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第三章
建筑构造概论
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学习目标
　　掌握建筑的构造组成
　　掌握建筑分类方法和等级划分
　　熟悉建筑常用的专业术语
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3.1　建筑构造概论
3.2　建筑的分类和等级
3.3　建筑变形缝
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　　建筑是人类创造的、最值得自豪的文明成果之一。建筑的概念应包括三个方面的含义：① 建筑物和构筑物的总称；② 人们进行建造的行为；③ 涵盖了经济与社会科学、人文科学、文化艺术、工程技术等多学科多领域的综合学科。
　　建筑构造则是研究建筑物各组成部分的构造原理和构造方法的学科，其主要任务是根据建筑物的功能要求，提供符合适用、安全、经济、美观的构造方案，以作为建筑设计中解决技术问题、进行施工图设计、绘制大样图等的依据。
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3.1.1 建筑的构成要素
　　建筑的构成要素包括建筑功能、建筑技术和建筑形象。
　　1．建筑功能
　　建筑功能是指在物质和精神方面的具体使用要求。例如，设计学校时，首先要考虑满足教学活动的需要，同时还要合理安排行政管理和辅助用房，并配置良好的体育活动场地。满足功能要求是建筑的主要目的，并在构成要素中起主导作用。
　　2．建筑技术
　　建筑技术是实现建筑功能的技术手段和物质基础，包括建筑材料、建筑结构、建筑设备和建筑施工技术等要素。其中，建筑材料是构成建筑物的物质基础；建筑结构是运用建筑材料，通过一定的技术手段构成建筑的空间骨架；建筑设备是保证建筑能够正常使用的技术条件，如建筑的给水排水、供暖和电气等；建筑施工技术则是实现建筑生产的方法和手段。
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3.1.1 建筑的构成要素
　　3．建筑形象
　　建筑形象是建筑体型、立面式样、建筑色彩、材料质感、细部装饰等的综合反映。建筑物是社会的物质和文化财富，它在满足使用要求的同时，还要考虑人们对建筑外在美观及精神上的感受。
　　上述三个基本构成要素中，功能是主导因素，它对建筑技术和建筑形象起决定作用；建筑技术是实现建筑功能的手段，它对建筑功能起制约或促进作用；建筑形象则是建筑功能、技术和艺术内容的综合表现。一个优秀的建筑作品，应该是三者的辨证统一。如图3-1所示为堪称世界建筑经典作品之一的“流水别墅”。
图3-1 流水别墅
　　流水别墅：建于1936年的流水别墅（也称考夫曼住宅），位于美国匹兹堡市郊区的熊溪河畔，由现代主义建筑大师F·L·赖特设计。流水别墅具有活生生的、初始的、原型的、超越时间的质地。为了越过建筑史的诸多流派，它似乎全身飞跃而起，坐落于宾夕法尼亚的岩崖之中，指挥着整个山谷，超凡脱俗。流水别墅无疑是建筑技术和艺术的完美结晶，同时也成为无与伦比的、世界最著名的、现代建筑之一。
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　　1．民用建筑的构造组成
　　一幢民用建筑一般由基础、墙或柱、楼层和地层、楼梯、屋顶和门　窗等主要部分组成，如图3-2所示。
　　基础：是位于建筑物最下部的承重构件。
　　墙或柱：是建筑物的承重构件和围护构件。
　　楼层和地层：是楼房建筑中水平方向的承重构件。
　　楼梯：是楼房建筑中的垂直交通设施，供人们上下楼层和紧急疏散。
　　屋顶：是建筑物顶部的外围围护构件和承重构件。
　　门窗：门主要供人们内外交通和隔离房间；窗的主要功能是采光和通风。
　　除上述六大基本组成部分以外，对不同使用功能的建筑物，还有其他特有的构件和配件，如阳台、雨篷、台阶、排烟道等。
图3-2 民用建筑的构造组成
3.1.2 建筑的组成
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　　2．建筑物的构成系统分析
　　建筑物的构成系统主要包括结构支承系统、围护和分隔系统、设备系统，各个系统的具体分析如图3-3所示。
图3-3 民用建筑的构 成系统分析
3.1.2 建筑的组成
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　　3．影响建筑构造的因素
　　为了提高建筑物对外界因素的抵御能力，满足建筑物使用功能的要求，在进行建筑物构造设计时，必须充分考虑到各种影响因素。影响建筑构造设计的因素很多，如图3-4所示，归纳起来大致分为以下几个方面。
图3-4 各种自然因素和人为因素对建筑物的影响示意图
3.1.2 建筑的组成
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3.1.2 建筑的组成
　　1）外界作用力的影响
　　外界作用力包括人、家具和设备的重量，结构自重，风力，地震力以及雪重等，这些外界作用力统称为荷载。荷载的大小是建筑结构设计的主要依据，也是结构选型及构造设计的重要基础，起着决定构件尺度、用料多少的重要作用。
　　2）人为因素的影响
　　人们在使用建筑物时，往往会产生诸如火灾、噪声、机械振动、化学腐蚀等破坏因素，因此在建筑构造设计上需采取相应的防火、隔声、防震、防腐等措施，以避免对建筑物的使用功能产生影响。
　　3）气候条件的影响
　　自然界中的日晒雨淋、风雪冰冻、地下水等均会对建筑物的使用功能和建筑构件的使用寿命产生影响，因此要考虑采取相应的防护措施，如防水防潮、保温隔热、防冻胀、防蒸气渗透等。
　　4）建筑标准的影响
　　建筑标准所包含的内容较多，与建筑构造关系密切的主要有建筑的造价标准、建筑等级标准、建筑装修标准和建筑设备标准等。
　　5）建筑技术条件的影响
建筑技术条件指建筑材料技术、建筑结构技术和建筑施工技术等。随着建筑技术条件的不断发展和变化，建筑构造设计的要求也随之改变。
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3.1.2 建筑的组成
　　4．建筑构造的设计原则
　　建筑构造设计要考虑使用功能、材料性能、荷载情况、施工工艺及建筑艺术等因素；设计者应本着“坚固适用、技术先进、经济合理、美观大方”的基本原则，合理选择构造设计方案，才能保证建筑的使用合理性、安全性及建筑的整体性。
　　1）坚固适用
　　除按荷载大小及结构要求确定构件的基本断面尺寸外，在阳台、楼梯栏杆、顶棚、门窗与墙体的连接等构造设计中，必须保证建筑物构、配件在使用时的安全。
　　2）技术先进
在进行建筑构造设计时，应大力改进传统的建筑方式，从材料、结构、施工等方面引入先进技术，适应建筑工业化和建筑施工的需要。
　　3）经济合理
各种构造设计均要注重整体建筑物的经济、社会和环境的综合效益。在保证工程质量的前提下，注意节约建筑造价，降低材料的能源消耗，合理降低造价。
　　4）美观大方
　　建筑构造设计要做到美观大方，在现有经济条件下建筑构造设计要充分考虑其造型、尺度、质感、色彩等美观问题。
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3.1.3 建筑常用专业术语
　　⑴横向是指建筑物的宽度方向。
　　⑵ 纵向是指建筑物的长度方向的距离。
　　⑶ 横向定位轴线是指在平行于建筑物宽度方向设置的轴线，用以确定横向墙体、柱、梁、基础的位置。
　　⑷ 纵向定位轴线是指在平行于建筑物长度方向设置的轴线，用以确定纵向墙体、柱、梁、基础的位置。
　　⑸ 开间是指两相邻横向定位轴线之间的距离。
　　⑹进深是指两相邻纵向定位轴线之间的距离。
　　⑺层高是指层间高度，即地面至楼面或楼面至楼面的高度（顶层为顶层楼面至屋面板上皮的高度），如图3-5所示。
　　⑻ 净高是指房间的净空高度，即地面至顶棚下皮的高度。它等于层高减去楼地面厚度、楼板厚度和顶棚高度，如图3-5所示。
（a）　　　　　　　　　（b）　　　　　　　　　　（c）
H1—净高；H2—层高
图3-5 净高和层高
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3.1.3 建筑常用专业术语
　　⑼ 建筑高度是指室外地坪至檐口顶部的总高度。
　　⑽ 柱距是指相邻两条横向定位轴线之间的距离，主要用于框架结构建筑。
　　⑾柱网是指由双向轴线和轴线交点处的柱形成的网状平面。
　　⑿建筑朝向是指建筑的最长立面及主要开口部位的朝向。
　　⒀ 建筑面积是指建筑物外包尺寸的乘积乘以层数，由使用面积、交通面积和结构面积组成。
　　⒁ 使用面积是指主要使用房间和辅助使用房间的净面积。
　　⒂交通面积是指走廊、门厅、楼梯、电梯、坡道、自动扶梯等交通设施所占的净面积。
　　⒃结构面积是指墙体、柱子等所占的面积。
3.2.1 建筑的分类
　　1．按建筑物的使用性质分
　　根据建筑物的使用性质不同，建筑可分为民用建筑、工业建筑和农业建筑。
　　1）民用建筑
　　民用建筑是指供人们居住用的居住建筑和进行公共活动用的公共建筑的总称。其中，居住建筑是指供单身或家庭成员短期或长期居住使用的建筑；公共建筑是指供人们进行各种公共活动用的建筑。公共建筑的种类繁多，主要包括教育建筑、办公建筑、科研建筑、文化建筑、商业服务建筑、体育建筑、医疗建筑、交通建筑、纪念建筑、园林建筑、综合建筑等。
　　2）工业建筑
　　工业建筑是指为工业生产服务的生产车间及为生产服务的辅助车间、动力用房、仓贮等。
　　3）农业建筑
　　农业建筑是指供农（牧）业生产和加工用的建筑，如种子库、温室、畜禽饲养场、农副产品加工厂、农机修理厂（站）等。
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3.2.1 建筑的分类
　　2．按结构的承重方式分
　　根据建筑结构的承重方式不同，建筑主要可分为墙体承重体系、骨架承重体系、空间结构体系三大类，这三大类又可细分为具体的结构，如图3-6所示。其中常见建筑结构类型的特点如表3-1（见教材P83）所示。
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图3-6 建筑按结构的承重方式分类
3.2.1 建筑的分类
　　3．按建筑的层数或总高度分
　　根据建筑的层数或总高度不同，建筑可分为多种类型，如表3-2所示。
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建筑类别 名称 层数或高度 备注
住宅建筑 低层住宅 1～3层 ① 住宅首层层高不超过2.20 m的架空层及辅助用房层不计入层数内
② 包括首层设置商业服务网点的住宅
多层住宅 4～6层
中高层住宅 7～9层
高层住宅 10层及10层以上
超高层住宅 ＞100 m
公共建筑 单层和多层建筑 ≤24 m
高层建筑 ＞24 m 不包括建筑高度超过24 m的单层公共建筑
超高层建筑 ＞100 m
表3-2 民用建筑按地上层数或高度分类
提示：
　　1972年，国际高层建筑会议规定：9～16层，高度在50 m以下的为低高层建筑；17～25层，高度在50～75 m的为中高层建筑；26～40层，高度100 m以下的为高层建筑；超过40层，高度超过100 m的为超高层建筑。
3.2.1 建筑的分类
　　4．按主要承重结构的材料分
　　根据主要承重结构的材料不同，建筑可分为木结构建筑、块材砌筑结构建筑、钢筋混凝土结构建筑、钢结构建筑、其他结构建筑（如薄膜充气、生土建筑等）。
　　5．按建筑的规模和数量分
　　根据规模和数量不同，建筑可分为大量性建筑和大型性建筑。其中，大量性建筑是指单体建筑规模不大，但修建数量多，分布面广的建筑，如住宅、中小学教学楼、医院、商店、中小型影剧院等；大型性建筑是指建筑规模大、耗资多的建筑，如大型火车站、体育馆、大型剧院、航空港、博览馆等。
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提示：
　　大型工程为10 000 m2以上的建筑；
　　中型工程为3 000～10 000 m2的建筑；
　　小型工程为3 000 m2以下的建筑。
3.2.2 建筑的等级划分
　　建筑物的等级包括耐久等级和耐火等级两个方面。
　　1．耐久等级
　　建筑物的耐久等级是指设计使用年限，如表3-3所示，其长短主要依据建筑物的重要性和质量标准确定（以主体结构确定），它是基建投资和建筑设计的重要依据。
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类别 设计使用年限（年） 示例
1 5 临时性建筑
2 25 易于替换结构构件的建筑
3 50 普通建筑和构筑物
4 100 纪念性建筑和特别重要的建筑
表3-3 设计使用年限
3.2.2 建筑的等级划分
　　2．耐火等级
　　建筑物的耐火等级是根据组成建筑物构件的燃烧性能和耐火极限确定的。
　　燃烧性能是指组成建筑物的主要构件在明火或高温作用下燃烧与否及燃烧的难易程度。建筑构件根据燃烧性能可分为以下三类。
　　非燃烧体：用非燃烧材料做成的建筑构件。
　　难燃烧体：用难燃烧材料做成的建筑构件；或用燃烧材料制作，而用非燃烧材料做保护层的建筑构件。
　　燃烧体：用容易燃烧的材料做成的建筑构件。
　　耐火极限是指对任一建筑构件按时间—温度标准曲线进行耐火试验，从受到火的作用时起，到失去支持能力或完整性被破坏或失去隔火作用时为止的这段时间，以小时表示。
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提示：
　　只要以下三个条件中任一个条件出现，就可以确定达到其耐火极限。
　　失去支持能力：是指构件在火焰或高温作用下，由于材质性能发生变化，使其承载能力和刚度降低，承受不了原设计的荷载而破坏。
　　完整性被破坏：是指薄壁分隔构件在高温作用下，发生爆裂或局部塌落，形成穿透裂缝或孔洞，火焰穿过构件，使其背面可燃物燃烧起火。
　　失去隔火作用：是指具有分隔作用的构件，背火面任一点的温度达到220℃时，构件失去隔火作用。
3.2.2 建筑的等级划分
　　根据高层建筑使用性质、火灾危险性、疏散和扑救难度以及《高层民用建筑设计防火规范》，高层民用建筑可分为居住建筑和公共建筑两类，如表3-4（见教材P87-88）所示（多层建筑不分类）。其构件相应的燃烧性能和耐火极限如表3-5（见教材P88）所示。
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　　变形缝是为防止建筑物在外界因素作用下产生变形、开裂、甚至破坏而预留的构造缝。变形缝将整个建筑物沿全高断开，断开后建筑物的各部分成为独立的单元，或者是划分为简单、规则、均一的段，且各段之间留有一定的缝隙，以能够适应变形的需要。
　　变形缝包括伸缩缝、沉降缝和防震缝。伸缩缝是为适应昼夜温差引起的变形而设置的；沉降缝是为适应不均匀沉降引起的变形而设置的；防震缝是为适应地震可能引起的变形而设置的。
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　　1．伸缩缝
　　伸缩缝要求把建筑物的墙体、楼板、屋顶等地面以上部分全部断开，基础因为受温度变化影响较小，可以不断开。伸缩缝宽度一般为20～30 mm，其位置和间距根据建筑物的长度、结构类型、屋盖刚度以及屋面有否设保温或隔热层来考虑，如图3-8所示。
　　伸缩缝的最大间距，应根据不同材料的结构而定，详见有关规范。砌体房屋伸缩缝和钢筋混凝土结构伸缩缝的最大间距如表3-6（见教材P89-90）和表3-7（见教材P90）所示。
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墙身盖缝
建筑物长度过长时设置伸缩缝
图3-8 伸缩缝
　　2．沉降缝
　　为防止因建筑物地基土质不均匀、建筑物本身相邻部分高差悬殊或荷载悬殊、建筑物结构形式变化大、新老建筑相邻（或扩建项目）等导致建筑物错动开裂，可沿建筑物高度设置垂直缝隙，将建筑物划分成若干个可以自由沉降的单元，这种垂直缝称为沉降缝，如图3-9所示。沉降缝同时起着伸缩缝的作用，在同一个建筑物内，两者可合并设置，但伸缩缝不能代替沉降缝。
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图3-9 沉降缝的设置
　　沉降缝的设置，要求从基础到屋顶所有构件均断开，其宽度与地基的性质和建筑物的高度有关。
沉降缝应设置在以下位置处：
　　① 建筑平面的转折部位；
　　② 高度差异或荷载差异处，如图3-10所示的主体建筑与裙房之间；
　　③ 长高比过大的砌体承重结构或钢筋混凝土框架结构的适当部位；
　　④ 地基土的压缩性有显著差异处；
　　⑤ 建筑结构或基础类型不同处；
　　⑥ 分期建造房屋的交界处。
　　沉降缝应有足够的宽度，其缝宽如表3-8所示。
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地基情况 建筑物高度 沉降缝宽度（mm）
一般地基 ＜5 m 5～10 m 10～15 m 30
50
70
软弱地基 2～3层 4～5层 5层以上 50～80
80～120
＞120
湿陷性黄土地基 ＜30～70
图3-9 沉降缝的设置
　　3．防震缝
　　地震设防地区，当建筑体型复杂或各部分的结构刚度、高度、重量相差较大时，应在变形敏感部位设缝，将建筑分为若干个体型规整、结构单一的单元，防止在地震波的作用下相互挤压、拉伸，造成变形破坏。这种缝隙称为防震缝。设置防震缝时，一般可以不断开基础，但在平面的复杂建筑中，需将基础断开。
　　《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2010）对防震缝的设置条件和缝宽都进行了规定。
　　对于多层砌体结构房屋，有下列情况之一时需设置防震缝，缝两侧均应设置墙体，缝宽应根据烈度和房屋高度确定，可采用70～100 mm。
　　① 房屋立面高差在6 m以上；
　　② 房屋有错层，且楼板高差大于层高的1/4；
　　③ 各部分结构刚度、质量截然不同。
　　对于钢筋混凝土结构房屋，是否设置防震缝，应根据抗震设防烈度、结构材料种类、结构类型、结构单元的刚度和高差以及可能的地震扭转效应等情况综合考虑。若需设置防震缝时，其缝宽应符合下列要求：
　　① 框架结构房屋，当其高度不超过15 m时，其防震缝宽度不应小于100 mm；高度超过15 m时，抗震烈度6度、7度、8度和9度分别每增加高度5 m，4 m，3 m和2m，宜加宽20 mm；
　　② 框架—抗震墙结构房屋的防震缝宽度不应小于第①项规定数值的70%，抗震墙结构房屋的防震缝宽度不应小于第①项规定数值的50%；且二者均不宜小于100 mm。
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