發布時間：2023-06-13 16:21:16
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領域的橋梁，我們為您精選了8篇的大跨度結構建筑工程實例樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發，請盡情閱讀。
關鍵詞：地下室頂板；GBF空心樓蓋；施工工藝
地下室結構本身具有一定的復雜性，在對其進行施工的過程中，施工人員需要注意的是問題比較多，不僅要保證結構的整體穩定性，還需要對防水和滲水問題加強重視。接下來，筆者主要以具體的工程為例，對地下室頂板結構的施工技術進行深入探討。
1 工程概況
某建筑工程主要是一種綜合體，房屋建筑的高度為100m，其中地上建筑層數為30層，地下為3層。總體的建筑面積為5.5萬m2，其中三層地下室的總體面積為1.3萬m2。地下三層結構中，一層和二層主要為商場，建筑的高度為4.8m。地下結構除了商場之外還有車庫。建筑工程樁主要是以鋼筋混凝土灌注樁為主。地上結構主要以框架剪力墻結構為主。本工程在應用的過程中主要采用的是GBF高強薄壁空心管樓蓋，空心管處于樓板的中心位置，板體的厚度以及樓板的長度分別為。另外，鋼筋結構配置相對比較均勻。
2 GBF薄壁管空心樓蓋技術
2.1 GBF薄壁管空心樓蓋技術特征
對于地下室頂板工程來說，GBF薄壁管空心樓蓋的應用主要是一種以空心樓和暗梁相組合的形式，其中暗梁的厚度需要和樓層相同，高度在不斷升高，結構的自重隨之減少。如果預應力較低就可以直接滿足大開間以及大跨度的整體要求。這樣不僅可以降低施工的成本，還可以提升建筑的公共性。
在具體的施工中，GBF管需要由專門的生產廠家來進行供貨，但是在材料進入到施工現場之后，檢測人員需要對其進行詳細地檢測，保證樓板的跨度以及厚度等因素都符合GBF管的施工要求。通常情況下，管壁的厚度為25mm，直徑為250mm，跨度可以達到40m。由于這種類型的管材自身重量相對較輕，將其埋設在混凝土板的內部，管和管之間就會形成各種不同類型的空隙，最終形成無梁結構的空心樓蓋形式。
2.2 GBF薄壁管空心樓蓋結構特點
2.2.1 結構特點分析
建筑物結構本身的自重在明顯地降低，無論是橫向還是豎向的結構成本都相對較低。其中大跨度、大空間的樓層建筑中都可以應用到空心樓蓋結構。不僅如此，對于底層建筑來說，無梁結構的應用還需要進一步改進。從這種結構特點上看，應用靈活，而且施工也比較便利。
2.2.2 結構缺點
這種結構的缺點不是十分明顯，但是有些缺點如果不被重視必然會對建筑的整體質量造成嚴重地影響。如果經過長距離的運輸，很容易對芯管造成一定的破壞，另外，芯管結構很難進行固定，而且管距離也不容易一直保持均勻直線的狀態。另外，在混凝土澆筑的過程中，芯管可能會出現上浮的現象，因此很有可能會帶動板筋向上，這樣就會使得保護層的偏差過大。另外，芯管的上方和下方都很難進行密實地振搗，很容易出現蜂窩以及孔洞的現象。
3 GBF空心樓蓋施工工藝要點
3.1 工藝流程
具體的工藝流程如下：施工人員首先進行的是測量放線，然后對平板底模板進行安裝，然后做好GBF芯管的放線工作。在放線結束之后，工作人員需要做好暗梁的綁扎工作，然后對水暖電等設備進行安裝。在芯管就位之后，施工人員應該對鋼筋以及板面進行綁扎，然后進行檢查驗收。在一起工作準備完畢之后，就可以進行混凝土的澆筑工作。最后，施工人員應該對混凝土工程進行養護，然后拆除模板。
3.2 模板安裝工藝
模板工程的安裝意義重大，首先應該搭設底模的支撐腳手架結構，然后安裝木龍骨以及鋼管結構。底板模板主要采用的是大模板形式。在這一施工環節中，工作人員要對模板的規范程度進行控制。
模板應根據樓蓋的總厚度、暗梁的寬度與平面布置作恒載取值，分別進行承載力和穩定性計算，按計算結果設計模板、龍骨與支撐的布置，并考慮兼做薄壁管抗浮錨定要求。
3.3 綁扎鋼筋
模板驗收合格后，開始綁扎暗梁鋼筋、底層板筋及薄壁管間肋鋼筋；薄壁管間肋中鋼筋網片應點焊成型后再綁扎；將網片的下部與底層鋼筋綁扎固定，上部待GBF芯管安裝完畢后與上層鋼筋綁扎固定；暗梁及底層板筋在綁扎好后并進行初驗。
3.4 GBF薄壁管安裝
本工程使用的GBF 薄壁管是空心的并且密封的圓形管，所以在進行混凝土澆筑時，會因振動棒的振動和GBF 薄壁管本身的浮力而導致GBF 薄壁管帶動鋼筋網片上浮。抗浮壓筋是單個GBF薄壁管固定的關鍵，抗浮壓筋采用直徑10鋼筋，每根GBF 薄壁管設置兩道壓筋，壓筋要與馬凳筋焊接牢固，不允許漏焊。
4 關鍵施工技術措施
4.1 空心板的抗浮措施
必須對抗浮控制點進行合理的布置，通常將控制點布置在肋處，可按矩形或者梅花型布置，每肋都設或者隔一個肋交錯設置，保證每平方米范圍內不少于一個點。抗浮控制點可定在肋梁中上鐵與分布筋相交點，也可以定在箍筋的上部或下部。GBF薄壁管的抗浮靠12#的鐵絲固定。固定抗浮控制點時，先將鐵絲一端在模板上從孔中往下穿出，與模板的支撐系統綁牢后將鐵絲端頭從孔中住上穿回來；當安放好GBF 薄壁管、綁扎好GBF管頂上的定位箍和抗浮鋼筋后，就可將鐵絲的兩個端頭在抗浮控制點處擰緊。為了安裝抗浮控制點，需在肋梁部位的底模上打孔。基于方便操作與及時清理打孔隨屑考慮，打孔工作應當在模板上普通鋼筋剛放好樣，肋梁部位已確定后及時進行。
4.2 空心板的定位措施
在本工程施工中，施工重點與難點就是空心板的定位以及抗浮，其施工措施是否合理，對空心板結構體系功能的實現具有直接的聯系。GBF薄壁管的定位是靠準10U 型箍筋、GBF薄壁管限位鋼筋是靠馬鐙筋和架立鋼筋以及抗浮鋼筋來實現。限位鋼筋與架立鋼筋和抗浮鋼筋限制GBF 薄壁管的上下錯動，U 型箍筋限制GBF 薄壁管的左右錯動；靠四種鋼筋的摩擦力限制GBF 薄壁管的前后錯動。在安放GBF 薄壁管之前先按布置圖放好馬鐙筋再固定好架立鋼筋，放好GBF 薄壁管后再穿定位鋼筋和抗浮鋼筋，限位鋼筋定位要求準確，一定要牢固綁扎或者點焊在抗浮鋼筋上，位置絕對不允許錯動。
結束語
由于近年來，在地下室頂板施工中，為了對建筑結構的自重進行減輕，增加地下室的實際凈高，降低成本，縮短工期，GPF高強薄壁管空心樓蓋技術被廣泛的運用在地下室頂板施工中。本文主要根據工程實例闡述了地下室頂板采用GBF空心樓蓋施工技術控制要點。
參考文獻
[1]趙龍.GBF 高強薄壁管在現澆混凝土空心無梁樓蓋中的應用[J].北京水利，2012（4）：12-13.
[2]林小媚.現澆混凝土大跨度空心樓蓋的簡捷設計方法[J].廣東土木與建筑，2013（7）：56-57.
關鍵詞：建筑工程；預應力技術；應用
中圖分類號：TU198文獻標識碼： A 文章編號：
當今社會中，隨著我國經濟的發展和人們生活水平的提高,人們對于自身的生活質量的要求也越來越高了，這就對于我們的建筑設計提出了更高的要求。這種要求的出現必然會引發我們對于新技術的探索以解決類似的問題，此時，預應力技術便出現在了我們的視線中，并且起到了非常重要的作用。預應力結構的形式也是多樣豐富的，常用的形式有：無梁平板結構、有梁大板框架（或剪力墻）結構、轉換層結構、門架結構和吊車梁以及特殊結構如水池、筒倉、大懸挑結構等。
1 平板結構中的預應力技術應用
在國內建筑工程項目的建設中，預應力技術的應用與發展經歷了一個較長的過程。傳統的普通鋼筋混凝土梁板結構體系，需在柱間及隔墻下設置框架梁和次梁．這必然導致室內明梁縱橫交錯，降低了樓層的有效高度影響了室內美觀和使用功能，裝修也較難處理；由于室內明梁的存在隔墻布置的任意性受到限制，室內功能的重新調整比較困難，而一棟建筑物在其50 年甚至 70 年使用期內都不需對空間重新分隔和變換使用功能是很難想象的，特別是一般的商場建筑及辦公樓建筑。若設計中樓蓋體系采用普通鋼筋混凝土平板結構或預應力平板結構，以上問題則迎刃而解；工程若采用普通鋼筋混凝土無梁平板結構，由于內隔墻較多。附加荷載較大，要使普通鋼筋混凝土平板的裂縫控制等級及撓度滿足規范要求，計算所需板厚較厚，同時普通鋼筋用量也較大，不經濟。為了提高整個樓蓋的抗裂性能，減薄板厚，減輕結構自重，提高其使用功能，采用近年來在大量工程中得以廣泛應用的現代高效預應力技術結構技術，將整個樓蓋設計為后張部分預應力技術無梁平板結構是一個良好的選擇。
這種預應力無梁平板，除在樓板周邊保留必要的邊梁和在局部少數有隔墻的地方及洞口邊緣保留梁之外，室內明梁全部取消，僅在必要的地方設暗梁以改善樓板的受力性能，每單元整個室內頂板為一整塊的平面。部分鋼骨柱中配置了型鋼,使得普通鋼筋、型鋼和預應力波紋管在布筋過程中也會出現位置相互干擾, 因此梁柱節點處的布筋成為工程的難點。另外預應力筋張拉端處的群錨錨具體積較大, 無法放置到柱中,只能采用外錨的形式,致使預應力筋張拉后的混凝土封錨成為施工中的難點。某些預應力梁為多跨連續梁,預應力筋較長,預應力筋在柱兩側需要搭接處理, 搭接處的預應力筋布置也是預應力梁施工中的難點。
2 轉換層結構中的預應力技術應用
目前，隨著我國城市居住用地的日趨緊張，對于建筑工程的結構和功能配置也提出了更高的要求，特別是對于結構的質量驗收設定了具體的標準。預應力筋是預應力分項工程中最重要的原材料之一，預應力筋進場時，要求廠家提品合格證外，還應提供反映預應力筋主要性能的出廠檢驗報告，兩者也可合并提供，但主要項目、內容應基本齊全。我國高層建筑發展迅速，且多為多功能綜合性建筑，需要大柱網、大空間的公共設施在下部，從受力的角度講這是不合理的，解決這種矛盾的最常用方式就是設置結構轉換層。
隨著預應力技術的逐漸成熟，預應力材料及施工費不斷下降，即使用材料等強代換的概念從經濟上來比較預應力混凝土結構與鋼筋混凝土結構，在許多情況下后者并不比前者經濟。因此我國高層建筑轉換層結構中采用預應力技術的情況越來越多。預應力技術經過了幾十年的工程實踐和不斷研究，已經是比較成熟的一項工程技術，在今后的發展中，還將日臻完善。工程實踐告訴我們，預應力技術以種種優勢，在某些建設領域有著強大的生命力和競爭力，甚至在其還未完全占領的領域仍然具有強大的發展力。另外，混凝土澆筑時要注意預留同條件養護混凝土試件，以便張拉時以其強應檢測值作為預應力筋后張拉的依據。在澆完混凝土后要及時清理干凈錨墊板的面上的混凝土，以確保錨具能順利地安裝。
3 框架結構中預應力技術的應用
框架結構建筑的柱子與柱子之間一般會設置數量不等的明梁，大板上布置隔墻的結構體系。這種結構于平板結構有很多相似之處，柱距比較大，由于省去了次梁，避免了室內錯綜復雜的次梁，內景好，增加凈空，抗裂好，省材料省模板和拆模人工，施工快速等優點。預應力筋的垂直位置由固定架控制，預應筋的水平位置應保持順直。在就位固定后。泌水孔應設置在波紋管最高點及兩端部。先在波紋管上方開一直徑20mm 的圓孔，在開口上用帶嘴的塑料壓板和海綿覆蓋，并用鐵絲固定在波紋管上，接頭周邊用膠帶封嚴，以防漏漿，在塑料壓板的嘴上接上直徑 25mm 的塑料管，向外延伸至梁面以上500mm,兼作泌水孔。若這種大板配合預應力寬扁梁使用，則也能很大限度的減低層高或提升層凈高，如 9 米跨的預應力寬扁梁可以做到450mm 高 ， 比 做 普 通 預 應 力 梁 650mm 少200mm 高，比普通混凝土梁 800mm 少 350mm。由于結構種還帶有明梁，結構仍然屬于框架或剪力墻結構，可以用于平板結構所不太適宜的高層或抗震設防烈度比較大的地方。有梁大板結構適合用于住宅和辦公樓，尤其是住宅，不設次梁，既避免了室內難看的次梁景觀，也利于住戶自行隔斷房間以實現不同的功能，即使更換了新住戶，改造房子時仍然可以再次自行布置房間。長沙市高 12- 16 層的亞華住宅小區和 l6層的湘名園住宅小區都是采用這種結構形式的，住宅的使用功能得到了住戶的一致好評。當然這種結構體系仍然適合用于商場等公共建筑。
4 特種結構及其他
除了上述的三種比較常見的應用以外，還有一些其他的應用方式。尤其是隨著公共事業的發展，各種特殊功能的構筑物不斷出現，有些特殊構筑物的使用功能及受力性能常常需要預應力技術才能實現，預應力技術在這些特殊功能構筑物中發揮了重要的作用。
(1) 大懸挑結構，體育建筑在各大中城市興起，體育建筑的形式多樣，風格各異，使預應力技術的應用豐富多彩。如南京為承辦第三屆城運會興建的四座體育館，關鍵結構部位都是采用預應力技術; 江蘇省的儀征化纖體育場、無錫市體育場、南京師范學院體育場的觀眾席都采用了大懸挑的預應力混凝土雨蓬。隨著鋼結構的發展，許多雨蓬采用鋼結構，可以獲得更大跨度，但是造價和維修費用都比較高，所以在適當跨度內預應力混凝土結構還是有很大的優勢。(2) 儲罐與筒倉，一般地，儲罐與筒倉對抗裂要求比較高，預應力技術廣泛用于這種結構主要利用預應力主動軸力來抵抗混凝土拉應力來提高抗裂性能; 尤其是圓筒結構，環壁的混凝土只受環向軸力作用，正是預應力最適合的結構形式。繞絲后張預應力混凝土水池在國內應用了幾十年，主要采用預壓應力來抵消由于水對筒壁產生環向拉應力。這樣用高強鋼材提高了抗裂性能就可以在同等抗裂條件下減小截面尺寸，帶來可觀的經濟效益。(3) 其他，各種用途的塔式結構如電視塔、通信塔、燈塔及各種水塔中，預應力技術同樣得到了廣泛應用。還有預應力技術基礎也不少見，主要形式是預應力條基、箱基和筏基。此外，預應力鋼結構、疊合結構采用預應力的技術也在不斷成熟中，工程實例也越來越多。
結語
綜上所述，預應力技術是建造大跨度、高層結構建筑中應用的核心技術之一, 采用預應力技術的建筑具有節約建筑材料、增大結構跨度、減少結構自重、增強使用功能、提高綜合效益等優點,值得在國內建筑行業中推廣。
參考文獻
[1]唐曉梅.試述預應力技術在建筑工程中的應用[J].預應力技術,2009(30).
關鍵詞：鋼筋混凝土； 高層結構設計；解決措施；
中圖分類號： TU318 文獻標識碼： A
當前我國建筑行業得到飛速發展，高層結構的建筑群不斷涌現，使得高層建筑的設計理念、施工技術以及建筑材料都發生了重大的變化。作為現代建筑普遍采用的結構形式，鋼筋混凝土結構具有強度大、穩定性高、耐久性強以及抗震性能好等優點，使其在現代高層建筑結構中得到廣泛應用。要滿足高層建筑中鋼筋混凝土結構的實際需求，其結構設計是至關重要的。因此，探討鋼筋混凝土高層結構設計中存在的問題，了解設計過程中遇到的難點和重點，并采取科學合理的手段來完善和提高鋼筋混凝土高層結構設計，以此提高鋼筋混凝土高層結構設計質量。
一、 鋼筋混凝土高層結構的發展
高層建筑的發展歷程：高層建筑的發展歷史悠久，最早出現應該是古埃及的金子塔和我國古代寺塔建筑等，至今已有幾千年的歷史。隨著社會經濟的不斷發展，人們對于高層建筑的研究也越來越深入，高層建筑結構體系設計也越來越完善，真正意義上的高層建筑最早出現在19世紀末的美國芝加哥，采用框架式結構建造的11層保險商務大樓，被人們稱作是高層建筑結構設計的重要轉折點，從此拉開了現代高層建筑的序幕。
二、鋼筋混凝土高層結構特點
鋼筋混凝土高層結構的設計不同于一般的中層及以下建筑結構的設計，這兩者有本質的區別，高層建筑結構自身水平的荷載因素在設計中占主導地位，因此，在對高層建筑的結構設計和施工中，注意的地方非常多，對技術水平要求也高，隨著建筑高度的增加，水平作用力使得建筑結構的好壞和建筑材料的用量都存在很大的不同。
三、 結構概念設計
建筑結構設計在滿足建筑工程實際效果和使用功能的同時，還需具備良好的質量保障，這也是建筑結構最重要的環節。在現代高層結構設計中，人們提出了“概念設計”的理論，其實建筑結構概念設計是提高結構抗震性能的一種設計方法。在設計過程中，選擇優質的結構設計方案對建筑整體抗震非常有利。對結構設計的各個延性構件，要進行具體的分析。并采取相應的解決措施，避免一些薄弱層出現損壞的現象。在高層結構設計中，強調概念設計也說明其重要性。結構工程師在工程設計過程中必須按照規范和標準，并掌握結構概念設計的相關原則，從宏觀上避免出現設計失誤或者計算失誤的情況，保證工程的本質安全。
四、 鋼筋混凝土高層結構設計常見的問題分析
以下通過實例來分析和探討鋼筋混凝土結構設計中常見的問題。某市一大型超市位于該市東城黃河路南側。該建筑地下一層，地上 17 層。建筑長度 102.4m，寬度為 53.6m，高度為 76.65m，1～3 層高度為 4.5 m，四層及四層以上層高 4.2 m，地下室層高 4.2m，房屋主樓最大跨度 14m，抗震縫以上裙房最大跨度為 20 m。該建筑工程主樓結構為現澆鋼筋混凝土框架剪力墻結構體系，抗震裙房為框架結構。主樓采用樁筏基礎，樁采用預應力混凝土管樁。抗震縫以上裙房采用柱下獨立樁基承臺基礎，主樓上部結構的嵌固端為地下室底板頂部。針對該建筑工程實際情況，分析和研究其結構設計中存在的問題，進而提高和完善該建筑工程結構設計的要求。
4.1. 結構設計問題
確定剪力墻結構加強部位的墻體厚度。在進行高層結構抗震設計過程中，剪力墻的底部加強部位要確定其墻體厚度，采用約束邊緣構件和構造邊緣構件等措施來起到加強抗震的效果。這樣能夠避免薄弱處進行剪切時造成損壞，還能提高整體建筑抗震性能。針對這一問題，應嚴格按照《高層建筑混凝土結構技術規程》進行設計。墻體厚度要按照規范規定取值，同時要根據建筑工程實際情況和抗震等級來確定墻體厚度。確保剪力墻底部加強部位抗震時不屈服，保證其安全穩定。
4.2 地基設計問題
地基與基礎設計一直是結構工程師比較重視的方面，不僅由于該階段設計過程的好與壞將直接影響后期設計工作的進行，同時，也是因為地基基礎是整個工程造價的決定性因素。因此，在這一階段，所出現的問題也有可能更加嚴重甚至造成無法估量的損失。在地基基礎設計中要注意地方性規范的重要性問題。
目前，廣東應用預應力管樁作為鋼筋混凝土高層建筑基礎設計的樓層高度已達到 40 層。凡是采用預應力管樁作為高層建筑地基設計的地區，其地基出現質量問題及事故的發生率明顯降低。采用預應力管樁進行地基基礎設計能夠提高樁基質量，其優點表現在這幾個方面：第一，預應力管樁樁身混凝土強度高、設計選用范圍廣、成樁質量可靠，對持力層起伏變化較大的地質條件適應性強、單樁承載力造價低；第二，管樁運輸吊裝方便，接樁便捷、成樁長度不受施工機械的限制，樁身耐擊，穿透力強，是高層建筑工程中施工速度快、工效高、質量可靠、性價比高的樁型。地基設計要嚴格按照相關規范和標準進行，重視細節部分的規范設計。同時應根據地質情況具體問題具體分析，所有樁基均應進行承載力和樁身強度計算。樁基應選用中、低壓縮性土層作樁端持力層。樁基設計時，應結合地區經驗考慮樁、土、承臺的共同工作。因此，在地基設計過程中，不僅要參考國家設立的地基設計規范章程，也要按照巖土工程勘察報告所提的地質條件，選擇合理的樁型。
五、 結構計算與分析問題
5.1高層結構設計要進行結構計算，針對案例中采用的結構體系，可以采用樓板整體平面內無限剛假定模型進行計算。在計算過程中要根據建筑工程實際情況靈活應用，主體結構及基礎計算采用中國建筑科學研究院 CAD 工程部 PKPM(多層及高層建筑結構空間有效元分析與設計軟件 SATWE)。其中整體分析采用 STAWE 高層版,JCCAD 計算軟件，主樓整體分析計算為多余地震下的彈性計算。
5.2采用振型分解反應譜法，高層建筑整體計算的嵌固部位為地下室頂板。抗震設計是高層結構設計的重點，結合工程實際情況，按照《高層建筑混凝土結構技術規程》來確定該工程項目的抗震等級。然后根據建筑結構要求，對相應的抗震等級進行評估和計算，確定抗震效果滿足高層建筑結構設計的質量標準。
5.3非結構構件的計算與設計。在高層建筑中,往往存在一些由于建筑美觀或功能要求且非主體承重骨架體系以內的非結構構件。對這部分內容,尤其是高層建筑屋頂處的裝飾構件進行設計時,由于高層建筑的地震作用和風荷載均較大,因此,必須嚴格按照規范中的非結構構件的計算處理措施進行設計。
六、結語
鋼筋混凝土高層結構設計作為現代建筑行業的主要結構形式，其優勢推動了建筑行業的發展，提高了建筑行業的整體質量。在進行鋼筋混凝土高層結構設計時，不僅要保證高層建筑的使用功能和外觀效果，還應充分考慮設計安全質量的問題，這也是高層結構設計的重中之重。通過本文了解到了鋼筋混凝土高層結構設計過程中常見的問題，并對其問題進行討論和分析，從中分析出高層結構設計需要注重選型設計、地基設計以及結構計算三個方面的內容。因此，在以后的鋼筋混凝土高層結構設計中，應充分考慮這三個方面的制約因素，并在實際工程中將各項工作落實到位，從而進一步提高高層建筑結構設計質量和水平。
參考文獻
關鍵詞 場地管線，場地管線建設型式，規劃設計原則，管線布置，設備用房
中圖分類號：S611 文獻標識碼： A
A design method of integrated area infrastructure based on implement of terminal function
Linfeng Xie
（Architecture and Engineering College ， Institution of Kunming Technology， Kunming ， 650031）
Abstract This article explains a design method of area infrastructure， which is conducted from the developing style of integrated area infrastructure， join the base rules of functional device field and the different architecture styles， and it is the realization of terminal function. The special device rooms are the key items which are combined the functional device field with the architecture field， so it should be considered more clearly. After the above all， it is got the design method of integrated area infrastructure. Some cases ，in which the method and rules were used ， have been given in the last part of this article.
Key words area infrastructure ， engineering style of area infrastructure ， area planning rules， line displacing ， terminal function
一 概述
一項建筑工程，與建筑物本體相呼應的一個必不可少的部分是該建筑工程范圍內的場地管線。場地管線實現了由建筑紅線范圍外向建筑紅線范圍內引入相應電力、通信、燃氣、給排水、熱力等城市市政功能管線的任務。在室外管線設計規范對其設計、布局有概況性的、原則性的描述[[] 城市工程管線綜合規劃規范，GB 50289-98，1998 ]，[[] 民用建筑設計通則，GB 50352-2005，2005]。
為了滿足投資開發強度的要求和實現更多的主體建筑特殊結構的需要，建筑工程建設越來越多的采用大基底大地下空間的方式，以期提供主體建筑更好的基礎結構型式。同時這也是滿足現行建設規范中對建筑項目配套人民防空工程要求的具體體現。這就出現了建筑工程中地下室綜合管線和室外綜合管線交織在一起的更多工程實例。場地管線的設計好壞，直接對建筑設備工程的初期設備投資、建成投運后的運營維護和未來的升級改造產生影響。
另一方面，由于場地管線設計除了涉及建筑、結構及各設備專業的設計外，還更多的包括了相關專業管線施工和安裝工藝的技術選擇。通常的設計中往往只從設計規范出發，對安裝和施工的考慮有所缺失，加之在設計圖紙表達中不是完全的把施工和安裝工藝的要求固定下來，因此場地管線工程在現場安裝和調試中存在不少的工程變更。在管線現場施工和安裝工藝的選擇上，一般也由設計之后的施工單位予以選擇和實施。
更進一步，各設備專業的室內外規劃設計，不僅包括了建筑范圍內各設備專業遠景年份需求量的估計和預測，現有各專業市政規劃口的規劃設計條件，以及與之相配套的各子系統的型式和主要設備選型，各設備專業局、站的設計，還包含各設備專業管線的設計。各設備專業的管線設計可以說是各設備專業根據各專業規劃要求和條件所做出的路徑選擇的一種體現。
綜合以上三個方面的論述，建筑工程的場地管線設計需要從各設備專業的室內外規劃出發，在考慮主體建筑具體功能要求的前提下，輔以各管線施工和安裝的工藝選擇及其實施，來組織該建筑工程的場地管線設計。
二 場地分類和各設備專業的規劃
在場地管線設計中，一開始納入設計考慮范圍內的就是場地條件。因為本文主要討論的是設備專業的場地管線，為與建筑設計不重復，這里將場地按工程地址條件和各設備專業現有的市政條件，將其進行分類。本文中，場地條件可以分為以下幾類：普通室外、山地、城市規劃區、地下室、人民防空工程。注意，規范中要求的針對7度以上地震區、多年凍土區、嚴寒地區、濕陷性黃土地區及膨脹土地區等的特殊技術措施不在本文討論范圍之內。不同的場地條件，對場地管線設計的影響主要有以下幾個方面：①敷設方式，②管線管溝，③管線構筑物，④管線水平和豎向的布置，⑤管線的起訖位置。具體的相互關系如下表所示。
表1 不同場地條件對場地管線設計的影響對應表
場地分類 功能描述 場地管線設計
敷設方式 管線管溝 管線構筑物 管線水平和豎向布置 管線的起訖位置
山地 地勢起伏縱橫，有溝谷，有峰臺 架空、管溝、輔橋 桿塔、管溝、橋梁 檢查井、分支井、轉換井 離建筑物的水平排序，由近及遠宜為：通信、電力、燃氣、熱力、給水、雨水、污水；各類管線的垂直埋設順序宜為：通信、熱力、電力、燃氣、給水、雨水、污水[[][4] 城市居住區規劃設計規范，GB 50180-1993，1993] 起點：遠端的市政接入點
終點：場地內的設備用房
普通室外 覆土足夠，地質條件良好 架空、直埋、穿管埋地、包封埋地、管溝、管線隧道 桿塔、套管、包封材料、管溝 檢查井、分支井、轉換井 起點：遠端的市政接入點
終點：場地內的設備用房或管線進線間
城市規劃區 地塊四周已建設好城市主次干道 架空、直埋、穿管埋地、包封埋地、管溝、 套管、包封材料 檢查井、分支井 起點：周邊城市道路的分支井
終點：場地內的設備用房
地下室 全地下工程 管吊、橋架 支吊架、管線 管井、綜合設備用房 沿車行道和主要通道方向布置；從梁下起各類管線排線順序宜為：消防、給水、熱力、電力、通信、通風空調 起點：地下室外墻或管線進線間
終點：設備用房
人民防空工程 全地下工程，有抗爆、隔離要求 管吊、橋架、抗爆預埋 支吊架、管線、預埋管件 管井、綜合設備用房 起點：防爆波電纜井
終點：設備用房
在場地設計中，管線的綜合平面布置還應符合下述規則：①各管線沿建筑物、道路兩側敷設，在必要時穿越道路，但應盡量漸少穿越園區主要道路的工程量。②建筑物至道路間依次敷設電話及電信管道、電力電纜管道、燃氣管道、給水管道、雨水管道、污水管道。相互間距以1.5～2米為宜，最低不宜小于1.0米，以滿足管線與其他管線的建構筑物貼臨時的尺寸要求。③當建筑群之間設有獨立的共用建筑物變配電站時，應為該建筑群敷設一組室外電力電纜管道。當建筑群之間設中水站，應選擇在管線水平敷設的低點匯集。④在電信管線、電力管線路徑上設置檢查井（包括90度轉角井、轉角井、T型井、四通井等），檢查井之間的間距不應超過50米；在供水管線、燃氣管線適當位置應設置閥門井（包括90度轉角井、轉角井、三通井、四通井等）；在排水管線路徑上應按區域排水功能要求設置合適的集水井、分水井、跌水井。⑤在室外高差變化較大的區域，宜采用明溝排水，明溝排水宜與場地道路合建。⑥各管線建構筑物宜采用混凝土結構以提高設施的耐久性，電信和電力管線在穿越道路時宜采用混凝土包封方式，減少采用磚砌檢查井。⑦在預算約束范圍內，管線管材宜采用新材料和新工藝。⑧在管線敷設深度上，宜按下述表述設計：電信管線0.5～0.8米；0.4kV管線0.5米；10kV電力管線0.7～1.0米；燃氣管線1.5米；主干給水管線1.8米；雨水管線2.2米；排水管線2.4米。⑨場地內各管線施工及敷設宜與場地道路施工同期進行；進出建筑及建筑群部分宜與建筑基礎（地下部分）施工配合施工。
三 各設備專業的設備用房布置
在含有地下室的高層、超高層建筑設計（這是建筑設計中比較復雜的型式之一）中，地下室的平面布置圖和地上核心筒的平面布置圖是建筑設計中非常關鍵的一環，它也關系到設備專業的總平面布置以及與室外綜合管線想互銜接和協調統一。基本上，設備專業的末端功能房間布置遵循的設計規律為：定功能定系統型式定設備定通道定管線走向定豎井位置定設備用房位置定地下室的平面布置圖和地上核心筒的平面布置圖。這一過程是一個可能出現反復修改的過程，而且需要設備專業會同建筑專業、結構專業處理好建筑布局，以滿足使用要求和結構設計核算尺寸參數的要求。
在確定各功能系統的型式時，需要按功能對建筑區劃進行合理的分區和規劃。建筑區劃的劃分，垂直部分以豎井及層數為主要的分隔標準；水平部分以防火分區及功能間隔為主要的分隔標準；垂直部分重點在規模分隔和容量分配上，標準層的分系統布置宜重復且規整；水平部分以平衡干線的全部容量及規模，各分支線所供規模宜均衡布置。
在確定豎井過程中：先根據標準層平面圖，結合通道、核心筒的布局及尺寸，以及各層核心筒及管道布置需要，確定各核心筒中豎井的位置和布局。核心筒豎井位置宜與電梯井道貼臨或對稱，以便于結構計算；豎井樓板預留孔洞大小應及時提供給結構專業，以對豎井位置處的鋼筋混凝土結構做及時加強；豎井房間布局應滿足設備安裝和維護的要求，通道寬度不宜小于0.8米。
設備專業中電氣、給水、通風空調專業都需要將管線干線布置在各類負荷的中心位置，這樣在干線傳輸過程中總損耗少，干線和支線的總長度也較少。然而，現實的狀況確常常出線垂直干線方面能布置在負荷中心，轉接入地下室后由于建筑功能布局的需要而將設備用房調整到非負荷中心位置。這常常是由于地下室中心位置加以利用，同時在結構上中心位置可以做成跨度較大的框架結構而便于使用。而這樣就把設備用房分隔到空間中。另一方面，通風空調專業因為需要考慮直接與室外環境進行空氣交換過程的送風、排風位置，需要直通室外的空間或者緊鄰建筑外部設置。
以風管位置為主，風管布置簡潔明了，不重復多余；電氣、給水管線在風管干線兩側按干線交匯和水平綜合管線技術進行避讓，電氣、給水管線的各垂直干線與水平干線交點應相互錯位，其路徑走向基本一致，這樣便于施工和后期的管線校驗、維護；管線在樓板及梁底安裝時應滿足以下條件：當有主次梁時管線布放應與梁平行且同一跨距之間不同管線的配重應與該跨的幾何對稱中心對稱且基本平衡，當管線穿越主梁時宜與主梁垂直，當有斜梁宜與該梁垂直跨越；管線在設備用房方面，要滿足不同設備用房貼臨的管線要求和相關管線穿越的要求，非該功能房間主用途的管線宜暗敷于樓板內或布放在該功能房間中不重要的位置。
各功能設備間的布置除要滿足民用建筑電氣設計規范的要求，其布置的尚應符合相關專業規范的要求，包括：電信機房、數據中心、安防與監控中心、中水處理站、鍋爐房、水泵房、進排風機房、變配電站、開關站。功能房間的布置，在工程實際中多采用建設單位、土建設計單位、專業深化單位三方協同設計為主。建設單位提需求和成本控制目標；專業深化單位提具體布置方案和詳細設計；土建設計單位對專業深化單位設計進行結構和設備專業復核。同時，各功能設備間的設計還需通過相關行業行政主管部門的審查及審核。
四 管線綜合布置
管線敷設時，管線之間遇到矛盾時，應遵循的處理原則是：①臨時管線避讓永久管線；②小管線避讓大管線；③壓力管線避讓重力自流管線；④可彎曲管線避讓不可彎曲管線。[[] 城市居住區規劃設計規范，GB 50180-1993，1993]同時管線綜合時，還應滿足一定的限定標準：①標高限制，應定義垂直方向上滿足的高度限制，使空間高度滿足建筑及精裝修的要求。②預埋位置的尺寸及數量限制：在剪力墻、梁中預埋管線套管、預留橋架孔洞時，所占梁、墻截面積不宜多于其中的1/3且應居中布置，同時不應打斷結構主筋或主承力構件，穿梁時截面積接近1/3時應校核鋼筋混凝土的應力耐受情況并做加強設計或采取轉接套管方案；在臨空墻、防爆破隔墻預埋管線時，應采取防爆波封堵措施，同時同一位置處的預埋管線數應不小于4～6根且應分2～3排敷設；在板中預埋管線套管、預留橋架孔洞時，應避開板中水平剪應力集中的區域，板內預留孔洞大小應根據板的結構尺寸進行校核，并根據情況采取加強措施。③管線敷設路徑宜選擇便于維護的方向，有通道可達；在緊密及狹小空間，宜在管線敷設斷面內預留空間，作為今后管道檢修時的通道，不宜使管線占滿全部空間，在精裝修吊頂中預留檢修孔；吊頂內空間尺寸較大的情況應設馬道和護欄，并可通達各管線主要節點位置。④屋面及室外地下室頂板部分，管線穿越時宜采取管井方式，不應單獨穿越；管井底部應與屋面及地下室頂板采取一致的防水措施，并在根部做散水，同時管井應加設頂帽；管井與屋面雨水匯集點宜分別設置，屋面雨水口數量應盡可能少布；對大跨度的屋面雨水匯集系統應考慮橫管的敷設問題，使橫管轉接方便。
對電氣管線部分，需根據防火需要采取相應的防火措施，包括防火分隔、防火套管和防火包覆材料；對排風管道部分宜采取減震、降噪措施；對空調、熱水管道部分應采取保溫措施。當條件允許時，對各管線可采取綜合管溝或綜合吊架敷設方式，以節約空間。
在采用BIM方式對各種管線進行建模設計時，除對管線管道本身和管線設備進行建模，還應對管線的安裝與維護尺寸、管線設備的操作空間進行約束和建模；在對管線進行碰撞校驗時，應對管線尺寸邊界、安裝尺寸邊界、操作空間邊界、維護空間邊界進行校驗；為對不同方案做經濟比較，應對管線設備的價格和型號做設定，對施工人工費率、輔助材料費率、措施費和規費等可統一設置。
五 設計實例
上述原則和措施，實際應用在K城雨花片區5號地塊修建性詳細規劃綜合管線和Q市住宅項目電氣系統和場地綜合管線設計中，使建筑工程專項設計的完整性和適應性得到了提高，并順利通過了審圖和施工。在K城LX科技城、K城FC酒店項目的施工指導中，應用了上述原則，對場地綜合管線建設相應階段的技術措施、施工指導提出了修正意見并付諸實施，對各自項目的正常推進起到了相應的作用。
六 結論
本文在介紹現有場地管線建設型式的基礎上，從末端功能的實現上出發，結合各設備專業的主要規劃設計原則和管線布置原則，依據不同的建筑型式構建起相關的場地管線設計方法和措施。其中設備用房的布置不僅涉及到各功能設備專業，也是涉及到建筑專業，其功能布局選擇需要仔細推敲。根據上述幾個方面的討論，最終得到一種基于末端功能實現的場地管線設計方法。文中附列了基于該方法的幾個設計和管理實例。
參考文獻：
[] 城市工程管線綜合規劃規范，GB 50289-98，1998
[] 民用建筑設計通則，GB 50352-2005，2005
【關鍵詞】建筑結構;設計;問題;對策
0.前言
隨著我國市場經濟發展以及人們對建筑物功能要求改變,人們對建筑工程產品的要求也日益增高，建筑結構設計是一項系統的、全面的工作,在設計中存在的問題是多種多樣的,作為設計來講，需要扎實的理論知識功底,靈活創新的思維和嚴肅認真負責的工作態度。我們要始終把提高設計質量作為終身奮斗的目標。本文就建筑結構設計中的常見問題進行初步探討，并進一步提出解決問題的有效對策。
1.建筑結構設計的常見問題
1.1剪力墻砌體結構設計
剪力墻結構,上部為多層砌體結構的房屋。該類房屋多見于沿街的旅館、住宅、辦公樓,底層為商店,餐廳、郵局等空間房屋,上部為小開間的多層砌體結構。這類建筑是解決底層需要一種比較經濟的空間房屋的結構形式。部分設計者為追求單一的建筑立面造型來增加使用面積,將二層以上的部分橫墻且外層挑墻移至懸挑梁上,各層設計有挑梁,但實際結構的底層挑梁承載普遍出現裂縫,該類挑梁的設計與出現裂縫在臨街砌體結構房屋中比較常見。
1.2樓板變形程度計算不準確
一些設計在缺乏基本的結構觀念或結構布置缺乏必要措施時,采用樓板變形的計算程序。盡管程序的編程在數學力學模型上是成立的甚至是準確無誤的,但在確定樓板變形程度上卻很難做到準確。作為計算的大前提都無法“準確”,就不可能指望其結果會“正確”了。據此進行的結構設計肯定存在著結構不安全成分或者結構某些部位或構件安全儲備過大等現象。
1.3屋面梁配筋少
結構建模時, 設計人員圖方便,屋面梁直接拷貝下層梁的尺寸。由于屋面梁荷載較小,計算結果配筋不多,這樣屋面梁在溫度變化、混凝土收縮和受力等作用下因配筋率過低而裂縫寬度較大。
2.解決建筑結構設計問題的有效對策
2.1箱、筏基礎底板的挑板
從結構角度來講,如果能出挑板,能調勻邊跨底板鋼筋,特別是當底板鋼筋通長布置時,不會因邊跨鋼筋而加大整個底板的通長筋,較為節約;出挑板后,能降低基底附加應力,當基礎形式處在天然地基和其他人工地基的坎上時,加挑板就可能采用天然地基;能降低整體沉降,當荷載偏心時,在特定部位設挑板,還可調整沉降差和整體傾斜;窗井部位可以認為是挑板上砌墻,不宜再出長挑板。雖然在計算時此處板并不應按挑板計算。當然,此問題也并不是絕對的,當有數層地下室,窗井橫隔墻較密,且橫隔墻能與內部墻體連通時,可靈活考慮;當地下水位較高,出基礎挑板,有利于解決抗浮問題;從建筑角度講,取消挑板,可方便柔性防水做法。
2.2梁、板的跨度計算
一般的手冊或教科書上所講的計算跨度,如凈跨的1.1倍等,這些規定和概念僅適用于常規的結構設計,而在應用的寬扁梁中卻是不適用的。梁板結構,簡單點講,可認為是在梁的中心線上有一剛性支座,取消梁的概念,將梁板統一認為是一變截面板。在扁梁結構中,梁高比板厚大不了多少時,應將計算長度取至梁中心,選梁中心處的彎距和梁厚,及梁邊彎距和板厚配筋,取二者大值配筋。(借用臺階式獨立基礎變截面處的概念)柱子也可認為是超大截面梁,所以梁配筋時應取柱邊彎距。削峰是正常的,不削峰才時有問題的。
2.3沉降計算
基坑開挖時,摩擦角范圍內的坑邊的基底土受到約束,不反彈,坑中心的地基土反彈,回彈以彈性為主,回彈部分被人工清除。當基礎較小,坑底受到很大約束,回彈可以忽略,在計算沉降時,應按基底附加應力計算。當基坑很大時,相對受到較小約束,如箱基,計算沉降時應按基底壓力計算,被坑邊土約束的部分可以作為安全儲備,這也是計算沉降大于實際沉降的原因之一。
2.4主梁有次梁處加附加筋
一般應優先加箍筋,附加箍筋可認為是:主梁箍筋在次梁截面范圍無法加箍筋或箍筋短缺,在次梁兩側補上,像板上洞口附加筋。附加筋一般要有,但也不是絕對的。規范中說的比較清楚,位于梁下部或梁截面高度范圍內的集中荷載,應全部由附加橫向鋼筋承擔。也就是說,位于梁上的集中力如梁上柱、梁上后做的梁如水箱下的墊梁不必加附加筋。位于梁下部的集中力應加附加筋。但梁截面高度范圍內的集中荷載可根據具體情況而定。當主次梁截面相差不大,次梁荷載較大時,應加附加筋。當主梁高度很高,次梁截面很小、荷載很小時,如快接近板上附加暗梁,主梁可不加附加筋。還有當主次梁截面均很大,如工藝要求形成的主次深梁,而荷載相對不大,主梁也可不加附加筋。總的原則,當主梁上次梁開裂后,從次梁的受壓區頂至主梁底的截面高度的混凝土加箍筋能承受次梁產生的剪力時,主梁可不加附加筋。梁上集中力,產生的剪力在整個梁范圍內是一樣,所以抗剪滿足,集中力處自然滿足。主次深梁及次梁相對主梁截面、荷載較小時,也可滿足。
2.5設計剛性樓面
為了使程序的計算結果基本上反映結構的真實受力狀況而不至于出現根本性的誤差,設計時應盡可能將樓層設計成剛性樓面。要做到這一點,首先應在建筑設計甚至方案階段就避免采用樓面有變形的平面比如樓層大開洞、外伸翼塊太長、塊體之間成“縮頸”連接、凹槽缺口太深等。其次要從結構布置和配筋構造上給予保證, 對于使用功能確實必需的,或者建筑效果十分優越的建筑設計,如果其平面無法完全符合剛性樓板的假定,那么在結構設計時可以通過增設連系梁板、洞口邊加設暗梁邊梁、提高連系梁板或暗梁邊梁的配筋量、采用斜向配筋或雙層配筋形式等方法,盡量滿足剛性樓板的基本假設,或者彌補由于不是絕對的剛性樓板假定而產生的計算“誤差”。
2.6承重墻結構設計
一般房屋為矩形平面,其橫向剛度遠小于縱向剛度, 因此有足夠數量的橫墻,是提高結構抗震性能的主要途徑。由震害可知,墻體多為剪切破壞,因此,為了提高橫墻的抗震能力,必須提高其抗剪強度。主要措施是提高材料的強度等級,增加橫墻上的軸壓力。為此,應盡量使橫墻成為承重和隔斷合二為一的墻體。當房間較大時,設有沿進深方向的梁支承于縱墻上,使縱墻承重。樓板沿縱向擱置, 故形成橫墻承重,橫墻間距不入,一般可滿足抗震要求,同時縱墻也因軸壓力的存在而提高了抗剪能力。另一方案是縱墻承重與橫墻承重沿豎向交替布置,這種方案實際應用不多。混合承重結構體系由兩種結構材料彈性模量和動力性能相差很大的兩種結構體系組成,因而不是一種良好的抗震結構形式。但因其能滿足建筑使用要求,提供較大的使用空間,且結構經濟、方便施工,應用較多。總之,選擇哪種砌體結構是抗震結構設計中的關鍵環節,應從抗震的概念設計出發,綜合建筑使用功能、技術、經濟和施工等方面進行選擇。
3.結束語
綜上所述,結構設計是建筑工程的重要組成部分,是建筑安全應用的基礎。因此,建筑結構設計人員要從基本的構件算起, ,深刻理解規范和規程的含義,并密切配合其他專業來進行設計。在工作中應事無巨細,善于反思和總結工作中的經驗和教訓，精益求精，只有這樣才能做好建筑結構設計工作。
【參考文獻】
【關鍵詞】高層建筑 結構選型 結構材料
中圖分類號：TU97文獻標識碼： A 文章編號：
在上個世紀七十年代，中國的高層住宅建筑，隨著城市建設的發展已使土地資源的使用日益廣泛，高層建筑的也越來越多的崛起，如何選擇高層建筑結構類型，是人們關心的一個重要問題。不恰當的選型結構帶來的危害也是巨大的，傳統的選型方法在今天已經面臨著巨大的挑戰，已經跟不上現代的選型規律發展，因此，我們需要進一步明確選項的結構特征及其影響因素，全面認識高層建筑結構選型的需要。
高層建筑結構選型的重要性
1.高層建筑密切關系到城市的發展
由于城市化的急劇上升，城市生活、生產、土地是越來越緊張，因此減輕土地供應不足，提高土地利用率，改善城市的社會能力吸收和綜合效益，緩解城市住房短缺的問題成為建設城市發展的一個方向，同時生活條件的改善，使得高層建筑的大小，高度，復雜性和施工速度逐漸加快。
2.高層建筑結構復雜性提高
隨著經濟國際化與城市建設現代化步伐的加快,人類財富與各類社會活動等逐漸向城市的聚集,城市人口素質與生活質量的持續提高,城市社會對高層建筑的形象、功能、技術性能等方面的要求正經歷著深刻的變化。主要表現為:其一,人們對現代高層建筑全壽命使用功能的要求更加全面、綜合與復雜,并要求其具有一定的復合性、動態性及適當的超時代性與開放性;其二,城市面貌、規劃與周圍環境等對高層建筑的美學形象特征要求更高更現代,高層建筑已被賦予了成為業主、城市和時代標志與象征的重要內容,其美學價值與廣告效應也將成為城市的重要文化財富;其三,對技術性能的要求已超越了強度剛度等傳統性能,向更能體現高層建筑結構系統存在的本質目的及其受荷特性的更全面、更客觀、更人性化的整體組合性能要求轉化,即向包括結構整體強度、剛度、動力特性、防災減災、能量耗散、可持續發展、經濟與環境等性能在內的需求轉化等。克服脫離工程實際需求,或單純片面地以結構布置、分析計算、構件設計與構造措施來代替結構選型設計對整體性能的規劃、評價與調控,或以主觀經驗來解決對結構系統型式的科學規劃問題,或不顧整體性能,片面追求短期經濟利益而忽視長期社會效益和環境效益等方面的傳統結構設計習慣、思想和方法,適應前述新的需求,構建新的結構選型方法已日漸必要。
二、高層建筑結構選型的主要內容與要求
1.根據建筑物所處的場地來確定建筑物的抗震要求，明確建筑物的抗震設防分類，場地的抗震設防烈度以及場地土類別，當然，場地選擇要遠離土質液化以及會產生地基土不均勻沉降等災害的地段。
2.由建筑高度和體型來合理選擇結構體型，盡可能在建筑方案設計中提前介入，使建筑物的平面與立面形式簡單、規則，盡量避免偏心問題的產生，尤其注意抗側力構件剛度與質量分布在同層平面內應盡可能的對稱，相鄰層剛度與質量變化盡量緩和。
3.采用的結構體型要求盡可能的經濟合理。
4.在實際設計過程中要考慮施工過程的簡便可行。
三、選型影響因素
高層建筑選型是工程項目的重要環節，由于其規模龐大，投資額大，功能要求多，所以其選型受多種因素的影響。
1.所處環境影響選型結構
進行高層建筑物選型，首先調查其所在環境的因素，高層建筑所在位置的環境資料是進行結構選型的基本資料，并且所處的環境決定了建筑的基礎結構、豎向承重結構和水平承重結構。高層建筑結構選型中，要考慮融合周邊環境與建筑外形空間藝術的和諧，來設計高層建筑結構體系外部的部分。掌握高層建筑所處區域的情況，再融合專家的設計知識、經驗以及工程實例發揮合理的想象，進行高層建筑選型設計。
2.建筑功能要求會影響高層建筑的選型
高層建筑更能充分體現建筑的功能實現，因此建筑功能要求是高層建筑選型設計的首要考慮因素。任何建筑都要與客觀空間和地質環境相匹配，高層建筑更是要符合土地資源高效開發利用的要求。根據《高層建筑混凝土結構技術規程》規定的各類結構體系的最大適合高度，以及對使用功能的要求，可以大體確定高層建筑的規模、高度和功能空間的分配。在高層建筑結構選型時要考慮提高建筑空間的利用效率，并且節省維護結構的費用，降低建筑物的總成本，這就要求所選擇的結構式剖面要與建筑物使用的空間相適應。
3.結構材料對結構選型的影響
結構材料在近年來的建筑中應用越來越多，結構材料的應用加速了建筑結構形式的變革，同時也給高層建筑結構選型帶來了顯著的影響。高層建筑的發展源于19世紀后期鋼鐵結構作為承重結構材料。20世紀中期以來，新型的結構材料不斷涌現，輕質高強的結構材料在高層建筑中被廣泛應用，這些結構材料的出現為高層建筑的發展提供了有利條件。在高層建筑結構選型時，可以密切結合結構材料的選用，結構選型設計應充分發揮材料性能的結構形式，創新高層建筑結構形式。
4.工程施工技術對選型的影響
隨著科技的發展，新的施工機械和施工技術在建筑工程中也廣泛應用，這使得高層建筑以及大跨度建筑的各種結構形式都能夠實現。傳統的深基坑支護、樁基施工、大體積混凝土澆筑、深層降水等施工技術都進行了逐步改善，組合模板、大模板、爬升模板和滑升模板工
藝逐漸趨于成熟，這些技術的進步保證了先進的建筑結構形式的實現。
5.建筑結構設計理論發展的影響
隨著創新理論的延伸，建筑結構設計理論也取得了顯著的進步，為高層建筑的復雜結構設計和問題優化提供了理論基礎。在新的結構理論研究中，重點研究了抗震設計對高層建筑結構外形的影響。由于高層建筑受所在區域地質條件和地震運動隨機性的影響，會產生不同程度的損壞，會給結構選型帶來困難。針對上述問題結合我國對地震規律的認識程度和經濟條件，結構選型設計提出了三個水準(小震不壞，中震可修，大震不倒)和兩個階段(承載力計算和構造措設計階段、彈塑性變形驗算階段)作為建筑抗震設計的總思路。
四、結語
近年來，隨著高層建筑的不斷涌現，高層建筑結構選型已成為國內外相當一部分專家和學者研究的重要內容，在理論研究和方法應用上尚未充分。綜上所述，結構選型受多種因素的影響，是一個復雜的綜合的決策過程，包含了多項不確定性。這就要求高層建筑結構選型要重視結構形式的創新與智能化，最終構建集成的智能形式高層建筑設計。廣泛結合基礎學科以及今年信息技術，高層建筑結構選型可以綜合利用模糊推理、概率推理和證據推理，即基于信息融合技術的多源信息融合推理方法；基于事例推理(CBR)和人工神經元網絡(ANN)有機結合的方法;綜合考慮結構、建筑、美學和經濟學等諸多依據的結構選型智能決策系統等方法。一個由方法集成、系統集成、知識集成構建的具有能動創新的智能分析、設計和決策綜合系統，是未來高層建筑結構選型設計發展的趨勢，保證高層建筑工廠發展的科學性和持續性。
【參考文獻】
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鋼結構課程具有內容豐富、涉及面廣、構造形式復雜、與工程實際聯系密切、工程應用性強等特點。學生要學好這門課，必須具有扎實的材料力學、結構力學、結構穩定理論等專業基礎知識;同時還要了解鋼結構的有關規范。在大多數院校鋼結構課程只有50～60課時，有些院校的課時更少，筆者所在學校的鋼結構課程只有40學時，部分院校甚至將鋼結構課程設置成專業選修課，而混凝土結構課程一般都有80學時以上，而且基本上都是專業必修課程，這從一個側面反映了目前中國高等院校在土木工程專業教學中仍是“重混凝土，輕鋼結構”。這種課程設置，促使學生把大量的精力用在學習混凝土結構上，對鋼結構課程投入的學習時間和精力就較少。筆者在多年的教學實踐中感到，鋼結構課程是學生反映較難掌握的一門課程。該門課程的公式、圖表、規范條文較多，具有很強的綜合性、技術性和應用性。既有理論推導，又有實驗研究，同時又與相關規范和工程實際聯系密切。要學好鋼結構課程要求學生要有良好的力學基礎，并掌握一定結構穩定的理論知識。目前學生接觸的大多數建筑物都是鋼筋混凝土結構，所以他們對混凝土結構有比較直觀的感性認識，而對鋼結構建筑比較陌生［2］。雖然在鋼結構課程教學中安排有參觀實習，但一般參觀實習的課時非常有限，這就使學生對鋼結構建筑的認識非常膚淺。因此，學生對鋼結構知識的學習興趣和接受程度都不如混凝土結構知識。如果學生在專業基礎課的學習中沒有打好一定的力學基礎，對結構穩定理論的基本問題沒有理解透徹，學生在學習鋼結構課時就會感覺非常吃力，所以很多學生認為學習鋼結構這門課非常難;教師也覺得這門課不好教，因為這門課的內容以及公式計算圖表都較多，課時又少，要很好地完成教學任務，難度確實不小。鋼結構課程教學現狀已經無法適應鋼結構行業的發展，相關專業大學畢業生的鋼結構知識和技能也無法滿足社會對鋼結構人才的需求，所以，對鋼結構課程進行教學改革勢在必行。
二、教學內容的改革
由于鋼結構課程課時較少，教學內容較多，涉及面廣，因此，教學中要精簡內容，突出重、難點知識，并結合工程實例進行講解，增加學生的學習興趣，培養學生的工程意識;同時，適當補充教材中沒有的“新”知識和學科前沿動態信息，以拓展學生視野。總而言之，教學內容要遵循“少”、“寬”、“新”的原則。
1．“少”的原則
“少”就是要求精簡、優化課程教學內容，突出重點知識，講透難點知識，避免教學資源的浪費。如介紹鋼結構的材料性能、鋼結構的設計方法時，因為土木工程材料和鋼筋混凝土課程中已涉及鋼材的基本力學性能和各種因素對鋼材主要性能影響的問題，所以這部分內容可不講或少講。對鋼材的疲勞破壞性能、抗沖擊性能則可適當結合相關實驗詳細講授，特別是對復雜應力狀態下鋼材的屈服條件，正確選用鋼材，防止鋼結構產生脆性破壞的設計要求等內容應重點講解［3］。對鋼結構設計方法中有關結構的可靠性與可靠度的概念、結構設計的目的、荷載的分類及兩種極限狀態等內容，可以簡單回顧的方式講授，因為這些內容在混凝土結構課程中已有涉及。
2．“寬”的原則
精減鋼結構課程內容，并不是一味地減少教學內容，有些內容要減，有些內容則要“加”。“加”的內容主要是為拓寬教學內容的適應面。因為鋼結構課程教學的一項基本任務是培養學生的工程綜合能力，所以這就要求教師在安排教學內容時應注意拓寬知識面，適當補充教材上沒有的教學內容，增強學生畢業后從事相關實際工作的適應性。比如鋼結構與混凝土組成的混合結構、輕鋼結構等內容教材涉及較少，而其工程實用性又較強，所以應適當補充工程結構方面的教學內容。
3．“新”的原則
“新”是指教學內容要體現本學科科學研究和工藝、技術改進的新信息和最新成果，充分反映學科前沿的動態，注重對學生創新意識和創新能力的培養。在鋼結構課程講授過程中，可簡單介紹一些現代設計新方法和新技術。如:鋼壓彎構件截面優化設計方法，門式剛架輕型房屋鋼結構的設計方法等。
三、教學方法的改革
1．啟發式和討論式教學法
為了避免“灌輸式”的教學，教師應根據教學內容精心設計問題，引導學生帶著問題去聽課，這樣的教學效果會大大好于滿堂“灌輸式”的教學。教師提出問題后，先讓學生自己思考、分析并提出解決問題的辦法。對學生不能分析、解決的問題，可組織學生討論，教師再進行必要的啟發和指導。比如在講梁的整體穩定臨界應力的影響因素時，教師可先提出問題，引導學生從梁整體穩定臨界應力的公式出發，利用已掌握的結構穩定的知識進行分析。在學生分析問題的過程中教師可進一步啟發學生:荷載作用位置也是影響梁整體穩定臨界應力的因素。通過啟發，引導學生自己思考，最終得出相關的結論。學生是教學的主體，只有調動了學生的積極性、創造性，才能真正達到教學目的。
2．對比式教學法
一般而言，混凝土課程是先修的專業課，教師在教授鋼結構課程時，可以對比這兩種結構的優缺點，比較兩種結構所用材料的區別，加強學科或知識點之間的聯系，并突出鋼結構知識的重點。比如教師在講鋼梁設計時可對鋼簡支梁和鋼筋混凝土簡支梁作一對比，鋼筋混凝土的簡支梁和鋼簡支梁，由于是兩種不同材料制成的梁，所以這兩種梁的破壞特點是不同的，梁和柱連接的做法也不同。對鋼筋混凝土梁來說，混凝土是抗壓強度較高而抗拉強度非常低的材料，混凝土的簡支梁在彎矩和剪力的作用下，構件在剪跨段將會出現過大的斜裂縫，出現斜截面破壞。為防止構件發生這種破壞，一般應在梁中配置腹筋(箍筋、彎起鋼筋)。但是對鋼梁來說，由于鋼材是抗拉強度和抗壓強度都較高的材料，梁腹板通常具有足夠的強度，但在腹板過薄的情況下可能出現梁腹板沿斜向被壓屈。為防止這種梁腹板被壓曲而導致的梁腹板局部失穩，一般要按照一定的構造要求，設置橫向加勁肋，防止梁腹板的局部失穩［3］。在學習鋼結構的軸心受力構件這部分內容時，可以比較混凝土結構的軸心受壓柱與軸心受壓的鋼柱滿足承載能力極限狀態的條件的不同。混凝土結構的軸壓柱一般是因為材料的強度達到極限強度而破壞的，強度條件決定柱的承載力;而鋼結構中只有極短的柱或被孔洞削弱過多的柱因強度喪失承載力，一般來說，鋼柱的承載力往往是由穩定條件決定的。通過這種對比式的教學，能進一步加深學生對鋼結構知識的認識。同時在對比中，引導學生自己提出問題，認真思考，找出出現問題的原因。
3．工程案例分析教學法
將典型工程實例作為教學案例，啟發學生思考，活躍課堂氣氛，加強師生間的交流互動，培養學生綜合分析問題和解決問題的能力。利用工程案例教學，能更好地將理論知識與工程設計規范相結合，避免傳統教學中講計算多、分析少、說理性差、脫離實際工程的傾向。特別是對工程破壞事故的分析，可培養學生的工程意識、工程思維和運用工程方法的習慣。比如在講各種因素對鋼材性能的影響時，可結合某工程事故進行分析。如1954年11月，英國制造的32000t油船———世界協和號，在海浪達4．5～6m高的大海中航行時船底斷裂。讓學生先自行分析發生這一事故的原因，再說明導致事故發生的原因:船的大部分板件未滿足沖擊韌性要求。再如講結構穩定問題和屋架設計時，均可引入河北某廠鍛造車間23榀輕鋼大跨度屋架垮塌事故進行分析。此事故主要原因是屋架選型不對，屋架上弦斜梁未滿足整體穩定的要求。在講焊縫質量對結構的影響時，可列舉2010年鄂爾多斯那達幕會場坍塌事故進行分析。結合工程事故分析，一方面能加深學生對所講問題的理解和記憶，另一方面能激發學生的學習興趣，使教學內容更加豐富和生動，避免了教師純理論的說教。同時學生也可以從典型的工程事故中，逐漸增強工程意識以及安全和責任意識，培養學生良好的職業道德和職業修養。
4．現場教學法
鋼結構課程是一門工程實踐性很強的課程，由于學生接觸鋼結構建筑物的機會較少，對鋼結構制作和構件連接的了解十分有限。如果學生沒有很好的空間想象能力，很難把圖紙所表達的意思和實際的鋼結構建筑物對應起來，很難理解設計圖紙上所表示的鋼結構的具體連接、制作方法等問題。因此，在鋼結構教學中要增加現場教學的課時，使學生有更多的機會了解鋼結構建筑物，增加學生的感性認識，提高教學效果。所謂現場教學就是將課堂搬到工地、工廠，是教學內容最貼近工程實際的教學活動［4］。如梁、柱節點構造、鋼結構制造加工工藝、屋蓋結構等內容，教師在課堂上講這些內容時非常費力，因為僅通過語言描述和圖紙講解，學生并不能完全了解其具體做法，教學效果不理想。要使這些抽象的知識變得直觀化，就必須通過現場教學，將平面的印象空間化，才能達到事半功倍的效果。
5．抓重點，圍繞課程內容“主線”進行講解
由于鋼結構課程內容多，涉及面廣，在教學中更應該抓住課程重點，突出核心內容。鋼結構課程的學習是在分析鋼結構材料性能的基礎上，通過了解和掌握鋼結構連接的計算和構造要求，學習構件的設計方法，最后再學習鋼結構的整體設計。教學中，教師要給學生首先介紹這一學習“主線”，讓學生了解學習的層次和各部分知識的先后關聯，這是學好鋼結構課程的關鍵。穩定問題是鋼結構構件設計中的重點，所以在講解構件設計相關內容時要圍繞穩定的概念，對穩定的影響因素及穩定的計算和保證穩定的構造措施等作重點講解。在構件設計中要把握“強度—剛度—整體穩定—局部穩定”這條主線［5］。鋼結構的連接問題也是鋼結構課程教學的重點內容，在講解這部分內容時，要重點講解連接的計算及連接的構造要求等［6］。在教學中給學生講清楚連接計算的思路，比如在講解焊縫連接計算時，要讓學生搞清楚連接計算的思路，先找出焊縫截面作為研究對象，將各個力平移到焊縫截面的形心位置，再進行受力分析，分析各個力單獨作用下焊縫截面的應力，再通過應力的分析找出危險截面，再對危險截面進行強度校核。這樣學生在進行連接計算分析時，就能非常容易地掌握有關焊縫連接計算的問題［6］。教師只有在課堂上真正抓住重點內容，圍繞課程內容主線講解，才能在課堂教學中有的放矢，達到理想的教學效果。
6．采用多維立體化的教學手段
針對鋼結構課程教學中普遍存在的內容復雜、信息量少、平面講解不易被學生真正理解的現象，教學中可以利用多媒體課件進行教學。為了進一步提高教學效果，教師需要制作高水平的多媒體課件，構建實物、模型、錄像、多媒體課件等多位一體的教學平臺。通過多媒體教學中的動畫、視頻，幫助學生更好地了解和掌握相關知識和內容。同時也可以激發學生的學習興趣。比如在介紹抗剪普通螺栓連接的幾種破壞形式時，教師可以通過動畫演示，使學生了解各種破壞發生的條件、破壞的類型。在講解軸心壓柱的整體穩定和梁的整體穩定時，通過動畫演示，讓學生更加直觀地掌握軸心受壓柱的幾種屈曲形態和梁的側向彎扭失穩的形態。動畫的演示會取得一般傳統教學達不到的教學效果。同時，教師在備課時還可以收集有關建筑鋼結構知識的錄像資料，以及國內外有關鋼結構設計方面的圖像資料，作為備課的教學素材，將科技含量高的建筑鋼結構最新工程技術成果及有價值的教學材料及時引入課堂，拓展學生的知識面，增加課堂理論教學材料的綜合性和豐富性，滿足學生對建筑科學技術發展及應用的愛好和興趣。
四、結語
“水立方”概述
1、國家游泳中心背景介紹
為了舉辦2008年北京奧運會，北京市政府在城市北側征地約1135ha，作為舉辦奧運會的核心區域，并將其命名為“奧林匹克”公園。其中森林公園680ha，中心區(四環路以北)291ha，其余為現狀國家奧林匹克體育中心用地及其它用地。
奧林匹克中心區包括體育設施、文化設施、會議設施、商業服務設施和奧運村等。國家游泳中心位于奧林匹克公園中心區的南部，規劃用地約6.95ha，主體建筑緊鄰城市中軸線，并與國家體育場相對于中軸線均衡布置。
國家游泳中心的總建筑面積賽時將近80000m2。奧運會時用于游泳、跳水、花樣游泳和水球決賽，賽后將成為多功能的大型水上運動中心，既可舉辦大型的國際國內水上比賽，又能為公眾提供水上娛樂、運動、休閑和健身服務等，國家游泳中心內具有永久座椅4000個，奧運期間座椅總數為13000個。中心內包括游泳池、跳水池、熱身池、嬉水樂園、餐飲、電影院，娛樂、私人俱樂部等。
2、設計團隊介紹
中建國家游泳中心設計聯合體共由4家單位組成。中國建筑工程總公司為牽頭單位，負責整個設計工作的協調以及與外界的溝通和聯絡。同時，中國建筑工程總公司對整個項目的設計工作承擔主要的責任和風險。本項目的中方設計人為中建國家深圳設計顧問有限公司。此公司是一家國內新興的設計單位，其先進的管理理念和優秀的設計人員使得這家公司在這幾年發展非常迅速。
本項目的外方設計人為澳大利亞PTW公司和ARUP公司。其中PTW公司具有豐富的奧運會設計經驗，曾經參與過悉尼奧運會游泳館、雅典奧運會游泳館和其它奧運工程的設計工作。公司中具有多名奧運會運營和規劃專家。ARUP公司為世界知名的工程設計公司，它的業績遍及全世界做過很多民用工程和體育設施。在中國內地也非常活躍，參與了包括中央電視臺新址、國貿三期和國家體育場的設計工作。
3、項目特點
本項目的設計將建筑理念和結構形式完美地結合在了一起，達到了精神與物質的統一。同時，在保證擁有世界級的功能設計的同時，又將中國的傳統文化和建筑藝術作為設計指導思想。它的立面和屋頂結構設計獨特，看似復雜，但是原理卻非常簡單，施工有很強的可實施性。設計將奧運會的使用和賽后利用緊密結合在一起，在保證比賽的同時，盡力實現贏利化的運營，減少運營中的投入。
在設計中我們盡量將高新技術融入到場館當中，保證運動員能夠最大限度發揮水平，爭取創造更好的成績。同時，緊密與環境保護和節能設計相結合，積極響應“綠色奧運”的理念。所有的設計都保證了國家游泳中心成為世界上最好的水上運動設施。
建筑設計
“簡潔純凈的體形謙虛地與宏偉的主場對話，不同氣質的對比使各自的靈性得到的共生，令人感到相得益彰。作為一個摹寫水的建筑，紛繁自由的結構形式，源自對規則體系巧妙而簡單的變異，卻演繹出人與水之間的萬般快樂。椰樹、沙灘、人造海浪……將奧林匹克的競技場升華為世人心目中永遠的水上樂園。”
我們這樣表述著“水立方”，是希望透過不多的文字告訴人們，這一設計的三個重要命題：奧運公園的群體關系、結構與外觀如何產生以及功能和運營的安排帶給建筑的不同意義。
1、關于“水”與“方”
赫爾佐格的主體育場，如同評委所謂“推動性的、革命性的發展”的評語一樣，我們看到的是對體育建筑語言模式的重構，雄偉、新奇、單純、完整、明確、強烈是我們對它的解讀。游泳中心與之同處于一組群體關系中，構建一種饒有趣味的和諧并非易事。面對空間上一個無可爭辯的控制者，任何分庭抗禮的努力都會成為無聊的舉動，各自為政、孤芳自賞也會因缺少相互間內在的張力，而使環境變得無趣。要做的就是在主場已經確定的條件下，找到一種共生的關系。所謂劍走偏鋒，我們在與主場完全不同的審美取向上做了一種極端的努力，產生一個純凈得無以復加的正方形，用一種近乎毫無表情的平靜表達對主場的禮讓與尊重。同時，尊重并不意味著臣服，一個高級的共生關系應該可以彰顯各自不同的特征。沒有人希望看到一副木訥的嘴臉，而是期待平靜后面的驚異與靈動。尤如文靜嫻淑的東方女性，時而也會呈現出睿智、活潑和熱情。游泳館是關于水的建筑，無論出于與主場氣質上的對比的目的，還是對建筑的功能演繹，我們都希望摹寫出關于人與水之間的種種快樂：流動、多變、不確定、寧靜、奔涌、潮起潮落……凡此種種。
最終，我們選擇了一種自由的結構和氣泡的外墻，希望任何一個普通人，穿透平靜的第一印象，看到漫天的水泡，伴隨著驚喜得到一種仿佛置身在水中的快意。這樣平靜的外表與內在的浪漫，如同在形體上與主場的對應一樣，體現的是事物中矛盾雙方的平衡，也即陰陽相濟的關系。
方形是中國古代城市建筑最基本的形態，在方的形制之中體現了中國文化中以綱常倫理為代表的社會生活規則。生存空間和生活資源相對匱乏的中國社會，需要嚴格的社會規則下的生存。對規則的尊重是提升人的社會層次的唯一途徑。這不免有些負面的成分，但規則并不限制智慧的光芒。中國歷史上經典的文化成果及千古傳頌的人物，無不是這種規則與靈性的復合體，一個尊重現實規則而又靈光四射的事物，必然是易于被人接受的。
我們選擇一個方形，同樣認為“方”是對既有事物最好的尊重，而且可以與其內在的浪漫產生更強烈的對比，從而激發出更多的趣味。“方”的選擇是一種極湍的努力，單獨接觸它并不見得很快被人接受，但面對眾多競賽方案的權衡比較，面對與主場間難以協調的關系，一種極端的努力往往會成為最容易接受的事實。這讓我們想起貝氏的盧浮宮金字塔，同樣面臨需要協調的環境，外觀上的極端無為，反而成為其存在的依據。這是一種東方式的思維，一種尋找事物間均衡關系的努力。面對主場我們希望得到的均衡就是“我的平靜是因為你的熱烈與新奇，我的靈動是因為你的壯美與坦然”。
2、結構與表皮
內在的浪漫是靠自由的結構形式和ETFE氣泡的外表營造的。這是一種消解了建筑固有的幾何關系的自然觀感，但它仍然是有嚴格邏輯的。Arup的工程師精彩地實現了規則與自由問的對應關系，非常契合整個建筑的思維方式。
規則是建筑被人接受而且易于建造的保證，自由是我們盼望的結果。把一個基本單元體作為一個幾何單元，在空間中相互拼合，以每個邊線作為鋼桿件，形成空間鋼框架體系，這就是結構體系的基本規則。設想如果這種體系沒有邊界，它將是一種統一單元無限重復的空間格構框架。我們將這種格構框架在空間上設定一個角度，然后用建筑所要求的各個界面去切割，由于角度的作用，每一個作為結構幾何單元的十二面體與界面相切的位置不同，會呈現不同形狀的切面。所以我們在外立面上便得到了一種自然狀態的若干多邊形組成的圖案。每一個多邊形上覆蓋一個ETFE氣泡，這就是“水泡”的外觀。可以看到這一結構體系一直是在理性與規則中操作，僅在形成結果的最后一個環節，使之呈現了一個自然狀態。值得說明的是，前面提到的切割面與格構框架間的角度，這一角度與幾何單元間存在一定的關系，可以使得外觀的自由圖案以一定范圍做“四方連續”的重復，這可以更好地為實施帶來方便，但這種重復被控制在不易察覺的程度上。我們認為這一結構解決方案，使代表著建筑內在邏輯體系的“構”沒有被“解”掉，而是在一個紛繁自由的外觀下得到了強化和尊重，這種努力使“水立方”真正成為建筑而不是雕塑。因為雕塑是依靠藝術家的智慧之手確定每一細節，別人是難以參與的，而這一設計設定的是一個程序，任何人遵循這一程序輸入相同的原始條件都會得到同樣的結果，這無疑使之具備相當好的工程意義。
ETFE是近年國際上漸漸流行的材料，格雷姆肖、赫爾佐格等大師都有用它建成的作品。它的外觀特性用在這一設計中非常恰當。這是一種叫做“聚四氟乙烯”的超穩定有機物薄膜，中間充氣形成氣枕，邊界固定在鋁合金邊框上形成一個個扇頁，再將邊框固定在結構構件上。其節點與施II藝與一般的玻璃天窗大同小異。這種材料與家用不粘鍋內的“特富龍”屬同族物質，表面附著力極小，對灰塵、污水的自潔性能大大優于玻璃，在北京的特殊氣候下，無疑是現有材料中最好的透明半透明的材料。
結構形式和材料將在后面的章節中做詳細介紹。
3、功能和運營
現代奧運會已超越純競技體育的意義而成為世界性的大聚會，是社會、文化、科技的綜合展示場。對中國對北京更有深刻的精神意義。基于這種考慮，在滿足比賽需要以后，我們不但安排了大量賽后運營的活動內容，還賦予它更多的場所意義。賽后運營的主體是人造沖浪海灘，圍繞它還有種類繁多的水上娛樂、健身、培訓等設施，建成后是北京最大型、最全面的市民水上游樂中心。賽場北側的臨時座椅拆除后，形成獨立的高級水上健身會所，南側的臨時座椅拆除后，形成連接東側主場軸線與西側商業區的室內步行街。步行街一邊有若干餐飲、酒吧、商場、電影院等設施；一邊是椰林掩映下的沖浪沙灘。它將是奧運公園一帶頗具特色的城市空間。
4、景觀設計和文物保護
景觀設計中的圓形水池寓意方塊落在水面濺出的水花，水滴四濺，滴水蕩出漣漪，形成NSC的自然景觀。這些“水滴”形成場地上與水相關的景觀小品，如水池(有選擇地種以植物)、雕塑、噴泉等。正如中國古城池被河水環繞一樣，四周以線性水池與陸地分開，僅以橋在建筑入口處相連。
國家游泳中心為北頂寺提供了一個多變的背景，我們的設計將兩者緊密聯系，而不是互相對立。在國家游泳中心南側的開放空間之中，通過精心設計的景觀將北頂娘娘廟和國家游泳中心集合起來，自然而然地完成了天然景觀與建筑藝術的轉換，也標示著這個城市從歷史走向現代的過程。我們正在興建一座奧林匹克綠色城市，國家游泳中心就在它的最前面。
國家游泳中心延續了奧林匹克公園的總體規劃思想，引導了一個方型建筑的序列，使得它北側的建筑能夠根據它所定義的形狀向下延伸。
結構設計
國家游泳中心的結構體系基于三維空間的最有效分割模型。此結構模型自然界中普遍存在，例如細胞組織單元的基本排列形式、水晶的礦物結構，以及肥皂沫的天然構造。
結構設計的靈感來源于Kelvin的“泡沫”理論，將水泡的結構放大到建筑結構的尺度。這樣的結構形式至今還僅存于自然界，尚未被用于建筑結構模型。這種獨特設計帶來的特殊視覺效果和空間感受給人一種神秘的美感。
1、空間結構的由來
19世紀末期，Load Kelvin提出了如下問題：“如果我們將三維空間細分為若干個小部分，每個部分體積相等但要保證接觸表面積最小，這些細小的部分應該是什么形狀7”
在過去的100年中，許多人都對這個數學難題提出了不同的解決方案，但是都不是非常完美。到了1993年，兩個愛爾蘭教授Weaire和Phelan提出了新的解決方案，即由兩個不同的單元體構成，其中一個為14面體(2個面為六邊形，12個面為五邊形)，另一個為12面體(所有面均為五邊形)
Weaire－Phelan模型一直延用至今，它是三維空間最理想的組成結構。我們就用它作為國際游泳中心的結構設計基本模型。
2、空間結構的形成
盡管它呈現出復雜性及有機的形式，但實際上它具有很高的重復性。此結構中只存在3種不同的面，4個不同的邊，3種不同的角點或節點。所以國家游泳中心可用高度重復性的空間鋼結構桁架來進行安裝。這個結構是基于世界上對數學結論最有挑戰性的答案，同時也是自然界里最普遍存在的形式，也就是人文、技術及綠色結合的答案。
以下是對國家游泳中心空間結構形成過程的描述，為簡單起見，形成過程用二維平面來代表三維空間。
第一步是構造一個空間鋼桁架的單個單元。
這個單個單元可在兩個方向上重復以形成大面積的空間鋼桁架結構。
為了創造一個大小不一的圖案，可把已形成的結構旋轉一下。在這個示范中，我們旋轉了45度角。在三維空間中，這個形成的立方體是在兩個軸線上旋轉的。也就是，橫向旋轉一次，縱向旋轉一次。
旋轉完畢后，用“磨具切割機”按照最終的屋頂輪廓把形狀切出來。
最后一步是把切出來的空間鋼結構桁架清理一下。把屋頂及墻體周邊不需要的桿件清理掉。最后就形成了一個不僅具有高重復性而且具有高效率的空間鋼結構桁架。
3、空間結構的幾何分析
前面已經提到，這種結構看似復雜，但是具有非常高的重復性。我們對這個空間結構桁架不同桿件的長度作了個歸類。這個歸類包括了30度轉角及45度轉角的這兩種幾何形式。以便讀者有更直觀的認識。
(1)30度角幾何形式
①表面層：表面層是指屋頂的上層及下層，墻體的內層及外層。該表面層形成了空間鋼結構桁架體系的主要受力桿件。圖7是30度轉角的屋頂平面幾何示意。可以看出一個與水平方向成30度角的重復性圖案。為了得出重復性的高低情況，我們對實際桿件的長度作了個分析。表面層桿件長度變化較大。
②內部結構對內部結構的桿件情況，我們也做了相
同的研究，可以看出與外表層類似的圖案，但沿30度角的圖案比外表層的更清晰。重復的單元體也清晰可見。
總結桿件長度的分析可以看出，內部桿件的長度有很高的重復率，在占有總桿件71％的內部桿件中，只有4種不同的桿件長度。這些桿件代表了空間鋼結構桁架體系的內部桿件并形成一部分基本單元的重復性。
剩余的29％的桿件，具有74種不同的桿件長度。這些桿件將外表面層及內部典型單元體連接起來。
總結起來，內部桿件重復性高。空間鋼結構桁架桿件及其連接可用重復性的模式來加工制作。然后可以非常有限的節點形式采用焊接或螺栓連接。
(2)45度角幾何形式
①面層結構：結構的重復性在沿45度角的方向是清晰可見的。可以看出97％的桿件只有9種不同的長度，剩余的3％的桿件擁有9種不同的長度。比30度的情況具有更大的重復性。這種增加的重復性減少了建筑外觀的隨機性。
②內部結構：30度角所生成的空間框架的內部結構具有很高的重復性，70％的桿件只有4種不同的長度。45度結構的重復性更高，90％的桿件具有4種不同的長度。
總的來說，由于結構是由簡單的單元體組合而成，所以它具有很高的重復性。對于結構的施工還是相當可行的，只要將一些具有相似長度的桿件焊接或用螺栓連接在變化不多的節點上即可。
4、空間結構的受力分析
我們采用了Strand7有限元分析軟件對結構進行了分析并用其它幾個軟件對計算結果進行校核，并對桿件的尺寸進行了優化。此過程可以確定空間框架中桿件的優化截面面積，以保證達到結構的最小重量。
我們根據設計規范對全部屋面和部分屋面桿件的應力進行了分析。設計荷載考慮了靜載、風載和雪載的組合方式。我們發現所有應力均在允許范圍之內。上頂面的最大應力為大約270n／mm2。
5、空間結構的撓度分析
我們對在靜載、活荷載、風載和雪載的情況下的結構撓度進行了分析。最大靜荷載撓度為245mm。按照最大跨度115m考慮，最大撓度比為1／470，在允許的范圍之內。最大的活荷載撓度為105mm，撓度比為1／1000。靜載加活載的撓度比1／319。
最大的雪載撓度為150mm，撓度比為1／766。靜載加雪載的撓度為395mm，撓度比為大約1／300這也在允許范圍以內。最大側向風載撓度為115mm，撓度和高度的比值為1／300，非常安全。
總的來說，由單元體組成的空間框架結構具有足夠的剛度，其撓度值在允許范圍以內。
靜載撓度最大的垂直撓度=245mm。
“水立方”的外貿材料
ETFE在膜結構領域已有十幾年的應用歷史。由于這種膜材具有卓越的性能，使得它幾乎能適應一切從開放式、半開放式直到完全封閉式的、需要“透明”的場合。本項目將此種材料用于外墻材料，是一種大膽、新奇的設計。這種設計不僅大大降低了屋頂和外墻的重量，而且充分體現了綠色和科技的主體。ETFE為現代建筑提供了一個創新的解決方案，它的成本合理、質量輕、熱學性能兩高、具有很強的透光性、能夠廣泛地應用于傳統材料，如玻璃制品所不能應用的地方。
1、ETFE材料介紹
四氟乙烯(ETFE)是建筑產業中一種相對較新的材料。ETFE的英文名稱為Ethylene Tetra Fluoro Ethylene，是一種乙烯和四氟乙烯的共聚物。它是經過改進了的一種粉式聚合樹脂，跟PTFE(也叫做特富龍)屬于同一家族。用于建筑中的ETFE通常是通過擠壓形成很薄的薄片生產出來，這種薄片較多用于建筑的雙、多層充氣膜結構中。單片膜的跨度與其載荷有關，一般為2m～5m。最大的ETFE膜結構可伸展達50m。ETFE薄膜能夠制成任何尺寸和形狀，滿足大跨度的要求，節省了中間支撐結構。這就使得設計者能夠把覆層跟結構相結合，創造出極為輕質、簡潔和高雅的結構。
2、ETFE材料的性能
與塑料的不同的是：塑料是聚氯乙烯，強度和耐久性都很差。ETFE是氟的聚合物，它是非常穩定的物質。例如氟的另外一種聚合物特富龍，用于不粘鍋內的材料，可抗高熱、酸堿等腐蝕。這種材料壽命超過20年。由于組成這種膜材的分子是自然界中最穩定的有機物之一，故由ETFE為膜材的膜結構一般受環境影響極小。
對于此種材料廠家的保質期為10年，廠家提出的壽命是30年。但這并不意味著30年后必須要進行更換，可能在30年后會有局部的更新。
ETFE膜材料的透光率約為90％。ETFE膜的可選色為白色，此種情況的透光率為70％。對于雙層(層間為空氣)ETFE結構，K值約為3.5，對于同樣的三層結構，K值約為1.8。
3、ETFE材料的防火性能
ETFE是一種阻燃性且自熄性材料。熔點在275℃左右。當材料接近它的熔化溫度時(大約275℃)，它就會軟化。葉片內部氣壓作用使得ETFE超過它的延展界限，這樣在表面形成孔洞。這就有效地讓熱空氣或底下的火排出去。因為ETFE材料很薄很輕，所以分離的碎片往往是被熱空氣向上帶走而非掉到地面上。當有明火時，ETFE將會燃燒，但很快就會熄滅。ETFE的這種自我通風的特性有效防止了過熱的空氣在體系下面聚集，因此防止了過熱的空氣導致的可燃材料的自燃。
此外，由于這種材料的平均厚度僅為0.2mm，單位重量極輕，故如果發生火災，其造成的損害也是極小的。ETFE在離開火源后會自動熄滅。一個2000m2ETFE膜結構建筑，其所用的ETFE膜材總體積大約只有0.8m3。考慮到材料的特性，煙花雖有造成微小損傷的可能性，但對整個建筑不造成任何威脅。
4、ETFE的設計原理
ETFE薄膜氣枕的設計原理并不很新。首先應用于覆蓋結構的一個實例是在1970年東京世界博覽會上。從那時起由聚酯制成的薄膜開始應用的到空間框架上。
在實際應用中要采用兩層或者更多層的薄膜，在邊緣夾在一起形成可以充氣的枕頭形狀。薄膜邊緣夾具的形式經常會有變化，但是通常是由安裝在下部鋼或木結構或者是懸索結構上的特制的鋁質邊界型材構成。
體系內的氣壓使得上下兩層薄膜形成了曲線。一般來說，根據體系形狀和大小，內部空氣的壓力在200～750Pa之間進行調整。體系外面的荷載通過內部的空氣壓力傳到整個體系。若內部壓力降低或實際荷載超過了充氣壓力，那么荷載將由懸鏈線直接承受。
5、ETFE的充氣系統
與ETFE葉片相配套的充氣系統將保持葉片內部壓力的恒定。充氣系統包括烘干機、鼓風設備(泵)、溫度和濕度自控裝置(它里面的過濾器可以防止濕氣和灰塵進入葉片內)、壓力傳感器等。充氣系統可以和傳感器相連，使得氣
墊內的壓力可以根據外部荷載的壓力變化而進行調整。
氣泵一般安置在ETFE氣墊附近，由于他們很小，可非常容易地安置在不引人注目的角落里。其他設備則可統一安排在中心控制室內。
空氣由經過濾和調節溫濕度后經壓縮機輸入主管，再由支管輸入氣墊內。考慮到體系內會存在滲漏，充氣系統必須連續運行以保持葉片內部壓力的恒定。當充氣系統不運行的時候(例如維護或停電)，連接氣墊的管線中的單向閥門將起作用，以防止內部的氣壓損失。
6、ETFE薄膜的自潔性
ETFE本身為自潔性材料，摩擦系數非常小，表面很光滑，加上曲線形的形狀，灰塵很難附著。即使有少量的附著發生，也會在干燥后被風等自然力非常容易地清除掉。由于它是氟的聚合物，很難與空氣中的其它化學物質產生反應。對于屋頂，一般情況下，每4或5年清洗一次即可。清洗時可用清水及軟布，一般不需清洗玻璃幕墻時所用的不利于環保的化學藥劑。對于立面，可設計一些與結構相結合的可上人裝置，如梯子等，以便需要時上人清洗。就經驗而言，立面所需的清洗非常少。在氣墊相連接的附件處，應該盡量設計合適的角度以保證排水的暢通，避免塵土的堆積，并注意對附件系統進行定期清潔和保養。
其它新技術的應用
國家游泳中心的設計應用了大量的新技術。這些技術有些在中國的建筑業中，甚至是世界的建筑業中還從沒有用過。這些新技術的目的是最大限度地提高運動員的比賽水平，提高觀眾在現場參觀比賽時的感受，同時為國家游泳中心的運營提供最大的便利。由于設計中體現的新技術較多，在此文中僅列出其中比較有特色的一部分。
1、外墻投影效果
由于外墻的特殊材料，它可以像電影屏幕一樣在夜間通過光照在其上面產生可移動的動畫，產生夢幻般的效果。這種圖像可以是預先錄制好的主體電影，也可以是國家游泳中心戲水樂園內人們嬉戲時的影像。通過在外墻上反映動畫，可以為室外的人群提供一種休閑娛樂方式，同時為國家游泳中心的運營吸引到更多的顧客。為了實現此種技術，要在室外布置一套復雜的計算機控制照明系統。
2、三維立體球形顯示屏
此種技術的最初出發點是為了輔助那些到現場觀看跳水比賽的觀眾更好地欣賞比賽。對于電視觀眾，可以欣賞到跳水比賽的慢動作重放。但是對于現場的觀眾，整個跳水過程將在瞬間完成，在還沒有完全看清楚的情況下，運動員的整個動作就已經完成。
為了解決這個問題，我們設計中提供的解決方案是在奧林匹克游泳大廳的中央上方安裝三維立體球形顯示屏，在跳水比賽中裁判員進行評判時為觀眾進行慢動作重放。此顯示屏具有以下特性
①屏幕將允許所有觀眾能夠看到跳水運動員的增強的比賽圖像。
②屏幕的理想高度為10m，在寬度和形狀上滿足視覺要求。
③圖像將在水霧中產生。水霧可以是自行產生的，也可以是在一個透明的容器里。
④在不使用時，屏幕應該是不可見的。
重放的圖像應該是三維的經過放大的圖像，觀眾在觀看時不需要視覺輔助設施。
目前此種技術還不成熟，在3～4年內應該能夠發展到我們需要的水平。
3、運動員輔助系統
(1)進程提示線
在比賽過程中，由于和領先運動員之間的距離以及中間其它運動員的阻擋，在泳道中的運動員很難判斷自己與領先運動員之間的差距。我們的設計設置了一條垂直于運動員前進方向的通長提示線，標出領先運動員和后面其它運動員的相對位置。指示線將由聚焦在水面上方的激光構成。激光的強度不會對任何運動員、觀眾和比賽官員造成威脅。通過安裝在游泳池上方的攝像機和專用的圖像識別軟件，可以定位出領先運動員頭部的位置。在領先運動員前面沒有激光束，所以領先運動員可以明確知道自己處于領先位置。其他運動員可以非常精確的知道自己和領先運動員的相對位置，但是領先的運動員并不知道自己和后面運動員之間的差距，因此運動員之間將展開激烈競爭，比賽的結果也有可能更加接近。
(2)出發方式的改進
運動員有時預測發令槍的時間錯誤而容易造成搶跳，使得比賽重新開始或者取消比賽成績。而發令槍響的時間由比賽官員控制，并不總能保持一致。因此運動員不能精確判斷出何時發令槍會響。我們的設計是在比賽開始以前，一條通線沿著泳道朝著運動員的方向移動，當到達距離池壁5m的地方比賽開始。通過此種方式，運動員可以精確判斷出比賽開始時間，以減少不必要的搶跳，并盡量縮短反應時間。
(3)接力比賽交接過程的改進
在接力比賽中，運動員在交接時總是會損失一些時間，也就是說，在前一個運動員觸線后和后一個運動員跳入水中存在間隙。我們提供的解決方案是，在水中的選手完成最后一個腿部動作的瞬間，下一棒選手正前方的泳道將出現指示。
(4)終點觸線方式的改進
在比賽接近終點的時候，當運動員接觸到感應板的時候，可能他的一次劃水動作沒有完成。因此在接觸到感應板的前一時刻，由于運動員害怕損傷自己的手臂，動作將會有所收斂，所以手臂并不處于劃水的最高速度。為了提高運動員的成績，應該讓運動員的手臂以最快的速度劃過終點。我們的解決方案是，運動員的手臂劃過的是一道光柱，而不再是感應板。當手臂劃過光柱時，激發記時器。光柱垂直于水面，與另一側池岸的距離正好是50m。在光柱的后面是空的區域，允許運動員的手臂劃過而不會受到傷害。
4、無線電頻率識別芯片(RFID)
此裝置目前已經有所應用，我們期待它的性能在2008年以前會大大提高。工作原理是每個裝置都具有不同的頻率，和中央傳感器保持聯系，因此中央傳感器可以對佩帶此芯片的不同顧客進行身份識別。此系統為無線使用，如果將此芯片安裝在防水和防撞擊的材料中并制成可以佩帶在手腕上的形式，使用者可以在國家游泳中心內的任何環境中使用。根據需要，芯片可以調節到不同的傳感范圍。
無線電頻率識別芯片的智能化越來越高，現在可以攜帶越來越多的信息。芯片可以當成電子貨幣并被充值。這在游泳中心的運營中顯得非常重要。原因主要有以下幾個方面；
①顧客不用攜帶現金。
②跟蹤消費者的活動信息，為運營提供指導意義。
③指示消費者的消費行為。
④對游泳人員進行安全監控。
5、其它新技術的應用
其它的新技術包括以下一些方面
①盡量減少水的使用(90％可循環)，主要措施包括使用高效過濾系統、中水系統和雨水收集系統。
②沒有熱量損失的設計：透明的薄膜起到了溫室的效果，太陽能被盡量吸收，并為游泳池和周圍地區提供熱量。
③盡量采用自然照明和自然通風，減少對人工系統的依賴。
④采用與建筑物相結合的光電系統以節省能源。
⑤利用地下水進行制冷和加熱。
⑥語言輔助系統觀眾可以選擇自己需要的語言廣播。
⑦交通指示系統對人流的走向提供指示。
