第2节 建筑结构的类型

建筑结构以其采用材料不同可分为木结构、竹结构、砖混结构、钢筋混凝土结构、钢结构等；按照结构体系类型不同可分为框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构、筒体结构、网架结构、悬索结构和壳体结构等；按照建筑物外形和体量可分为单层结构、多层结构、高层结构、大跨结构和高耸结构等。下面对有代表性的部分常用结构做进一步的介绍。

2.1 木结构

中国是最早应用木结构的国家之一，主要采用梁、柱式的木构架。中国的木结构建筑在唐朝已形成一套严整的制作方法。北宋李诫主编了《营造法式》，是中国也是世界上第一部木结构房屋建筑的设计、施工、材料以及工料定额的法规。中国木结构建筑艺术别具一格，并在宫殿和园林建筑的亭、台、廊、榭中得到进一步发扬，是中华民族灿烂文化的组成部分。

北京故宫太和殿（图1-14）是明清古代宫殿建筑，东方三大殿之一，是我国现存最大的木结构大殿。太和殿于明永乐十八年（公元1420年）建成，屡遭焚毁，多次重建，为中国现存最大木构架建筑之一。

近年来，随着社会的快速发展，采用现代科技手段对古代文物进行保护和还原也已成为现代文保的主流。通过三维激光扫描、数据处理之后，实现文物的三维浏览、交互，并能对场景以及细节进行精确的测量（图1-15），为修建修复古建筑提供了数字化支持资料。

2.2 砖混结构

砖混结构（图1-16）的竖向构件主要是砖墙和砖柱，水平构件主要是混凝土梁和楼板，适合用于开间、进深较小，多层或低层的建筑。

根据墙体承重方案不同，砖混结构可分为以下几种类型。

1）横墙承重方案。楼层的荷载通过板和梁传至横墙，横墙为主要承重竖向构件。优点：横墙较密，整体刚度好。缺点：横墙间距较密，房间布置的灵活性差，故多用于宿舍和公寓类建筑。

2）纵墙承重方案。其楼层的荷载通过板和梁传至纵墙，纵墙为主要承重竖向构件。优点：房间的空间可以较大，平面布置比较灵活；缺点：房屋的刚度较差，纵墙较厚或要加壁柱，多适用于教学楼、实验室、办公楼、医院等。

3）纵横墙承重方案。根据房间的开间和进深实际情况，可以采取纵横墙同时承重的方案。

4）内框架承重方案。在外墙承重的同时，有一部分内墙采用钢筋混凝土柱代替，在使用上可以取得较大的空间。内框架承重方案多用于教学楼、医院、商店、旅馆等建筑物。

2.3 钢结构

钢结构由钢制材料组成，各构件或部件采用焊接、螺栓或铆钉连接，多用于大型厂房、场馆等建筑。钢结构自重轻、结构可靠性高、机械化程度高，绿色环保；但耐腐蚀性差、耐火性差，图1-17所示为钢结构框架。

2.4 框架结构

框架结构是由梁和柱刚性连接而成骨架的结构（图1-18）。框架结构的BIM模型示意图如图1-19所示，组成分解图如图1-20所示。

框架结构的主要优点是：空间分隔灵活，利于安排较大空间，框架结构的梁柱构件易于标准化，现浇混凝土框架抗震效果好。框架结构的主要缺点是：框架节点应力集中，框架结构侧向刚度小导致水平位移大，现浇结构施工受季节和环境影响较大，不适宜建造高层建筑。

2.5 剪力墙结构

剪力墙结构用钢筋混凝土墙板来代替框架结构中的梁柱，其组成分解图如图1-21所示。剪力墙又称抗风墙、抗震墙或结构墙，是房屋或构筑物中主要承受风荷载或地震作用引起的水平荷载和竖向荷载的钢筋混凝土墙体（图1-22）。

剪力墙结构的主要优点是：承重、抗风、抗震、围护与分隔为一体，抗侧刚度大，侧向变形小，经济合理地利用结构材料。剪力墙结构的主要缺点是：结构墙较多使平面布置和空间利用受到限制，较难满足大空间建筑功能的要求，结构自重较大导致地震作用力较大。

在国家大力推进装配式建筑的背景下，需要利用BIM对传统剪力墙结构设计图纸进行深化设计，可工厂预制的剪力墙深化设计BIM模型如图1-23所示，剪力墙结构现场装配连接部位BIM模型如图1-24所示。

2.6 框架-剪力墙结构

框架-剪力墙结构是在框架结构中根据计算布置一定数量的剪力墙的结构，一般简称为框剪结构（图1-25）。框剪结构既有框架结构平面布置灵活的优点，又有剪力墙结构侧向刚度较大的优点，其组成分解图如图1-26所示。

2.7 框架-核心筒结构

目前，高层和超高层建筑常采用框架-核心筒结构体系（图1-27、图1-28）。其外围是由梁和柱构成的框架受力体系，中间的混凝土核心筒体承担主要的水平荷载和负责垂直运输的功能。框架-核心筒结构是框架结构和核心筒结构两种体系的结合，在结构平面布置上既有梁柱组成的框架体系，也有抗侧刚度大的核心筒，吸取了各自的长处，既能为建筑平面布置提供灵活的使用空间，又具有良好的抗侧力性能。

2.8 大跨结构

大跨结构常用于展览馆、体育馆、飞机机库等，其结构体系有很多种，如网架结构、网壳结构、悬索结构、索膜结构、充气结构、薄壳结构、应力蒙皮结构等。大跨结构的设计和建造难度都非常大，越来越多的项目借助BIM技术完成相应的建设任务。

天津于家堡综合交通枢纽的屋盖采用大跨度单层网壳结构（图1-29），南北向跨度144m，东西向跨度81m，矢高为25m，是目前世界最大最深的全地下高铁站房，也是全球首例单层大跨度网壳穹顶钢结构工程。杆件沿空间螺旋线交织布置，网壳网格大小、疏密不一，不同部位的杆件类型和截面大小不同，构成非规则的空间曲面造型。BIM技术在该项目建设过程中发挥了巨大的作用。