第2節 建筑結構的類型

建筑結構以其采用材料不同可分為木結構、竹結構、磚混結構、鋼筋混凝土結構、鋼結構等；按照結構體系類型不同可分為框架結構、剪力墻結構、框架-剪力墻結構、筒體結構、網架結構、懸索結構和殼體結構等；按照建筑物外形和體量可分為單層結構、多層結構、高層結構、大跨結構和高聳結構等。下面對有代表性的部分常用結構做進一步的介紹。

2.1 木結構

中國是最早應用木結構的國家之一，主要采用梁、柱式的木構架。中國的木結構建筑在唐朝已形成一套嚴整的制作方法。北宋李誡主編了《營造法式》，是中國也是世界上第一部木結構房屋建筑的設計、施工、材料以及工料定額的法規。中國木結構建筑藝術別具一格，并在宮殿和園林建筑的亭、臺、廊、榭中得到進一步發揚，是中華民族燦爛文化的組成部分。

北京故宮太和殿（圖1-14）是明清古代宮殿建筑，東方三大殿之一，是我國現存最大的木結構大殿。太和殿于明永樂十八年（公元1420年）建成，屢遭焚毀，多次重建，為中國現存最大木構架建筑之一。

近年來，隨著社會的快速發展，采用現代科技手段對古代文物進行保護和還原也已成為現代文保的主流。通過三維激光掃描、數據處理之后，實現文物的三維瀏覽、交互，并能對場景以及細節進行精確的測量（圖1-15），為修建修復古建筑提供了數字化支持資料。

2.2 磚混結構

磚混結構（圖1-16）的豎向構件主要是磚墻和磚柱，水平構件主要是混凝土梁和樓板，適合用于開間、進深較小，多層或低層的建筑。

根據墻體承重方案不同，磚混結構可分為以下幾種類型。

1）橫墻承重方案。樓層的荷載通過板和梁傳至橫墻，橫墻為主要承重豎向構件。優點：橫墻較密，整體剛度好。缺點：橫墻間距較密，房間布置的靈活性差，故多用于宿舍和公寓類建筑。

2）縱墻承重方案。其樓層的荷載通過板和梁傳至縱墻，縱墻為主要承重豎向構件。優點：房間的空間可以較大，平面布置比較靈活；缺點：房屋的剛度較差，縱墻較厚或要加壁柱，多適用于教學樓、實驗室、辦公樓、醫院等。

3）縱橫墻承重方案。根據房間的開間和進深實際情況，可以采取縱橫墻同時承重的方案。

4）內框架承重方案。在外墻承重的同時，有一部分內墻采用鋼筋混凝土柱代替，在使用上可以取得較大的空間。內框架承重方案多用于教學樓、醫院、商店、旅館等建筑物。

2.3 鋼結構

鋼結構由鋼制材料組成，各構件或部件采用焊接、螺栓或鉚釘連接，多用于大型廠房、場館等建筑。鋼結構自重輕、結構可靠性高、機械化程度高，綠色環保；但耐腐蝕性差、耐火性差，圖1-17所示為鋼結構框架。

2.4 框架結構

框架結構是由梁和柱剛性連接而成骨架的結構（圖1-18）。框架結構的BIM模型示意圖如圖1-19所示，組成分解圖如圖1-20所示。

框架結構的主要優點是：空間分隔靈活，利于安排較大空間，框架結構的梁柱構件易于標準化，現澆混凝土框架抗震效果好。框架結構的主要缺點是：框架節點應力集中，框架結構側向剛度小導致水平位移大，現澆結構施工受季節和環境影響較大，不適宜建造高層建筑。

2.5 剪力墻結構

剪力墻結構用鋼筋混凝土墻板來代替框架結構中的梁柱，其組成分解圖如圖1-21所示。剪力墻又稱抗風墻、抗震墻或結構墻，是房屋或構筑物中主要承受風荷載或地震作用引起的水平荷載和豎向荷載的鋼筋混凝土墻體（圖1-22）。

剪力墻結構的主要優點是：承重、抗風、抗震、圍護與分隔為一體，抗側剛度大，側向變形小，經濟合理地利用結構材料。剪力墻結構的主要缺點是：結構墻較多使平面布置和空間利用受到限制，較難滿足大空間建筑功能的要求，結構自重較大導致地震作用力較大。

在國家大力推進裝配式建筑的背景下，需要利用BIM對傳統剪力墻結構設計圖紙進行深化設計，可工廠預制的剪力墻深化設計BIM模型如圖1-23所示，剪力墻結構現場裝配連接部位BIM模型如圖1-24所示。

2.6 框架-剪力墻結構

框架-剪力墻結構是在框架結構中根據計算布置一定數量的剪力墻的結構，一般簡稱為框剪結構（圖1-25）。框剪結構既有框架結構平面布置靈活的優點，又有剪力墻結構側向剛度較大的優點，其組成分解圖如圖1-26所示。

2.7 框架-核心筒結構

目前，高層和超高層建筑常采用框架-核心筒結構體系（圖1-27、圖1-28）。其外圍是由梁和柱構成的框架受力體系，中間的混凝土核心筒體承擔主要的水平荷載和負責垂直運輸的功能。框架-核心筒結構是框架結構和核心筒結構兩種體系的結合，在結構平面布置上既有梁柱組成的框架體系，也有抗側剛度大的核心筒，吸取了各自的長處，既能為建筑平面布置提供靈活的使用空間，又具有良好的抗側力性能。

2.8 大跨結構

大跨結構常用于展覽館、體育館、飛機機庫等，其結構體系有很多種，如網架結構、網殼結構、懸索結構、索膜結構、充氣結構、薄殼結構、應力蒙皮結構等。大跨結構的設計和建造難度都非常大，越來越多的項目借助BIM技術完成相應的建設任務。

天津于家堡綜合交通樞紐的屋蓋采用大跨度單層網殼結構（圖1-29），南北向跨度144m，東西向跨度81m，矢高為25m，是目前世界最大最深的全地下高鐵站房，也是全球首例單層大跨度網殼穹頂鋼結構工程。桿件沿空間螺旋線交織布置，網殼網格大小、疏密不一，不同部位的桿件類型和截面大小不同，構成非規則的空間曲面造型。BIM技術在該項目建設過程中發揮了巨大的作用。