第1部分 結構BIM概述

第1章 建筑結構概述

第1節 概述

1.1 建筑結構的概念

建筑物是人們為了滿足社會活動和生產生活的需要，利用現有的物質材料和技術手段，通過一定方式營造的立體空間場所，能夠遮風避雨，并滿足人們工作、生活和活動的功能要求。

建筑結構是指建筑物中由若干個基本構件按照一定的組成規則，通過可靠的連接方式所組成的能夠承受并傳遞各種作用的空間受力體系，是保證建筑物安全使用的骨架。

建筑結構的作用，首先是形成了人類活動需要的、功能良好和舒適美觀的空間；其次是能夠抵御自然的和人為的作用力，使建筑物經久耐用，這也是建筑物存在的根本原因。

建筑結構一般應滿足以下要求：

1）在應用上，要滿足空間和功能的布局需要。

2）在安全上，要符合承載、傳力和耐久的需要。

3）在技術上，要體現新技術工程應用的要求。

4）在造型上，要滿足建筑藝術和建筑造型的需要。

5）在建造上，要滿足生產工藝和建造方式的要求。

1.2 建筑結構發展的歷程

建筑結構的形式和采用的材料隨著技術和文化的發展而不斷進步，人類歷史的進程中保留著眾多的不朽案例，現存的建筑結構即是結構發展歷史的延續。下面列舉的部分案例體現了建筑結構從最初滿足人類遮風避雨最基本的需求，到人類對更長的跨度、更高的高度和更美的環境的不斷追求。

1.原始住所

建筑的發展歷史，尋根求源是從解決人類的居住問題開始的。圖1-1所示為北京周口店龍骨山巖洞遺址。被原始人選擇作為棲身之所的自然巖洞，一般近水、洞內較干燥、洞口背寒風。

2.古代建筑

我國古代建筑多采用木結構、竹結構、石結構、磚結構。

山西應縣木塔（圖1-2）建于遼清寧二年（即公元1056年），是我國現存最高最古老的一座木結構塔式建筑。塔建造在4m高的臺基上，塔身高67.31m，底層直徑30.27m，呈平面八角形。因為木塔底層為重檐并有回廊，各層間夾設有暗層，所以外觀為六層屋檐，實為九層。各層均用內、外兩圈木柱支撐，每層外有24根木柱，內有8根木柱，木柱之間用斜撐、梁、枋和短柱組成復梁式木架。

3.近代建筑

由于1824年出現了波特蘭水泥、1867年出現了混凝土、1859年出現了轉爐煉鋼法，1870年后高層建筑的技術發展進入了新的階段，建筑結構在結構形式、建造方式等方面出現了根本性的革命。

美國芝加哥家庭保險公司大廈（圖1-3）建于1883—1885年，共10層，高42m，是公認的世界第一幢摩天建筑，由美國建筑師威廉·詹尼設計。該建筑結構上沒有承重墻，整個建筑的重量由鋼框架支撐，圓形鑄鐵柱子內填水泥灰，1～6層為鍛鐵工字梁，其余樓層用鋼梁，鋼梁支撐磚拱樓板。磚石外墻采用幕墻的形式掛在鋼框架之上，總體實現了建造技術上的革命。

4.現代建筑

隨著建筑技術不斷進步、新型材料不斷出現、設計方法不斷創新，出現了一個又一個經典的建筑形象，BIM技術應用于建筑領域，又為現代建筑的發展帶來創新。

（1）北京大興國際機場航站樓 北京大興國際機場（圖1-4）屬于國家重點工程，航站樓平面為五角星形。整個航站樓屋面投影面積約為35萬m2，由中央大廳、中央南和東北、東南、西北、西南五個指廊組成。航站樓主體為鋼筋混凝土框架結構，屋頂及支承屋頂的結構為鋼結構。

中央大廳長寬兩個方向的尺度都較大，建筑功能復雜，屋蓋支承條件復雜（施工現場如圖1-5所示），屋面構造節點復雜，在設計表達、加工制作、施工安裝、項目管理等過程中遇到很多困難。本項目將BIM技術與建造技術、信息化技術和項目管理相融合，經過多次的論證以及BIM模擬，確定了分區施工、分區卸載、總體合龍原則，科學高效地解決了項目施工過程中遇到的難題，提升信息共享和協同管理的效率，成為BIM技術向智慧建造方向發展的典型案例（圖1-6）。

（2）中國尊大廈 體現我國傳統文化與先進建筑理念的中國尊大廈（圖1-7）于2013年7月29日正式開工建設，榮獲“中國當代十大建筑”稱號，創8項世界之最，BIM技術在其中發揮了重要作用。

中國尊大廈是目前北京市最高的地標建筑（528m，地上108層、地下8層）。由于造型獨特、結構復雜、系統繁多，各專業深化設計重點難點多，專業間協調要求高，因此項目所有專業在施工階段采用BIM技術開展深化設計，實現工程全關聯單位的模型共構。

本工程結構體系由外框筒和核心筒組成，其中外框筒由巨型柱、巨型斜撐、轉換桁架及次桁架組成。外框筒和核心筒BIM模型如圖1-8所示。

1.3 建筑結構的組成構件

建筑結構的組成構件可分為水平構件和豎向構件，一般由梁、板、柱、墻等基本構件組成。

1.梁

梁是由支座支承、以受彎為主的水平構件，其截面尺寸遠小于其長度，主要承受板傳來的荷載并傳遞給豎向構件。梁的分類方式主要有以下幾種。

1）按選用材料不同分為：鋼梁、鋼筋混凝土梁、木梁、鋼包混凝土梁等。

2）按制作方式不同分為：現澆梁、預制梁。

3）按支承方式不同分為：簡支梁、連續梁、懸臂梁等。

2.板

板是平面尺寸較大而厚度較小的受彎構件，通常水平放置，用于分隔建筑物的立體空間和提供水平活動面，它是直接承受荷載并將荷載傳遞到梁的支撐構件。樓板的分類方式主要有以下幾種。

1）按選用材料不同分為：木樓板、鋼筋混凝土樓板、壓型鋼板組合樓板等。

2）按制作方式不同分為：現澆樓板（圖1-9）、預制樓板。

3）按受力傳力方式不同分為：單向板、雙向板。

3.柱

柱是最主要的豎向受力構件，承受其上的所有荷載并傳遞給基礎。柱的分類方式主要有以下幾種。

1）按選用材料不同分為：石柱、磚柱、木柱、鋼柱、鋼筋混凝土柱（圖1-10）、勁性鋼筋混凝土柱（圖1-11）、鋼管混凝土柱和其他各種組合柱。

2）按截面形式不同分為：方柱、圓柱、工字形柱、H形柱、T形柱、L形柱、十字形柱、雙肢柱、格構柱等。

4.墻

墻是平面尺寸較大而厚度較小的豎向構件，水平剛度大，主要承受豎向荷載和平行于墻面的水平荷載，并將承受的荷載傳遞給基礎。墻的分類方式主要有以下幾種。

1）按選用材料不同分為：磚墻、砌塊墻（圖1-12）、鋼筋混凝土墻等。

2）按施工方式不同分為：現澆鋼筋混凝土墻、預制混凝土墻、現場砌筑墻等。

3）按受力方式不同分為：承重墻（圖1-13）、非承重墻。