程4.2.2 多层建筑多层建筑多层建筑主要应用于住宅、学校、商场、办公楼、医院、旅馆等公共民用建筑。多层建筑常用的结构形式为砌体结构和框架结构体系。1)砌体结构砖混结构，是指房屋的墙、柱和基础等竖向承重构件采用砌体结构，而屋面、楼面等水平承重构件采用钢筋混凝土结构(或钢结构、木结构)所组成的房屋结构体系。混合结构是我国应用最普遍的结构体系，广泛应用于多层建筑，究其原因主要有以下几个优点：第第
26、4章 建筑工程(1)主要承重结构(墙体)用砖砌，取材方便；(2)造价低廉、施工简单，有很好的经济指标；(3)保温隔热效果较好。目前，我国的混合结构建筑高度已达11层，局部可达到12层。以前，混合结构的墙体主要采用普通黏土砖，但因普通黏土砖的制作需使用大量的黏土，对宝贵的土地资源是很大的消耗。因此，国家已逐渐在各地区禁止大面积使用普通黏土砖，而推广空心砌块的应用。第第4章 建筑工程2)框架结构体系所谓框架(刚架)结构体系，是指以梁、柱刚性连接形成平面结构，其间以连系梁连接，呈现矩形网格的空间骨架结构，其结构形式如图4-18所示。按所用材料不同，主要有多层钢筋混凝土框架结构和多层钢框架结构。第第4
27、章 建筑工程图4-18 框架结构体系第第4章 建筑工程钢框架结构体系是指沿房屋的纵向和横向用钢梁和钢柱组成的框架结构作为承重和抵抗侧力的结构体系，如图4-19所示为实际工程结构。与混凝土框架结构比，它具有“高、大、轻”三方面发展的独特优势，抗震性能好，施工周期短。但同时存在一定的缺点，如用钢量大，耐火性能差，后期维护费用高，造价略高于钢筋混凝土框架结构等。第第4章 建筑工程图4-19 多层钢框架结构第第4章 建筑工程4.3 高层与超高层建筑高层与超高层建筑4.3.1 高层与超高层建筑的发展高层与超高层建筑的发展在国外，高层建筑的发展已经有一百多年的历史。1885年，美国第一座根据现代钢框架结构
28、原理建造起来的11层芝加哥家庭保险公司大厦(Home Insurance Building)，如图4-20(a)所示是近代高层建筑的开端。1931年，纽约建造了著名的帝国大厦(Impire state Building)，如图4-20(b)所示，地上建筑高381m，共102层。帝国大厦是一栋超高层的现代化办公大楼，它和自由女神像一起被称为纽约的标志，雄踞“世界最高建筑”的宝座达40年之久。第第4章 建筑工程图4-20 世界高层建筑第第4章 建筑工程20世纪90年代，世界超高层建筑中心转移到了亚洲，尤其1996年建成使用的马来西亚吉隆坡国家石油公司双塔大楼，共88层，以451.9m的高度打破了当
29、时美国芝加哥希尔斯大楼保持了20年的最高记录。近十几年间，随着我国经济的高速发展，相继建成多座摩天大楼。1998年建成的上海金茂大厦，高420.5m，共88层，至今其高度世界排名第八。2003年建成的香港国际金融中心，楼高415.8m，共88层。2003年完工的中国台北的101大楼，如图4-21(a)所示，楼高508m，共101层。第第4章 建筑工程2008年竣工的上海环球金融中心是世界最高的平顶式大楼，楼高492m，地上101层，如图4-21(b)所示。2009年建成的广州塔，包括发射天线在内，高达600m(其中塔体高450m，天线桅杆高150m)，共112层，为中国第一高塔，世界第三高塔，
30、仅次于阿联酋迪拜哈利法塔、日本东京天空树电视塔(634m)。南京紫峰大厦完工于2010年，地上89层、地下3层，整体设计高度达450m。正在建设的上海中心总高为632m，地上118层，建成后将成为上海最高的摩天大楼，也是城市标志之一。第第4章 建筑工程图4-21 中国高层建筑第第4章 建筑工程4.3.2 高层与超高层建筑的发展结构体系高层与超高层建筑的发展结构体系1)框架结构体系框架结构体系是以梁、柱组成的框架作为竖向承重和抵抗水平作用的结构体系。其建筑平面布置灵活，可以做成有较大空间的教室、会议室、餐厅、车库等；墙体采用非承重构件既可使立面设计灵活多变，又可降低房屋自重，节省材料；通过合理设
31、计，钢筋混凝土框架结构可以获得良好的延性，具有较好的抗震性能。其缺点是结构的抗侧刚度小，对建筑高度有较大的限制；地震时侧向变形较大，容易引起非结构构件的损坏。常见的框架柱网形式有方格式与内廊式两类，如图4-22所示。第第4章 建筑工程(a)方格式布置 (b)内廊式布置图4-22 框架结构体系常见柱网布置第第4章 建筑工程2)框架-剪力墙结构体系框架-剪力墙结构体系是由框架和剪力墙结合而共同工作的结构体系，如图4-23所示，兼有框架和剪力墙两种结构体系的优点。框架和剪力墙协同工作，可以取长补短，既可获得良好的抗震性能，又可兼顾空间布置的灵活性，多用于1020层的房屋。图4-24为某一框架-剪力墙
32、结构体系平面布置示意图。第第4章 建筑工程图4-23 框架-剪力墙结构体系 第第4章 建筑工程 图4-24 框架-剪力墙结构体系平面布置第第4章 建筑工程3)剪力墙结构体系利用建筑物墙体作为承受竖向荷载、抵抗水平荷载的结构，称为剪力墙结构体系，如图4-25所示。现浇钢筋混凝土剪力墙结构的整体性好，刚度大，在水平荷载作用下侧向变形小，承载力要求也容易满足，因此这种结构体系适合建造较高的高层建筑。其缺点是：由于楼板的支撑是剪力墙，剪力墙的间距不能太大，因此剪力墙的结构平面布置不灵活，不能满足公共建筑的使用要求。由于普通剪力墙结构全部由纵横墙体组成，其刚度比框架-剪力墙结构更好，对于40层以下的高层
33、住宅、高层旅馆、公寓十分通用。图4-26为一剪力墙结构体系的平面布置示意图。第第4章 建筑工程图4-25 剪力墙结构体系第第4章 建筑工程图4-26 剪力墙结构体系的平面布置示意图第第4章 建筑工程4)筒体结构体系随着建筑物层数、高度的增加，高层建筑结构承受的水平荷载和地震作用也大大增加，框架、剪力墙和框架-剪力墙结构体系往往不能满足抗侧刚度要求，此时可将剪力墙在平面内围合成箱形，形成一个竖向布置的空间刚度很大的薄壁筒体；再由加密柱和刚度较大的裙梁形成空间整体受力的框筒构成具有很好的抗风和抗震性能的筒体结构体系。根据筒的布置、组成和数量等，筒体结构体系又可分为框筒体结构体系(如图4-27所示)
34、、筒中筒结构体系(如图4-28所示)、桁架筒体系、多筒结构体系(如图4-29所示)等。第第4章 建筑工程框筒体结构体系一般中央布置剪力墙薄筒、周边布置大柱距的框架，或周边布置框筒、中央布置框架，其受力特点类似于框架-剪力墙结构。筒中筒结构体系由内外几层筒体组合而成，通常内筒为剪力墙薄壁筒，可集中布置电梯、楼梯及管道竖井，外筒是框筒，可以解决通风、采光问题，也可安装立面玻璃幕墙。桁架筒体系，在框筒结构中由梁和柱组成的矩形网格内加上对角斜撑，即成为桁架筒结构，其刚度和强度都比框架单筒结构高，可建造比框架单筒结构更高的建筑。成束筒结构体系，又称为组合筒体结构体系，第第4章 建筑工程在平面内设置多个筒
35、体组合在一起，形成整体刚度很大的一种结构形式，其抗风和抗震性能优越，适用于建造50层以上的办公建筑。多筒结构体系，是成束筒及巨型框架结构。由两个以上框筒或其他筒体排列成束状，称为成束筒。巨形框架是利用筒体作为柱子，在各筒体之间每隔数层用巨型梁相连，这样的筒体和巨型梁即形成巨型框架。这种多筒结构可更充分发挥结构空间作用，其刚度和强度都有很大提高，可建造层数更多、高度更高的高层建筑。第第4章 建筑工程图4-27 框筒体结构体系第第4章 建筑工程图4-28 筒中筒结构体系第第4章 建筑工程 图4-29 多筒结构体系第第4章 建筑工程4.4 建筑工程的发展前景建筑工程的发展前景房屋建筑工程将向以下几个
36、方向发展:(1)新型建筑材料。多年来，随着材料科学和现代工业技术的发展，国外和我国已经开发和研制出了许多高性能和多功能的新型建筑材料，建筑材料正向“轻质、高强、大型化、多功能”方向发展。第第4章 建筑工程(2)更高的超高层建筑。随着建筑材料强度的提高、试验技术和计算机技术的改进和发展、混合材料和混合结构的采用以及城市现代化建设的发展，高度更高的超高层建筑可能变为现实。根据预测，不久的将来，用混凝土可建筑600900m的超高层建筑，当然这只是意味着在技术上是可行的。比如，我国拟在上海建造地上高1249.9m、地下201.5m的仿生大厦，香港也拟建1180m高的仿生大厦。第第4章 建筑工程(3)更
37、大跨度的空间结构。随着桥梁结构中的悬索和斜拉结构被“移植”到建筑工程中来，就有可能建筑更大跨度的屋盖结构；另外，大跨度空间钢结构在发达国家中也得到了日新月异的发展，比如在欧美、日本等国家中已经建造了多个跨度超过200m的超大跨度空间结构。我国在体育场馆、大跨度机库、大型展览馆方面，也在不断涌现出跨度超过100150m的大跨度空间结构。第第4章 建筑工程(4)新的结构形式和结构体系。由于超高层建筑的发展，促使各种新型的结构形式和结构体系获得进一步的完善和补充，包括采用多种混合结构。充分利用材料各自的力学特性，改造结构体系，尽可能发挥各自的“优势”，是一个值得注意的设想，即设计混合材料的大跨和高层
38、建筑。例如在高层建筑中，建造用砌体承受竖向荷载、用钢筋混凝土构件承受水平荷载的组合体系，可获得较好的经济效益。第第4章 建筑工程(5)各种节能环保建筑的涌现。随着经济的发展、社会的进步，保护环境、实现人类的可持续发展已经成为影响人类生存的一项主要任务，我国也把环境保护作为一项基本国策。在今后，太阳能建筑将会得到快速的发展，未来的太阳能建筑可能发展成“节能、节地、节水”的建筑，并与生态建筑相结合。另外，在发达国家，特别是国际大城市，新建的建(构)筑物大都采用钢结构，并把钢结构看作“绿色环保工程”来发展和应用。第第4章 建筑工程(6)智能建筑将得到广泛发展。目前，世界智能建筑正朝两个方向发展，一方面智能建筑不限于智能化办公楼，正在向公寓、酒店、商场的建筑领域扩展。所谓智能化住宅，由电脑系统根据天气、湿度、温度、风力等情况自动调节窗户的开闭、空调器的开关，以保持房间的最佳状态；另一方面，智能建筑已从单一建造发展到成片规划、成片开发，它最终或许会导致“智能广场”、“智能化小区”的出现。第第4章 建筑工程思思 考考 题题1多层、高层与超高层建筑是如何划分的？2框架结构、钢结构、砌体结构的特点分别是什么？3大跨度结构的类型及特点有哪些？4试比较拱与梁的受力特点，并说明拱结构的优越性。5高层建筑的结构体系有哪几种以及它们的特点分别是什么？
