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设计与创作

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更新于 10-15 11:24

技能介绍

本技能为建筑师提供结构系统方面的综合知识,帮助在结构工程师介入之前做出有依据的选型与柱网决策。内容分为三部分:结构系统选型、结构柱网设计、抗侧力体系。

一、结构系统选型 选型决策树考虑的关键变量包括:跨度需求、建筑高度(低层1-4层、中层5-12层、高层13-40层、超高层40层以上)、项目类型、成本区间、施工速度、可持续目标(隐含碳预算)、防火等级(30/60/90/120分钟)、场地限制(通道、振动、噪声、相邻建筑)。

系统目录逐一介绍以下类型,每类给出跨度范围、高度限制、典型构件尺寸、造价区间(仅结构)、施工速度、防火策略、隐含碳、最适用建筑类型、代表建筑及对建筑设计的影响:

  1. 承重砌体:跨度4-7m,无筋最高6层、配筋/约束砌体可达10层以上;墙厚215mm单叶、300mm空腔;楼板150-200mm现浇或200-250mm预制板;造价80-140 $/m²;每层4-6周;215mm实心砌块可达120分钟REI;隐含碳150-280 kgCO2e/m²;适用于社会住房、低层住宅、酒店、学生公寓、学校。代表建筑:芝加哥Monadnock Building、伦敦Mapleton Crescent、谢菲尔德Park Hill。

  2. 钢筋混凝土框架:平楼板跨度6-12m,梁板8-15m,密肋10-18m;高度不限;平楼板厚250-350mm,梁板为150-200mm板加450-700mm梁,密肋325-500mm;柱300x300mm至1200x1200mm;造价120-220 $/m²;每层7-14天(传统模板)、5-7天(台模);防火靠保护层厚度(60分钟25mm、90分钟35mm、120分钟45mm);隐含碳250-400 kgCO2e/m²,用GGBS/PFA替代水泥可降至180-280;适用于几乎所有建筑类型。代表建筑:伦敦Barbican Estate、新加坡Marina Bay Sands、米兰Bosco Verticale。

  3. 后张混凝土:平楼板跨度8-16m,带状梁10-20m;高度不限;平楼板厚200-300mm,板加带梁为180-250mm加400-600mm;造价140-240 $/m²(预应力筋增加15-25%但节省混凝土);每层5-7天;防火要求预应力筋保护层(90分钟40mm),优先采用有粘结筋;隐含碳200-320 kgCO2e/m²,通常比等效RC平楼板低15-25%;适用于大跨度办公、停车场、医院、机场、裙房。代表建筑:伦敦One Canada Square、苹果园、伦敦Broadgate Exchange House。

  4. 钢结构:标准截面跨度6-20m,桁架/蜂窝梁15-60m以上;高度不限;梁深300-600mm(6-12m)、500-900mm(12-20m)、桁架1.5-3.0m(30-60m);柱200x200mm至400x400mm或圆管219-508mm;造价150-280 $/m²(含防火);每层3-5天,最快;防火可用膨胀涂料、板材包裹、混凝土包裹、充水空心截面或消防工程论证;隐含碳200-350 kgCO2e/m²,高回收含量/EAF钢可降至120-200;适用于办公、高层、大跨、展览馆、体育场、快速项目。代表建筑:伦敦The Shard、巴黎蓬皮杜中心、北京国家体育场“鸟巢”。

  5. 钢-混凝土组合:组合梁加金属压型板跨度9-18m,组合桁架12-20m;高度不限;楼板130-170mm组合板加400-600mm梁,或200-350mm ASB/薄地板梁;造价140-250 $/m²;施工速度与钢结构相当,压型板作永久模板,3.6m以内无需支撑;防火:配筋压型板60分钟,加钢筋可达90-120分钟;隐含碳220-340 kgCO2e/m²;适用于商业办公(英国标准做法)、混合用途裙房、停车场。代表建筑:伦敦22 Bishopsgate、纽约One World Trade Center、伦敦Leadenhall Building“奶酪刨”。

  6. 大体积木结构:CLT楼板跨度5-8m,胶合木梁8-15m,木桁架12-30m;现行规范最高18层(挪威Mjosternet为18层85.4m);CLT板厚100-300mm,胶合木梁200x400mm至300x900mm;造价160-300 $/m²;每层3-5天,比RC快30-50%;防火采用炭化速率法(软木0.65mm/min),60-90分钟易实现,120分钟需包覆,4层以上通常需喷淋;隐含碳80-180 kgCO2e/m²,生物碳封存可能实现负碳;适用于中层住宅、办公、学校、文化建筑、重视亲生物设计的健康医疗建筑。代表建筑:挪威Mjosternet、伦敦Dalston Works、瑞典Sara Kulturhus。

  7. 混合系统:木-混凝土组合(TCC)跨度6-10m,改善声学、增加热质量与刚度;钢-木组合跨度8-16m;混凝土核心筒加木框架常用于高层木结构。造价150-280 $/m²;隐含碳120-250 kgCO2e/m²。代表建筑:布里斯班25 King、温哥华Brock Commons、多伦多80 Atlantic Avenue。

  8. 预制混凝土:空心板跨度6-16m,双T板12-24m,预制梁8-18m;高度可达30层以上(需现浇核心筒或剪力墙);空心板150-400mm深x1200mm宽,双T板400-800mm深x2400mm宽,柱300x300至600x600mm;造价130-230 $/m²;每层3-5天;防火与现浇RC类似,150mm空心板60分钟、200mm 90分钟、250mm以上120分钟;隐含碳230-370 kgCO2e/m²;适用于停车场、零售、仓库、学生公寓、监狱、重复性住宅。代表建筑:伦敦Welbeck Street Car Park、鹿特丹De Rotterdam、蒙特利尔Habitat 67。

二、结构柱网设计 柱网是所有建筑决策的骨架,影响柱位、立面节奏、停车效率、管线走向与空间品质。资料给出各类建筑常用柱网:住宅(公寓)5.0-8.0m见方,酒店3.6-4.2m x 7.5-9.0m,投机办公7.5-10.8m见方(英国标准9.0m,甲级10.8m),自用办公6.0-9.0m x 6.0-12.0m,购物中心8.0-12.0m,超市10.0-16.0m,地上停车8.1m x 5.4m单跨(双跨16.0m),地下停车7.5-8.1m x 15.4-16.2m,医院7.2-8.4m见方,学校教室7.5-9.0m见方,仓库物流12.0-24.0m,实验室6.6-7.5m x 9.0-10.8m。

无柱跨度要求:羽毛球场6.1x13.4m,篮球场15.2x28.6m,25m泳池至少25.0x16.0m,50m泳池至少50.0x25.0m,剧院观众厅15-30m,音乐厅25-50m,展览厅30-100m以上,机场航站楼值机大厅30-70m。

柱网与立面模数协调:幕墙竖梃间距常用1.2m、1.5m或1.8m,9.0m柱网可分成6x1.5m或5x1.8m;预制幕墙板宽1.5-3.6m;砌体立面砖模数225mm(英国)或200mm(模数砖);单元式幕墙板宽1.2-1.8m,柱网应为板宽整数倍。

裙房与塔楼转换:常用策略包括转换梁(1.0-2.5m深)或转换板(600-1200mm)、斜柱内收、对齐柱网(最佳,如8.1m停车裙房柱网与塔楼柱每第二或第三根对齐)、巨型柱直接穿过裙房。

三、抗侧力体系 每个建筑都必须抵抗风、地震及名义水平荷载,抗侧力体系深刻影响建筑平面——决定实墙位置、支撑出现位置与立面表达。资料介绍了剪力墙(混凝土或砌体)的原理、最小厚度(混凝土150mm至10层、200-300mm更高建筑、砌体215mm)、规划影响(必须从屋顶连续到基础,不可拆除或移位,需双向布置)、高度适用性(混凝土至30层、砌体至10层)及优势(防火分隔、声学分隔等)。原文在此处截断,后续内容暂未提供。