《房屋建筑学》四至六章

第 4 章建筑构造概论
4.1 建筑体系
建筑体系，一是指建筑的装配体系，如砌块建筑、板材建筑、盒子建筑等；二是指建筑的结构体系，如砖混结构、框架结构、排架结构、空间结构等。

依建筑物使用性质和规模的不同可分为单层、多层、大跨和高层建筑，单层和多层建筑的主要结构体系为砌体结构或框架结构体系。

砌体结构是指由墙体作为建筑物承重构件的结构体系，而框架结构主要是指梁柱作为承重构件的结构体系。

大跨建筑常见的有拱结构、网架结构以及薄壳、折板、悬索等空间结构体系。

依建筑结构构件所用的材料不同，目前有木结构、混合结构、钢筋混凝土结构和钢结构之分，混合结构是指在一座建筑物中，其主要承重构件分别采用多种材料制成，如砖与木、砖与钢筋混凝土、钢筋混凝土与钢等。

用钢筋混凝土、钢材作主要结构材料的民用建筑多为框架结构体系。

如钢筋混凝土框架、钢框架结构。

由于钢筋混凝土构件既可现浇，又可预制，为构件生产的工厂化和安装机械化提供了条件，加之钢筋混凝土防水、防火、耐久性能好，所以钢筋混凝土是运用较广的一种结构材料。

4.2 建筑的组成
一座建筑物主要有屋基、屋身、屋顶组成，屋基包括基础和地坪，屋身包括墙柱和门窗，楼房还包括楼板和楼梯等。

4.2.1 基础
基础是房屋底部与地基接触的承重构件，它承受房屋的上部荷载，并把这些荷载传给地基，因此基础必须坚固稳定，安全可靠。

4.2.2 墙体
包括承重墙与非承重墙，主要起围护、分隔空间的作用。

墙承重结构建筑的墙体，承重与围护合一，骨架结构体系建筑墙体的作用是围护与分隔空间。

墙体要有足够的强度和稳定性，具有保温、隔热、隔声、防火、防水的能力。

4.2.3 楼地层
建筑的使用面积主要体现在楼地层上。

楼地层由结构层和外表面层组成。

楼板是重要的结构构件。

不同材料的建筑楼板的做法不同。

木结构建筑多采用木楼板，板跨1m左右，其下用木梁支承；砖混结构建筑常采用预制或现浇钢筋混凝土楼板，板跨约为 3m～4m，用墙或梁支承；钢筋混凝土框架结构体系建筑多为交梁楼盖；钢框架结构的建筑则适合采用钢衬板组合楼板，其跨度可达4m。

作为楼板，要具有足够的强度和刚度，同时还要求具有隔声、防潮、防水的能力。

地坪是底层房间与土层相接触的部分，它承受底层房间的荷载，要求具有一定的强度和刚度，并具有防潮、防水、保暖、耐磨的性能。

要处理好地坪与平台、台阶及建筑物沿边场地的关系，使建筑物与场地交接明确，整体和谐。

4.2.4 楼梯
楼梯是楼房建筑的重要的垂直交通构件。

楼梯有主楼梯，次楼梯，室内楼梯，室外楼梯，楼梯形式多样，功能不一。

有些建筑物因为交通或舒适的需要安装了电梯或自动扶梯，但同时也必须有楼梯用作交通和防火疏散通路。

4.2.5 屋顶
屋顶具有承重和围护的双重功能，有平顶、坡顶和其他形式的屋顶。

平屋顶的结构层与楼板层做法相似。

由于受阳光照射角度的不同，屋顶的保温、隔热、防水要求比外墙更高。

屋顶有不同程度的上人需求，有些屋顶还有绿化的要求。

屋顶檐口可为人们仰视，是设计者应下功夫推敲构图的地方。

另外，根据区域与地方的风俗与传统，屋顶的形式、坡度、修葺材料也是多种多样的，也应特别予以重视。

4.2.6 门窗
门主要用作交通联系，窗的作用是采光通风，处在外墙上的门窗是围护结构的一部分，要充分考虑采光、通风、保温、隔热等问题。

门窗大致分为钢与铝制的金属门窗与木制门窗。

门窗有不同的种类和开启方式，要重视框与墙、框与门窗扇、扇与扇之间的细微关系。

建筑构件除了以上六大部分外，还有其他附属部分，如阳台、雨棚、平台、台阶等。

阳台、雨棚与楼板接近，平台、台阶与地面接近，电梯、自动扶梯则属于垂直交通部分，它们的安装有各自对土建技术的要求。

在露空部分如阳台、回廊、楼梯段临空处、上人屋顶周围等处视具体情况要对栏杆设计、扶手高度提出具体的要求。

4.3 建筑构造的关键
建筑构造的关键点是构造节点。

节点的连接以及接缝的处理非常重要。

建筑构造对缝的处理有嵌缝、堵缝、勾缝、盖缝。

当建筑物的体量大而体形复杂时还会设置变形缝。

刚性防水屋面设分仓缝、外墙抹灰设分格缝、整体地面设分块缝等等。

构造缝不但能产生特殊的视觉效果，而且更重要的是建筑物对环境的适应，如伸缩缝可以调节建筑适应热胀冷缩变化，沉降缝调整建筑部分间的不均匀沉降，刚性防水屋面设分仓缝可防止由热胀冷缩及混凝土徐变引起不规则裂缝而致使的屋面漏水。

构件之间的联系，如门窗的安装、板材建筑中构件的连接、预制楼板的铺陈等，由于施工、构造及适应相对变形的需要，必须有缝隙存在，设计构件尺寸时，必须予以考虑。

构件尺寸有标志尺寸、构造尺寸、实际尺寸之分。

1. 标志尺寸
用以标注建筑物定位轴线或定位面之间的距离，如开间、柱距、进深、跨度等，以及建筑构配件、建筑组合件、建筑制品、建筑设备的定位尺寸。

一般情况下标志尺寸是构件的称谓尺寸。

2. 构造尺寸
建筑构配件、建筑组合件、建筑制品等的设计尺寸，一般情况下构造尺寸等于标志尺寸减去缝隙或加上支承长度。

3. 实际尺寸
建筑构配件、建筑组合件、建筑制品等生产成的实际尺寸，实际尺寸与标志尺寸之间的差数(即误差)必须符合建筑公差的规定。

4.4 建筑构造的影响因素和设计原则
1. 荷载因素的影响
作用在建筑物上的荷载有恒荷载(如自重等)和活荷载(如使用荷载等)，垂直荷载和水平荷载(如风荷载、地震作用等)。

2. 环境因素的影响
环境因素包括自然因素和人为因素。

自然因素的影响是指风吹、日晒、雨淋、积雪、冰冻、地下水、地震等因素给建筑物带来的影响。

为了防止自然因素对建筑物的破坏，在构造设计时，必须采用相应的防潮、防水、保温、隔热、防温度变形、防震等构造措施。

人为因素的影响是指火灾、噪声、化学腐蚀、机械摩擦与振动等因素对建筑物的影响。

在构造设计时，必须采用相应的防护措施。

3. 技术因素的影响
技术因素的影响是指建筑材料、建筑结构、建筑施工方法等技术条件对于建筑物的设计与建造的影响。

4. 建筑标准的影响
建筑标准一般包括造价标准、装修标准、设备标准等方面。

标准高的建筑耐久等级高，装修质量好，设备齐全，档次较高，但是造价也相对较高，反之则低。

建筑构造设计的原则，一般包括如下几个方面。

1) 坚固实用
构造做法要不影响结构安全，构件连接应坚固耐久，保证有足够的强度和刚度，并有足够的整体性，安全可靠，经久耐用。

2) 技术先进
在确定构造做法时，应从材料、结构、施工等多方面引入先进技术，同时也需要注意因地制宜、就地取材、结合实际。

3) 经济合理
在确定构造做法时，应该注意节约建筑材料，尤其是要注意节约钢材、水泥、木材三大材料，在保证质量的前提下尽可能降低造价。

4) 美观大方
建筑构造设计是建筑设计的一个重要环节，建筑要做到美观大方，必须通过一定的技术手段来实现，也就是说必须依赖构造设计来实现。

构造设计是建筑设计的重要组成部分，构造设计应和建筑设计一样，遵循适用、经济、美观的原则。

4.5 建筑构造图的表达
建筑构造设计用建筑构造详图表达。

详图又称大样图或节点大样图，根据具体情况可选用1:20、1:10、1:5，甚至1:1的比例。

详图是建筑剖面图、平面图或立面图的一部分，所以建筑详图要从其剖切部位引出。

详图有明确的索引方法，详图要表明建筑材料、作用、厚度、做法等。

第 5 章基础与地下室
5.1 地基与基础的概念
5.1.1 概述
1. 地基基础及其与荷载的关系
基础是建筑物地面以下的承重结构，是建筑物的墙或柱子在地下的扩大部分，其作用是承受建筑物上部结构传下来的荷载，并把它们连同自重一起传给地基。

地基是指基础底面以下，荷载作用影响范围内的部分岩石或土体。

地基承受上部荷载而产生的应力和应变随着土层深度的增加而减小，在达到一定的深度后就可以忽略不计，直接承受基础荷载的土层叫持力层，地基每平方米所能承受的最大压力称为地基承载力特征值，为了保证建筑物的稳定和安全，必须控制建筑物基础底面的平均压应力不超过地基承载力特征值。

建筑的全部荷载是通过基础传递给地基的，因此，当荷载一定时，可通过加大基础底面积来减少单位面积上地基所承受的压力。

2. 地基的分类
地基可分为天然地基和人工地基两种类型。

天然地基是指天然状态下即可满足承载力要求、不需人工处理的地基。

可作为天然地基的岩土体包括岩石、碎石、砂土、黏性土等。

当天然岩土体达不到上述要求时，可以对地基进行补强和加固。

经人工处理的地基称为人工地基。

处理方法有换填法、预压法、强夯法、振冲法、深层搅拌法。

换填法是指用砂石、素土、灰土、工业废渣等强度较高的材料，置换地基浅层软弱土，并在回填土的同时逐层压实。

预压法是指在建筑基础施工前，对地基土预先进行加载预压，以提高地基土强度和抵抗沉降的能力。

强夯法是利用强大的夯击功，迫使深层土密实，以提高地基承载力。

5.1.2 基础埋深的确定原则
基础的埋深是指室外设计地面至基础底面的深度。

基础按基础埋置深度大小分为浅基础和深基础。

若浅层土质不良，需加大基础埋深，此时需采取一些特殊的施工手段和相应的基础形式，如桩基、沉井和地下连续墙等，这样的基础称为深基础。

基础埋深的确定原则如下。

1. 建筑的特点
高层建筑一般有地下室，地基打桩处理，基础埋深是地上建筑高度的1/15左右，而多层建筑则要考虑地基土的情况、地下水位及冻土深度来确定埋深尺寸。

2. 地基土的好坏
土质好而承载力高的土层可以浅埋，土质差而承载力低的土层则应该深埋。

一般，应尽可能浅埋。

但通常不浅于500mm。

3. 地下水位的影响
土壤中地下水含量的多少对承载力的影响很大。

一般应尽量将基础放在地下水位之上。

避免施工时排水，防止基础的冻胀。

当地下水位较高，基础不能埋置在地下水位以上时，宜将基础埋置在最低地下水位以上不少于200mm的深度，且同时考虑施工时基坑的排水和坑壁支护等因素。

4. 冻结深度的影响
土层的冻结深度由各地气候条件决定，如北京地区一般为0.8m～1.0m，哈尔滨一般为2m 左右。

建筑物的基础若放在冻胀土上，冻胀力会将建筑物拱起，使建筑物产生变形。

解冻时，又会产生陷落，使基础处于不稳定状态。

冻融的不均匀使建筑物产生变形，严重时会产生开裂等破坏情况，因此，一般应将基础的灰土垫层部分放在冻结深度以下不少于200mm。

5. 相邻建筑物或建筑物基础的影响
新建建筑物基础埋深不宜大于相邻原有建筑物的基础埋深，当新建筑基础埋深小于或等于原有建筑基础埋深时，应考虑附加压力对原有基础的影响。

若新建筑的基础埋深大于原有建筑的基础埋深时，应考虑原有基础的稳定性问题。

具体做法是必须满足下列条件：
式中：h——新建与原有建筑物基础底面标高之差；
l——新建与原有建筑物基础边缘的最小距离。

5.1.3 基础的类型
当采用砖、石、混凝土、灰土等抗压强度好而抗弯、抗剪等强度很低的材料做基础时，基础断面应根据材料的刚性角来确定，这种材料做的基础称为刚性基础。

刚性基础因受刚性角的限制，当建筑物的荷载较大或地基承载能力较差时，如按刚性角逐步放宽，则需要加大埋置深度，这就加大了土方工程量和材料用量，在这种情况下宜采用钢筋混凝土基础。

钢筋混凝土基础不受刚性角限制，能够承受弯矩，可以做成独立基础、条形基础、筏形基础、箱形基础等类型。

（独立杯形基础、独立式阶梯型基础、独立式锥形基础）
5.3 基础高度
单独基础是独立的块状形式，常用的断面形式有阶梯形、锥形、杯形，适用于多层框架结构或单层厂房排架柱下基础。

1. 独立基础高度
如果独立基础高度不足，将发生冲切破坏，形成沿柱边向下的混凝土锥体。

阶梯形基础也可能从基础的变阶处开始形成锥体而发生冲切破坏。

冲切破坏锥体有四个梯形斜向冲切面。

对矩形底板基础，可仅对短边的斜冲切面进行受冲切承载力验算，因其受冲切面积最小，受冲切承载力最差。

2. 条形基础高度
钢筋混凝土基础又称柔性基础，其受力特点如倒置的悬臂板。

这类基础的高度不受台阶宽高比的限制，可以按计算确定。

条形基础用砖、石、素混凝土等刚性材料制作时，基础的断面形式受刚性角限制，当素混凝土基础的刚性角小于等于45°时，砖基础的大放脚宽高比应小于等于1:1.5。

大放脚的做法一般采用两皮砖出挑1/4砖或每两皮砖出挑1/4砖与每一皮砖出挑1/4砖相间砌筑。

5.4 筏形基础和箱形基础
5.4.1 筏形基础
筏形基础(筏基)又有平板式和肋梁式之分。

1. 内力计算
当地基比较均匀、上部结构刚度较好、梁板式筏基梁的高跨比或平板式筏基板的厚跨比不小于1/6，且相邻柱荷载及柱距的变化不超过20%时，筏形基础可仅考虑局部弯曲作用，按倒楼盖法进行计算。

将筏形基础视为倒置的楼盖，以柱子为基础，地基的净反力为荷载。

对平板式筏形基础，可按倒置的无梁楼盖计算；对梁板式筏形基础，底板按连续双向板(或单向板)计算；肋梁按连续梁分析，并宜将边跨跨中弯矩以及第一内支座的弯矩值乘以1.2的系数。

当地基比较复杂、上部结构刚度较差，或柱荷载及柱距变化较大时，筏基内力宜按弹性地基板法进行分析。

对于平板式筏基，可用有限差分法或有限元法进行分析；对于梁板式筏基，则宜划分肋梁单元和薄板单元，而以有限元法进行分析。

2. 构造要求
筏形基础的板厚应按受冲切和受剪承载力计算确定。

平板式筏板基础的底板厚度通常可取为1m～3m，最小板厚不宜小于400mm，当柱荷载较大，等厚度筏板的受冲切承载力不能满足要求时，可在筏板上面增设柱墩或局部增加板厚或采用抗冲切钢筋来提高受冲切承载能力。

对梁板式筏形基础，纵、横两个方向的肋梁高度一般取成一样，12层以上建筑的梁板式筏基的板厚不应小于400mm，且板厚与最大双向板区格的短边净跨之比不应小于1/14。

梁板式筏基的肋梁除应满足正截面受弯及斜截面受剪承载力外，还需验算柱下肋梁顶面的局部受压承载力。

在一般情况下，筏基底板边缘应伸出边柱和角柱外包线或侧墙以外，伸出长度宜不大于伸出方向边跨柱距的1/4，无外伸梁的底板，其伸出长度一般不宜大于1.5m。

双向外伸部分的底板直角应削成钝角。

筏基的配筋除满足计算要求外，对梁板式筏基，纵横方向的支座钢筋应有1/2～1/3 贯通全跨，且配筋率不应小于0.15%；跨中钢筋应按计算配筋全部连通。

对平板式筏基，柱下板带和跨中板带的底部钢筋应有1/2～1/3贯通全跨，且配筋率不应小于0.15%；顶部钢筋按
计算全部连通。

筏板边缘的外伸部分应上下配置钢筋。

对无外伸肋梁的双向外伸部分，应在板底配置内锚长度为l r大于板的外伸长度(l1及l2)的辐射状附加钢筋，其直径与边跨板的受力钢筋相同，外端间距不大于200mm。

当筏板的厚度大于2000mm时，宜在板厚中间部位设置直径不小于12mm、间距不大于300mm 的钢筋网。

高层建筑筏形基础的混凝土强度等级不应低于C30。

对于设置架空层或地下室的筏基底板、肋梁及侧壁，其所用混凝土的抗渗等级不应小于0.6MPa。

5.4.2 箱形基础
箱形基础广泛应用于高层建筑中。

除了底板、顶板和外墙以外，还要求设置相当数量的内纵横墙，构成一个整体性很强、刚度很大的箱体，可以把上部荷载均匀地传至地基。

箱形基础和上部结构的连接整体性很强。

1. 设计计算
箱形基础常用以下两种方法进行计算：
(1) 把箱形基础当作绝对刚性板，不考虑上部结构的共同作用，用弹性理论确定地基反力和基础内力。

计算箱形基础顶板和底板时，包括整体受弯及局部弯曲共同产生的内力。

(2) 把箱形基础作为建筑物的一个地下楼层，不考虑箱形基础整体受弯作用，只按局部弯曲来计算底板内力。

地基内力假定为均匀分布，底板按倒楼盖计算。

隔墙看作支座，顶板按支承在隔墙上的一般平面楼盖计算。

按第二种方法计算得到的底板较薄、配筋较少。

高层建筑的箱形基础用第二种方法计算较为合理。

当箱形基础埋置于地下水位以下时，要重视施工阶段中的抗浮稳定性。

一般采用井点抽水法，使地下水位维持在基底以下进行施工。

在箱形基础封完底让地下水位回升前，上部结构应有足够重，保证抗浮稳定系数不小于1.2。

此外，底板及外墙要采取可靠的抗渗措施。

2. 构造要求
箱形基础的墙身，一般与底层的承重墙或框架的柱网相配合，上下对齐，直接承受上部结构传来的荷载。

若上部结构的柱间距大、又要求地下部分有较大的空间，当土反力不大时，也可采用带肋的底板。

此外，箱形基础的外轮廓线要少折曲，必要时，可由沉降缝把多曲折的基础平面划分成若干个较为规则的平面来处理。

箱形基础在构造上要求平面形状简单，通常为矩形，基底的形心与主要荷载的合力尽量重合。

通常，底板厚300mm～600mm，顶板厚200mm～400mm，外墙厚300mm～400mm，内隔墙厚200mm～300mm。

隔墙应顺柱列设置。

顶、底板之间的净高一般为3m～4m 以适合作地下室的要求。

顶、底板的配筋率不宜超过0.8%，由计算确定。

隔墙的钢筋按经验配置，采用双层钢筋网，通常情况下，内墙φ10@200；外墙φ10～12@150～200。

纵向钢筋应伸入顶、底板内，以形成整体。

5.5 桩基础
桩有两种形式：端承桩和摩擦桩。

端承桩把荷载从桩顶传递到桩底，由桩底支承在坚实土层上；摩擦桩则通过桩表面和四周土壤间的摩擦力或附着力逐渐把荷载传递到周围。

桩基础一般由设置于土中的桩和承接上部结构的承台组成。

单桩如用钢筋混凝土做成，截面边长(或直径)为250mm～550mm。

桩的长度根据坚实土层的深度确定，一般在6m～30m之间，最长的可达60m左右。

钢筋混凝土桩既可以做成预制桩，也可以做成沉管灌注式桩。

钢桩可以用钢管或宽翼缘工字钢做成，钢管直径为250mm～1200mm。

每根桩的容许承载力与埋入土的状态、桩的截面尺寸、桩所用材料及桩尖埋入坚实土层的深度有关，一般为300kN～1500kN。

桩的实际承载力宜用现场荷载实验确定。

保证安全的
允许承载力大约为现场荷载试验所得极限承载力的50%。

桩基础设计的一般步骤：
桩基础设计应符合安全、合理和经济的要求。

对桩和承台来说，应有足够的强度、刚度和耐久性；对地基(主要是桩端持力层)来说，要有足够的承载力和不产生过量的变形。

2. 桩的平面布置原则
桩的平面布置可采用对称式、梅花式、行列式和环状排列。

采用不等距排列（桩基在
其承受较大弯矩的方向上有较大的抵抗矩），此时，对柱下单独桩基础和整片式的桩基，宜采用外密内疏的布置方式。

为了使桩基中各桩受力比较均匀，群桩横截面的重心应与竖向永久荷载合力的作用点重合或接近。

布置桩位时，桩的间距(中心距)一般采用3～4倍桩径。

5.6 建筑物有过大不均匀沉降时的处理
发生过大的不均匀沉降而使墙体开裂的原因有：
建筑物地基土层软硬不均匀；建筑物高低变化太大，地基承受荷载不均匀；
同一建筑物内设置不同的结构体系和不同的基础类型，使得地基发生过大的不均匀变形。

预防的措施：
除在上部结构设计中要做各种考虑(如合理布置建筑平面，合理布置结构体系，合理布置纵横墙，合理布置圈梁，采用对不均匀沉降欠敏感的结构等)外，对基础体系的处理上宜有以下考虑：
1. 用沉降缝将建筑物(包括基础)分割为两个或多个独立的沉降单元
沉降缝可有效地防止地基不均匀沉降产生的损害。

分割出的沉降单元，原则上要求具备体型简单，长高比小，结构类型不变及所在处的地基比较均匀等条件。

为此，沉降缝的位置通常选择在下列部位上。

(1) 长高比过大的建筑物的适当部位。

(2) 平面形状复杂的建筑转折部位。

(3) 地基土的压缩性有显著变化处。

(4) 建筑物的高度或荷载有很大差别处。

(5) 建筑物结构类型(包括基础)截然不同处。

(6) 分期建造房屋的交界处。

(7) 拟设置伸缩缝或抗震缝处(三缝合一)。

沉降缝缝内不能添塞，但寒冷地区为了防寒，有时也添以松软材料。

沉降缝的造价颇高，且要增加建筑及结构处理上的困难，所以不宜轻易多用。

根据上述原则划分的沉降单元，具有良好的整体刚度，沉降也比较均匀，一般不会再开裂，然而，单元之间仅有一缝之隔，沉降太大时，不免要在彼此影响下发生相互倾斜。

此时，如果缝的宽度不够或被坚硬物堵塞，单元的上方就会顶住，有可能造成局部挤坏甚至整个单元竖向受挠的破坏事故。

基础沉降缝宽度一般按下列经验数值取用：
A 2～3层建筑物，50mm～80mm。

B 4～5层建筑物，80mm～120mm。

C 5 层以上建筑物，不小于120mm(当沉降缝两侧单元层数不同时，缝宽按层数大者取用)。

沉降缝应沿建筑物高度将两侧房屋完全断开。

有抗渗要求的地下室一般不宜设置沉降缝。

因此，对于具有地下室和裙房的高层建筑，为减少高层部分与裙房间的不均匀沉降，常在施工时采用后浇带将两者断开，待两者间的后期沉降差能满足设计要求时再连接成整体。

如果估计到设置沉降缝后难免发生单元之间的严重互相倾斜时，可以考虑将拟划分的沉。