公共建筑設計原理第四章

公共建筑設計原理貴州民族大學人文科技學院建筑工程學院授課教師：杜世光

第四章1公共建筑設計與結構技術2公共建筑與設備技術3公共建筑的經濟分析概述結構作為實現(xiàn)建筑功能和審美要求的技術手段，要受到它們的制約。就互相之間的關系而言，結構與功能之間通常更為緊密一些。然而結構并不是一個完全消極被動的因素，相反對建筑空間形式具有很強的反作用。恰當運用合理的結構形式往往會對空間的功能和美觀起到很大的促進作用。建筑結構與建筑設計的關系公共建筑設計與結構技術01公共建筑設計與結構技術建筑結構體系不僅對空間的圍合、分隔及限定起著決定的作用，而且直接關系到空間的量、形、質等三方面的因素。下面我們將分類討論不同類型的結構形式所對應的空間特點?，F(xiàn)代建筑的結構體系可分為平面結構體系和空間結構體系兩大類。工程技術問題包含的主要內容：（1）結構；（2）設備；（3）裝修、消防、施工等；19世紀以來建筑技術和造型的重大變革：一、平面結構體系（一）混合結構體系這是一種古老的結構體系，公元前兩千多年的古埃及建筑中就已被廣泛使用，一直到今天世界各地的人們依然在使用這種結構來建造房屋。1、特點：墻體本身是圍護結構同時又是承重結構。以磚或石墻承重及鋼筋混凝土梁板承重。常形成矩形網格承重墻。2、適用范圍：功能簡單、房間不大、層數(shù)不高、一般標準的公建（學校、辦公、醫(yī)院）3、缺點：剛度、抗震要求苛刻，開門窗洞口受限制。4、分類：（1）按墻的受力情況劃分承重墻：承受上部結構(梁、板、屋架等)傳來的荷載的墻。非承重墻：不承受上部荷載的墻，包括自承重墻和框架墻。自承重墻僅承重自身質量的墻，如隔墻、隔斷墻；框架墻(填充墻)為在框架結構中，位于框架梁、柱之間的后砌墻，其作用是分隔或圍護。（2）按墻體的承重方案劃分一、平面結構體系墻體各部分名稱承重墻結構示意圖一、平面結構體系1）橫墻承重：橫墻承重就是把梁或板擱置在橫墻上，其特點是房間的開間小，橫墻較密，上部受彎構件的跨度小，抗震性能高。但是由于橫墻密，導致了房間的布置不夠靈活，同時也限制了門窗洞的開設。橫墻承重適用于有規(guī)律布置的小房間，如宿舍、住宅、辦公室、旅館等。2）縱墻承重：就是把梁或板擱置在縱墻上，主要由縱墻承擔荷載，而橫墻起到分割空間、連接縱墻、承擔自重的作用。其特點是房間較大，采用的板跨大，橫墻少，抗震性能低。但是由于橫墻少，使得房間布置靈活，門窗的開設也較自由?？v墻承重方案適用于非地震區(qū)的大房間，如大辦公室、餐廳、商店等。3）縱橫墻混合承重：縱橫墻混合承重就是把梁或板同時擱置在縱墻和橫墻上，其特點是基礎應力較均勻，平面布置較靈活，房屋的剛性較好。但是所用的梁、板類型較多，給施工帶來不便?？v橫墻餛合承重方案適用于房間的開間和進深較大、平面布置比較復雜的建筑，如醫(yī)院、教學樓、幼兒園、住宅等。4）墻與柱混合承重：墻與柱混合承重是房間內部由梁和柱形成框架承重體系，房間四周由縱墻和橫墻承重，內框架與外墻共同承擔水平構件的荷載，其特點是房屋空間大，布置靈活，不受墻體布置的限制，整體性能好，抗震性能高。其主要缺點是內部的框架與外圍的墻體剛度不同，在水平荷載作用下變形量不同，適用于室內需要大空間的建筑，如大型商店、餐廳等。一、平面結構體系（二）框架結構體系框架結構是由梁和柱剛性連接的骨架結構?？蚣芙Y構的特點：1、框架結構的承重結構和圍護、分隔構件完全分開，墻只起圍護和分隔作用。2、框架結構平面布置靈活，能夠滿足生產工藝和使用功能的要求。3、框架結構采用的材料是型鋼和鋼筋混凝土，有很好的抗壓和抗彎能力，由于梁、柱剛接，抗側移和抗振動能力強，因此，其抗震性、整體性和延通性較好，適用于多層和高度不超過60m的高層建筑。一、平面結構體系梁架斗拱構造示意圖鋼筋混凝土框架一、平面結構體系框架結構的類型：1、按構件組成劃分有梁板式結構（由梁、板、柱三種基本構件組成的骨架結構）和無梁式結構（由板和柱子組成的骨架結構）兩種類型。2、按框架的施工方法劃分：（1）現(xiàn)澆整體式框架框架全部構件均在現(xiàn)場澆注成整體，具有整體性和抗震性能好、構件尺寸不受標準構件限制的特點。（2）裝配式框架框架全部構件采用預制裝配，具有可加快施工進度、提供建筑工業(yè)化程度的特點，但節(jié)點構造剛性差，抗震性差。（3）半現(xiàn)澆框架梁、柱現(xiàn)澆，樓板預制或現(xiàn)澆，預制梁板，具有梁柱整體性好、可節(jié)約模板的特點。（4）裝配整體或框架預制梁、柱，裝配時通過局部現(xiàn)澆混凝土使構件連接成整體，結構的整體性和抗震性介于現(xiàn)澆和裝配式構件之間，保證了節(jié)點的剛度，比全現(xiàn)澆節(jié)省模板，加快了施工進度，但增加了后澆混凝土的工序。一、平面結構體系框架結構的平面布置方式：1、布置原則（1）建筑平面形狀和立面體型宜簡單、規(guī)則，使各部分剛度均勻對稱。（2）控制結構的高寬比（一般高寬比設為5～7），減少結構在水平荷載下產生的側移。（3）房屋的總長度宜控制在最大伸縮縫間距內，減少溫度裂縫。（4）框架梁宜拉通、對直，框架柱宜上下對中，梁柱軸線宜在同一豎向平面內。（5）盡量統(tǒng)一柱網及層高，以減少構件種類規(guī)格，簡化設計及施工。2、柱網及層高框架結構的柱網由柱距和跨度組成?？蚣芙Y構的柱網尺寸和層高主要由使用功能的要求決定，并符合建筑模數(shù)，力求柱網平面簡單規(guī)則，便于布置模板。民用建筑的柱網及層高民用建筑的類型多，功能要求各不相同，因此柱網和層高的變化也大，但對于一般民用建筑可以做到定型化。柱網一般以300mm為模數(shù)，如住宅、旅館的框架結構柱網尺寸，柱距可采用6.3m、6.6m和6.9m，跨度可采用4.8m、5.1m、6.0m、6.6m和6.9m，層高為3.0m、3.3m、3.6m、3.9m和4.2m。一、平面結構體系框架柱網布置簡單、規(guī)則、整齊，對結構是非常有利的，經濟效果也好。但有些建筑平面采用周邊復雜的形式來表示建筑藝術的效果，這就出現(xiàn)了在復雜的建筑平面形式上力求簡單的柱網布置的協(xié)調問題。一、平面結構體系（三）剪力墻結構剪力墻是一種抵抗豎向荷載引起的軸向作用和風、地震等水平荷載引起的剪切、彎曲作用的結構單元。剪力墻的作用：1、剪力墻是建筑物的承重墻，同時也是圍護墻和分隔墻，因此，剪力墻的布置必須滿足建筑平面布置和結構布置的要求。2、剪力墻有較強的承載能力，同時也具有很好的整體性和空間作用，因此，剪力墻作為抗側力構件用于高層建筑。3、受剪力墻間距的限制，建筑物的平面開間布置不靈活，所以用于旅館、公寓住宅等建筑較為適宜。4、剪力墻結構的樓蓋結構一般采用鋼筋混凝土平板，可不設梁，這樣可節(jié)約層高。一、平面結構體系二、空間結構（一）筒體結構由若干縱橫交接的剪力墻集中到房屋內部或外部形成封閉筒體的骨架稱為筒體結構。筒體可以由剪力墻組成，也可以由密柱框筒組成。筒體結構類型：筒體——框架結構，由中央剪力墻核心筒和周邊外框架組成的結構稱為筒體－框架結構，也稱框架－核心筒結構?？蛲步Y構——中央為內框架，周邊由間距較密的柱子與每層樓層處的深肩梁剛性連接在一起組成矩形網絡的外筒體稱為框筒結構。筒中筒結構——由中央剪力墻內筒和周邊外框筒組成的結構稱為筒中筒結構。內筒可布置服務設施，外筒則可安裝立面玻璃幕墻。多筒體結構——由中央剪力墻內筒和周邊角筒組成的結構為多筒體結構，也稱組成筒。二、空間結構（a）筒體－框架結構（內筒式）；（b）筒體－框架結構（外移式）；（c）框筒結構；（d）筒中筒結構；（e）多筒體結構二、空間結構（二）懸索結構特點：懸索不承受彎矩；不需要模板；類型：單向；雙向；混合；鞍形懸索，在觀眾廳容量相同的情況向，能夠獲得更好的視線，相同條件下，技術經濟指標優(yōu)于其他結構形式，使觀眾廳更有利于音質和空調的處理。二、空間結構二、空間結構（三）殼體結構二、空間結構（四）折半結構二、空間結構（五）空間網架結構二、空間結構（六）充氣薄膜結構二、空間結構（七）桁架結構公共建筑設計與設備技術02主要包括采暖通風、空氣調節(jié)、電氣照明、通訊線路、閉路電視、網絡系統(tǒng)、自動噴淋以及煤氣管網等?？傮w環(huán)境與建筑布局中要合理考慮設備用房的位置，鍋爐房、水泵房、冷凍機房、以及其他機房等輔助設施。高層公共建筑中需考慮設備層。一、供熱供暖系統(tǒng)由遠離供暖房間的熱源、輸熱管道和散熱設備等三部分組成的工程設施。采暖系統(tǒng)常用的熱媒有水、蒸汽、空氣。一、供熱1、熱水采暖系統(tǒng)以熱水作為熱媒的采暖系統(tǒng)稱為熱水采暖系統(tǒng)。熱水采暖系統(tǒng)的熱能利用率高，輸送時無效熱損失較小，散熱設備不易腐蝕，使用周期長，且散熱設備表面溫度低，符合衛(wèi)生要求；系統(tǒng)操作方便，運行安全，易于實現(xiàn)供水溫度的集中調節(jié)，系統(tǒng)蓄熱能力高，散熱均勻，適于遠距離輸送。熱水采暖系統(tǒng)按系統(tǒng)循環(huán)動力可分為自然（重力）循環(huán)系統(tǒng)和機械循環(huán)系統(tǒng)。熱水采暖系統(tǒng)按熱媒溫度的不同可分為低溫系統(tǒng)和高溫系統(tǒng)。低溫熱水采暖系統(tǒng)的供水溫度為95℃，回水溫度為70℃；高溫熱水采暖系統(tǒng)的供水溫度多采用120～130℃，回水溫度為70～80℃。一、供熱2、蒸汽采暖系統(tǒng)與熱水采暖系統(tǒng)相比，蒸汽采暖系統(tǒng)具有如下特點：（1）低壓或高壓蒸汽采暖系統(tǒng)中，散熱器內熱媒的溫度等于或高于100℃，高于低溫熱水采暖系統(tǒng)中熱媒的溫度。所以，蒸汽采暖系統(tǒng)所需要的散熱器片數(shù)要少于熱水采暖系統(tǒng)。在管路造價方面，蒸汽采暖系統(tǒng)也比熱水采暖系統(tǒng)要少。（2）蒸汽采暖系統(tǒng)管道內壁的氧化腐蝕要比熱水采暖系統(tǒng)快，特別是凝結水管道更易損壞。（3）在高層建筑采暖時，蒸汽采暖系統(tǒng)不會產生很大的靜水壓力。（4）真空蒸汽采暖系統(tǒng)要求的嚴密度很高，并需要有抽氣設備。（5）蒸汽采暖系統(tǒng)的熱惰性小，即系統(tǒng)的加熱和冷卻過程都很快，它適用于間歇供暖的場所，如劇院、會議室等。（6）熱水采暖系統(tǒng)的散熱器表面溫度低，供熱均勻；蒸汽采暖系統(tǒng)的散熱器表面溫度高，容易使有機灰塵劇烈升華，對衛(wèi)生不利。二、空氣調節(jié)空氣調節(jié)（簡稱空調）是用人工的方法把某種特定空間內部的空氣環(huán)境控制在一定狀態(tài)下，使其滿足生產、生活需求，改善勞動衛(wèi)生條件。一般我們將為生產或科學實驗過程服務的空調系統(tǒng)稱為“工藝性空調”，而將為保證人體舒適的空調系統(tǒng)稱為“舒適性空調”。根據上述各種空調系統(tǒng)的分類，可以看到不同的空調系統(tǒng)組成是不同的，一般來說，一個完整的空調系統(tǒng)應由冷熱源、空氣處理設備、空氣輸配系統(tǒng)以及被調房間等四個基本部分組成。二、空氣調節(jié)1、按處理空調負荷的介質分類：（1）全空氣系統(tǒng)（2）全水系統(tǒng)（3）空氣-水系統(tǒng)（4）制冷劑系統(tǒng)（直接蒸發(fā)機組系統(tǒng)）

二、空氣調節(jié)2、按空氣處理設備的集中程度分：（1）集中式空調系統(tǒng)——空氣集中于機房內進行處理（冷卻，加熱去濕加濕過濾等）房間內只有空氣分配裝置，全空氣系統(tǒng)大部分高于集中式系統(tǒng)。特點：服務面積達，設備固定，機房集中，管理方便，風速較低和容易消聲。機房大、管道粗，層高大，對高層建筑不利。風量不宜調整，不適合用于風量不大、服務面復雜、建筑空間較小的公共建筑。常適合用于風量大而集中的大空間公共建筑，如：影劇院、體育館、商場等（2）分散式空調系統(tǒng)（也稱局部系統(tǒng)）——熱濕處理設備全部分散于各房間內，將空調器直接或就近裝配在所需房間內，安裝簡單方便，適用于家庭用。特點：不需專用機房，空氣、水系統(tǒng)，維修管理不便，不美觀，效率較低有噪音。（3）半集中式空調系統(tǒng)——為以上兩種的折衷。包括高速誘導式和風機盤管式兩種。高速誘導式把集中空調系統(tǒng)送來的高速空氣通過誘導噴嘴，就地吸入經過二次盤管處理后的室內空氣，混合送到房間內；房間之間沒有相互交叉污染的問題，送風量小，風道面積不大，可以省掉回風管道。風機盤管式是把類似集中式的機組直接安裝在空調房間內，可局部關閉。特點：占用機房少，易滿足房間各自溫濕度控制要求，管理維修的不方便，有風機的有噪音。標準較高的公共建筑常使用本形式。三、人工照明公共建筑空間組合中，人工照明的設計和安裝，應滿足以下要求：保證舒適而科學的照度、亮度分布和防止眩光的產生、選擇優(yōu)美的燈具形式和創(chuàng)造一定的燈光環(huán)境的藝術效果。照度(Luminosity)指物體被照亮的程度，采用單位面積所接受的光通量來表示。單位為勒[克斯](Lux,lx)，即1m/m2。會堂：閱讀文件200lx，拍攝500lx以上體育館：乒乓球430lx以上，普通球類比賽200-250lx亮度作為一種主觀的評價和感覺，和照度的概念不同，它是表示由被照面的單位面積所反射出來的光通量，也稱發(fā)光亮，因此與被照面的反射率有關。例如在同樣的照度下，白紙看起來比黑紙要亮。有許多因素影響亮度的評價，諸如照度、表面特性、視覺、背景、注視的持續(xù)時間甚至包括人眼的特性。

三、人工照明亮度的分布問題：注意解決眩光光源與人眼處于0-30度范圍，眩光最強烈措施：加大燈具保護角，控制光源不外露提高光源的懸掛角度，選用間接照明或漫反射照明。三、人工照明照度分布：一般照明、局部照明和混合照明受光情況：直接照明、半直接照明、間接照明、漫射照明。間接照明：由于將光源遮蔽而產生間接照明，把90%~100%的光射向頂棚、穹窿或其他表面，從這些表面再反射至室內。半直接照明：將60%~90%的光向天棚或墻上部照射，把天棚作為主要的反射光源，而將10%~40%的光直接照于工作面。漫射照明：對所有方向的照明幾乎都一樣，為了控制眩光，漫射裝置圈要大，燈的瓦數(shù)要低。三、人工照明光源種類：白熾燈、熒光燈、碘鎢燈白熾燈：熒光燈(緊湊型熒光燈)：光色偏冷，比白熾燈發(fā)光率高，表面亮度小，溫度低，耗電小，壽命長碘鎢燈：比白熾燈體積小、光色好、光效高、壽命長公共建筑的經濟分析03常用經濟技術指標1用地面積：指建筑或建筑群實際占用的土地面積,包括室外工程(如綠化、道路、停車場等)的面積,其形狀和大小由建筑紅線加以控制2占地面積（基底面積）：是以外墻(底層勒腳以上)的外圍水平面積計算3建筑面積：建筑物各層面積總和，每層建筑面積按建筑物勒角以上截面計算，包括使用、輔助面積和結構面積4使用面積：建筑物各層平面中直接為生產生活使用的凈面積的總和5使用面積系數(shù)（％）＝使用面積/總建筑面積6容積率＝總建筑面積/總用地面積7建筑覆蓋率（建筑密度）＝占地面積/用地面積8綠化覆蓋率＝綠化垂直投影面積/用地面積9綠地率（％）＝綠地面積/用地面積建筑面積計算3計算建筑面積的規(guī)定（部分）3.0.1單層建筑物的建筑面積，應按其外圍勒腳以上結構外圍水平面積計算。并應符合下列規(guī)定：1．單層建筑高度在2.2米及以上者應計算全面積，高度不及2.2米者應計算1/2面積。2．利用坡屋頂內空間時，板頂下面至樓面的凈高度超過2.1米的部位應計算全面積；凈高在1.20米至2.10米的部位應計算1/2面積；凈高不足1.20米的部位不應計算面積。3.0.2單層建筑物內設有局部樓層者，局部樓層的二層及以上樓層，有圍護結構的應按其維護結構外圍水平面積計算，無維護結構的應按其結構地板水平面積計算，層高在2.20米及以上者應計算全面積；層高不足2.20米者應計算1/2面積。3.0.3多層建筑物首層應按其外墻勒腳以上結構外圍水平面積計算，二層及以上樓層應按其外墻結構外圍水平面積計算，層高在2.2米及以上者應計算全面積，層高不足2.2米者應計算1/2面積。3.0.4多層建筑物坡屋頂和場館看臺下，當設計加以利用時凈高超過2.10米的部位應計算全面積，凈高在1.2至2.1米的部位應計算1/2面積，當設計不利用或室內凈高不足1.2米時不應計算面積。建筑面積計算3.0.5地下室，半地下室《車間