浅谈建筑结构技术发展及现状

浅谈 建筑 结构技 术发 展及现 状徐化 1 冉冉 2（ 1.贵州大学 贵阳 550025 2.金门建筑有限公司 香港 ）摘 要： 从古代中国 木结构 和古代西方 砖石结构 的建筑结构技术开始，发展到以 钢筋水泥结构 、 钢混结构 、 钢结构 为主的现代建筑结构 ， 人类建筑结构史经过了数千年的发展历程 ， ， 随着人类工业的发展和环保的需求 ， 钢结构已成为成为建筑业关注的重点 ，并标志着钢结构是未来建筑结构发展的方向。关键词： 建筑 ； 结构 ； 发展前 言 ： 建筑结构是指可以支持建筑物的构架 ， 它是由建筑材料做成的起到骨架作用的空间受力体系 ， 可以说 建筑本身就是一种结构 ， 没有结构也就没有建筑 。 人类从远古时期就意识到建筑物能够满足遮风挡雨 、 保暖防寒的生存需求 ， 从而开始了利用泥土 、树枝 、 石块搭建窝棚的原始建筑技术 ， 后经过古典建筑阶段发展到今天的现代建筑结构科学时代 ， 已经形成利用不同的 建筑材料 构建各类建筑物 ， 其建筑结构 可分为混凝土结构 、 砌体结构 、 钢结构 、 轻型钢结构 、 组合结构等 。 本文纵观从古今中外的建筑结构史 ，浅谈建筑结构技术的现状及发展。1 .古代建筑结构技术1 .1 中国古代建筑结构中国古典建筑的木构技术有数千年的实践经验 。 其特点有四点 , 一是 使用木材作为主要建筑材料 ； 二是保持构架制原则 。 以立柱和纵横梁枋组合成各种形式的梁架 ， 使建筑物上部荷载均经由梁架 、 立柱传递至基础 。 三是创造斗拱结构形式 。 用纵横相叠的短木和斗形方木相叠而成的向外挑悬的斗拱 ， 本是立柱和横梁间的过渡构件 ， 逐渐发展成为上下层柱网之间或柱网和屋顶梁架之间的整体构造层 ， 这是中国古代木结构构造的巧妙形式 。 四是实行单体建筑标准化 。 中国古代的宫殿 、 寺庙 、 住宅等 ， 往往是由若干单体建筑结合配置成组群 。 【 1 】 约公元前 5000-前 3300年 ， 中国浙江余姚河姆渡留存大型木构榫卯干阑式房屋 ； 公元 782年 ， 中国五台山重建南禅寺大殿 ， 是中国现存最早的木构建筑 。 后佛教传入中国 ， 古代中国开始兴建高层建筑 ； 公元 516年 ， 中国洛阳建永宁寺 9层木塔 ， 高 80m以上 ， 为有记载的最高木构建筑 ， 且塔的 地面下用土夯筑成最厚达 m的夯土体 ， 作为木塔的外围基础 ， 由 124根木柱的础石和础痕组成的柱网 ， 分五圈方形排列 ， 形成 木塔的承重柱础 ， 增强了木塔的稳固性 ； 公元 105年 ， 中国建成佛宫寺释迦塔 ， 高 67.31m， 是世界上现存最高大的木构建筑 ； 公元 591 599年 ， 中国工匠李春建造了赵州桥 ， 是世界上最早的敞肩石拱桥 ； 公元 1001 1055年 ， 中国建定县开元寺塔 ，高 84m， 是中国现存最高砖塔 ； 公元 857年 ， 中国五台山建佛光寺大殿 ， 为现存唐代殿堂型构架唯一遗例； 坐落于北京城的中心 的故宫 ，占地 1087亩，合 72 万多 m3 ，是明 、清两代的皇宫，也是世界上现存最大、最完整的古代木结构建筑群。中国 古代建筑结构以 木结构 为主 ， 历经低层木架结构 、 高层木架结构 、 砖石木建筑结构 、 殿堂型构建结构 ， 从简单的遮风挡雨 、 保暖放寒的需求开始到以艺术加工与结构造型统一，体现了中国数千年建筑结构发展的文明史。1 .2 西方古代建筑结构从希腊雅典卫城上出现的第一批神庙起到 现在的 2500余年来 ，欧洲古代的 建筑 从古希腊古典柱式到古罗马的拱券 、 穹窿顶技术 ， 从哥特建筑的尖券 ， 十字拱和飞扶壁技术到欧洲文艺复兴时代的罗马圣彼得大教堂，无论从形象、比例、装饰和空间布局 ， 都发生了很大变化 ，但建筑结构基本一致 。【 2 】 如， 公元前 2700至 2500年 ，在 埃及开罗附近的吉萨高原 建成了 金字塔 。采用的材料是 呈方形的石块来代替泥砖 ， 建成一个六级的梯形 结构的 金字 ， 塔内有走廊 、 阶梯 、厅室 ； 公元前 300年 在 埃及亚历山大港 建成了 亚历山大灯塔 ，该塔高 122m ，用闪光的白色石灰石或大理石建成 ； 大约公元前 550年 在希腊建成 阿尔忒弥斯神庙 ， 神庙建筑以大理石为基础，上面覆盖着木制屋顶。它最大的特色是内部有两排，至少 106根立柱 ，每根大约 12 至 18m 高 ； 公元前 282年 在 希腊罗德岛 建成 太阳神巨像 ， 它是希腊太阳神赫利俄斯的青铜铸像 ， 高约 33m 。 所用材料是大理石砌块 、 铁支柱加固 ， 外 以青铜包裹 ；1 1 世纪下半叶 至 1 5 世纪流行于欧洲的一种建筑风格哥特式建筑的结构体系 是 由石头的骨架券和飞扶壁组成 。 其基本单元是在一个正方形或矩形平面四角的柱子上做双圆心骨架尖券 ， 四边和对角线上各一道 ， 屋面石板架在券上 ， 形成拱顶 。 采用这种方式 ， 可以在不同跨度上作出矢高相同的券 ， 拱顶重量轻 ， 交线分明 ， 减少了券脚的推力 ， 简化了施工 。 如著名的法国巴黎圣母院 、 德国的科隆大教堂 、 英国的 索尔兹伯里教堂 、 意大利的 米兰大教堂 等都是典型的哥特式建筑物。从上述建筑可见， 西方 古代建筑材料多为石头、泥块，故建筑结构称为砖石结构 ，其建筑风格基本上是在古 希腊建筑基础之上的 延续。2 .现代建筑结构技术及其发展方向从新石器时代的 “ 构木为巢、以避群害 ” 开始，人类的建筑史已有数千年的记载 ，建筑结构从古代木结构、砖石结构发展到现代的形式多样的建筑 结构 。2 .1 现代建筑结构随着工业革命后水泥、 混凝土等新材料的出现，现代的建筑以钢筋混凝土为主，而建筑结构的形式主要有框架结构 、 剪力墙结构 、 框架剪力墙结构 ， 以及钢混凝土组合结构。框架结构体系由框架梁、柱构件组成。其特点是柱网布置灵活， 便于获得较大的使用空间，横向侧移刚度较小。剪力墙结构体系。剪力墙由纵、 横方向的墙体组成抗侧力体系 ， 其特点是空间整体性好 ， 侧向刚度大 ， 水平力作用下侧移小 ， 且由于没有梁 、 柱等外露与凸出 ， 便于房间内部布置 。 框架剪力墙结构 由框架和剪力墙结构两种不同的抗侧力结构组成的新的受力形式，所以它的框架不同于纯框架结构中的框架 ， 剪力墙在 框剪结构中也不同于剪力墙结构中的剪力墙 。 钢与混凝土组合结构分为 钢与混凝土组合梁 （ 钢板与混凝土组合梁 ， 钢桁架与混凝土组合梁 ） 、 压型钢板混凝土组合楼板 、钢骨混凝土结构 、 钢管混凝土结构 和 外包钢混凝土结构 等形式。2 .2 建筑结构发展随着人类工业的发展和环保的需求 ， 钢结构已成为成为建筑业关注的重点 ， 并标志着钢结构是未来建筑结构发展的方向。2 .2.1钢结构的特点钢结构是指 以 钢材 制作为主的 建筑 结构 。 【 3 】 钢结构具有强度高 、 自重轻 、 抗震性能好、施工速度快、地基费用省、占用面积小、工业化程度高、外形美观等一系列优点 ，与混凝土结构相比它是环保型的和可再次利用的，也是易于产业化的结构。建筑钢结构大致可分为普通钢结构和轻型钢结构。其中普通钢结构包括采用大截面和厚板的结构 ， 如高层钢结构 、 重型厂房和某些公共建筑等 ； 轻型钢结构主要指采用轻型屋面和墙面的门式刚架房屋、某些多层建筑、压型钢板薄壁拱壳屋盖等。此外 ， 还有网架、网壳等空向结构。钢结构在桥梁、工业构架等方面也有广泛应用。2 .2.2钢结构发展由于 钢结构建筑相比于砖混结构建筑在环保 、 节能 、 高效 、 工厂化生产等方面具有明显优势 ， 同时随着建筑科技水平 、 材料工业水平和综合技术水平的提高 ， 为建筑钢结构提供了良好的基础 ， 【 3 】 近年来 ， 钢结构为代表的空间结构继续大量发展 ， 不仅用于民用建筑，而且用于工业厂房 、候机楼、体育馆、大剧院、办公楼、学校等。如，贵州省贵阳市 2010年建成的奥林匹克中心就是典型的钢结构建筑，主体育馆由东西两个水牛角 环保形成 ， 该项目 在建设全过程中大力推广新技术应用 ， 主要从建筑节能 、 节地、节水 、 节材等方面开展了大量工作，罩棚钢结构采用复杂空间相关节点 、超限悬臂应力钢结构 、 体育场看台依山而建均为国内探测 ， 罩棚钢结构现场模型试验为省内首次应用 。 另外 ， 深圳的地王大厦 、 上海浦东的金茂大厦 、 北京的京广中心等大型建筑都采用了钢结构。国外 钢结构 的 应用 较之中国广泛 ， 如 ， 【 4 】 1 8 5 0 年建造 的 巴黎圣吉纳维夫图书馆时 ，对铁的表现形式进行了最初的尝试 ， 采用了两个狭长的筒形拱顶由完全裸露的铁柱支撑，弧形铁制拱架也清晰地呈现出典雅的新古典主义气息 ，再如， 1889年建成 的法国艾菲尔铁塔 ， 镂空结构铁塔 ， 总高 324m ； 1931年建成的 102层 、 高 381m的美国纽约帝国大厦 ； 1969年建成的 110层 、 高 417m的美国纽约世界贸易中心 ； 1970年建成的 110层、高 443m的美国芝加哥西尔斯大厦； 1973年建成的 悉尼歌剧院，长 183m ，宽 118米 ， 高 67m ； 1996年建成的高 450m的马来西亚双塔石油大厦 ； 1999年建成的伦敦 千年穹顶 ； 2009年 1 月 建成的 高度 为 828m 的迪拜 哈利法塔 等都是典型的 钢结构建筑 。3 .结束语在几千年的人类历史中， 伴随经济、文化、科技的发展，各时代的建筑都烙下了深刻的时代印迹 ， 建筑结构 技术也 历经 了 木结构 、 砖石结构 、 钢筋水泥结构