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建筑结构与防水结构

一、概述

(一)建筑的分类

1.按建筑物的使用性质分

1)工业建筑:供人们从事各类生产的房屋。包括生产用房屋及辅助用房屋。

2)民用建筑:供人们居住、生活、工作和从事文化、商业、医疗、交通等公共活动的房屋。包括居住建筑和公共建筑。

3)农业建筑:供人们从事农牧业的种植、养殖、畜牧、贮存等用途的房屋。

2.按主要承重构件的材料分

1)砖混结构建筑:用砖墙(或柱)、钢筋混凝土楼板和屋顶承重构件作为主要承重结构的建筑。

2)钢筋混凝土结构建筑:主要承重构件全部采用钢筋混凝土的建筑。

3)钢结构建筑:主要承重构件全部用钢材制作的建筑。

3.按结构的承重方式分

1)墙承重式建筑:用墙体承受楼板及屋顶传来的全部荷载的建筑。如砌块砌体结构体系和砖砌体结构体系,比如一些六层以下的住宅、教学楼、办公楼等。

2)框架结构建筑:用梁、板、柱(或板、柱)组成的结构体系来承受屋面、楼面传来的荷载的建筑。分为混凝土框架和钢框架体系。

3)混凝土剪力墙结构建筑:由纵、横向钢筋混凝土墙组成的结构来承受荷载的建筑。这种钢筋混凝土墙不仅能抵抗水平荷载和竖向荷载作用,还对房屋起围护和分隔作用。这类建筑侧向刚度大,可以建得很高,适用于高层住宅、旅馆等建筑,如北京国际饭店。

4)大跨度建筑:横向跨越30m以上空间的各类结构形成的建筑。在这类结构中,屋盖采用钢网架、悬索或薄壳等,多用于体育馆、大型火车站、航空港等公共建筑中。

5)排架结构建筑:排架结构建筑由屋架(或屋面大梁)、柱和基础构成主要的承重骨架。

6)预制混凝土构件装配建筑:装配式建筑的主要构件和部品、梁柱、板、阳台栏板、楼梯等都是工厂预制而成,运到工程现场进行安装、组合而成的建筑。目前主要用于住宅。

(二)、民用建筑构造组成

一幢房屋,尽管它们在使用要求、空间组合、外形处理、规模大小等各不相同,但是构成建筑物的主要组成部分是相同的,它们包括基础、墙和柱、楼地层、楼梯、屋顶和门窗等。如图2-3所示,是某校四层办公楼的各组成部分。

基础是房屋最下面的部分,它承受房屋的全部荷载,并把这些荷载传给下面的土层--地基。

图2-1某学校办公楼各组成部分示意图

墙或柱是房屋的垂直承重构件,它承受楼地层和屋顶传给它的荷载,并把这些荷载传给基础。墙不仅有承重作用,还起着围护和分隔建筑空间的作用。

楼地层是房屋的水平承重和分隔构件,包括楼板和地面两部分。

楼梯是楼房建筑中联系上下各层的垂直交通设施。

屋顶是房屋顶部的承重和围护部分。它承受作用于屋顶上的风荷载、雪荷载和屋顶自重等荷载,还要防御自然界的风、雨、雪、太阳辐射热和冬季低温等的影响。

门是供人及家具设备进出房屋和房间的建筑配件,同时还兼有围护、分隔作用。

窗的主要作用是采光、通风和供人眺望。

房屋除上述基本组成部分外,还有台阶、雨篷、雨水管、明沟或散水等等。

二、基础与地下室

(一)基础与地基概念

1.基础

基础是房屋最下面的一个组成部分,一般埋在土中。基础支承在其下面的土层上。房屋所受的所有荷载都要通过一系列构部件传给基础,再由基础传给下面的土层。受基础荷载影响的土层叫地基。

2.地基承受荷载后其内部将产生应力和变形,应力随着土层厚度的增加而变小,达到一定深度以后就可以忽略不计。如图2—4所示为地基中荷载扩散示意图。

(二)基础的类型与构造

基础的类型很多。按采用材料的不同可分为:砖基础、毛石基础、灰土基础、混凝土基础和钢筋混凝土基础。按受力性能又可分为:刚性基础和柔性基础。按构造形式分有:条形基础、独立基础、整片基础和桩基础。

基础构造类型的选择与建筑物上部结构形式、荷载大小及地基承载力等有关。

1.条形基础

条形基础呈连续的带状,故也称带形基础。条形基础一般用于砖混结构的承重墙下,当房屋为框架结构时,若荷载较大且地基为软土时,也有从单向或双向将柱下基础连续设置。

一般的条形基础由三个部分组成,即基础墙、大放脚和垫层。

2.独立基础

独立基础多呈柱墩形,其形式有台阶形、锥形;用料和构造与条形基础基本相同,主要用于框架结构与排架结构的柱下。

3.整片基础

整片基础包括筏形基础和箱形基础。

1)筏形基础

筏形基础又叫板式基础或满堂式基础,适用于上部结构荷载较大、地基承载力差、地下水位较高、采用其他基础不够经济的情况。筏形基础按结构形式分为梁板式和板式两类。梁板式筏形基础,其受力状态类似倒置的钢筋混凝土楼板,框架柱位于地梁上(一般均为纵横地梁的交叉点上),将荷载传给地梁下的底板,底板再将荷载传给地基。一般梁间的空隙用素土或低强度等级混凝土填实,或者在梁间架空铺设钢筋混凝土预制板。为板式筏形基础,板式筏形基础底板较厚,不如梁板式筏形基础经济。

2)箱形基础

为了使基础具有很高的刚度以承受上部极大的荷载,可将筏形基础发展为中空的箱形基础。箱形基础由钢筋混凝土底板、顶板和墙板组成。其内部空间可用作地下室。这类地基多用于高层建筑或需要有地下室的建筑。为箱形基础。

4.桩基础

当建筑物荷载较大,地基的软弱土层厚度在5m以上,基础不能埋在软弱土层内,或对软弱土层进行人工处理存在困难或不经济时,常采用桩基础。

按桩的受力性能,桩的种类有端承型桩与摩擦型桩。把建筑物的荷载通过桩端传给深处坚硬土层的称端承型桩,而通过桩侧表面与周围土的摩擦力传给地基的则称摩擦型桩。端承型桩适用于表层软土层不太厚,而下部为坚硬土层的地基情况。摩擦型桩适用于软土层较厚,而坚硬土层距地表很深的地基情况。

三、墙体

(一)墙的种类、作用与材料的选择

1.墙的种类

墙的种类很多。按位置分有外墙和内墙,按方向分墙有纵墙和横墙,按其受力情况分,墙有承重墙和非承重墙。

2.作用

民用建筑中的墙一般有三个作用。首先,它承受屋顶、楼盖等构件传下来的垂直荷载及风力和地震作用,即起承重作用。第二,防止风、雪、雨的侵袭,保温、隔热、隔声、防火、保证房间内有良好的生活环境和工作条件,即起围护作用。第三,按照使用要求将建筑物分隔成或大或小的房间,即起分隔作用。

3.材料的选择

构成墙体的材料和制品有砖、混凝土、各类砌块和建筑工业化部品夹心保温大型板材等。当前由于淘汰烧结粘土砖,因此各类建筑都采用混凝土作为剪力墙。混凝土应根据各地的具体情况来选择经济合理的墙体材料。

(二)墙体的构造

1.砖墙的类型

砖墙按构造一般有实心砖墙、空斗墙、空心砖墙和复合墙等几种类型。实心砖墙由普通黏土砖或其他实心砖按照一定的方式组砌而成;空斗墙是由实心砖侧砌或平砌与侧砌结合砌成,墙体内部形成较大的空洞;空心砖墙是由空心砖砌筑的墙体;复合墙是指由砖和其他高效保温材料组合形成的墙体。

2.砖墙的厚度

普通黏土砖的尺寸是240mm×115mm×53mm,当采用普通黏土砖砌墙时,砖墙的厚度可以以砖长来表示,例如1/2砖墙、3/4砖墙、1砖墙、1砖半墙、2砖墙等,其相应厚度见表3-1-2。如果采用其他规格的砖,也可按此原则确定墙厚。

砖墙厚度的尺寸(mm) 表2-2


墙厚名称

1/4砖

1/2砖

3/4砖

1砖

11/2砖

2砖

21/2砖

标志尺寸

构造尺寸

60

53

120

115

180

178

240

240

370

365

490

490

620

615


3.砌块墙

混凝土轻质砌块加气混凝土块,粉煤灰硅酸盐块等砌筑隔墙大都用于框架结构的填充墙。以及承重的混凝土砌块和复合保温砌块等。

4.混凝土剪力墙

当前住宅和建筑90%以上建筑均采用混凝土剪力墙,施工快、耐性好、抗震性好、便于维护保养,又是一种对环境无污染的墙材。其施工等级为C30以上。

四、楼地面

(一)地面

1.地面的组成

地面是指建筑物底层的地坪。底层地坪的做法有空铺地坪与实铺地坪两种。空铺地坪的做法与楼板层相同。实铺地坪的基本组成有面层、垫层和基层三部分。有些有特殊要求的地面,仅有基本层次不能满足使用要求时,可增设相应的构造层次,如结合层、找平层、防水层、防潮层、保温(隔热)层、隔声层等等。

1)面层

面层是人们日常生活工作、活动时直接接触的表面层,它要直接经受摩擦、洗刷和承受各种物理、化学作用。依照不同的使用要求,面层应具有耐磨、不起尘、平整、防水、有弹性、吸热少等性能。

2)垫层

垫层位于基层之上,面层之下,它承受由面层传来的荷载,并将荷载均匀地传至基层。按照受力后的变形情况,垫层又可分为刚性和非刚性两种。

刚性垫层有足够的整体刚度,受力后不产生塑性变形,如混凝土、三合土等。

非刚性垫层由松散的材料组成,无整体刚度,受力后产生塑性变形,如砂、碎石、炉渣等。

3)基层

垫层下面的土层就是基层。它应具有一定的耐压力。对较好的土层,施工前将土层压实即可。较差的土层需压人碎石、卵石或碎砖,形成加强层。对淤泥、淤泥质土及杂填土、冲填土等软弱土层,必须按照设计更换或加固。

2.地面种类

按面层所用的材料和施工方法,地面可分为整体面层地面和块状面层地面两大类。

整体地面的面层是一个整体。它包括水泥砂浆地面、混凝土地面、水磨石地面、菱苦土地面等。如图2-5所示。

图2-5常见整体面层地面

(a)水泥砂浆地面;(b)混凝土地面;(c)水磨石地面;(d)菱苦土地面

块料地面的面层不是一个整体,它是借助结合层将面层块料粘贴或铺砌在结构层上。常用的结合层有砂、水泥砂浆、沥青等。块料种类较多,常见的有陶瓷锦砖(马赛克)、预制水磨石板、缸砖、磨光的大理石或花岗岩板、塑料板与木板等。如图2-3所示。

(二)楼面(楼板层)

楼板层将房屋沿垂直方向分隔为若干层,并把人和家具等荷载及楼板自重通过墙体或梁柱等构件传给基础。因此楼板应具有足够的强度、刚度和一定的隔声能力。

楼板层由面层、结构层和顶棚三部分组成。楼板按其使用的材料不同,有木楼板、砖拱楼板、钢筋混凝土楼板和钢楼板等。其中钢筋混凝土楼板是目前最为广泛采用的一种。

钢筋混凝土楼板按施工方法可分为现浇(即整体式)和预制(即装配式)两种。

1.现浇钢筋混凝土楼板

图2-4常见块状面层地面(一)

(a)陶瓷锦砖地面;(b)预制水磨石地面;(c)塑料地面;(d)大理石地面

图2-5常见块状面层地面(二)

(a)空铺木地面;(b)实铺木地面

现浇钢筋混凝土楼板指在施工现场架设模板、绑扎钢筋和浇灌混凝土,经养护达到一定强度后拆除模板而成的楼板。这种楼板整体性、耐久性、抗震性好,刚度也大,但施工工序多,工期长,而且受气候条件影响较大。

五、屋顶与顶棚

屋顶按材料、结构的不同有各种类型,其建筑的外形更是多种多样(图2-2-6)。其中,建筑中常采用的屋顶形式主要有平屋顶和坡屋顶。

(一)平屋顶

平屋顶的屋面仅设有利于排水所必需的较小的坡度,其最小坡度不宜小于2%,一般在3%~5%。

1.平屋顶的构造层次及施工

平屋顶的主要构造层次有面层、结构层(承重层)和顶棚层。其布置和构造与楼板相同(图2-9)。

1)防水层的构造

防水层按采用的防水材料不同,可以分为卷材防水屋面、涂膜防水屋面和刚性防水屋面。

(1)卷材防水屋面

卷材防水屋面的卷材的种类主要有沥青防水卷材、高聚物改性沥青系防水卷材和合成高分子防水卷材等。

卷材防水屋面一般构造层次如图2-10所示。

找平层为结构层(或保温层)与防水层的中间过渡层,可使卷材铺贴平整,粘结牢固,并具有一定的强度,以便更好地承受上面荷载。找平层可以用水泥砂浆、细石混凝土或沥青砂浆等,厚度一般在15~35mm。找平层宜设置分格缝,缝宽20mm,并嵌填密实材料。为使底层和防水层结合牢固,在找平层上还应涂一层基层处理剂,处理剂应选用与卷材材性相容的材料。

卷材防水层的层数应根据当地气候条件、建筑物的类型及防水要求、屋面坡度等因素来确定,一般在2~5层。粘结剂的层数总比卷材数多一层。

图2-7平屋顶构造层次图2-8卷材防水屋面构造层次示意图

(a)不保温卷材防水屋面;(b)保温卷材防水屋面


为减少阳光辐射的影响,防止暴雨和冰雪的侵蚀,延缓卷材防水层的老化速度,提高使用寿命,须在防水层上做保护层。保护层可采用浅色涂料涂刷,或粘贴铝箔等,也可采用铺设30mm厚细石混凝土、绿豆砂、云母等。

(2)涂膜防水屋面

涂膜防水屋面是通过涂布一定厚度、无定形液态改性沥青或高分子合成材料(即防水涂料),经过常温交联固化而形成一种具有胶状弹性涂膜层,达到防水目的。

一般构造层次如图2-11所示。

图2-9涂膜防水屋面构造示意图

(a)涂膜防水屋面构造;(b)涂膜与卷材复合防水屋面构造

(3)刚性防水屋面

刚性防水屋面是指用细石混凝土、块体材料或补偿收缩混凝土等材料做防水层,主要依靠混凝土自身的密实性,并采取一定的构造措施以达到防水目的。

由于刚性防水屋面面层所采用材料的特性,防水层伸缩的弹性小,对地基不均匀沉降、构件的微小变形、房屋的振动、温度高低变化等都比较敏感;又直接与大气接触,表面容易风化,如设计不合理,施工质量不高都极易引起漏水、渗水等现象,故对设计及施工的要求比较高。

刚性防水屋面的一般构造层次如图2-12所示。

图2-9刚性防水屋面构造示意图

(a)装配式屋面刚性防水;(b)现浇整体式屋面刚性防水;(c)刚性与卷材复合防水


2)保温与隔热层的构造

在寒冷地区,屋面一般都设置保温层,以在冬期阻止室内热量通过屋顶向外散失。而在我国南方地区,夏季时平屋顶因受太阳辐射而吸收大量的辐射热,致使热量通过屋顶传递至室内,使室内温度升高,而需对屋顶做隔热处理。

平屋顶的保温措施,主要是设置保温层,即在结构层上铺一定厚度的保温材料。常用的保温材料有:膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、泡沫塑料类、微孔混凝土和炉渣等。

采用保温层的屋面应在保温层下设置隔汽层,其作用是防止室内的水汽渗入保温层使保温材料受潮,导致材料的保温性能降低。隔汽层可采用气密性能好的单层卷材或防水涂料。

平屋顶的隔热措施,常用的有架空隔热屋面、蓄水屋面和种植屋面等。架空隔热屋面——即用烧结黏土或混凝土的薄型制品,覆盖在屋面防水层上并架设有一定高度的空间,利用空气流动加快散热,起到隔热作用。架空隔热层的高度宜为l00~300mm。

图2-11屋面及檐口构造做法

(a)溢水口构造;(b)排水管过水孔构造;(c)分仓缝构造


蓄水屋面——即在屋面防水层上蓄一定高度的水,起到隔热作用。蓄水屋面蓄水层高度宜为l50~200mm。屋面及檐口、过水孔、分仓缝构造做法见图1-13。

种植屋面——即在屋面防水层上覆土或铺设锯末、蛭石等松散材料并种植物起到隔热作用。檐口构造见图2—11。

图2-12种植屋面构造

2.平屋顶的细部构造

平屋面除了大面积防水层外,还须注意各个节点部位的构造处理,一般可分为:

1)屋面的泛水构造

泛水也称返水。是防水屋面与垂直墙面交接处的防水处理,如山墙、天窗等部位。

柔性防水屋面,泛水处应加贴卷材或防水涂料,泛水收头应根据泛水高度和泛水墙体材料确定收头密封形式(图2-15)。

图2-13卷材泛水收头密封形式

(a)卷材泛水收头;(b)砖墙卷材泛水收头;(c)混凝土墙卷材泛水收头


刚性防水屋面,防水层与墙体交接处应留有30mm的缝隙,并用密封材料嵌填,泛水处应铺设卷材或涂膜附加层(图2-13)。

2)屋顶的天沟、檐口构造

平屋顶屋面的檐口,由于屋面排水方式的不同,而形成各种不同的檐口构造。常见的有自由落水檐口、挑檐沟檐口、女儿墙内檐沟檐口等类型,构造做法见图2-17。

3)刚性防水屋面的分仓缝

分仓缝亦称分格缝,是防止不规则裂缝以适应屋面变形而设置的人工缝。其间距大小和设置的部位均须按照结构变形和温度胀缩等需要确定。

分仓缝的宽度宜为20~40mm,分仓缝的常用构造做法见图2-18。


图2-15平屋顶天沟、檐口构造

  1. 檐沟;(b)檐沟卷材收头;(c)无组织排水檐口;(d)檐沟滴水

图2-16分仓缝构造


4)伸出屋面管道接缝处的构造

图2-19伸出屋面管道防水构造图2-20伸出屋面管道防水构造


柔性屋面管道伸出屋面,在管道周围lOOmm内,以30%的坡度找坡,组成高30mm的圆锥台,在管道四周留20mm×20mm凹槽嵌填密封材料,并增加卷材附加层,做到管道上方250mm处收头,用金属箍或钢丝紧固,密封材料封严(图2-19)。

刚性屋面管道伸出屋面,其管道与刚性防水层交接处应留设缝隙,用密封材料嵌填,并应加设柔性防水附加层;收头处应固定密封材料(图2-20)。

5)雨水口的构造

雨水口分为设在天沟、檐沟底部的水平雨水口和设在女儿墙上的垂直雨水口两种。无论在什么部位,构造上都要求它排水通畅防止渗漏和堵塞。雨水口通常采用铸铁或塑料制品的漏斗形定型配件,上设格栅罩。图2-21(a)、(b)分别为横式雨水口和直式雨水口。

图2—19雨水口构造

(a)横式雨水口;(b)直式雨水口

图2-20坡屋顶的组成

(二)坡屋顶

坡屋顶系排水坡度较大(一般>10%)的屋顶,由各类屋面防水材料覆盖。根据坡面组织的不同,主要有单坡顶、双坡顶和四坡顶。

坡屋顶一般由承重结构(承重层)和屋面(防水层)两部分组成,根据不同的使用要求还可以设置保温层、隔热层及顶棚层等(图2-20)。

1.坡屋顶的承重结构

坡屋顶的承重结构主要是承受屋面荷载并把它传递到墙或柱上。它的结构大体上可以分为山墙承重和屋架承重等。

2.坡屋顶的屋面构造

当坡屋顶的屋面由檩条、椽子、屋面板、防水材料、顺水条、挂瓦条、平瓦等层次组成时,我们称之为平瓦屋面。其中当檩条间距较小(一般小于800mm)时,可直接在檩条上铺设屋面板,而不使用椽子(图2-25)。

常用的平瓦屋面构造做法有以下三种。

图2-23屋架形式

(a)四支点木屋架;(b)钢木组合豪式屋架;(c)、(d)预制钢筋混凝土屋架

图2-24平瓦屋面的一般构造

1)冷摊瓦屋面

冷摊瓦屋面是平瓦屋面中最简单的做法,即在檩木上搁置椽子,再在椽子上直接钉挂

瓦条后挂瓦(图2-27)。

图2-25冷摊瓦屋面构造

2)屋面板平瓦屋面

屋面板平瓦屋面是在檩条或椽子上钉屋面板,屋面板的厚度为15~25mm,板上铺一层卷材,其搭接宽度不宜小于lOOmm,并用顺水条将卷材钉在屋面板上;顺水条的间距宜为500mm,再在顺水条上铺钉挂瓦条后挂瓦。

3)钢筋混凝土挂瓦板平瓦屋面

用钢筋混凝土挂瓦板搁置在横墙或屋架上,用以替代檩条、椽子、屋面板和挂瓦条。

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