0、山言

        本章节的主要内容是关于建筑工程的概述，共有三部分内容：建筑和建筑工程；建筑的分类及主要组成部分；建筑的常用承重体系。

        承载安居的梦想『建筑工程』（上）——王震宇教授（哈尔滨工业大学）——35:31。

        承载安居的梦想『建筑工程』（下）——王震宇教授（哈尔滨工业大学）——27:58。

1、建筑和建筑工程 

（1）建筑的内涵

        建筑是艺术与工程技术相结合，使用建筑材料和设备建造的，供人们居住和进行各种活动的空间或场所，可通俗地理解为工程实体。 

        建筑可大致分为：①建筑物——有人建筑；②构筑物——无人建筑（间接供人使用）。 

（2）建筑工程的内涵

        建筑工程在概念上侧重于建造建筑的技术。建筑工程是指为建造建筑物和构筑物所进行的规划、勘察、设计以及施工、竣工等各项技术工作的总称。

        建筑工程是运用数学、物理、化学等基础知识，和力学、测量学、建筑结构、建筑材料、施工技术等专业知识，以研究各种建筑设计与修建的一门工程技术学科。 

2、建筑的分类及主要组成部分 

（1）建筑的分类

        可按照，建筑的用途；建筑材料与建筑的高度进行分类。

        ①按建筑的用途分类

        a、生产性建筑（工业建筑、农业建筑）。

        b、非生产性建筑（居住建筑、公共建筑）。

        c、仓库属于生产性建筑。

        为什么要按用途分类？因为不同的用途，建筑设计时考虑的因素也不同。 例如，居住建筑是非生产性建筑，因此使用功能在设计上需考虑采光、室内交通，舒适性（重要）等。而与其对应的公共建筑，例如，电视台、电视塔、鸟巢体育馆等，设计时则也要考虑对应的使用功能。

        ②按承重材料分类（建筑结构）

        钢结构、钢筋混凝士结构、砌体结构、木结构。        

        a、混凝土的材料特性——抗压强度高，而抗拉强度却很低；通常抗拉强度只有抗压强度的1/10；破坏时具有明显的脆性特征。

        b、钢的材料特性——抗拉和抗压强度都很高；通常具有屈服现象，破坏前具有较好的变形能力；钢材存在腐蚀和抗火方面的问题。

        c、砌体结构——由块材和砌筑材料构成。

        d、木结构——质量轻，但需要注意防火。

        ③按建筑的高度分类

        a、超高层建筑>100m；b、高层建筑>10层；c、多层建筑4~9层；d、低层建筑1~3层。

        上海陆家嘴地区的超高层建筑群，环球金融中心492米；金茂大厦420.5米；上海中心632米。而随着时代发展超高层建筑的定义也会不断变化，目前世界已开始千米级高层的建设。 

（2）建筑的主要组成部分

        建筑在建造和使用时将承受各种作用，比如重力、风或地震、温度变化等。

        当作用以力的形式出现时，称为直接作用，习惯上称为荷载。例如房屋荷载包括——风荷载、屋面荷载、上人荷载、雪荷载、墙或柱自重、地基反力、装修家居楼板人等荷载…… 

        结构是承受各种荷载、起到骨架作用的空间承重体系。荷载传递路径——荷载→结构（板→梁→墙与柱→基础）→地基。

        房屋建筑自下而上通常由基础、墙或柱、楼面、门窗以及平屋面或坡屋顶等部分组成。建筑各组成部分的作用： 

        ①楼面与屋顶——是建筑物水平方向的承重结构，承担各种家具、设备、人的重量及楼板的自重，并将荷载传到墙、柱等构件上，结构中常称为受弯构件。

        屋面、楼面——建筑结构中通常采用钢筋混凝土板和梁组成楼面受力体系。楼板可沿水平方向分隔建筑空间。

        屋顶——防水、保温。屋顶可隔绝风、雨、雪等对建筑物的侵袭。坡屋顶可保温，并利于雨雪排水。           

        ②墙与柱——是建筑物垂直方向的承重结构，承担楼层、屋顶荷载及墙身的自重，并向下传递荷载至基础，结构中称为受压构件。外墙同时具有防寒、保温的作用，内墙具有分隔建筑空间的作用。

        ③楼梯与电梯——是建筑物内的垂直交通设施，解决上下层之间的联系以及紧急情況下人员的疏散。

        ④阳台和雨篷

        阳台——有楼层的建筑物中，人可直接到达的、向室外开敞的平台。

        雨篷——建筑物入口处，门上部用来遮挡雨水的水平构件，在结构中通常称为悬挑（悬臂）构件。

        ⑤门、窗——建筑物隔离、采光、通风以及防火需求。

        ⑥天沟、雨水管、散水——组成建筑物的排水系统。 

        ⑦基础——是建筑物的一部分，与土层直接接触。基础还需承受地基反力。

        地基——基础下的土层，不是建筑物的组成部分。（分为直接受力层、下卧层）。

        地震——地面传递加速度，由于结构自重而产生惯性力 。Rayleigh wave 质点转动；Love wave 质点水平方向移动。

3、建筑的常用承重体系

      建筑常用的承重体系可分为上部结构和下部结构。

  （1）下部结构（基础）

      独立基础、条形基础、十字交又基础、 筏板基础、箱形基础、桩基础等。

      ①柱下独立基础、墙下条形基础——简单基础。

      ②十字交叉基础——条形基础交叉。当土质较差或荷载较大时，将两个方向的条形基础相连。

      ③筏板基础——相当于倒过来的楼面，反力作用在面再传递。筏片基础将基础连接成整体，受力更均匀

      ④箱形基础——有地下室要求，刚度整体性好，空间可使用。由底板、墙、顶板组成箱形。

      ⑤桩基础——端承桩、摩擦桩。由桩和桩顶的承台共同组成，属于深基础。新加坡发展银行高层建筑下采用四个大直径桩墩，直径7.3米，将荷载传递到承载力高的岩层上。 

（2）上部结构的承重体系

        ①单层厂房结构

        工业厂房结构包括，屋架、屋面板、屋架垂直支撑、屋架下弦横向支撑、吊车梁、柱、柱间支撑、基础等。而工业厂房可设置抗风柱，其与民用建筑的主要区别是吊车荷载，尤其是刹车力。【榀】pǐn，量词，一个房架称一榀。例如，两榀屋架。

        ②多层框架结构            

        框架结构体系是多层承重体系中最常用的一种，主要承重构件包括板、梁、柱。混凝土结构板梁柱一般是一体浇筑的。框架结构的内、外墙体不承重，空间布置灵活，空间宽敞，适用于内部需要大空间的多、高层建筑。【刚度】单位位移需要的力；抵抗变形的能力。

        ③高层建筑结构

        框架一剪力墙结构；剪力墙结构；筒体结构；钢一混凝士组合结构。 

        a、框架一剪力墙结构

        框架结构空间度较弱（即不太结实），因此用于高层建筑时，需增加抗侧力（抗风、抗震）构件，比如可通过布置剪力墙来解決。这是因为剪力墙（钢筋混凝土墙）抗侧刚度较大。

        b、剪力墙结构

        当建筑高度进一步増加时，可采用全剪力墙结构以进步减少高层建筑在风、地震荷载下的反应。而全剪力墙结构没有框架，因此抗震性能好。

         c、筒体结构

        筒体结构是由框架—剪力墙结构与全剪力墙结构演变发展而来，筒体结构将剪力墙或密柱框架集中到房屋的内部和外面形成空间封闭式的筒体。竹子构造正是筒体的生态结构。而筒体结构，又可细分为——外筒结枸、外筒内框结构、筒中筒结构、成束筒结构。

        例如，上海金茂大厦（420.5米），金茂大厦的主体结构为八角形核心简，筒内井字形墙到一定高度结结束，然后外筒继续上升。而美国 的Sears Tower（442米）也属于筒体结构。

        d、钢一混凝土组合结构

        采用型钢、钢管、钢板等代替钢筋，与混凝上共同工作而形成的结构，在超高层建筑中广泛采用。 其中，钢管混凝土中混凝土三向受压；钢骨混凝土（钢骨混凝土柱）抗侧移能力强。

         深圳赛格广场（291.6米）——1999年完工，是我国较早采用钢管混凝土柱的超高层建筑。钢管直径1600mm，壁厚28mm，内填C60高强混凝土，最大轴力约为9000吨。

        台北101大厦（508米）——以吉祥数字“8”作为设计单元，每8层为一个单元，模仿竹节构筑的含义，体现了中国古代传统的建筑艺术。建筑外围采用8根巨型钢管混凝土柱，构成巨型结构形式（Mega Frame）。 

        吉隆坡国家石油双子星座大厦（451.9米）——结构底部采用钢骨高强混凝土柱，混凝土强度等级C70。

         ④空间结构

        空间结构就是能承受各个方向荷载作用的结构体系。在实际的三维世界里，任何结构本质上都是空间结构。只不过出于简化设计的目的，在许多场合有条件地把空间结构分解成平面结构来进行分析和计算。例如，排架、框架、桁架、拱等，而空间框架结构计算设计时，一般截取一榀框架简化为平面。 

        空间结构的受力特点——a、三维受力，多个方向的构件同时参与工作，使内力分布更加均匀；b、通过合理的曲面形体抵抗外荷载作用，使结构以承受轴力为主，充分利用材料强度；c、传力路径更为直接，有效提高结构刚度。 

        常用的空间结构体系：薄壳结构、网架结构、悬索结构、膜结构。

         a、薄壳结构

        一种曲面结构，特点是能够把受到的压力均匀地分散到壳体的各个部分，因而可以减少厚度、节省材料。其特点是厚度方向的尺寸远小于长度和宽度方向的尺寸。例如，拱壳、折板壳；悉尼歌剧院。而鸡蛋、贝壳也可看做是薄壳结构。

        薄壳结构常用的几何形状：球面、柱面、椭圆抛物面（双曲扁壳）、双曲抛物面（矩形平面、菱形平面）、双曲抛物面的组合。其中，球面较为常用。 

        b、网架结构

        网架结构是由离散的杆件按照某种几何规律拼装而成的空间杆系结构。有平板网架、网壳结构等。其中，平板（曲面）网架的优点是，大跨度、屋面、质轻。而网架的节点连接常用，焊接球节点与螺栓球节点。

        c、 张力结构

         通过张力来抵抗外荷载的一类空间结构体系，主要受力构件采用高强度金属材料或复合材料。例如，索结构、膜结构。

        悬索结构——即在索上铺面板，知名案例是泸定桥。

        膜结构——基材决定材料的力学性能，如抗拉强度、抗撕裂强度等；涂层决定材料的物理性能，如防火、防潮、透光等；而面层起自洁和防紫外线辐射的作用。