1、 1 建筑结构 结构物是建筑物的一部分，它支承建筑物的重量。对于世界上至少半数以上的土木工程师来说，结构物大部分是土木工程结构。我们也必须明确： 任何建造的东西都是一个结构物（从飞机工程师的观点来看，飞机也是一个结构物）。结构物可以一所住宅，可以是埃及的金字塔，安第斯山的耶稣雕像，或者是水濑建造的横贯加拿大河流的堰坝。一座房屋建筑物是一个有屋顶的结构物，而土木工程结构设计的很大一部分就是房屋建筑结构的设计。建筑物作为一个整体来说，是由建筑师设计的，在人口稠密地区更是如此。对于给水工程师、污水处理工程师和市政工程 师来说，结构物并不总是他们工作中的重要部分，但是一条道路或一条管道也是结构物，因为
2、这两者均支承荷载。 任何结构设计都包括基础设计。最常见的基础之一是混凝土柱或钢支柱的基础。这种基础一般按柱的最大荷载设计通常为独立（单柱）基础，当排成一列的单柱基础太大 ,以致几乎互相接触时，最好把它连接起来形成连续（条形）基础。连续基础的土方开挖和混凝土浇灌费用比分别做成数个单柱基础的同样基础要低廉。 联合基础就是其中的单独基础也会大得几乎相互接触的一种基础，但它与条形基础不同，它可以承受一排以上的柱子传来的荷载。联合基础最终 发展成筏式 (底板或满堂式 )基础，在这种基础里，所有的单柱基础联合起来形成一整块钢筋混凝土板，其厚度可以变化，但通常整块的厚度相等 。 结构设计本身包括两个不同的任
3、务：即决定主要构件尺寸和布置的结构设计；和用数学方法或图解方法或者两者并用对此结构进行分析，从而搞清楚在采用了所选特定构件的结构物中荷载是如何传递的。对于象房屋框架这样的普通结构物已经研究出许多分析方法，因而其设计和分析相对说来比较容易，可能只需进行一、二次便可完成。 但是对于任何一个异乎寻常的结构，分析和设计的工作必须要重复多次，直到经过多次 计算以后才能找到一个坚固、稳定而耐久的设计。造价低廉并不属于设计的质量指标，但它却很重要，因为一个造价很高的结构物可能不会建造起来，因此设计者所得的酬金也较少。 对于城市中的典型多层结构物，无论它是计划用作办公楼或者用作住宅，工程师设计的最主要的构件是
4、楼板，理由有二：从建筑物底层向上每层都重复出现楼板；楼板对建筑物的静荷载影响最大。事实上假设楼板是唯一的静荷载，那么静荷载就能相当精确地计算出来。 通常楼板是采用钢筋混凝土或者预应力混凝土，因为它们比钢和木材的耐火性能好，这对高层建筑来说，是一个重要的考虑因素 。楼板有两种主要的型式：实心楼板和空心砖楼板（或肋形楼板）。在肋形楼板中，楼板的下半部分有 2 一部分是空心的，这有很大的优点，因为下半部的混凝土本来对楼板不会起加强作用，只会增加自重。因而，肋形楼板比实心楼板轻得多，但要浇注具有贯穿式孔洞的肋形楼板是比较困难的，除非事先把这些孔洞十分仔细得布置好。要浇注穿过实心楼板的孔洞时，在孔洞四周
5、的混凝土中加设少量直径 12 毫米的附加钢筋，一般就可期安全。但如果时间充裕，对孔洞必须进行适当的设计。 对于大多数多层建筑来说，由于城市地价很高，所以在结构本身还处于非常初步的设计阶 段时，基础就必须很快的设计出来。但是，建筑物的设计必须已经进行到至少能知道柱子的位置，从而可以确定楼板的跨度的阶段，这样就能够算出楼板的大致厚度。即使各层楼板厚度真的有所不同，也只是稍作修改，而且必须尽可能精确的把面层计算在内。一般说来， 13 厘米厚的密实混凝土就已足够，加上 5 厘米的垫层和楼板面层，总厚为 18 厘米。梁、柱和楼梯的重量可认为已包括在楼板的厚度内，如果楼板计划用空心砖或轻骨料建造，则板的应
6、当减薄 。 结构重量的最初粗略计算方法如下 :假设各层楼板的总面积均相同 ,包括一层地下室在内 (地下室的地面不是悬 空的 ,而是放在地基上 )共有八层楼板 ,则包 括 屋 顶 在 内 的 建 筑 物 总 静 荷 载 ,以 建 筑 物 基 础 每 平 方 米 计 ,其值为 :9*18/100*2.75=4.45 吨 /米 2。 一立方米密实混凝土还应加上活荷载值。如果这幢建筑物是住宅 ,则一层楼板的结构设计采用 190 公斤 /米 2的活荷载一般已经足够。比值在大多数地方当局的建筑附加法规中得到承认。但是由于所有楼板可以满载是不可能出现的 ,所以一般说来各地方当局从不坚持主张把此荷载都作用在基
7、础上。在任何情况下 ,目前所计算的基础厚度不受附加法规的控制 ,因而我们可以合理地采用活荷载的任意一部分。 悬 挂结构是当前最令人感兴趣的结构之一，因为最初的几个大型悬挂结构已在 1966 年于伦敦或者可能还在其他大城市中建成。在所有这些结构中，柱子或支柱的数量较少而尺寸较大，以便降低对它们的压曲作用，增加其有效长度。在伦敦建成的两幢建筑物，在建筑物的中心只有一个支柱，这个支柱是一个面积约 12 米见方的空心混凝土塔架，它支承着设在其内部的或悬设在其壁上的电梯、楼梯、风道、管道和电缆。塔架可以称为建筑物的核心结构，在其顶部有一个向各个方向悬挑的桥，从桥上伸下高强钢筋悬吊其下面的楼板。这些钢筋很
8、细，能够隐藏在门框或窗框里，因此 就这种建筑物而言，对视线不一定有什么明显的障碍，或妨碍人们从核心部分往外向任何方向水平往来的活动。 然而，这仅仅是悬挂结构的开始，假如它能取得成功，而且假如世界上的大城市中人口仍然越来越稠密，这种设计思想将会得到发展。而纽约的那些 60层摩天大楼比起世界未来城市的硕大无比的 300 层结构来，将是多么渺小。 看来可能而且很有可能的情景是整个城市可能就是一座或者数座这样巨大的建筑物，这些建筑物支承在成对的 1000 米高的塔架上，用轻型桥梁结构连通， 3 可能采用的是悬索桥。为了减少摆动和压曲现象，柱子将做的很大，可能不少于 30 米见方，而楼板所用细的高强钢吊杆悬挂于桥上，宛如悬索吊桥的桥面结构悬挂于吊索上一样。
