1.2　建筑构造的基本知识

建筑物是指供人们居住、生活以及从事生产和文化活动的房屋。建筑构造是建筑设计的组成部分，建筑设计不仅必须考虑建筑物与外部环境的协调、内部空间合理安排以及外部和内部的艺术效果，同时还必须提供切实可行的构造措施。建筑构造是专门研究建筑物各组成部分以及各部分之间的构造方法和组合原理的科学。建筑物构造组合原理是研究如何使建筑物的构件或配件最大限度地满足使用功能的要求并根据使用的要求进行构造方案设计的理论。构造方法则是在构造原理的指导下运用不同的建筑材料去有机地组成各种构配件以及使构配件牢固结合的具体方法。

1.2.1　建筑物的类型

建筑构造和建筑物的类型有关，不同类型的建筑物其建筑构造也不同。建筑物的种类很多，其分类方法也很多，一般可按建筑物的功能性质、某些特征和规律进行分类，如按建筑层数、主要承重结构材料、建筑的使用功能、建筑结构承重方式等划分。

民用建筑物按其高度和地上层数可分为低层建筑、多层建筑、高层建筑和超高层建筑。我国民用建筑一般把地上层数1～3层称为低层建筑；4～6层称为多层建筑；7～9层称为中高层建筑；10层及以上称为高层建筑。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100m的民用建筑为超高层建筑。工业建筑按层数分为单层厂房、多层厂房、混合层数的厂房。

建筑物按主要承重结构材料的不同可分为砖木结构建筑、砖混结构建筑、钢筋混凝土结构建筑、钢结构建筑、钢-钢筋混凝土结构建筑。砖木结构建筑建筑物的主要承重构件用砖木做成，一般竖向承重构件的墙体、柱子采用砖砌，水平承重构件的楼板、屋架采用木材，这类房屋的层数较低（3层以下），多用在盛产木材的地区。砖混结构建筑是采用砖墙、钢筋混凝土楼板层、木屋架或钢筋混凝土屋顶构造的房屋（也称砖-钢筋混凝土混合结构），这类房屋的竖向承重结构采用砖墙或砖柱，水平承重构件采用钢筋混凝土楼板、大梁、过梁、屋面板（其中也包括少量的屋面采用木屋架），这种结构便于就地取材、节约钢材和水泥、降低造价，是我国十几年前广泛采用的一种结构类型。钢筋混凝土结构建筑的主要承重构件（比如梁、板、柱）均采用钢筋混凝土结构（而非承重墙则用砖砌或其他轻质材料做成），按其施工方式的不同可分为现浇钢筋混凝土和预制装配式钢筋混凝土结构，这种结构具有强度高、抗震性好、耐火性好、刚度大、平面布置灵活等优点，是目前应用广泛的结构，是可建成多层、高层、大跨度、大空间结构的建筑。钢结构建筑是指建筑物主要承重构件全部由钢材制作的结构，它具有强度高、构件重量轻、平面布局灵活、有良好的延性、抗震性能好、施工速度快等特点。钢-钢筋混凝土结构建筑的主要承重构件采用钢筋混凝土结构和钢结构，一般竖向承重构件的柱子采用钢筋混凝土，水平承重构件的屋架采用钢材（比如钢筋混凝土排架柱和钢屋架组成的单层工业厂房）。

建筑物按使用功能的不同可分为民用建筑、工业建筑、农业建筑等。民用建筑主要是指供人们生活、学习、工作的非生产性建筑，包括居住建筑和公共建筑，居住建筑主要是指供人们起居用的建筑物，比如住宅、宿舍等；公共建筑是指供人们从事政治、文化、行政办公、商业、生活服务等活动所需要的建筑物，包括政府机关或企业或事业单位的办公楼等行政办公建筑，医院、疗养院等医疗建筑，学校、图书馆、文化宫等文教建筑等。工业建筑主要是指人们进行工业生产所需要的各种房屋，比如主要生产厂房、辅助性生产厂房、动力用房、仓储建筑等。农业建筑是指供农副业生产和加工的各种建筑，比如粮仓、温室、保鲜库、畜禽饲养场、农副业产品加工厂、水产品养殖场等。

建筑物按建筑结构承重方式的不同可分为墙承重式、排架结构、框架结构、空间结构等形式。墙承重式主要用墙体来承受楼面及屋面传来的荷载，如砖石混合结构就是这种承重方式。排架结构主要承重体系由屋架（或屋面梁）和柱组成，屋架（或屋面梁）与柱的顶端为铰连接（通常为焊接或螺栓连接），而柱的下端嵌固（通常以细石混凝土连接）于基础内，单层工业厂房多数采用排架结构。框架结构主要承重体系由横梁和柱组成，但横梁和柱为刚接（钢筋混凝土结构通常通过端焊接或浇灌混凝土使其形成整体）连接从而构成一个整体框架，一般多层工业厂房或高层民用建筑多采用框架结构。空间结构采用空间网架、悬索及各种类型的壳体承受荷载，比如体育馆、展览馆等。

发达国家的建筑业已普遍以机械化生产代替了简单的手工操作，我国建筑业也必须要用先进的大工业生产方式适应建筑工业化的需要。建筑工业化的典型特征是设计标准化、构件与配件生产工厂化、施工机械化与自动化。设计标准化是指统一设计构配件，尽量减少其类型，进而形成整个房屋或单元的标准化设计。构配件生产工业化是指在工厂里生产建筑构配件，逐步做到构配件商品化。施工机械化和自动化是指使用机械取代繁重的体力劳动。在建筑工业化上述三个特征中设计标准化是前提。

为实现设计的标准化必须使不同的建筑物及各部分之间的尺寸统一协调，为此我国颁布有《建筑模数协调标准》以作为设计、施工、构件制作、科研的尺寸依据。模数制中的模数以100mm为基本单位（称为一个模数）进行叠加和分割从而产生一系列尺寸数值并按等差级数的规律排列，我国国家标准把不同类型建筑物及其组成部分的尺寸数值具体规定在相应的范围内选用，模数分为基本模数、扩大模数、分模数等3类。基本模数是指模数尺寸中的最基本数值（用M表示，其长度M=100mm），整个建筑或其一部分建筑物组合构件模数化尺寸都应该是基本模数的倍数。扩大模数是基本模数的整倍数，为减少类型、统一规格，我国《建筑模数协调统一标准》规定的扩大模数只选用了3M（300mm）、6M（600mm）、12M（1200mm）、15M（1500mm）、30M（3000mm）、60M（6000mm）等6种规格。分模数是基本模数的分数，有1/2M（50mm）、1/5M（20mm）、1/10M（10mm）等3种规格。由基本模数、扩大模数和分模数组成的模数系列称为模数制，模数数列见表1-1。

为保证构件设计、生产、建筑制品等有关尺寸的统一协调，必须明确标志尺寸、构造尺寸和实际尺寸的定义及其相互间的关系（即所谓三种尺寸，见图1-1所示）。标志尺寸是指符合模数规定用以标注建筑物定位线（轴线）之间的距离以及建筑物制品、构配件及有关设备位置界限之间的尺寸（是应用最广泛的房屋构造的定位尺寸）。构造尺寸是指建筑制品、构配件等生产的设计尺寸（一般情况下，构造尺寸加上缝隙尺寸等于标志尺寸。缝隙尺寸的大小宜符合模数数列的规定）。实际尺寸是指建筑制品、建筑构配件的实际尺寸（实际尺寸与构造尺寸的差值应通过允许偏差的幅度加以限制）。

1.2.2　民用建筑的组成和作用

建筑物通常是由很多构件组成的，如一般民用建筑通常由基础、墙和柱、楼板层、楼梯、屋顶和门窗等基本构件组成的（见图1-2），它们所处的位置不同则作用也不同，其中有的起承重作用，承受建筑物全部或部分荷载以确保建筑物的安全；有的起围护作用，保证建筑物的使用和耐久年限；有的构件则起承重和围护双重作用。基础是位于建筑物的最下部的承重构件，其作用是承受建筑物的全部荷载并把这些荷载传给地基，因此基础必须具有足够的强度和稳定性，同时应能抵御地下各种有害因素的侵蚀。墙是建筑物的竖向围护构件，多数情况下也为承重构件，其承受屋顶、楼层、楼梯等构件传来的荷载并将这些荷载传给基础，外墙分隔建筑物内外空间以抵御自然界各种因素对室内的侵袭，内墙分隔建筑内部空间以避免各空间之间的相互干扰，依据功能不同要求墙体应分别具有足够的强度和稳定性以及保温、隔热、防火、防水等功能并且应具有耐久性和经济性。为了扩大建筑物空间、提高空间灵活性、满足结构需要，有时也用柱来代替墙体作为建筑物竖向承重构件。楼层是楼房建筑中水平方向的承重构件，其按房间层高将整幢建筑物沿水平方向分为若干部分。楼板层承受家具、设备、人体、隔墙等荷载及本身自重并将这些荷载传给墙和柱，同时，楼板层还对墙身起着水平支撑作用以增加墙的稳定性，楼板层必须具有足够的强度和刚度，根据上下空间的使用特点其还应具有隔声、防水、保温、隔热、防潮等功能。地层是底层房间与土壤的隔离构件，除承受作用其上的荷载外还应具有防水、防潮、保温等功能。楼梯是楼层间竖向交通设施，平时供给人们上下楼层；遇火灾、地震等紧急情况时可供人们紧急疏散，楼梯应满足坚固、安全和足够通行能力的要求，高层建筑中除应设置楼梯外还应设置电梯。屋顶是建筑物顶部的承重构件和围护构件，它承受屋顶的全部荷载并将荷载传给墙或柱，其作为围护构件抵御着自然界中的雨、雪、太阳辐射等，屋顶应具有足够的强度、刚度以及防水、保温、隔热等性能。门的主要功能是交通出入、分隔和联系内部与外部或室内空间，有的还兼起通风和采光作用。窗的主要功能是采光和通风。门和窗均属围护构件，根据建筑物所处环境的不同，门窗应具有保温、隔热、节能、隔声、防风沙等功能。一般说来，基础、墙柱、楼板层、屋顶是建筑物的主体部分，门窗、楼梯是建筑物的附属部分。建筑物中，除以上基本组成构件外，还有许多为人们使用或建筑物本身所必需的其他构件和设施（比如阳台、雨篷、烟道、垃圾井、台阶等）。

1.2.3　单层厂房的基本组成和作用

单层厂房的结构类型主要分为承重墙结构和骨架结构两种，大多数情况下单层工业厂房均采用钢筋混凝土骨架结构，仅当厂房的跨度、高度、吊车荷载较小及地震烈度较低时才用承重墙结构。装配式钢筋混凝土骨架结构的单层厂房以其坚固耐久、承载力大、构件预制装配和运输简便等特点广泛应用于大型工业建筑中，这种体系由两大部分组成（即承重构件和围护构件，见图1-3）。

单层厂房的承重构件主要包括排架柱、基础、屋架、屋面板、吊车梁、连系梁或圈梁、基础梁、抗风柱（山墙柱）等。排架柱是厂房结构的主要承重构件，其承受屋架、吊车梁、支撑、连系梁和外墙传来的荷载并把这些荷载传给基础。基础承受柱和基础梁的荷载及它们传递来的荷载并将所有荷载传给地基。屋架承受屋面板、屋面、天窗荷载及它们传递来的荷载（有的还承受悬挂式吊车和被起吊重物的荷载）。屋面板铺设在屋架、檩条或天窗架上直接承受板上的各种荷载并将荷载传给屋架。吊车梁上装有吊车轨道，吊车沿着吊车轨道行驶，吊车梁承受吊车的重量及吊车行驶中的冲击力并把这些荷载传给排架梁。连系梁或圈梁的主要作用是为了增加外墙的稳定性，其把同一列柱相互连系起来以提高排架的纵向刚度（同时兼起窗过梁的作用），其承受风荷载和墙体荷载并将荷载传给纵向柱列。基础梁主要承受外墙重量并把它传给基础。单层厂房山墙面积较大、所受风荷载也大，故在山墙内侧一般应设置抗风柱，在山墙受风荷载作用时，一部分荷载由抗风柱上端通过屋顶系统传到厂房纵向骨架上去，一部分荷载由抗风柱传给基础。图1-4显示了各承重构件的荷载传递关系。屋架、柱、基础组成厂房的横向排架，连系梁、吊车梁、圈梁、屋面板和支撑构件均为纵向连系构件（它们将横向排架连成一体共同组成坚固的骨架结构系统）。

单层厂房的围护构件主要包括屋面、外墙、门窗、地面等。单层厂房的屋顶面积较大，它是厂房围护构件的主要部分，其受自然条件直接影响，必须处理好屋面的排水、防水、保温、隔热等问题。厂房外墙通常采用自承重墙形式，其除承受自重及风荷载外主要起防风、防雨、保温、隔热、遮阳、防火等作用。门的主要作用是交通和运输，窗的作用则是采光和通风。厂房的地面应满足生产及运输要求并为厂房提供良好室内劳动环境。

单层厂房的其他构件还有吊车梯、隔断、走道梯、屋面检修梯、平台、作业梯、扶手、栏杆等。吊车梯是供吊车驾驶员上下使用的梯子。隔断是为满足生产使用或便于生产管理分隔空间而设置的。走道梯是为工人检修吊车和轨道而设置的。屋面检修梯是指为检修屋面和消防人员设置的梯子。

1.2.4　影响建筑构造的因素

建筑物处于自然环境和人为环境中会受到各种自然因素和人为因素的作用，为提高建筑物的使用质量和耐久年限，建筑构造设计时必须充分考虑各种因素的影响，应尽量利用其有利因素、避免或减轻不利因素的影响以提高建筑物的抵御能力，应根据影响程度采取相应的构造方案和措施。影响建筑构造的因素主要有自然环境因素的影响、人为因素的影响、外力作用的影响、物质技术条件的影响、经济条件的影响等5个方面。

建筑物处于不同的地理环境，各地自然环境差异很大。建筑构造设计必须与各地的气候特点相适应。自然环境因素影响（即大气温度、太阳热辐射以及风雨冰雪等）是影响建筑物使用质量和建筑寿命的重要因素。对自然环境的影响估计不足、设计不当就可能会造成渗水、漏水、冷风渗透，室内过热、过冷，构件开裂、破损，甚至建筑物倒塌等后果。为防止和减轻自然因素对建筑物的危害、保证正常使用和耐久性，构件设计中应针对不同自然气候特点、影响的性质和程度对建筑物各部位采取相应防范措施（如防潮、防水、保温、防冻等）。

人类的生产和生活等活动也会对建筑物产生影响（如机械振动，化学腐蚀，噪声，生活生产用水、用火及各种辐射等），在建筑构造设计时必须针对性地采取相应的防范措施（如隔热、防腐、防水、防火、防辐射等）以保证建筑物的正常使用。

作用在建筑物上的各种外力称为荷载，荷载又分为永久荷载（恒荷载）和可变荷载（活荷载）。恒荷载主要是建筑物构配件的自重。活荷载包括人、家具、设备等使用荷载以及风力、地震等产生的荷载。荷载的大小和作用方式决定了结构形式、构件的用材、形状和尺寸，而构件的选材、形状和尺寸都与建筑物构造设计关系密切。风荷载是高层建筑水平荷载的主要因素，风距地面的高度不同风压大小也不同，设计时应按照有关规范严格执行。地震对建筑的影响和破坏程度很大，在设计建筑构造时应考虑地震荷载对建筑物的影响，应根据国家规定的设防标准对建筑物进行抗震设计并确定合理的抗震构造措施。

建筑材料、结构、设备和施工技术等物质条件是构成建筑的基本要素之一，建筑构造受它们的影响和制约。由于建筑业新材料、新结构、新设备以及新的施工方法不断出现，建筑构造要解决的问题也越来越多、越来越复杂，因此，在构造设计中要综合解决好采光、通风、保温、隔热、隔声等问题，应以构造原理为基础不断发展和创造新的构造方案。

建筑构造受国家经济条件的制约，必须考虑经济效益。在确保工程质量的前提下既要降低建造过程中的材料、能源和动力消耗，又要有利于降低使用过程中的维护和管理费用。同时，在设计过程中要根据建筑物的不同等级和质量标准在材料选择和构造方式上给予区别对待。各类新型装修材料的出现使人们对建筑的使用要求越来越高，对建筑构造的要求也将随经济条件的改变而不断发生变化。

1.2.5　房屋构造设计原则

建筑构造方案选择直接影响建筑物的各种功能的发挥（比如使用功能、抵御自然侵袭的能力、结构的安全可靠性、造价的经济性以及建筑的整体艺术效果），建筑构造设计要遵循五条原则：应满足建筑物的功能要求；保证结构坚固并有利于结构安全；适应建筑工业化需要；考虑建筑经济、社会和环境的综合效益；注意美观。满足使用功能要求是确定构造方案的首要原则，建筑物由于所在地区不同、用途不同，在建筑设计中会对建筑构造提出诸如保温、隔热、隔声、吸声、采光、通风等不同要求（比如北方建筑要求保温，而南方建筑要求隔热；剧院、音乐厅等要求吸音；住宅要求隔声等），为满足建筑物各项功能要求必须综合地运用有关的知识来选择和确定经济合理的构造方案。建筑物除应根据荷载大小、结构的强度、刚度、稳定性等要求来确定构件的必要尺寸外，在构造上还须采取有效措施以使构件与构件之间连接可靠从而保证构件的整体刚度进而确保建筑物在使用时的安全。所确定的构造方案要符合当地的施工条件并应便于施工，同时，应大力推广先进技术并尽量采用各种新型建筑材料、采用标准设计、使用定型构配件，应为构件、配件生产的工厂化、现场施工机械化创造条件以适应建筑工业化的需要。建筑构造设计在选择材料上应以保证建筑物坚固耐久为前提，应注意节约钢材、木材、水泥三大建筑材料，应尽量利用当地材料和工业废料，构造设计时应考虑降低建筑造价、减少材料消耗、降低维修和管理的费用，同时，还必须保证建筑的工程质量。建筑构件的选型、尺寸、色彩、材料质感以及制作的精细程度直接影响建筑的整体艺术效果，在建筑构造设计时应认真研究设计出新的优美空间环境。

总之，在建筑构造设计中要做到“坚固适用、经济合理、美观大方”，应结合我国国情充分考虑建筑物的功能、所处的自然环境、材料供应情况以及施工条件等因素，应通过对不同设计方案的分析、比较，选择确定出最佳的方案。