公共建筑的结构与技术.docx

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1、第五章公共建筑的构造与技术第一节 建筑构造与建筑设计一、建筑构造与建筑设计的关系建筑是艺术与技术相结合的产物，技术是建筑的构思、理念转变为现实的重要手段，建 筑技术涵盖的范围很广，包括构造、消防、设备、施工等诸多方面的因素，其中构造与建筑设计的关系最为亲热。人们制造建筑空间有着双重的目的，首先也是最根本的是要满足肯定的使用功能要求， 其次还要满足肯定的审美要求。然而要想到达上述两方面的目的就必需依靠肯定的技术手 段。建筑的空间构造就是诸多手段的主体 。人们建筑房屋使用各种材料，并奇异地将这些材料组合在一起，充分发挥出材料的力学性能，使之具有合理的荷载传递方式，整体与各个局部都具有肯定的刚性并符

2、合静力平衡条件，这就形成了建筑的空间构造。我们通常将符合功能要求的空间称之为适用空间，将符合审美要求的空间称之为视觉空间，将符合材料性能和力学规律的空间称之为构造空间。三者由于形成的依据不同，各自受到的条件制约和所遵循的法则也不同，但在建筑中它们是合而为一的。我们从事建筑设计就是要将三者统一为一个整体。构造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。就相互之间的关系而言，构造与功能之间通常更为严密一些。然而构造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。恰当地运用合理的构造形式往往会对空间的功能和美观起到很大的促进作用。人们的功能要求是多种多样的，这就需要有

3、相应的构造方法来供给与功能相适应的空间形式。在古代由于技术条件的限制不行能制造较大的室内空间，然而社会的进步使得人们要求 更为简单敏捷的空间组织形式，于是在传统砖石构造的根底上逐步消灭了拱形构造、穹隆结 构，进而进展到钢筋混凝土构造、网架、悬索、壳体等空间构造，使人们从空间的束缚中解脱出来，满足了自由敏捷分隔空间的要求。构造型式的选择不仅要受功能要求的影响，同时还要听从审美的要求。一个好的构造方案应当是满足使用功能的同时，还应具有肯定的艺术感染力。而且不同的构造形式各自具有其独特的表现力。现代科学的宏大成就所供给的技术手段，不仅使我们的建筑能够更加经济有效地满足功能的需要，而且其艺术表现力也为

4、我们供给了极其宽广的可能性。二、构造的空间形式与种类如前所述，建筑构造体系不仅对空间的围合、分隔及限定起着打算的作用，而且直接关系到空间的量、形、质等三方面的因素。下面我们将分类争论不同类型的构造形式所对应的空间特点。现代建筑的构造体系可分为平面构造体系和空间构造体系两大类。一平面构造体系1 承重墙柱构造承重墙柱、梁、板等构造构件组成的构造体系。这是一种古老的构造体系，公元前两千多年的古埃及建筑中就已被广泛使用，始终到今日世界各地的人们照旧在使用这种构造来建筑房屋。承重墙构造体系的特点是：墙体本身是围护构造同时又是承重构造。由于这种构造体系无法自由敏捷地分隔空间，不能适应较简单的功能，一般用于

5、功能较为单一固定房间组成相对简洁的建筑，如住宅、宿舍等。2. 框架构造框架构造是由梁和柱形成受力构造骨架的构造体系。其最大的特点是承重的骨架与分 隔、围护的墙体明确地分开，充分发挥各自材料的力学和物理特性，同时使内部空间的划分变得自由敏捷。框架构造本身无法形成完整的空间，而是为建筑空间供给一个骨架。由于它的力学特性， 人们得以摆脱厚重墙体的束缚，依据功能和美观要求自由敏捷地分隔空间，从而打破了传统 六面体的空间概念，极大地丰富了空间的变化，这不仅适应了现代建筑简单多变的功能要求， 而且也使人们传统的审美观念发生了变化，制造出了“底层透空”“流淌空间”等典型的现代建筑空间形式。随着高层建筑特别是

6、超高层建筑的进展，单独的框架构造已无法满足刚度和稳定性的要求，于是在此根底上消灭了剪力墙构造和筒体构造。剪力墙构造使建筑物抗水平荷载力量大大提高，但其内部空间却会受到构造要求的限制而失去局部敏捷性，筒体构造使用刚度极大的内筒来抵抗侧向荷载，并在内核中设置电梯、楼梯、管道井等关心设施，从而使平面布局具有极大的敏捷性。有些超高层建筑甚至把外墙也设计成筒，形成筒中筒构造。3 桁架构造桁架是人们为得到较大的跨度而制造的一种构造形式，它的最大特点是把整体受弯转化为局部构件受压或受拉，从而有效地发挥材料的受力性能，增加了构造的跨度。然而桁架本身具有肯定的空间高度，而且上弦一般呈两坡或曲线的形式，所以只适合

7、于当作屋顶构造， 多用于厂房、仓库等。4 拱形构造拱形构造在人类建筑进展史上起到了及其重要的作用。历史上以拱形构造制造出的建筑艺术精品不胜枚举。拱形构造包括拱券、筒形拱、穿插拱和穹隆，它的受力特点是在竖向荷载的作用下产生向外的水平推力。材料主要受轴向的压力而根本不承受弯矩，因此可以跨越相当大的空间。同时利用不同的拱形单元可以组合成较为丰富的建筑空间。现代建筑中拱型构造的材料大都使用钢或钢筋混凝土，拱的线形也趋于合理，多用于大跨度建筑，如体育馆、大礼堂、飞机库等。5 刚架构造刚架构造是由水平或带坡度的横梁与柱由刚性节点连接而成的拱体或门式构造。刚架结 构依据受力弯矩的分布状况而具有与之相应的外形

8、。弯矩大的部位截面大，弯矩小的部位截 面小，这样就充分发挥了材料的潜力，因此刚架可以跨越较大的空间。刚架适合矩形平面， 常用于厂房或单层、多层中型体育建筑，如体操馆、羽毛球馆等。二空间构造体系1 网架构造网架构造是由杆件系统组成的型大跨度空间构造，它具有刚性大、变形小、应力分布 较均匀、构造自重轻、节约材料、平面适应性强等特点。网架构造可分为单层平面网架、单层曲面网架、双层平板网架、双层曲面网架等多种形式。目前最为常用的是双层平板空间网架，一般由钢管或型钢构成。其网格有两向和三向两 种。两向网架是两纵横而组成正交 90 的网格组成。可以正放，也可以斜放，比较适合方形或矩形平面。三向网架由三组互

9、成 60 斜交的网格组成。适合于三角形、六边形或圆形平面。网架构造是目前大跨度建筑使用最一般的一种构造形式。2 悬索构造悬索构造是利用张拉的钢索来承受荷载的一种柔性构造，具有跨度大，自重轻、节约材 料、平面等特点。同时，悬索构造可以掩盖多种多样的建筑平面，除矩形还有圆形、椭圆形、 菱形乃至不规章平面，使用敏捷性大，范围广。悬索构造建筑内部空间宽大雄伟又富有动感， 外观造型变化多样，可制造出美丽的建筑空间和体形。3 折板构造折板构造是由很多薄平板以肯定的角度相互整体连接而成的空间构造体系。折板构造既是板又是梁的空间构造，受弯力量、刚度稳定性均比较好，承受折板构造的建筑，其造型鲜亮清楚，几何形体规

10、律严整，尤其折板的阴影随日光移动，变化微妙，气氛独特。4 壳体构造壳体构造是从自然界中鸟类的卵、贝壳、果壳中受到启发而制造出的一种 空间薄壁构造。其特点是力学性能优越，刚度大，自重轻、用料结省，而且曲线美丽，形态多变，可单独使用，也可组合使用，适用于多种形式的平面。5 充气构造利用尼龙薄膜、人造纤维或金属薄片等材料内部充气来作为建筑的屋面，这种构造称为充分构造。它自重极轻，可到达很大的跨度，安装、充分拆卸、运输均较便利。6 张拉膜构造这种构造形式也称帐篷式构造，由撑杆、拉索和薄膜面层三局部组成，通过张拉，使薄膜面 层呈反向的双曲面形式，从而到达空间稳定性。这种构造形式造型独特，安装便利，可用于

11、某些非永久性建筑的屋顶或遮篷。 建筑设备与建筑设计 暖通、空调与建筑设计的关系我国北方地区大量性公共建筑都需要采暖；南方地区一般不考虑采暖，但标准较高的 宾馆、旅馆以及聚拢人流较多的厅堂类建筑也要求采温存空气调整。这些暖通、空调都需要 一套相应的设备，包括锅炉房、冷冻机房、空气调整机房以及风道、管道、地沟散热器、送风口、回风口等，它们都占有肯定建筑空间，因此与建筑设计、构造设计都有亲热关系。1 建筑平面布局要考虑设备的位置，如采暖用的锅炉房、水泵房，空调用的空气调整机房， 冷冻机房等。在高层建筑中，由于用水设备的水压力限制，除底层及顶层外，有时还需在中间层布置设备层。2 建筑空间布局中要预留各

12、种风道、管道、地沟的位置。集中式空调系统由于风道大，与建筑空间布局的冲突较多，构造上也要考虑各种设备管道穿通墙面、楼板对构造安全度的影 响。3 空调房间内各种散热器、设备机组以及送风口、回风口的布置需要考虑使用效果以及与建筑细部处理的亲热结合。4 建筑和构造要实行措施降低各种设备机械用房及风管所产生的噪声。所以，建筑设备的设计与建筑及构造设计亲热协作进展，否则将会影响建筑的平面和空间处理，影响建筑功能或者导致设备不能正常运转使用。 采暖与空气调整的方式及其选择1 采暖一般可分为热水采暖系统和蒸汽采暖系统。热水采暖系统是利用锅炉加热后的热水经供 水管送到采暖房间的散热器，加热后的散热器以对流及辐

13、射传热的方式加热房间的空气和物 体，放热后的回水从回水管经水泵加压送回锅炉房加热重使用。由于供水管、回水管的布 置不同，可以分为双管上分式、双管下分式以及单管挨次式等不同的方式。蒸汽采暖系统， 热媒不是热水而是蒸汽，它利用蒸汽本身的压力把蒸汽送到采暖房间，与热水采暖不同之处 是蒸汽放热后回锅炉房的是分散水。热水采暖的热水温度一般不太高，因此散热器的外表温度也不高。由于热水的热惰性大， 冷却较慢，适宜于人们长时间生活和居住的建筑如旅馆、办公楼。蒸汽采暖的散热器外表温 度较高，所以散热器的数量可以削减，蒸汽采暖加热得快，冷却得也快，适宜于热损失较大， 要求短时间采暖的建筑如影剧院、会堂等。近年，我

14、国采暖技术也在不断进展，的采暖方式正在逐步推广应用，如蒸汽喷射热水 采暖，适宜于多种用途的建筑，可以一个热源多种用途，节约用电。这种采暖方式还保持了 热水采暖的优点，在北方应用较多。华东地区还做了地板辐射采暖、带型辐射板采暖、高温 水采暖等试验，热风器采暖已有定型烧油热风器产品，体积小，重量轻，效率高，不需要锅炉和外管线，可供高级民用建筑及厅堂类建筑局部采温存全面采暖之用。2 空气调整它是能够调整室内空气的温度、湿度、风速、干净度以保证室内有良好空气环境的通风系统。应用于一般标准较高的厅堂类建筑与高级大型民用建筑。与建筑设计关系比较亲热的有以下三种系统： 集中式空调系统：用一个空气处理室集中处

15、理空气，使具有肯定的温度、湿度和干净度，然后经风机送入 空调房间的系统称为集中式空调系统。假设所处理的空气一年四季都承受室外风，又称为 直流式系统，它的热冷耗量大，投资和运行费用高，但卫生条件好，适宜于特别卫生要求的建筑。通常承受的系统都是利用一局部回风重处理使用的一次回风及二次回风系统，它可 以降低热冷耗量，节约运行费用。集中式空调系统的空调机房集中、设备固定、治理便利、效劳面积大、使用寿命长，运行费用低，只要实行有效的消音隔震措施，风道的噪声较低。它的缺点是空调机房面积大，风道粗，要占较大的建筑空间，往往会影响到建筑的层高。尤其是在高层建筑中，面积和层 高都很紧凑，风道与建筑抢空间、争墙面

16、的冲突较突出。这种系统的施工安装现场工作量大， 管道保温投资大，风量不易安排调整，当空调房间使用效率不高时，运行费用大，同一系统 不能满足各个房间不同的空调要求，所以不适宜于旅馆一类建筑，比较适用于要求风量大、效劳面积广的厅堂类建筑。 高速诱导系统这种系统以诱导器代替集中空调系统中的一般风口，利用集中空气处理室送来的初次 风，经诱导器喷嘴高速喷出，在喷嘴四周造成负压，因此室内空气被吸入诱导器，经过冷热交换器处理后再与初次风混合送入空调房间。由于室内回风就地处理，房间之间彼此无污染，卫生条件好。送风量可以比集中式空调 少 2 3 倍，风道断面可以小得多，省去了回风道。但是，由于风速高、噪声也高，

17、要实行消音措施。由于本身不宜装置滤尘器，所以不适用于室内较清洁的房间，每台诱导器的作 用深度有限，一般不大于 6 ，所以不适于大空间建筑的空调。一般标准较高的民用建筑如宾馆等承受较多。 盘管风机系统：是一种把冷热交换器和风机装在一起的空调设备。风机主要引入室内空气回风，同时也吸入局部风。风来源或从集中的空气处理室送来，或直接从墙外吸入颖空气。冷 热交换器的冷、热媒分别承受冷冻水或热水。所以必需有集中的冷冻机房和锅炉房。这种空 调系统敏捷性大，各房间可以自行调整室温，不用时也可关掉风机，特别适用于宾馆一类建 筑。风道的风量仅是卫生标准所需要的空气量，比集中式系统所送风量少得多，所以风道 截面可做

18、得很小。当直接从墙外吸入风时，可以省去风道，但立面不易处理，而且简洁把 室外的灰砂带入，所以进风口要作吸尘处理。这种方法还存在风量受室外自然环境影响， 不易稳定，冬季加湿问题不易解决等问题。但是它比较经济有用，存在问题是可以设法解决 的。盘管风机的具体方式有立式和卧式两种。通常立式明装在房间窗台下，卧式暗装在房间靠近走廊的吊顶内。近年随着防空地道及地下建筑物的日益增多，群众在实践中制造了利用地道降温的方 法。它不是一种空气调整，仅仅是作为夏季降温。但在送风降温的效果方面却与空调设备基 本一样。实践证明这是一种简洁、经济、有用的降温措施。很多地方都已把它应用于中小型 影剧院、会堂的夏季降温，并取

19、得显著效果，也积存了很多阅历。依据各地的实践阅历，认为在承受地道风降温时需要考虑以下条件：1要有必要的地道长度。长度缺乏，会降低冷却效果。2 地道壁及四周土壤不能受到污染。3 有严格防潮要求的地道不能利用来冷却空气，由于冷却过程中，壁面会消灭结露现象。4 适用于间歇运行但常常使用的建筑。假设夏季只间或使用时，可能会有毒味，通风效果不好。5 适用于降温要求不高，对空气湿度无严格要求的建筑。由于地道壁温较高，地道风冷却 降温不行能很低，所以送风温度较高。同时地道送风的湿度无法按要求进展调整，所以只适 宜于降温要求不高，对空气湿度无严格要求的建筑，如影剧院、会堂、办公楼、商店等。一般影剧院夏季降温能

20、维持在 27 29 就可根本满足要求，承受地道风降温是适宜的。依据某礼堂实践，当地下通道断面为 1.2 1.8 ，长度不小于 200 ，风量在 20230 3 小时左右，可使送风温度保持在 24 左右。地道风降温系统是一般直流式无回风管路系统，必需留意进风口与排风口的布置， 使排风通畅，维持合理气流组织。假设排风口设置不当，会引起排风不畅，造成室内正压， 或个别排风口风速过高，使室内气流紊乱，区域温差过大，降低总的降温效果。 气流的组织：气流组织就是争论空调房间内送风与排风的组织方式。合理组织送风与排风的目的是： 1 有效、合理地把经过处理的空气送到人们居住逗留的地带。 2 使整个工作地带保持

21、适宜、均匀、稳定的湿温度，气流速度和空气的干净度。 排出含有热量、湿量以及污浊物质的空气。对于大型厅堂承受集中式空调系统的气流组织方式主要有二种： 上送下回：送风口设在天花板上或侧墙的上部，回风口平均分布在观众席位下面，舞台下部或侧墙下部，有时在天花板上也设置一些排风口。从送风口向下送入的空气在大厅上部和室内空气混和后，送入观众逗留地带，除一局部从天花上部排出以外，大部从回风口排走，送风口一般应实行既能使气流集中，又能增加混和效能的散流器，散流器的布置应与建筑处理有机结合。这种方式的气流从上向下流淌、路线短、简洁掌握。从气流的效果来看，观众一般都喜 欢送面吹来的微风，最忌从背后吹来的脑后风。这

22、种方式当天花较高时，气流是从上而下流 过观众。当天花较低时，即使承受了散流器，还会有局部气流从脑后、侧面流过观众，效果较差。由于气流路线短，与室内空气混和时间短，温度、湿度都不易均匀。这种方式的送风温差较小，所以送风量大，但是便于分区掌握与调整。由于风口设在天花上，风道要通到天花上面，所以风道较长。 喷口送风又称集中送风这是一种比较的布置方式，一般在观众厅后墙开设高速送风口，喷出的射流沿天花板 向前流淌，在接近舞台时折回形成回流。观众全部处于回流区。上海体育馆的喷口送风，在 进展篮、排球及体操竞赛时，承受长程喷口送风，在进展乒乓、羽毛球竞赛时，承受短程喷口结合顶部静压箱送风。这种方式的气流路线

23、比较简单，技术要求较高。观众处于回流区，气流迎面吹向观众， 效果较好。由于气流路线长，气流的横向速度场、湿度场都比较均匀。它的送风温差比上送 下回的要大，因此送风量小，但分区掌握与调整的技术较简单。风道不必通到天花上部，长度比上送下回的短，不占天花上部空间，特别适宜于一些的屋盖构造方式如悬索、薄壳。 它与上送下回方式比较，效果好而又经济，与建筑协作也较简洁，对于厅堂类建筑的观众厅 空调是一种比较好的送风方式。高层建筑以及高级民用建筑所承受的高速诱导器及盘管风机系统的气流组织，一般有以下方式： 立式明装向上送风送风格栅向上。当夏季送冷风时，冷射流向上送出，沿窗口及外玻璃向上流淌， 由于射流速度渐渐减小及重力作用，至肯定高度后，射流就折回向下形成回流，人的居住活 动区均处于涡流之中，温度场比较均匀，风速接近静止，没有吹风感，比较舒适。当冬季送热风时，热射流沿窗向上，经天花经形成回流，可以阻挡一局部窗外渗透风。 立式明装前侧送风送风格栅开在前侧。这种方式的室内温度场不如向上送风均匀 卧式暗装侧送风从侧面送出的气流沿天花至外墙折回。这种方式，不能阻挡窗外的渗透风。