建筑物质技术-精要指南

建筑是人类社会的物质产物，建筑的物质技术是指和建造建筑有关的技术条件，包括建筑结构、建筑材料、施工技术和施工过程中用到的各种设备等。

1）建筑结构

人们建造房屋是为了围合室内空间来达到一定的使用目的，为了这个目的，人们一定要充分发挥建筑材料的力学性能，要通过多种材料的组合使之能够合理传递荷载，能抵御自然界的风霜雨雪及各种灾害现象。建筑结构的坚固程度直接影响着建筑的使用寿命和安全性。

建筑功能要求多种多样，不同功能要求都需要有相应的建筑结构来提供与之对应的空间形式。功能的发展和变化促进了建筑结构的发展。当然建筑结构的发展更受到社会生产力水平的制约，落后的生产力条件下不可能有先进的建筑结构体系。从原始社会至今，建筑的结构也经历了一个漫长的发展过程。

以墙和柱承重的梁板结构是最古老的结构体系，至今仍在沿用。这种结构体系由两类基本构件组成，一类构件是墙柱，一类是梁板（图2.1.4）。它的最大特点是：墙体本身既起到围隔空间的作用，同时又要承担屋面的荷载。受到结构的限制，一般不可能取得较大的室内空间。近代随着钢筋混凝土梁板的出现，梁板结构又开始发挥出它的潜力，预制钢筋混凝土构件的方式和大型板材结构、箱形结构（图2.1.5）都是在这种古老的结构上发展而来的。

图2.1.4　以墙和柱承重的梁板结构

图2.1.5　箱体建筑

框架结构也是一种古老的结构体系。它的最大特点是把承重的骨架和用来围护和分隔空间的帘幕式的墙面明确分开。我国古代的木构架也是一种框架结构（图2.1.6）。除了木材，砖石也可以砌筑成框架结构，比如在13世纪至15世纪欧洲的高直式建筑。现代的钢筋混凝土框架结构更是一种最普遍采用的结构体系（图2.1.7）。

图2.1.6　中国传统的木结构建筑

图2.1.7　现代钢筋混凝土框架结构建筑

古代建筑结构中还有一种拱券结构，穹隆结构作为古老的大跨度建筑也有许多令人叹为观止的作品遗存至今（图2.1.8）。人类在漫长的建筑发展过程中从来没有停息过对大跨度结构的探寻。近代材料科学的发展和结构力学的盛起，相继出现了桁架结构、刚架结构和悬挑结构（图2.1.9），这些结构大大增加了空间的体量。第二次世界大战结束以后，受到仿生学的影响，建筑结构体系中又迎来了新的一员——壳体结构（图2.1.10、图2.1.11）。壳体结构正是因为合理的外形，不仅内部应力分布均匀，又可以保持极好的稳定性，壳体结构尽管厚度小却可以覆盖很大的面积。新型结构里还有悬索结构和网架结构。悬索结构（图2.1.12）用受拉的传力方式代替了传统的受压的传力方式，大大地发挥了材料的强度。网架结构具有刚性大、变形小、应力分布均匀、能大幅度减轻结构自重和节省材料的特点。

图2.1.8　罗马万神庙是最早的穹隆顶建筑

图2.1.9　悬挑结构

图2.1.10　折壳结构

图2.1.11　壳体结构，巴黎工业展览馆

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图2.1.12　悬索结构，美国斯克山谷滑冰场

今天我们所能看到的摩天大楼则采用了剪力墙结构或井筒结构（图2.1.13）。高层建筑，特别是超高层建筑既要求有很大的抗垂直荷载的能力，又要求有相当高的抗水平荷载的能力。剪力墙结构和井筒结构很好地解决了这个课题。另外，像帐篷式建筑（图2.1.14）、充气式建筑（图2.1.15）也开始出现在人们的视野里。

图2.1.13

图2.1.14　帐篷式建筑

图2.1.15　充气式建筑

除了以上的建筑结构形式外，在科学技术日新月异的今天，人类对建筑结构的创造还会继续下去。

2）建筑材料

仅从上面的描述中，我们就可以了解到建筑材料对建筑发展的重大意义，有什么样的建筑材料才能有什么样的建筑。钢筋混凝土的出现才带来了近代建筑的发展，而充气建筑则完全依赖塑胶材料的发明（表2.1.2）。

表2.1.2　几种材料特性的比较

注：强度——抵抗各种应力条件的性能。 防潮——在干湿变化条件下的变形情况。
　　膨胀——在温度变化条件下的变形情况。　　耐久性——在长时间条件下是否发生变化。
　　装饰效果——色彩、质感以及品种的多少。　　维修——是否易于维护和修理。
　　耐火程度——属于哪类防火材料：易燃、难燃、不燃材料。　　加工就位——是否易于安装，加工的难易程度。
　　重量——用人工还是机械移动。　　隔热隔声——保温声效方面的性能。

从上面的分析可以看出完美的建筑材料应该是强度大、自重轻、性能好并且便于安装加工。而事实上，没有在各项指标上都能尽如人意的“全能型材料”。每种建筑材料都有它的优点和不足。为了弥补材料的缺陷，出现了越来越多的复合材料。在混凝土中加入钢筋，能获得较强的抗弯性能；铝材或混凝土内设置的泡沫塑料、矿棉等夹层材料能提高隔声和隔热效果。这些都是建筑材料发展的新趋势。当然我们也不能忽略材料的经济成本。

3）建筑施工

建筑必须通过施工把设计变为现实。建筑施工一般分为施工技术和施工组织这两个环节。

施工技术 人的操作熟练程度、施工工具和机械、施工方法等。

施工组织 材料的运输、进度安排、人力的调配等。

建筑施工历来都是一个浩大的工程，尤其在生产力水平低下的古代，动不动就是动用上万人，花几年甚至几十年的时间。再加上建筑所特有的艺术性，建筑业的施工始终游离在手工业和半手工业状态之中。到20世纪初，建筑业才迎来了机械化、工业化和装配化的到来。

机械化、装配化和工厂预制化大大提高了建筑施工的速度，缩短了施工时间。当然这也和建筑逐步走向设计的定型化有关。我国大中城市的民用建筑基本都采用了设计与施工配套的全装配大板、框架挂板、现浇大模板等工业化体系，甚至出现了以整个房间作为基本单位在工厂预制，然后现场装配的箱形结构（图2.1.16）。

图2.1.16　某住宅框架挂板施工

任何一个建筑的设计构思都有赖于最后的施工，建筑设计之前必须周密地考虑建筑的施工方案，保证设计最后的完成。在施工过程中还要深入现场，了解施工动向，和施工单位共同解决实际操作中出现的各种问题。