发布时间：2023-06-13 16:21:16
序言：写作是分享个人见解和探索未知领域的桥梁，我们为您精选了8篇的大跨度结构建筑工程实例样本，期待这些样本能够为您提供丰富的参考和启发，请尽情阅读。
关键词：地下室顶板；GBF空心楼盖；施工工艺
地下室结构本身具有一定的复杂性，在对其进行施工的过程中，施工人员需要注意的是问题比较多，不仅要保证结构的整体稳定性，还需要对防水和渗水问题加强重视。接下来，笔者主要以具体的工程为例，对地下室顶板结构的施工技术进行深入探讨。
1 工程概况
某建筑工程主要是一种综合体，房屋建筑的高度为100m，其中地上建筑层数为30层，地下为3层。总体的建筑面积为5.5万m2，其中三层地下室的总体面积为1.3万m2。地下三层结构中，一层和二层主要为商场，建筑的高度为4.8m。地下结构除了商场之外还有车库。建筑工程桩主要是以钢筋混凝土灌注桩为主。地上结构主要以框架剪力墙结构为主。本工程在应用的过程中主要采用的是GBF高强薄壁空心管楼盖，空心管处于楼板的中心位置，板体的厚度以及楼板的长度分别为。另外，钢筋结构配置相对比较均匀。
2 GBF薄壁管空心楼盖技术
2.1 GBF薄壁管空心楼盖技术特征
对于地下室顶板工程来说，GBF薄壁管空心楼盖的应用主要是一种以空心楼和暗梁相组合的形式，其中暗梁的厚度需要和楼层相同，高度在不断升高，结构的自重随之减少。如果预应力较低就可以直接满足大开间以及大跨度的整体要求。这样不仅可以降低施工的成本，还可以提升建筑的公共性。
在具体的施工中，GBF管需要由专门的生产厂家来进行供货，但是在材料进入到施工现场之后，检测人员需要对其进行详细地检测，保证楼板的跨度以及厚度等因素都符合GBF管的施工要求。通常情况下，管壁的厚度为25mm，直径为250mm，跨度可以达到40m。由于这种类型的管材自身重量相对较轻，将其埋设在混凝土板的内部，管和管之间就会形成各种不同类型的空隙，最终形成无梁结构的空心楼盖形式。
2.2 GBF薄壁管空心楼盖结构特点
2.2.1 结构特点分析
建筑物结构本身的自重在明显地降低，无论是横向还是竖向的结构成本都相对较低。其中大跨度、大空间的楼层建筑中都可以应用到空心楼盖结构。不仅如此，对于底层建筑来说，无梁结构的应用还需要进一步改进。从这种结构特点上看，应用灵活，而且施工也比较便利。
2.2.2 结构缺点
这种结构的缺点不是十分明显，但是有些缺点如果不被重视必然会对建筑的整体质量造成严重地影响。如果经过长距离的运输，很容易对芯管造成一定的破坏，另外，芯管结构很难进行固定，而且管距离也不容易一直保持均匀直线的状态。另外，在混凝土浇筑的过程中，芯管可能会出现上浮的现象，因此很有可能会带动板筋向上，这样就会使得保护层的偏差过大。另外，芯管的上方和下方都很难进行密实地振捣，很容易出现蜂窝以及孔洞的现象。
3 GBF空心楼盖施工工艺要点
3.1 工艺流程
具体的工艺流程如下：施工人员首先进行的是测量放线，然后对平板底模板进行安装，然后做好GBF芯管的放线工作。在放线结束之后，工作人员需要做好暗梁的绑扎工作，然后对水暖电等设备进行安装。在芯管就位之后，施工人员应该对钢筋以及板面进行绑扎，然后进行检查验收。在一起工作准备完毕之后，就可以进行混凝土的浇筑工作。最后，施工人员应该对混凝土工程进行养护，然后拆除模板。
3.2 模板安装工艺
模板工程的安装意义重大，首先应该搭设底模的支撑脚手架结构，然后安装木龙骨以及钢管结构。底板模板主要采用的是大模板形式。在这一施工环节中，工作人员要对模板的规范程度进行控制。
模板应根据楼盖的总厚度、暗梁的宽度与平面布置作恒载取值，分别进行承载力和稳定性计算，按计算结果设计模板、龙骨与支撑的布置，并考虑兼做薄壁管抗浮锚定要求。
3.3 绑扎钢筋
模板验收合格后，开始绑扎暗梁钢筋、底层板筋及薄壁管间肋钢筋；薄壁管间肋中钢筋网片应点焊成型后再绑扎；将网片的下部与底层钢筋绑扎固定，上部待GBF芯管安装完毕后与上层钢筋绑扎固定；暗梁及底层板筋在绑扎好后并进行初验。
3.4 GBF薄壁管安装
本工程使用的GBF 薄壁管是空心的并且密封的圆形管，所以在进行混凝土浇筑时，会因振动棒的振动和GBF 薄壁管本身的浮力而导致GBF 薄壁管带动钢筋网片上浮。抗浮压筋是单个GBF薄壁管固定的关键，抗浮压筋采用直径10钢筋，每根GBF 薄壁管设置两道压筋，压筋要与马凳筋焊接牢固，不允许漏焊。
4 关键施工技术措施
4.1 空心板的抗浮措施
必须对抗浮控制点进行合理的布置，通常将控制点布置在肋处，可按矩形或者梅花型布置，每肋都设或者隔一个肋交错设置，保证每平方米范围内不少于一个点。抗浮控制点可定在肋梁中上铁与分布筋相交点，也可以定在箍筋的上部或下部。GBF薄壁管的抗浮靠12#的铁丝固定。固定抗浮控制点时，先将铁丝一端在模板上从孔中往下穿出，与模板的支撑系统绑牢后将铁丝端头从孔中住上穿回来；当安放好GBF 薄壁管、绑扎好GBF管顶上的定位箍和抗浮钢筋后，就可将铁丝的两个端头在抗浮控制点处拧紧。为了安装抗浮控制点，需在肋梁部位的底模上打孔。基于方便操作与及时清理打孔随屑考虑，打孔工作应当在模板上普通钢筋刚放好样，肋梁部位已确定后及时进行。
4.2 空心板的定位措施
在本工程施工中，施工重点与难点就是空心板的定位以及抗浮，其施工措施是否合理，对空心板结构体系功能的实现具有直接的联系。GBF薄壁管的定位是靠准10U 型箍筋、GBF薄壁管限位钢筋是靠马镫筋和架立钢筋以及抗浮钢筋来实现。限位钢筋与架立钢筋和抗浮钢筋限制GBF 薄壁管的上下错动，U 型箍筋限制GBF 薄壁管的左右错动；靠四种钢筋的摩擦力限制GBF 薄壁管的前后错动。在安放GBF 薄壁管之前先按布置图放好马镫筋再固定好架立钢筋，放好GBF 薄壁管后再穿定位钢筋和抗浮钢筋，限位钢筋定位要求准确，一定要牢固绑扎或者点焊在抗浮钢筋上，位置绝对不允许错动。
结束语
由于近年来，在地下室顶板施工中，为了对建筑结构的自重进行减轻，增加地下室的实际净高，降低成本，缩短工期，GPF高强薄壁管空心楼盖技术被广泛的运用在地下室顶板施工中。本文主要根据工程实例阐述了地下室顶板采用GBF空心楼盖施工技术控制要点。
参考文献
[1]赵龙.GBF 高强薄壁管在现浇混凝土空心无梁楼盖中的应用[J].北京水利，2012（4）：12-13.
[2]林小媚.现浇混凝土大跨度空心楼盖的简捷设计方法[J].广东土木与建筑，2013（7）：56-57.
关键词：建筑工程；预应力技术；应用
中图分类号：TU198文献标识码： A 文章编号：
当今社会中，随着我国经济的发展和人们生活水平的提高,人们对于自身的生活质量的要求也越来越高了，这就对于我们的建筑设计提出了更高的要求。这种要求的出现必然会引发我们对于新技术的探索以解决类似的问题，此时，预应力技术便出现在了我们的视线中，并且起到了非常重要的作用。预应力结构的形式也是多样丰富的，常用的形式有：无梁平板结构、有梁大板框架（或剪力墙）结构、转换层结构、门架结构和吊车梁以及特殊结构如水池、筒仓、大悬挑结构等。
1 平板结构中的预应力技术应用
在国内建筑工程项目的建设中，预应力技术的应用与发展经历了一个较长的过程。传统的普通钢筋混凝土梁板结构体系，需在柱间及隔墙下设置框架梁和次梁．这必然导致室内明梁纵横交错，降低了楼层的有效高度影响了室内美观和使用功能，装修也较难处理；由于室内明梁的存在隔墙布置的任意性受到限制，室内功能的重新调整比较困难，而一栋建筑物在其50 年甚至 70 年使用期内都不需对空间重新分隔和变换使用功能是很难想象的，特别是一般的商场建筑及办公楼建筑。若设计中楼盖体系采用普通钢筋混凝土平板结构或预应力平板结构，以上问题则迎刃而解；工程若采用普通钢筋混凝土无梁平板结构，由于内隔墙较多。附加荷载较大，要使普通钢筋混凝土平板的裂缝控制等级及挠度满足规范要求，计算所需板厚较厚，同时普通钢筋用量也较大，不经济。为了提高整个楼盖的抗裂性能，减薄板厚，减轻结构自重，提高其使用功能，采用近年来在大量工程中得以广泛应用的现代高效预应力技术结构技术，将整个楼盖设计为后张部分预应力技术无梁平板结构是一个良好的选择。
这种预应力无梁平板，除在楼板周边保留必要的边梁和在局部少数有隔墙的地方及洞口边缘保留梁之外，室内明梁全部取消，仅在必要的地方设暗梁以改善楼板的受力性能，每单元整个室内顶板为一整块的平面。部分钢骨柱中配置了型钢,使得普通钢筋、型钢和预应力波纹管在布筋过程中也会出现位置相互干扰, 因此梁柱节点处的布筋成为工程的难点。另外预应力筋张拉端处的群锚锚具体积较大, 无法放置到柱中,只能采用外锚的形式,致使预应力筋张拉后的混凝土封锚成为施工中的难点。某些预应力梁为多跨连续梁,预应力筋较长,预应力筋在柱两侧需要搭接处理, 搭接处的预应力筋布置也是预应力梁施工中的难点。
2 转换层结构中的预应力技术应用
目前，随着我国城市居住用地的日趋紧张，对于建筑工程的结构和功能配置也提出了更高的要求，特别是对于结构的质量验收设定了具体的标准。预应力筋是预应力分项工程中最重要的原材料之一，预应力筋进场时，要求厂家提品合格证外，还应提供反映预应力筋主要性能的出厂检验报告，两者也可合并提供，但主要项目、内容应基本齐全。我国高层建筑发展迅速，且多为多功能综合性建筑，需要大柱网、大空间的公共设施在下部，从受力的角度讲这是不合理的，解决这种矛盾的最常用方式就是设置结构转换层。
随着预应力技术的逐渐成熟，预应力材料及施工费不断下降，即使用材料等强代换的概念从经济上来比较预应力混凝土结构与钢筋混凝土结构，在许多情况下后者并不比前者经济。因此我国高层建筑转换层结构中采用预应力技术的情况越来越多。预应力技术经过了几十年的工程实践和不断研究，已经是比较成熟的一项工程技术，在今后的发展中，还将日臻完善。工程实践告诉我们，预应力技术以种种优势，在某些建设领域有着强大的生命力和竞争力，甚至在其还未完全占领的领域仍然具有强大的发展力。另外，混凝土浇筑时要注意预留同条件养护混凝土试件，以便张拉时以其强应检测值作为预应力筋后张拉的依据。在浇完混凝土后要及时清理干净锚垫板的面上的混凝土，以确保锚具能顺利地安装。
3 框架结构中预应力技术的应用
框架结构建筑的柱子与柱子之间一般会设置数量不等的明梁，大板上布置隔墙的结构体系。这种结构于平板结构有很多相似之处，柱距比较大，由于省去了次梁，避免了室内错综复杂的次梁，内景好，增加净空，抗裂好，省材料省模板和拆模人工，施工快速等优点。预应力筋的垂直位置由固定架控制，预应筋的水平位置应保持顺直。在就位固定后。泌水孔应设置在波纹管最高点及两端部。先在波纹管上方开一直径20mm 的圆孔，在开口上用带嘴的塑料压板和海绵覆盖，并用铁丝固定在波纹管上，接头周边用胶带封严，以防漏浆，在塑料压板的嘴上接上直径 25mm 的塑料管，向外延伸至梁面以上500mm,兼作泌水孔。若这种大板配合预应力宽扁梁使用，则也能很大限度的减低层高或提升层净高，如 9 米跨的预应力宽扁梁可以做到450mm 高 ， 比 做 普 通 预 应 力 梁 650mm 少200mm 高，比普通混凝土梁 800mm 少 350mm。由于结构种还带有明梁，结构仍然属于框架或剪力墙结构，可以用于平板结构所不太适宜的高层或抗震设防烈度比较大的地方。有梁大板结构适合用于住宅和办公楼，尤其是住宅，不设次梁，既避免了室内难看的次梁景观，也利于住户自行隔断房间以实现不同的功能，即使更换了新住户，改造房子时仍然可以再次自行布置房间。长沙市高 12- 16 层的亚华住宅小区和 l6层的湘名园住宅小区都是采用这种结构形式的，住宅的使用功能得到了住户的一致好评。当然这种结构体系仍然适合用于商场等公共建筑。
4 特种结构及其他
除了上述的三种比较常见的应用以外，还有一些其他的应用方式。尤其是随着公共事业的发展，各种特殊功能的构筑物不断出现，有些特殊构筑物的使用功能及受力性能常常需要预应力技术才能实现，预应力技术在这些特殊功能构筑物中发挥了重要的作用。
(1) 大悬挑结构，体育建筑在各大中城市兴起，体育建筑的形式多样，风格各异，使预应力技术的应用丰富多彩。如南京为承办第三届城运会兴建的四座体育馆，关键结构部位都是采用预应力技术; 江苏省的仪征化纤体育场、无锡市体育场、南京师范学院体育场的观众席都采用了大悬挑的预应力混凝土雨蓬。随着钢结构的发展，许多雨蓬采用钢结构，可以获得更大跨度，但是造价和维修费用都比较高，所以在适当跨度内预应力混凝土结构还是有很大的优势。(2) 储罐与筒仓，一般地，储罐与筒仓对抗裂要求比较高，预应力技术广泛用于这种结构主要利用预应力主动轴力来抵抗混凝土拉应力来提高抗裂性能; 尤其是圆筒结构，环壁的混凝土只受环向轴力作用，正是预应力最适合的结构形式。绕丝后张预应力混凝土水池在国内应用了几十年，主要采用预压应力来抵消由于水对筒壁产生环向拉应力。这样用高强钢材提高了抗裂性能就可以在同等抗裂条件下减小截面尺寸，带来可观的经济效益。(3) 其他，各种用途的塔式结构如电视塔、通信塔、灯塔及各种水塔中，预应力技术同样得到了广泛应用。还有预应力技术基础也不少见，主要形式是预应力条基、箱基和筏基。此外，预应力钢结构、叠合结构采用预应力的技术也在不断成熟中，工程实例也越来越多。
结语
综上所述，预应力技术是建造大跨度、高层结构建筑中应用的核心技术之一, 采用预应力技术的建筑具有节约建筑材料、增大结构跨度、减少结构自重、增强使用功能、提高综合效益等优点,值得在国内建筑行业中推广。
参考文献
[1]唐晓梅.试述预应力技术在建筑工程中的应用[J].预应力技术,2009(30).
关键词：钢筋混凝土； 高层结构设计；解决措施；
中图分类号： TU318 文献标识码： A
当前我国建筑行业得到飞速发展，高层结构的建筑群不断涌现，使得高层建筑的设计理念、施工技术以及建筑材料都发生了重大的变化。作为现代建筑普遍采用的结构形式，钢筋混凝土结构具有强度大、稳定性高、耐久性强以及抗震性能好等优点，使其在现代高层建筑结构中得到广泛应用。要满足高层建筑中钢筋混凝土结构的实际需求，其结构设计是至关重要的。因此，探讨钢筋混凝土高层结构设计中存在的问题，了解设计过程中遇到的难点和重点，并采取科学合理的手段来完善和提高钢筋混凝土高层结构设计，以此提高钢筋混凝土高层结构设计质量。
一、 钢筋混凝土高层结构的发展
高层建筑的发展历程：高层建筑的发展历史悠久，最早出现应该是古埃及的金子塔和我国古代寺塔建筑等，至今已有几千年的历史。随着社会经济的不断发展，人们对于高层建筑的研究也越来越深入，高层建筑结构体系设计也越来越完善，真正意义上的高层建筑最早出现在19世纪末的美国芝加哥，采用框架式结构建造的11层保险商务大楼，被人们称作是高层建筑结构设计的重要转折点，从此拉开了现代高层建筑的序幕。
二、钢筋混凝土高层结构特点
钢筋混凝土高层结构的设计不同于一般的中层及以下建筑结构的设计，这两者有本质的区别，高层建筑结构自身水平的荷载因素在设计中占主导地位，因此，在对高层建筑的结构设计和施工中，注意的地方非常多，对技术水平要求也高，随着建筑高度的增加，水平作用力使得建筑结构的好坏和建筑材料的用量都存在很大的不同。
三、 结构概念设计
建筑结构设计在满足建筑工程实际效果和使用功能的同时，还需具备良好的质量保障，这也是建筑结构最重要的环节。在现代高层结构设计中，人们提出了“概念设计”的理论，其实建筑结构概念设计是提高结构抗震性能的一种设计方法。在设计过程中，选择优质的结构设计方案对建筑整体抗震非常有利。对结构设计的各个延性构件，要进行具体的分析。并采取相应的解决措施，避免一些薄弱层出现损坏的现象。在高层结构设计中，强调概念设计也说明其重要性。结构工程师在工程设计过程中必须按照规范和标准，并掌握结构概念设计的相关原则，从宏观上避免出现设计失误或者计算失误的情况，保证工程的本质安全。
四、 钢筋混凝土高层结构设计常见的问题分析
以下通过实例来分析和探讨钢筋混凝土结构设计中常见的问题。某市一大型超市位于该市东城黄河路南侧。该建筑地下一层，地上 17 层。建筑长度 102.4m，宽度为 53.6m，高度为 76.65m，1～3 层高度为 4.5 m，四层及四层以上层高 4.2 m，地下室层高 4.2m，房屋主楼最大跨度 14m，抗震缝以上裙房最大跨度为 20 m。该建筑工程主楼结构为现浇钢筋混凝土框架剪力墙结构体系，抗震裙房为框架结构。主楼采用桩筏基础，桩采用预应力混凝土管桩。抗震缝以上裙房采用柱下独立桩基承台基础，主楼上部结构的嵌固端为地下室底板顶部。针对该建筑工程实际情况，分析和研究其结构设计中存在的问题，进而提高和完善该建筑工程结构设计的要求。
4.1. 结构设计问题
确定剪力墙结构加强部位的墙体厚度。在进行高层结构抗震设计过程中，剪力墙的底部加强部位要确定其墙体厚度，采用约束边缘构件和构造边缘构件等措施来起到加强抗震的效果。这样能够避免薄弱处进行剪切时造成损坏，还能提高整体建筑抗震性能。针对这一问题，应严格按照《高层建筑混凝土结构技术规程》进行设计。墙体厚度要按照规范规定取值，同时要根据建筑工程实际情况和抗震等级来确定墙体厚度。确保剪力墙底部加强部位抗震时不屈服，保证其安全稳定。
4.2 地基设计问题
地基与基础设计一直是结构工程师比较重视的方面，不仅由于该阶段设计过程的好与坏将直接影响后期设计工作的进行，同时，也是因为地基基础是整个工程造价的决定性因素。因此，在这一阶段，所出现的问题也有可能更加严重甚至造成无法估量的损失。在地基基础设计中要注意地方性规范的重要性问题。
目前，广东应用预应力管桩作为钢筋混凝土高层建筑基础设计的楼层高度已达到 40 层。凡是采用预应力管桩作为高层建筑地基设计的地区，其地基出现质量问题及事故的发生率明显降低。采用预应力管桩进行地基基础设计能够提高桩基质量，其优点表现在这几个方面：第一，预应力管桩桩身混凝土强度高、设计选用范围广、成桩质量可靠，对持力层起伏变化较大的地质条件适应性强、单桩承载力造价低；第二，管桩运输吊装方便，接桩便捷、成桩长度不受施工机械的限制，桩身耐击，穿透力强，是高层建筑工程中施工速度快、工效高、质量可靠、性价比高的桩型。地基设计要严格按照相关规范和标准进行，重视细节部分的规范设计。同时应根据地质情况具体问题具体分析，所有桩基均应进行承载力和桩身强度计算。桩基应选用中、低压缩性土层作桩端持力层。桩基设计时，应结合地区经验考虑桩、土、承台的共同工作。因此，在地基设计过程中，不仅要参考国家设立的地基设计规范章程，也要按照岩土工程勘察报告所提的地质条件，选择合理的桩型。
五、 结构计算与分析问题
5.1高层结构设计要进行结构计算，针对案例中采用的结构体系，可以采用楼板整体平面内无限刚假定模型进行计算。在计算过程中要根据建筑工程实际情况灵活应用，主体结构及基础计算采用中国建筑科学研究院 CAD 工程部 PKPM(多层及高层建筑结构空间有效元分析与设计软件 SATWE)。其中整体分析采用 STAWE 高层版,JCCAD 计算软件，主楼整体分析计算为多余地震下的弹性计算。
5.2采用振型分解反应谱法，高层建筑整体计算的嵌固部位为地下室顶板。抗震设计是高层结构设计的重点，结合工程实际情况，按照《高层建筑混凝土结构技术规程》来确定该工程项目的抗震等级。然后根据建筑结构要求，对相应的抗震等级进行评估和计算，确定抗震效果满足高层建筑结构设计的质量标准。
5.3非结构构件的计算与设计。在高层建筑中,往往存在一些由于建筑美观或功能要求且非主体承重骨架体系以内的非结构构件。对这部分内容,尤其是高层建筑屋顶处的装饰构件进行设计时,由于高层建筑的地震作用和风荷载均较大,因此,必须严格按照规范中的非结构构件的计算处理措施进行设计。
六、结语
钢筋混凝土高层结构设计作为现代建筑行业的主要结构形式，其优势推动了建筑行业的发展，提高了建筑行业的整体质量。在进行钢筋混凝土高层结构设计时，不仅要保证高层建筑的使用功能和外观效果，还应充分考虑设计安全质量的问题，这也是高层结构设计的重中之重。通过本文了解到了钢筋混凝土高层结构设计过程中常见的问题，并对其问题进行讨论和分析，从中分析出高层结构设计需要注重选型设计、地基设计以及结构计算三个方面的内容。因此，在以后的钢筋混凝土高层结构设计中，应充分考虑这三个方面的制约因素，并在实际工程中将各项工作落实到位，从而进一步提高高层建筑结构设计质量和水平。
参考文献
关键词 场地管线，场地管线建设型式，规划设计原则，管线布置，设备用房
中图分类号：S611 文献标识码： 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
一项建筑工程，与建筑物本体相呼应的一个必不可少的部分是该建筑工程范围内的场地管线。场地管线实现了由建筑红线范围外向建筑红线范围内引入相应电力、通信、燃气、给排水、热力等城市市政功能管线的任务。在室外管线设计规范对其设计、布局有概况性的、原则性的描述[[] 城市工程管线综合规划规范，GB 50289-98，1998 ]，[[] 民用建筑设计通则，GB 50352-2005，2005]。
为了满足投资开发强度的要求和实现更多的主体建筑特殊结构的需要，建筑工程建设越来越多的采用大基底大地下空间的方式，以期提供主体建筑更好的基础结构型式。同时这也是满足现行建设规范中对建筑项目配套人民防空工程要求的具体体现。这就出现了建筑工程中地下室综合管线和室外综合管线交织在一起的更多工程实例。场地管线的设计好坏，直接对建筑设备工程的初期设备投资、建成投运后的运营维护和未来的升级改造产生影响。
另一方面，由于场地管线设计除了涉及建筑、结构及各设备专业的设计外，还更多的包括了相关专业管线施工和安装工艺的技术选择。通常的设计中往往只从设计规范出发，对安装和施工的考虑有所缺失，加之在设计图纸表达中不是完全的把施工和安装工艺的要求固定下来，因此场地管线工程在现场安装和调试中存在不少的工程变更。在管线现场施工和安装工艺的选择上，一般也由设计之后的施工单位予以选择和实施。
更进一步，各设备专业的室内外规划设计，不仅包括了建筑范围内各设备专业远景年份需求量的估计和预测，现有各专业市政规划口的规划设计条件，以及与之相配套的各子系统的型式和主要设备选型，各设备专业局、站的设计，还包含各设备专业管线的设计。各设备专业的管线设计可以说是各设备专业根据各专业规划要求和条件所做出的路径选择的一种体现。
综合以上三个方面的论述，建筑工程的场地管线设计需要从各设备专业的室内外规划出发，在考虑主体建筑具体功能要求的前提下，辅以各管线施工和安装的工艺选择及其实施，来组织该建筑工程的场地管线设计。
二 场地分类和各设备专业的规划
在场地管线设计中，一开始纳入设计考虑范围内的就是场地条件。因为本文主要讨论的是设备专业的场地管线，为与建筑设计不重复，这里将场地按工程地址条件和各设备专业现有的市政条件，将其进行分类。本文中，场地条件可以分为以下几类：普通室外、山地、城市规划区、地下室、人民防空工程。注意，规范中要求的针对7度以上地震区、多年冻土区、严寒地区、湿陷性黄土地区及膨胀土地区等的特殊技术措施不在本文讨论范围之内。不同的场地条件，对场地管线设计的影响主要有以下几个方面：①敷设方式，②管线管沟，③管线构筑物，④管线水平和竖向的布置，⑤管线的起讫位置。具体的相互关系如下表所示。
表1 不同场地条件对场地管线设计的影响对应表
场地分类 功能描述 场地管线设计
敷设方式 管线管沟 管线构筑物 管线水平和竖向布置 管线的起讫位置
山地 地势起伏纵横，有沟谷，有峰台 架空、管沟、辅桥 杆塔、管沟、桥梁 检查井、分支井、转换井 离建筑物的水平排序，由近及远宜为：通信、电力、燃气、热力、给水、雨水、污水；各类管线的垂直埋设顺序宜为：通信、热力、电力、燃气、给水、雨水、污水[[][4] 城市居住区规划设计规范，GB 50180-1993，1993] 起点：远端的市政接入点
终点：场地内的设备用房
普通室外 覆土足够，地质条件良好 架空、直埋、穿管埋地、包封埋地、管沟、管线隧道 杆塔、套管、包封材料、管沟 检查井、分支井、转换井 起点：远端的市政接入点
终点：场地内的设备用房或管线进线间
城市规划区 地块四周已建设好城市主次干道 架空、直埋、穿管埋地、包封埋地、管沟、 套管、包封材料 检查井、分支井 起点：周边城市道路的分支井
终点：场地内的设备用房
地下室 全地下工程 管吊、桥架 支吊架、管线 管井、综合设备用房 沿车行道和主要通道方向布置；从梁下起各类管线排线顺序宜为：消防、给水、热力、电力、通信、通风空调 起点：地下室外墙或管线进线间
终点：设备用房
人民防空工程 全地下工程，有抗爆、隔离要求 管吊、桥架、抗爆预埋 支吊架、管线、预埋管件 管井、综合设备用房 起点：防爆波电缆井
终点：设备用房
在场地设计中，管线的综合平面布置还应符合下述规则：①各管线沿建筑物、道路两侧敷设，在必要时穿越道路，但应尽量渐少穿越园区主要道路的工程量。②建筑物至道路间依次敷设电话及电信管道、电力电缆管道、燃气管道、给水管道、雨水管道、污水管道。相互间距以1.5～2米为宜，最低不宜小于1.0米，以满足管线与其他管线的建构筑物贴临时的尺寸要求。③当建筑群之间设有独立的共用建筑物变配电站时，应为该建筑群敷设一组室外电力电缆管道。当建筑群之间设中水站，应选择在管线水平敷设的低点汇集。④在电信管线、电力管线路径上设置检查井（包括90度转角井、转角井、T型井、四通井等），检查井之间的间距不应超过50米；在供水管线、燃气管线适当位置应设置阀门井（包括90度转角井、转角井、三通井、四通井等）；在排水管线路径上应按区域排水功能要求设置合适的集水井、分水井、跌水井。⑤在室外高差变化较大的区域，宜采用明沟排水，明沟排水宜与场地道路合建。⑥各管线建构筑物宜采用混凝土结构以提高设施的耐久性，电信和电力管线在穿越道路时宜采用混凝土包封方式，减少采用砖砌检查井。⑦在预算约束范围内，管线管材宜采用新材料和新工艺。⑧在管线敷设深度上，宜按下述表述设计：电信管线0.5～0.8米；0.4kV管线0.5米；10kV电力管线0.7～1.0米；燃气管线1.5米；主干给水管线1.8米；雨水管线2.2米；排水管线2.4米。⑨场地内各管线施工及敷设宜与场地道路施工同期进行；进出建筑及建筑群部分宜与建筑基础（地下部分）施工配合施工。
三 各设备专业的设备用房布置
在含有地下室的高层、超高层建筑设计（这是建筑设计中比较复杂的型式之一）中，地下室的平面布置图和地上核心筒的平面布置图是建筑设计中非常关键的一环，它也关系到设备专业的总平面布置以及与室外综合管线想互衔接和协调统一。基本上，设备专业的末端功能房间布置遵循的设计规律为：定功能定系统型式定设备定通道定管线走向定竖井位置定设备用房位置定地下室的平面布置图和地上核心筒的平面布置图。这一过程是一个可能出现反复修改的过程，而且需要设备专业会同建筑专业、结构专业处理好建筑布局，以满足使用要求和结构设计核算尺寸参数的要求。
在确定各功能系统的型式时，需要按功能对建筑区划进行合理的分区和规划。建筑区划的划分，垂直部分以竖井及层数为主要的分隔标准；水平部分以防火分区及功能间隔为主要的分隔标准；垂直部分重点在规模分隔和容量分配上，标准层的分系统布置宜重复且规整；水平部分以平衡干线的全部容量及规模，各分支线所供规模宜均衡布置。
在确定竖井过程中：先根据标准层平面图，结合通道、核心筒的布局及尺寸，以及各层核心筒及管道布置需要，确定各核心筒中竖井的位置和布局。核心筒竖井位置宜与电梯井道贴临或对称，以便于结构计算；竖井楼板预留孔洞大小应及时提供给结构专业，以对竖井位置处的钢筋混凝土结构做及时加强；竖井房间布局应满足设备安装和维护的要求，通道宽度不宜小于0.8米。
设备专业中电气、给水、通风空调专业都需要将管线干线布置在各类负荷的中心位置，这样在干线传输过程中总损耗少，干线和支线的总长度也较少。然而，现实的状况确常常出线垂直干线方面能布置在负荷中心，转接入地下室后由于建筑功能布局的需要而将设备用房调整到非负荷中心位置。这常常是由于地下室中心位置加以利用，同时在结构上中心位置可以做成跨度较大的框架结构而便于使用。而这样就把设备用房分隔到空间中。另一方面，通风空调专业因为需要考虑直接与室外环境进行空气交换过程的送风、排风位置，需要直通室外的空间或者紧邻建筑外部设置。
以风管位置为主，风管布置简洁明了，不重复多余；电气、给水管线在风管干线两侧按干线交汇和水平综合管线技术进行避让，电气、给水管线的各垂直干线与水平干线交点应相互错位，其路径走向基本一致，这样便于施工和后期的管线校验、维护；管线在楼板及梁底安装时应满足以下条件：当有主次梁时管线布放应与梁平行且同一跨距之间不同管线的配重应与该跨的几何对称中心对称且基本平衡，当管线穿越主梁时宜与主梁垂直，当有斜梁宜与该梁垂直跨越；管线在设备用房方面，要满足不同设备用房贴临的管线要求和相关管线穿越的要求，非该功能房间主用途的管线宜暗敷于楼板内或布放在该功能房间中不重要的位置。
各功能设备间的布置除要满足民用建筑电气设计规范的要求，其布置的尚应符合相关专业规范的要求，包括：电信机房、数据中心、安防与监控中心、中水处理站、锅炉房、水泵房、进排风机房、变配电站、开关站。功能房间的布置，在工程实际中多采用建设单位、土建设计单位、专业深化单位三方协同设计为主。建设单位提需求和成本控制目标；专业深化单位提具体布置方案和详细设计；土建设计单位对专业深化单位设计进行结构和设备专业复核。同时，各功能设备间的设计还需通过相关行业行政主管部门的审查及审核。
四 管线综合布置
管线敷设时，管线之间遇到矛盾时，应遵循的处理原则是：①临时管线避让永久管线；②小管线避让大管线；③压力管线避让重力自流管线；④可弯曲管线避让不可弯曲管线。[[] 城市居住区规划设计规范，GB 50180-1993，1993]同时管线综合时，还应满足一定的限定标准：①标高限制，应定义垂直方向上满足的高度限制，使空间高度满足建筑及精装修的要求。②预埋位置的尺寸及数量限制：在剪力墙、梁中预埋管线套管、预留桥架孔洞时，所占梁、墙截面积不宜多于其中的1/3且应居中布置，同时不应打断结构主筋或主承力构件，穿梁时截面积接近1/3时应校核钢筋混凝土的应力耐受情况并做加强设计或采取转接套管方案；在临空墙、防爆破隔墙预埋管线时，应采取防爆波封堵措施，同时同一位置处的预埋管线数应不小于4～6根且应分2～3排敷设；在板中预埋管线套管、预留桥架孔洞时，应避开板中水平剪应力集中的区域，板内预留孔洞大小应根据板的结构尺寸进行校核，并根据情况采取加强措施。③管线敷设路径宜选择便于维护的方向，有通道可达；在紧密及狭小空间，宜在管线敷设断面内预留空间，作为今后管道检修时的通道，不宜使管线占满全部空间，在精装修吊顶中预留检修孔；吊顶内空间尺寸较大的情况应设马道和护栏，并可通达各管线主要节点位置。④屋面及室外地下室顶板部分，管线穿越时宜采取管井方式，不应单独穿越；管井底部应与屋面及地下室顶板采取一致的防水措施，并在根部做散水，同时管井应加设顶帽；管井与屋面雨水汇集点宜分别设置，屋面雨水口数量应尽可能少布；对大跨度的屋面雨水汇集系统应考虑横管的敷设问题，使横管转接方便。
对电气管线部分，需根据防火需要采取相应的防火措施，包括防火分隔、防火套管和防火包覆材料；对排风管道部分宜采取减震、降噪措施；对空调、热水管道部分应采取保温措施。当条件允许时，对各管线可采取综合管沟或综合吊架敷设方式，以节约空间。
在采用BIM方式对各种管线进行建模设计时，除对管线管道本身和管线设备进行建模，还应对管线的安装与维护尺寸、管线设备的操作空间进行约束和建模；在对管线进行碰撞校验时，应对管线尺寸边界、安装尺寸边界、操作空间边界、维护空间边界进行校验；为对不同方案做经济比较，应对管线设备的价格和型号做设定，对施工人工费率、辅助材料费率、措施费和规费等可统一设置。
五 设计实例
上述原则和措施，实际应用在K城雨花片区5号地块修建性详细规划综合管线和Q市住宅项目电气系统和场地综合管线设计中，使建筑工程专项设计的完整性和适应性得到了提高，并顺利通过了审图和施工。在K城LX科技城、K城FC酒店项目的施工指导中，应用了上述原则，对场地综合管线建设相应阶段的技术措施、施工指导提出了修正意见并付诸实施，对各自项目的正常推进起到了相应的作用。
六 结论
本文在介绍现有场地管线建设型式的基础上，从末端功能的实现上出发，结合各设备专业的主要规划设计原则和管线布置原则，依据不同的建筑型式构建起相关的场地管线设计方法和措施。其中设备用房的布置不仅涉及到各功能设备专业，也是涉及到建筑专业，其功能布局选择需要仔细推敲。根据上述几个方面的讨论，最终得到一种基于末端功能实现的场地管线设计方法。文中附列了基于该方法的几个设计和管理实例。
参考文献：
[] 城市工程管线综合规划规范，GB 50289-98，1998
[] 民用建筑设计通则，GB 50352-2005，2005
【关键词】建筑结构;设计;问题;对策
0.前言
随着我国市场经济发展以及人们对建筑物功能要求改变,人们对建筑工程产品的要求也日益增高，建筑结构设计是一项系统的、全面的工作,在设计中存在的问题是多种多样的,作为设计来讲，需要扎实的理论知识功底,灵活创新的思维和严肃认真负责的工作态度。我们要始终把提高设计质量作为终身奋斗的目标。本文就建筑结构设计中的常见问题进行初步探讨，并进一步提出解决问题的有效对策。
1.建筑结构设计的常见问题
1.1剪力墙砌体结构设计
剪力墙结构,上部为多层砌体结构的房屋。该类房屋多见于沿街的旅馆、住宅、办公楼,底层为商店,餐厅、邮局等空间房屋,上部为小开间的多层砌体结构。这类建筑是解决底层需要一种比较经济的空间房屋的结构形式。部分设计者为追求单一的建筑立面造型来增加使用面积,将二层以上的部分横墙且外层挑墙移至悬挑梁上,各层设计有挑梁,但实际结构的底层挑梁承载普遍出现裂缝,该类挑梁的设计与出现裂缝在临街砌体结构房屋中比较常见。
1.2楼板变形程度计算不准确
一些设计在缺乏基本的结构观念或结构布置缺乏必要措施时,采用楼板变形的计算程序。尽管程序的编程在数学力学模型上是成立的甚至是准确无误的,但在确定楼板变形程度上却很难做到准确。作为计算的大前提都无法“准确”,就不可能指望其结果会“正确”了。据此进行的结构设计肯定存在着结构不安全成分或者结构某些部位或构件安全储备过大等现象。
1.3屋面梁配筋少
结构建模时, 设计人员图方便,屋面梁直接拷贝下层梁的尺寸。由于屋面梁荷载较小,计算结果配筋不多,这样屋面梁在温度变化、混凝土收缩和受力等作用下因配筋率过低而裂缝宽度较大。
2.解决建筑结构设计问题的有效对策
2.1箱、筏基础底板的挑板
从结构角度来讲,如果能出挑板,能调匀边跨底板钢筋,特别是当底板钢筋通长布置时,不会因边跨钢筋而加大整个底板的通长筋,较为节约;出挑板后,能降低基底附加应力,当基础形式处在天然地基和其他人工地基的坎上时,加挑板就可能采用天然地基;能降低整体沉降,当荷载偏心时,在特定部位设挑板,还可调整沉降差和整体倾斜;窗井部位可以认为是挑板上砌墙,不宜再出长挑板。虽然在计算时此处板并不应按挑板计算。当然,此问题也并不是绝对的,当有数层地下室,窗井横隔墙较密,且横隔墙能与内部墙体连通时,可灵活考虑;当地下水位较高,出基础挑板,有利于解决抗浮问题;从建筑角度讲,取消挑板,可方便柔性防水做法。
2.2梁、板的跨度计算
一般的手册或教科书上所讲的计算跨度,如净跨的1.1倍等,这些规定和概念仅适用于常规的结构设计,而在应用的宽扁梁中却是不适用的。梁板结构,简单点讲,可认为是在梁的中心线上有一刚性支座,取消梁的概念,将梁板统一认为是一变截面板。在扁梁结构中,梁高比板厚大不了多少时,应将计算长度取至梁中心,选梁中心处的弯距和梁厚,及梁边弯距和板厚配筋,取二者大值配筋。(借用台阶式独立基础变截面处的概念)柱子也可认为是超大截面梁,所以梁配筋时应取柱边弯距。削峰是正常的,不削峰才时有问题的。
2.3沉降计算
基坑开挖时,摩擦角范围内的坑边的基底土受到约束,不反弹,坑中心的地基土反弹,回弹以弹性为主,回弹部分被人工清除。当基础较小,坑底受到很大约束,回弹可以忽略,在计算沉降时,应按基底附加应力计算。当基坑很大时,相对受到较小约束,如箱基,计算沉降时应按基底压力计算,被坑边土约束的部分可以作为安全储备,这也是计算沉降大于实际沉降的原因之一。
2.4主梁有次梁处加附加筋
一般应优先加箍筋,附加箍筋可认为是:主梁箍筋在次梁截面范围无法加箍筋或箍筋短缺,在次梁两侧补上,像板上洞口附加筋。附加筋一般要有,但也不是绝对的。规范中说的比较清楚,位于梁下部或梁截面高度范围内的集中荷载,应全部由附加横向钢筋承担。也就是说,位于梁上的集中力如梁上柱、梁上后做的梁如水箱下的垫梁不必加附加筋。位于梁下部的集中力应加附加筋。但梁截面高度范围内的集中荷载可根据具体情况而定。当主次梁截面相差不大,次梁荷载较大时,应加附加筋。当主梁高度很高,次梁截面很小、荷载很小时,如快接近板上附加暗梁,主梁可不加附加筋。还有当主次梁截面均很大,如工艺要求形成的主次深梁,而荷载相对不大,主梁也可不加附加筋。总的原则,当主梁上次梁开裂后,从次梁的受压区顶至主梁底的截面高度的混凝土加箍筋能承受次梁产生的剪力时,主梁可不加附加筋。梁上集中力,产生的剪力在整个梁范围内是一样,所以抗剪满足,集中力处自然满足。主次深梁及次梁相对主梁截面、荷载较小时,也可满足。
2.5设计刚性楼面
为了使程序的计算结果基本上反映结构的真实受力状况而不至于出现根本性的误差,设计时应尽可能将楼层设计成刚性楼面。要做到这一点,首先应在建筑设计甚至方案阶段就避免采用楼面有变形的平面比如楼层大开洞、外伸翼块太长、块体之间成“缩颈”连接、凹槽缺口太深等。其次要从结构布置和配筋构造上给予保证, 对于使用功能确实必需的,或者建筑效果十分优越的建筑设计,如果其平面无法完全符合刚性楼板的假定,那么在结构设计时可以通过增设连系梁板、洞口边加设暗梁边梁、提高连系梁板或暗梁边梁的配筋量、采用斜向配筋或双层配筋形式等方法,尽量满足刚性楼板的基本假设,或者弥补由于不是绝对的刚性楼板假定而产生的计算“误差”。
2.6承重墙结构设计
一般房屋为矩形平面,其横向刚度远小于纵向刚度, 因此有足够数量的横墙,是提高结构抗震性能的主要途径。由震害可知,墙体多为剪切破坏,因此,为了提高横墙的抗震能力,必须提高其抗剪强度。主要措施是提高材料的强度等级,增加横墙上的轴压力。为此,应尽量使横墙成为承重和隔断合二为一的墙体。当房间较大时,设有沿进深方向的梁支承于纵墙上,使纵墙承重。楼板沿纵向搁置, 故形成横墙承重,横墙间距不入,一般可满足抗震要求,同时纵墙也因轴压力的存在而提高了抗剪能力。另一方案是纵墙承重与横墙承重沿竖向交替布置,这种方案实际应用不多。混合承重结构体系由两种结构材料弹性模量和动力性能相差很大的两种结构体系组成,因而不是一种良好的抗震结构形式。但因其能满足建筑使用要求,提供较大的使用空间,且结构经济、方便施工,应用较多。总之,选择哪种砌体结构是抗震结构设计中的关键环节,应从抗震的概念设计出发,综合建筑使用功能、技术、经济和施工等方面进行选择。
3.结束语
综上所述,结构设计是建筑工程的重要组成部分,是建筑安全应用的基础。因此,建筑结构设计人员要从基本的构件算起, ,深刻理解规范和规程的含义,并密切配合其他专业来进行设计。在工作中应事无巨细,善于反思和总结工作中的经验和教训，精益求精，只有这样才能做好建筑结构设计工作。
【参考文献】
【关键词】高层建筑 结构选型 结构材料
中图分类号：TU97文献标识码： A 文章编号：
在上个世纪七十年代，中国的高层住宅建筑，随着城市建设的发展已使土地资源的使用日益广泛，高层建筑的也越来越多的崛起，如何选择高层建筑结构类型，是人们关心的一个重要问题。不恰当的选型结构带来的危害也是巨大的，传统的选型方法在今天已经面临着巨大的挑战，已经跟不上现代的选型规律发展，因此，我们需要进一步明确选项的结构特征及其影响因素，全面认识高层建筑结构选型的需要。
高层建筑结构选型的重要性
1.高层建筑密切关系到城市的发展
由于城市化的急剧上升，城市生活、生产、土地是越来越紧张，因此减轻土地供应不足，提高土地利用率，改善城市的社会能力吸收和综合效益，缓解城市住房短缺的问题成为建设城市发展的一个方向，同时生活条件的改善，使得高层建筑的大小，高度，复杂性和施工速度逐渐加快。
2.高层建筑结构复杂性提高
随着经济国际化与城市建设现代化步伐的加快,人类财富与各类社会活动等逐渐向城市的聚集,城市人口素质与生活质量的持续提高,城市社会对高层建筑的形象、功能、技术性能等方面的要求正经历着深刻的变化。主要表现为:其一,人们对现代高层建筑全寿命使用功能的要求更加全面、综合与复杂,并要求其具有一定的复合性、动态性及适当的超时代性与开放性;其二,城市面貌、规划与周围环境等对高层建筑的美学形象特征要求更高更现代,高层建筑已被赋予了成为业主、城市和时代标志与象征的重要内容,其美学价值与广告效应也将成为城市的重要文化财富;其三,对技术性能的要求已超越了强度刚度等传统性能,向更能体现高层建筑结构系统存在的本质目的及其受荷特性的更全面、更客观、更人性化的整体组合性能要求转化,即向包括结构整体强度、刚度、动力特性、防灾减灾、能量耗散、可持续发展、经济与环境等性能在内的需求转化等。克服脱离工程实际需求,或单纯片面地以结构布置、分析计算、构件设计与构造措施来代替结构选型设计对整体性能的规划、评价与调控,或以主观经验来解决对结构系统型式的科学规划问题,或不顾整体性能,片面追求短期经济利益而忽视长期社会效益和环境效益等方面的传统结构设计习惯、思想和方法,适应前述新的需求,构建新的结构选型方法已日渐必要。
二、高层建筑结构选型的主要内容与要求
1.根据建筑物所处的场地来确定建筑物的抗震要求，明确建筑物的抗震设防分类，场地的抗震设防烈度以及场地土类别，当然，场地选择要远离土质液化以及会产生地基土不均匀沉降等灾害的地段。
2.由建筑高度和体型来合理选择结构体型，尽可能在建筑方案设计中提前介入，使建筑物的平面与立面形式简单、规则，尽量避免偏心问题的产生，尤其注意抗侧力构件刚度与质量分布在同层平面内应尽可能的对称，相邻层刚度与质量变化尽量缓和。
3.采用的结构体型要求尽可能的经济合理。
4.在实际设计过程中要考虑施工过程的简便可行。
三、选型影响因素
高层建筑选型是工程项目的重要环节，由于其规模庞大，投资额大，功能要求多，所以其选型受多种因素的影响。
1.所处环境影响选型结构
进行高层建筑物选型，首先调查其所在环境的因素，高层建筑所在位置的环境资料是进行结构选型的基本资料，并且所处的环境决定了建筑的基础结构、竖向承重结构和水平承重结构。高层建筑结构选型中，要考虑融合周边环境与建筑外形空间艺术的和谐，来设计高层建筑结构体系外部的部分。掌握高层建筑所处区域的情况，再融合专家的设计知识、经验以及工程实例发挥合理的想象，进行高层建筑选型设计。
2.建筑功能要求会影响高层建筑的选型
高层建筑更能充分体现建筑的功能实现，因此建筑功能要求是高层建筑选型设计的首要考虑因素。任何建筑都要与客观空间和地质环境相匹配，高层建筑更是要符合土地资源高效开发利用的要求。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》规定的各类结构体系的最大适合高度，以及对使用功能的要求，可以大体确定高层建筑的规模、高度和功能空间的分配。在高层建筑结构选型时要考虑提高建筑空间的利用效率，并且节省维护结构的费用，降低建筑物的总成本，这就要求所选择的结构式剖面要与建筑物使用的空间相适应。
3.结构材料对结构选型的影响
结构材料在近年来的建筑中应用越来越多，结构材料的应用加速了建筑结构形式的变革，同时也给高层建筑结构选型带来了显著的影响。高层建筑的发展源于19世纪后期钢铁结构作为承重结构材料。20世纪中期以来，新型的结构材料不断涌现，轻质高强的结构材料在高层建筑中被广泛应用，这些结构材料的出现为高层建筑的发展提供了有利条件。在高层建筑结构选型时，可以密切结合结构材料的选用，结构选型设计应充分发挥材料性能的结构形式，创新高层建筑结构形式。
4.工程施工技术对选型的影响
随着科技的发展，新的施工机械和施工技术在建筑工程中也广泛应用，这使得高层建筑以及大跨度建筑的各种结构形式都能够实现。传统的深基坑支护、桩基施工、大体积混凝土浇筑、深层降水等施工技术都进行了逐步改善，组合模板、大模板、爬升模板和滑升模板工
艺逐渐趋于成熟，这些技术的进步保证了先进的建筑结构形式的实现。
5.建筑结构设计理论发展的影响
随着创新理论的延伸，建筑结构设计理论也取得了显著的进步，为高层建筑的复杂结构设计和问题优化提供了理论基础。在新的结构理论研究中，重点研究了抗震设计对高层建筑结构外形的影响。由于高层建筑受所在区域地质条件和地震运动随机性的影响，会产生不同程度的损坏，会给结构选型带来困难。针对上述问题结合我国对地震规律的认识程度和经济条件，结构选型设计提出了三个水准(小震不坏，中震可修，大震不倒)和两个阶段(承载力计算和构造措设计阶段、弹塑性变形验算阶段)作为建筑抗震设计的总思路。
四、结语
近年来，随着高层建筑的不断涌现，高层建筑结构选型已成为国内外相当一部分专家和学者研究的重要内容，在理论研究和方法应用上尚未充分。综上所述，结构选型受多种因素的影响，是一个复杂的综合的决策过程，包含了多项不确定性。这就要求高层建筑结构选型要重视结构形式的创新与智能化，最终构建集成的智能形式高层建筑设计。广泛结合基础学科以及今年信息技术，高层建筑结构选型可以综合利用模糊推理、概率推理和证据推理，即基于信息融合技术的多源信息融合推理方法；基于事例推理(CBR)和人工神经元网络(ANN)有机结合的方法;综合考虑结构、建筑、美学和经济学等诸多依据的结构选型智能决策系统等方法。一个由方法集成、系统集成、知识集成构建的具有能动创新的智能分析、设计和决策综合系统，是未来高层建筑结构选型设计发展的趋势，保证高层建筑工厂发展的科学性和持续性。
【参考文献】
[1]黄辉亮.浅析当前我国高层建筑结构设计与选型[J].知识经济.2011(10).
[2]张殿林,黄宝鑫.高层建筑结构体系选型及分析[J].黑龙江科技信息.2011(23).
钢结构课程具有内容丰富、涉及面广、构造形式复杂、与工程实际联系密切、工程应用性强等特点。学生要学好这门课，必须具有扎实的材料力学、结构力学、结构稳定理论等专业基础知识;同时还要了解钢结构的有关规范。在大多数院校钢结构课程只有50～60课时，有些院校的课时更少，笔者所在学校的钢结构课程只有40学时，部分院校甚至将钢结构课程设置成专业选修课，而混凝土结构课程一般都有80学时以上，而且基本上都是专业必修课程，这从一个侧面反映了目前中国高等院校在土木工程专业教学中仍是“重混凝土，轻钢结构”。这种课程设置，促使学生把大量的精力用在学习混凝土结构上，对钢结构课程投入的学习时间和精力就较少。笔者在多年的教学实践中感到，钢结构课程是学生反映较难掌握的一门课程。该门课程的公式、图表、规范条文较多，具有很强的综合性、技术性和应用性。既有理论推导，又有实验研究，同时又与相关规范和工程实际联系密切。要学好钢结构课程要求学生要有良好的力学基础，并掌握一定结构稳定的理论知识。目前学生接触的大多数建筑物都是钢筋混凝土结构，所以他们对混凝土结构有比较直观的感性认识，而对钢结构建筑比较陌生［2］。虽然在钢结构课程教学中安排有参观实习，但一般参观实习的课时非常有限，这就使学生对钢结构建筑的认识非常肤浅。因此，学生对钢结构知识的学习兴趣和接受程度都不如混凝土结构知识。如果学生在专业基础课的学习中没有打好一定的力学基础，对结构稳定理论的基本问题没有理解透彻，学生在学习钢结构课时就会感觉非常吃力，所以很多学生认为学习钢结构这门课非常难;教师也觉得这门课不好教，因为这门课的内容以及公式计算图表都较多，课时又少，要很好地完成教学任务，难度确实不小。钢结构课程教学现状已经无法适应钢结构行业的发展，相关专业大学毕业生的钢结构知识和技能也无法满足社会对钢结构人才的需求，所以，对钢结构课程进行教学改革势在必行。
二、教学内容的改革
由于钢结构课程课时较少，教学内容较多，涉及面广，因此，教学中要精简内容，突出重、难点知识，并结合工程实例进行讲解，增加学生的学习兴趣，培养学生的工程意识;同时，适当补充教材中没有的“新”知识和学科前沿动态信息，以拓展学生视野。总而言之，教学内容要遵循“少”、“宽”、“新”的原则。
1．“少”的原则
“少”就是要求精简、优化课程教学内容，突出重点知识，讲透难点知识，避免教学资源的浪费。如介绍钢结构的材料性能、钢结构的设计方法时，因为土木工程材料和钢筋混凝土课程中已涉及钢材的基本力学性能和各种因素对钢材主要性能影响的问题，所以这部分内容可不讲或少讲。对钢材的疲劳破坏性能、抗冲击性能则可适当结合相关实验详细讲授，特别是对复杂应力状态下钢材的屈服条件，正确选用钢材，防止钢结构产生脆性破坏的设计要求等内容应重点讲解［3］。对钢结构设计方法中有关结构的可靠性与可靠度的概念、结构设计的目的、荷载的分类及两种极限状态等内容，可以简单回顾的方式讲授，因为这些内容在混凝土结构课程中已有涉及。
2．“宽”的原则
精减钢结构课程内容，并不是一味地减少教学内容，有些内容要减，有些内容则要“加”。“加”的内容主要是为拓宽教学内容的适应面。因为钢结构课程教学的一项基本任务是培养学生的工程综合能力，所以这就要求教师在安排教学内容时应注意拓宽知识面，适当补充教材上没有的教学内容，增强学生毕业后从事相关实际工作的适应性。比如钢结构与混凝土组成的混合结构、轻钢结构等内容教材涉及较少，而其工程实用性又较强，所以应适当补充工程结构方面的教学内容。
3．“新”的原则
“新”是指教学内容要体现本学科科学研究和工艺、技术改进的新信息和最新成果，充分反映学科前沿的动态，注重对学生创新意识和创新能力的培养。在钢结构课程讲授过程中，可简单介绍一些现代设计新方法和新技术。如:钢压弯构件截面优化设计方法，门式刚架轻型房屋钢结构的设计方法等。
三、教学方法的改革
1．启发式和讨论式教学法
为了避免“灌输式”的教学，教师应根据教学内容精心设计问题，引导学生带着问题去听课，这样的教学效果会大大好于满堂“灌输式”的教学。教师提出问题后，先让学生自己思考、分析并提出解决问题的办法。对学生不能分析、解决的问题，可组织学生讨论，教师再进行必要的启发和指导。比如在讲梁的整体稳定临界应力的影响因素时，教师可先提出问题，引导学生从梁整体稳定临界应力的公式出发，利用已掌握的结构稳定的知识进行分析。在学生分析问题的过程中教师可进一步启发学生:荷载作用位置也是影响梁整体稳定临界应力的因素。通过启发，引导学生自己思考，最终得出相关的结论。学生是教学的主体，只有调动了学生的积极性、创造性，才能真正达到教学目的。
2．对比式教学法
一般而言，混凝土课程是先修的专业课，教师在教授钢结构课程时，可以对比这两种结构的优缺点，比较两种结构所用材料的区别，加强学科或知识点之间的联系，并突出钢结构知识的重点。比如教师在讲钢梁设计时可对钢简支梁和钢筋混凝土简支梁作一对比，钢筋混凝土的简支梁和钢简支梁，由于是两种不同材料制成的梁，所以这两种梁的破坏特点是不同的，梁和柱连接的做法也不同。对钢筋混凝土梁来说，混凝土是抗压强度较高而抗拉强度非常低的材料，混凝土的简支梁在弯矩和剪力的作用下，构件在剪跨段将会出现过大的斜裂缝，出现斜截面破坏。为防止构件发生这种破坏，一般应在梁中配置腹筋(箍筋、弯起钢筋)。但是对钢梁来说，由于钢材是抗拉强度和抗压强度都较高的材料，梁腹板通常具有足够的强度，但在腹板过薄的情况下可能出现梁腹板沿斜向被压屈。为防止这种梁腹板被压曲而导致的梁腹板局部失稳，一般要按照一定的构造要求，设置横向加劲肋，防止梁腹板的局部失稳［3］。在学习钢结构的轴心受力构件这部分内容时，可以比较混凝土结构的轴心受压柱与轴心受压的钢柱满足承载能力极限状态的条件的不同。混凝土结构的轴压柱一般是因为材料的强度达到极限强度而破坏的，强度条件决定柱的承载力;而钢结构中只有极短的柱或被孔洞削弱过多的柱因强度丧失承载力，一般来说，钢柱的承载力往往是由稳定条件决定的。通过这种对比式的教学，能进一步加深学生对钢结构知识的认识。同时在对比中，引导学生自己提出问题，认真思考，找出出现问题的原因。
3．工程案例分析教学法
将典型工程实例作为教学案例，启发学生思考，活跃课堂气氛，加强师生间的交流互动，培养学生综合分析问题和解决问题的能力。利用工程案例教学，能更好地将理论知识与工程设计规范相结合，避免传统教学中讲计算多、分析少、说理性差、脱离实际工程的倾向。特别是对工程破坏事故的分析，可培养学生的工程意识、工程思维和运用工程方法的习惯。比如在讲各种因素对钢材性能的影响时，可结合某工程事故进行分析。如1954年11月，英国制造的32000t油船———世界协和号，在海浪达4．5～6m高的大海中航行时船底断裂。让学生先自行分析发生这一事故的原因，再说明导致事故发生的原因:船的大部分板件未满足冲击韧性要求。再如讲结构稳定问题和屋架设计时，均可引入河北某厂锻造车间23榀轻钢大跨度屋架垮塌事故进行分析。此事故主要原因是屋架选型不对，屋架上弦斜梁未满足整体稳定的要求。在讲焊缝质量对结构的影响时，可列举2010年鄂尔多斯那达幕会场坍塌事故进行分析。结合工程事故分析，一方面能加深学生对所讲问题的理解和记忆，另一方面能激发学生的学习兴趣，使教学内容更加丰富和生动，避免了教师纯理论的说教。同时学生也可以从典型的工程事故中，逐渐增强工程意识以及安全和责任意识，培养学生良好的职业道德和职业修养。
4．现场教学法
钢结构课程是一门工程实践性很强的课程，由于学生接触钢结构建筑物的机会较少，对钢结构制作和构件连接的了解十分有限。如果学生没有很好的空间想象能力，很难把图纸所表达的意思和实际的钢结构建筑物对应起来，很难理解设计图纸上所表示的钢结构的具体连接、制作方法等问题。因此，在钢结构教学中要增加现场教学的课时，使学生有更多的机会了解钢结构建筑物，增加学生的感性认识，提高教学效果。所谓现场教学就是将课堂搬到工地、工厂，是教学内容最贴近工程实际的教学活动［4］。如梁、柱节点构造、钢结构制造加工工艺、屋盖结构等内容，教师在课堂上讲这些内容时非常费力，因为仅通过语言描述和图纸讲解，学生并不能完全了解其具体做法，教学效果不理想。要使这些抽象的知识变得直观化，就必须通过现场教学，将平面的印象空间化，才能达到事半功倍的效果。
5．抓重点，围绕课程内容“主线”进行讲解
由于钢结构课程内容多，涉及面广，在教学中更应该抓住课程重点，突出核心内容。钢结构课程的学习是在分析钢结构材料性能的基础上，通过了解和掌握钢结构连接的计算和构造要求，学习构件的设计方法，最后再学习钢结构的整体设计。教学中，教师要给学生首先介绍这一学习“主线”，让学生了解学习的层次和各部分知识的先后关联，这是学好钢结构课程的关键。稳定问题是钢结构构件设计中的重点，所以在讲解构件设计相关内容时要围绕稳定的概念，对稳定的影响因素及稳定的计算和保证稳定的构造措施等作重点讲解。在构件设计中要把握“强度—刚度—整体稳定—局部稳定”这条主线［5］。钢结构的连接问题也是钢结构课程教学的重点内容，在讲解这部分内容时，要重点讲解连接的计算及连接的构造要求等［6］。在教学中给学生讲清楚连接计算的思路，比如在讲解焊缝连接计算时，要让学生搞清楚连接计算的思路，先找出焊缝截面作为研究对象，将各个力平移到焊缝截面的形心位置，再进行受力分析，分析各个力单独作用下焊缝截面的应力，再通过应力的分析找出危险截面，再对危险截面进行强度校核。这样学生在进行连接计算分析时，就能非常容易地掌握有关焊缝连接计算的问题［6］。教师只有在课堂上真正抓住重点内容，围绕课程内容主线讲解，才能在课堂教学中有的放矢，达到理想的教学效果。
6．采用多维立体化的教学手段
针对钢结构课程教学中普遍存在的内容复杂、信息量少、平面讲解不易被学生真正理解的现象，教学中可以利用多媒体课件进行教学。为了进一步提高教学效果，教师需要制作高水平的多媒体课件，构建实物、模型、录像、多媒体课件等多位一体的教学平台。通过多媒体教学中的动画、视频，帮助学生更好地了解和掌握相关知识和内容。同时也可以激发学生的学习兴趣。比如在介绍抗剪普通螺栓连接的几种破坏形式时，教师可以通过动画演示，使学生了解各种破坏发生的条件、破坏的类型。在讲解轴心压柱的整体稳定和梁的整体稳定时，通过动画演示，让学生更加直观地掌握轴心受压柱的几种屈曲形态和梁的侧向弯扭失稳的形态。动画的演示会取得一般传统教学达不到的教学效果。同时，教师在备课时还可以收集有关建筑钢结构知识的录像资料，以及国内外有关钢结构设计方面的图像资料，作为备课的教学素材，将科技含量高的建筑钢结构最新工程技术成果及有价值的教学材料及时引入课堂，拓展学生的知识面，增加课堂理论教学材料的综合性和丰富性，满足学生对建筑科学技术发展及应用的爱好和兴趣。
四、结语
“水立方”概述
1、国家游泳中心背景介绍
为了举办2008年北京奥运会，北京市政府在城市北侧征地约1135ha，作为举办奥运会的核心区域，并将其命名为“奥林匹克”公园。其中森林公园680ha，中心区(四环路以北)291ha，其余为现状国家奥林匹克体育中心用地及其它用地。
奥林匹克中心区包括体育设施、文化设施、会议设施、商业服务设施和奥运村等。国家游泳中心位于奥林匹克公园中心区的南部，规划用地约6.95ha，主体建筑紧邻城市中轴线，并与国家体育场相对于中轴线均衡布置。
国家游泳中心的总建筑面积赛时将近80000m2。奥运会时用于游泳、跳水、花样游泳和水球决赛，赛后将成为多功能的大型水上运动中心，既可举办大型的国际国内水上比赛，又能为公众提供水上娱乐、运动、休闲和健身服务等，国家游泳中心内具有永久座椅4000个，奥运期间座椅总数为13000个。中心内包括游泳池、跳水池、热身池、嬉水乐园、餐饮、电影院，娱乐、私人俱乐部等。
2、设计团队介绍
中建国家游泳中心设计联合体共由4家单位组成。中国建筑工程总公司为牵头单位，负责整个设计工作的协调以及与外界的沟通和联络。同时，中国建筑工程总公司对整个项目的设计工作承担主要的责任和风险。本项目的中方设计人为中建国家深圳设计顾问有限公司。此公司是一家国内新兴的设计单位，其先进的管理理念和优秀的设计人员使得这家公司在这几年发展非常迅速。
本项目的外方设计人为澳大利亚PTW公司和ARUP公司。其中PTW公司具有丰富的奥运会设计经验，曾经参与过悉尼奥运会游泳馆、雅典奥运会游泳馆和其它奥运工程的设计工作。公司中具有多名奥运会运营和规划专家。ARUP公司为世界知名的工程设计公司，它的业绩遍及全世界做过很多民用工程和体育设施。在中国内地也非常活跃，参与了包括中央电视台新址、国贸三期和国家体育场的设计工作。
3、项目特点
本项目的设计将建筑理念和结构形式完美地结合在了一起，达到了精神与物质的统一。同时，在保证拥有世界级的功能设计的同时，又将中国的传统文化和建筑艺术作为设计指导思想。它的立面和屋顶结构设计独特，看似复杂，但是原理却非常简单，施工有很强的可实施性。设计将奥运会的使用和赛后利用紧密结合在一起，在保证比赛的同时，尽力实现赢利化的运营，减少运营中的投入。
在设计中我们尽量将高新技术融入到场馆当中，保证运动员能够最大限度发挥水平，争取创造更好的成绩。同时，紧密与环境保护和节能设计相结合，积极响应“绿色奥运”的理念。所有的设计都保证了国家游泳中心成为世界上最好的水上运动设施。
建筑设计
“简洁纯净的体形谦虚地与宏伟的主场对话，不同气质的对比使各自的灵性得到的共生，令人感到相得益彰。作为一个摹写水的建筑，纷繁自由的结构形式，源自对规则体系巧妙而简单的变异，却演绎出人与水之间的万般快乐。椰树、沙滩、人造海浪……将奥林匹克的竞技场升华为世人心目中永远的水上乐园。”
我们这样表述着“水立方”，是希望透过不多的文字告诉人们，这一设计的三个重要命题：奥运公园的群体关系、结构与外观如何产生以及功能和运营的安排带给建筑的不同意义。
1、关于“水”与“方”
赫尔佐格的主体育场，如同评委所谓“推动性的、革命性的发展”的评语一样，我们看到的是对体育建筑语言模式的重构，雄伟、新奇、单纯、完整、明确、强烈是我们对它的解读。游泳中心与之同处于一组群体关系中，构建一种饶有趣味的和谐并非易事。面对空间上一个无可争辩的控制者，任何分庭抗礼的努力都会成为无聊的举动，各自为政、孤芳自赏也会因缺少相互间内在的张力，而使环境变得无趣。要做的就是在主场已经确定的条件下，找到一种共生的关系。所谓剑走偏锋，我们在与主场完全不同的审美取向上做了一种极端的努力，产生一个纯净得无以复加的正方形，用一种近乎毫无表情的平静表达对主场的礼让与尊重。同时，尊重并不意味着臣服，一个高级的共生关系应该可以彰显各自不同的特征。没有人希望看到一副木讷的嘴脸，而是期待平静后面的惊异与灵动。尤如文静娴淑的东方女性，时而也会呈现出睿智、活泼和热情。游泳馆是关于水的建筑，无论出于与主场气质上的对比的目的，还是对建筑的功能演绎，我们都希望摹写出关于人与水之间的种种快乐：流动、多变、不确定、宁静、奔涌、潮起潮落……凡此种种。
最终，我们选择了一种自由的结构和气泡的外墙，希望任何一个普通人，穿透平静的第一印象，看到漫天的水泡，伴随着惊喜得到一种仿佛置身在水中的快意。这样平静的外表与内在的浪漫，如同在形体上与主场的对应一样，体现的是事物中矛盾双方的平衡，也即阴阳相济的关系。
方形是中国古代城市建筑最基本的形态，在方的形制之中体现了中国文化中以纲常伦理为代表的社会生活规则。生存空间和生活资源相对匮乏的中国社会，需要严格的社会规则下的生存。对规则的尊重是提升人的社会层次的唯一途径。这不免有些负面的成分，但规则并不限制智慧的光芒。中国历史上经典的文化成果及千古传颂的人物，无不是这种规则与灵性的复合体，一个尊重现实规则而又灵光四射的事物，必然是易于被人接受的。
我们选择一个方形，同样认为“方”是对既有事物最好的尊重，而且可以与其内在的浪漫产生更强烈的对比，从而激发出更多的趣味。“方”的选择是一种极湍的努力，单独接触它并不见得很快被人接受，但面对众多竞赛方案的权衡比较，面对与主场间难以协调的关系，一种极端的努力往往会成为最容易接受的事实。这让我们想起贝氏的卢浮宫金字塔，同样面临需要协调的环境，外观上的极端无为，反而成为其存在的依据。这是一种东方式的思维，一种寻找事物间均衡关系的努力。面对主场我们希望得到的均衡就是“我的平静是因为你的热烈与新奇，我的灵动是因为你的壮美与坦然”。
2、结构与表皮
内在的浪漫是靠自由的结构形式和ETFE气泡的外表营造的。这是一种消解了建筑固有的几何关系的自然观感，但它仍然是有严格逻辑的。Arup的工程师精彩地实现了规则与自由问的对应关系，非常契合整个建筑的思维方式。
规则是建筑被人接受而且易于建造的保证，自由是我们盼望的结果。把一个基本单元体作为一个几何单元，在空间中相互拼合，以每个边线作为钢杆件，形成空间钢框架体系，这就是结构体系的基本规则。设想如果这种体系没有边界，它将是一种统一单元无限重复的空间格构框架。我们将这种格构框架在空间上设定一个角度，然后用建筑所要求的各个界面去切割，由于角度的作用，每一个作为结构几何单元的十二面体与界面相切的位置不同，会呈现不同形状的切面。所以我们在外立面上便得到了一种自然状态的若干多边形组成的图案。每一个多边形上覆盖一个ETFE气泡，这就是“水泡”的外观。可以看到这一结构体系一直是在理性与规则中操作，仅在形成结果的最后一个环节，使之呈现了一个自然状态。值得说明的是，前面提到的切割面与格构框架间的角度，这一角度与几何单元间存在一定的关系，可以使得外观的自由图案以一定范围做“四方连续”的重复，这可以更好地为实施带来方便，但这种重复被控制在不易察觉的程度上。我们认为这一结构解决方案，使代表着建筑内在逻辑体系的“构”没有被“解”掉，而是在一个纷繁自由的外观下得到了强化和尊重，这种努力使“水立方”真正成为建筑而不是雕塑。因为雕塑是依靠艺术家的智慧之手确定每一细节，别人是难以参与的，而这一设计设定的是一个程序，任何人遵循这一程序输入相同的原始条件都会得到同样的结果，这无疑使之具备相当好的工程意义。
ETFE是近年国际上渐渐流行的材料，格雷姆肖、赫尔佐格等大师都有用它建成的作品。它的外观特性用在这一设计中非常恰当。这是一种叫做“聚四氟乙烯”的超稳定有机物薄膜，中间充气形成气枕，边界固定在铝合金边框上形成一个个扇页，再将边框固定在结构构件上。其节点与施II艺与一般的玻璃天窗大同小异。这种材料与家用不粘锅内的“特富龙”属同族物质，表面附着力极小，对灰尘、污水的自洁性能大大优于玻璃，在北京的特殊气候下，无疑是现有材料中最好的透明半透明的材料。
结构形式和材料将在后面的章节中做详细介绍。
3、功能和运营
现代奥运会已超越纯竞技体育的意义而成为世界性的大聚会，是社会、文化、科技的综合展示场。对中国对北京更有深刻的精神意义。基于这种考虑，在满足比赛需要以后，我们不但安排了大量赛后运营的活动内容，还赋予它更多的场所意义。赛后运营的主体是人造冲浪海滩，围绕它还有种类繁多的水上娱乐、健身、培训等设施，建成后是北京最大型、最全面的市民水上游乐中心。赛场北侧的临时座椅拆除后，形成独立的高级水上健身会所，南侧的临时座椅拆除后，形成连接东侧主场轴线与西侧商业区的室内步行街。步行街一边有若干餐饮、酒吧、商场、电影院等设施；一边是椰林掩映下的冲浪沙滩。它将是奥运公园一带颇具特色的城市空间。
4、景观设计和文物保护
景观设计中的圆形水池寓意方块落在水面溅出的水花，水滴四溅，滴水荡出涟漪，形成NSC的自然景观。这些“水滴”形成场地上与水相关的景观小品，如水池(有选择地种以植物)、雕塑、喷泉等。正如中国古城池被河水环绕一样，四周以线性水池与陆地分开，仅以桥在建筑入口处相连。
国家游泳中心为北顶寺提供了一个多变的背景，我们的设计将两者紧密联系，而不是互相对立。在国家游泳中心南侧的开放空间之中，通过精心设计的景观将北顶娘娘庙和国家游泳中心集合起来，自然而然地完成了天然景观与建筑艺术的转换，也标示着这个城市从历史走向现代的过程。我们正在兴建一座奥林匹克绿色城市，国家游泳中心就在它的最前面。
国家游泳中心延续了奥林匹克公园的总体规划思想，引导了一个方型建筑的序列，使得它北侧的建筑能够根据它所定义的形状向下延伸。
结构设计
国家游泳中心的结构体系基于三维空间的最有效分割模型。此结构模型自然界中普遍存在，例如细胞组织单元的基本排列形式、水晶的矿物结构，以及肥皂沫的天然构造。
结构设计的灵感来源于Kelvin的“泡沫”理论，将水泡的结构放大到建筑结构的尺度。这样的结构形式至今还仅存于自然界，尚未被用于建筑结构模型。这种独特设计带来的特殊视觉效果和空间感受给人一种神秘的美感。
1、空间结构的由来
19世纪末期，Load Kelvin提出了如下问题：“如果我们将三维空间细分为若干个小部分，每个部分体积相等但要保证接触表面积最小，这些细小的部分应该是什么形状7”
在过去的100年中，许多人都对这个数学难题提出了不同的解决方案，但是都不是非常完美。到了1993年，两个爱尔兰教授Weaire和Phelan提出了新的解决方案，即由两个不同的单元体构成，其中一个为14面体(2个面为六边形，12个面为五边形)，另一个为12面体(所有面均为五边形)
Weaire－Phelan模型一直延用至今，它是三维空间最理想的组成结构。我们就用它作为国际游泳中心的结构设计基本模型。
2、空间结构的形成
尽管它呈现出复杂性及有机的形式，但实际上它具有很高的重复性。此结构中只存在3种不同的面，4个不同的边，3种不同的角点或节点。所以国家游泳中心可用高度重复性的空间钢结构桁架来进行安装。这个结构是基于世界上对数学结论最有挑战性的答案，同时也是自然界里最普遍存在的形式，也就是人文、技术及绿色结合的答案。
以下是对国家游泳中心空间结构形成过程的描述，为简单起见，形成过程用二维平面来代表三维空间。
第一步是构造一个空间钢桁架的单个单元。
这个单个单元可在两个方向上重复以形成大面积的空间钢桁架结构。
为了创造一个大小不一的图案，可把已形成的结构旋转一下。在这个示范中，我们旋转了45度角。在三维空间中，这个形成的立方体是在两个轴线上旋转的。也就是，横向旋转一次，纵向旋转一次。
旋转完毕后，用“磨具切割机”按照最终的屋顶轮廓把形状切出来。
最后一步是把切出来的空间钢结构桁架清理一下。把屋顶及墙体周边不需要的杆件清理掉。最后就形成了一个不仅具有高重复性而且具有高效率的空间钢结构桁架。
3、空间结构的几何分析
前面已经提到，这种结构看似复杂，但是具有非常高的重复性。我们对这个空间结构桁架不同杆件的长度作了个归类。这个归类包括了30度转角及45度转角的这两种几何形式。以便读者有更直观的认识。
(1)30度角几何形式
①表面层：表面层是指屋顶的上层及下层，墙体的内层及外层。该表面层形成了空间钢结构桁架体系的主要受力杆件。图7是30度转角的屋顶平面几何示意。可以看出一个与水平方向成30度角的重复性图案。为了得出重复性的高低情况，我们对实际杆件的长度作了个分析。表面层杆件长度变化较大。
②内部结构对内部结构的杆件情况，我们也做了相
同的研究，可以看出与外表层类似的图案，但沿30度角的图案比外表层的更清晰。重复的单元体也清晰可见。
总结杆件长度的分析可以看出，内部杆件的长度有很高的重复率，在占有总杆件71％的内部杆件中，只有4种不同的杆件长度。这些杆件代表了空间钢结构桁架体系的内部杆件并形成一部分基本单元的重复性。
剩余的29％的杆件，具有74种不同的杆件长度。这些杆件将外表面层及内部典型单元体连接起来。
总结起来，内部杆件重复性高。空间钢结构桁架杆件及其连接可用重复性的模式来加工制作。然后可以非常有限的节点形式采用焊接或螺栓连接。
(2)45度角几何形式
①面层结构：结构的重复性在沿45度角的方向是清晰可见的。可以看出97％的杆件只有9种不同的长度，剩余的3％的杆件拥有9种不同的长度。比30度的情况具有更大的重复性。这种增加的重复性减少了建筑外观的随机性。
②内部结构：30度角所生成的空间框架的内部结构具有很高的重复性，70％的杆件只有4种不同的长度。45度结构的重复性更高，90％的杆件具有4种不同的长度。
总的来说，由于结构是由简单的单元体组合而成，所以它具有很高的重复性。对于结构的施工还是相当可行的，只要将一些具有相似长度的杆件焊接或用螺栓连接在变化不多的节点上即可。
4、空间结构的受力分析
我们采用了Strand7有限元分析软件对结构进行了分析并用其它几个软件对计算结果进行校核，并对杆件的尺寸进行了优化。此过程可以确定空间框架中杆件的优化截面面积，以保证达到结构的最小重量。
我们根据设计规范对全部屋面和部分屋面杆件的应力进行了分析。设计荷载考虑了静载、风载和雪载的组合方式。我们发现所有应力均在允许范围之内。上顶面的最大应力为大约270n／mm2。
5、空间结构的挠度分析
我们对在静载、活荷载、风载和雪载的情况下的结构挠度进行了分析。最大静荷载挠度为245mm。按照最大跨度115m考虑，最大挠度比为1／470，在允许的范围之内。最大的活荷载挠度为105mm，挠度比为1／1000。静载加活载的挠度比1／319。
最大的雪载挠度为150mm，挠度比为1／766。静载加雪载的挠度为395mm，挠度比为大约1／300这也在允许范围以内。最大侧向风载挠度为115mm，挠度和高度的比值为1／300，非常安全。
总的来说，由单元体组成的空间框架结构具有足够的刚度，其挠度值在允许范围以内。
静载挠度最大的垂直挠度=245mm。
“水立方”的外贸材料
ETFE在膜结构领域已有十几年的应用历史。由于这种膜材具有卓越的性能，使得它几乎能适应一切从开放式、半开放式直到完全封闭式的、需要“透明”的场合。本项目将此种材料用于外墙材料，是一种大胆、新奇的设计。这种设计不仅大大降低了屋顶和外墙的重量，而且充分体现了绿色和科技的主体。ETFE为现代建筑提供了一个创新的解决方案，它的成本合理、质量轻、热学性能两高、具有很强的透光性、能够广泛地应用于传统材料，如玻璃制品所不能应用的地方。
1、ETFE材料介绍
四氟乙烯(ETFE)是建筑产业中一种相对较新的材料。ETFE的英文名称为Ethylene Tetra Fluoro Ethylene，是一种乙烯和四氟乙烯的共聚物。它是经过改进了的一种粉式聚合树脂，跟PTFE(也叫做特富龙)属于同一家族。用于建筑中的ETFE通常是通过挤压形成很薄的薄片生产出来，这种薄片较多用于建筑的双、多层充气膜结构中。单片膜的跨度与其载荷有关，一般为2m～5m。最大的ETFE膜结构可伸展达50m。ETFE薄膜能够制成任何尺寸和形状，满足大跨度的要求，节省了中间支撑结构。这就使得设计者能够把覆层跟结构相结合，创造出极为轻质、简洁和高雅的结构。
2、ETFE材料的性能
与塑料的不同的是：塑料是聚氯乙烯，强度和耐久性都很差。ETFE是氟的聚合物，它是非常稳定的物质。例如氟的另外一种聚合物特富龙，用于不粘锅内的材料，可抗高热、酸碱等腐蚀。这种材料寿命超过20年。由于组成这种膜材的分子是自然界中最稳定的有机物之一，故由ETFE为膜材的膜结构一般受环境影响极小。
对于此种材料厂家的保质期为10年，厂家提出的寿命是30年。但这并不意味着30年后必须要进行更换，可能在30年后会有局部的更新。
ETFE膜材料的透光率约为90％。ETFE膜的可选色为白色，此种情况的透光率为70％。对于双层(层间为空气)ETFE结构，K值约为3.5，对于同样的三层结构，K值约为1.8。
3、ETFE材料的防火性能
ETFE是一种阻燃性且自熄性材料。熔点在275℃左右。当材料接近它的熔化温度时(大约275℃)，它就会软化。叶片内部气压作用使得ETFE超过它的延展界限，这样在表面形成孔洞。这就有效地让热空气或底下的火排出去。因为ETFE材料很薄很轻，所以分离的碎片往往是被热空气向上带走而非掉到地面上。当有明火时，ETFE将会燃烧，但很快就会熄灭。ETFE的这种自我通风的特性有效防止了过热的空气在体系下面聚集，因此防止了过热的空气导致的可燃材料的自燃。
此外，由于这种材料的平均厚度仅为0.2mm，单位重量极轻，故如果发生火灾，其造成的损害也是极小的。ETFE在离开火源后会自动熄灭。一个2000m2ETFE膜结构建筑，其所用的ETFE膜材总体积大约只有0.8m3。考虑到材料的特性，烟花虽有造成微小损伤的可能性，但对整个建筑不造成任何威胁。
4、ETFE的设计原理
ETFE薄膜气枕的设计原理并不很新。首先应用于覆盖结构的一个实例是在1970年东京世界博览会上。从那时起由聚酯制成的薄膜开始应用的到空间框架上。
在实际应用中要采用两层或者更多层的薄膜，在边缘夹在一起形成可以充气的枕头形状。薄膜边缘夹具的形式经常会有变化，但是通常是由安装在下部钢或木结构或者是悬索结构上的特制的铝质边界型材构成。
体系内的气压使得上下两层薄膜形成了曲线。一般来说，根据体系形状和大小，内部空气的压力在200～750Pa之间进行调整。体系外面的荷载通过内部的空气压力传到整个体系。若内部压力降低或实际荷载超过了充气压力，那么荷载将由悬链线直接承受。
5、ETFE的充气系统
与ETFE叶片相配套的充气系统将保持叶片内部压力的恒定。充气系统包括烘干机、鼓风设备(泵)、温度和湿度自控装置(它里面的过滤器可以防止湿气和灰尘进入叶片内)、压力传感器等。充气系统可以和传感器相连，使得气
垫内的压力可以根据外部荷载的压力变化而进行调整。
气泵一般安置在ETFE气垫附近，由于他们很小，可非常容易地安置在不引人注目的角落里。其他设备则可统一安排在中心控制室内。
空气由经过滤和调节温湿度后经压缩机输入主管，再由支管输入气垫内。考虑到体系内会存在渗漏，充气系统必须连续运行以保持叶片内部压力的恒定。当充气系统不运行的时候(例如维护或停电)，连接气垫的管线中的单向阀门将起作用，以防止内部的气压损失。
6、ETFE薄膜的自洁性
ETFE本身为自洁性材料，摩擦系数非常小，表面很光滑，加上曲线形的形状，灰尘很难附着。即使有少量的附着发生，也会在干燥后被风等自然力非常容易地清除掉。由于它是氟的聚合物，很难与空气中的其它化学物质产生反应。对于屋顶，一般情况下，每4或5年清洗一次即可。清洗时可用清水及软布，一般不需清洗玻璃幕墙时所用的不利于环保的化学药剂。对于立面，可设计一些与结构相结合的可上人装置，如梯子等，以便需要时上人清洗。就经验而言，立面所需的清洗非常少。在气垫相连接的附件处，应该尽量设计合适的角度以保证排水的畅通，避免尘土的堆积，并注意对附件系统进行定期清洁和保养。
其它新技术的应用
国家游泳中心的设计应用了大量的新技术。这些技术有些在中国的建筑业中，甚至是世界的建筑业中还从没有用过。这些新技术的目的是最大限度地提高运动员的比赛水平，提高观众在现场参观比赛时的感受，同时为国家游泳中心的运营提供最大的便利。由于设计中体现的新技术较多，在此文中仅列出其中比较有特色的一部分。
1、外墙投影效果
由于外墙的特殊材料，它可以像电影屏幕一样在夜间通过光照在其上面产生可移动的动画，产生梦幻般的效果。这种图像可以是预先录制好的主体电影，也可以是国家游泳中心戏水乐园内人们嬉戏时的影像。通过在外墙上反映动画，可以为室外的人群提供一种休闲娱乐方式，同时为国家游泳中心的运营吸引到更多的顾客。为了实现此种技术，要在室外布置一套复杂的计算机控制照明系统。
2、三维立体球形显示屏
此种技术的最初出发点是为了辅助那些到现场观看跳水比赛的观众更好地欣赏比赛。对于电视观众，可以欣赏到跳水比赛的慢动作重放。但是对于现场的观众，整个跳水过程将在瞬间完成，在还没有完全看清楚的情况下，运动员的整个动作就已经完成。
为了解决这个问题，我们设计中提供的解决方案是在奥林匹克游泳大厅的中央上方安装三维立体球形显示屏，在跳水比赛中裁判员进行评判时为观众进行慢动作重放。此显示屏具有以下特性
①屏幕将允许所有观众能够看到跳水运动员的增强的比赛图像。
②屏幕的理想高度为10m，在宽度和形状上满足视觉要求。
③图像将在水雾中产生。水雾可以是自行产生的，也可以是在一个透明的容器里。
④在不使用时，屏幕应该是不可见的。
重放的图像应该是三维的经过放大的图像，观众在观看时不需要视觉辅助设施。
目前此种技术还不成熟，在3～4年内应该能够发展到我们需要的水平。
3、运动员辅助系统
(1)进程提示线
在比赛过程中，由于和领先运动员之间的距离以及中间其它运动员的阻挡，在泳道中的运动员很难判断自己与领先运动员之间的差距。我们的设计设置了一条垂直于运动员前进方向的通长提示线，标出领先运动员和后面其它运动员的相对位置。指示线将由聚焦在水面上方的激光构成。激光的强度不会对任何运动员、观众和比赛官员造成威胁。通过安装在游泳池上方的摄像机和专用的图像识别软件，可以定位出领先运动员头部的位置。在领先运动员前面没有激光束，所以领先运动员可以明确知道自己处于领先位置。其他运动员可以非常精确的知道自己和领先运动员的相对位置，但是领先的运动员并不知道自己和后面运动员之间的差距，因此运动员之间将展开激烈竞争，比赛的结果也有可能更加接近。
(2)出发方式的改进
运动员有时预测发令枪的时间错误而容易造成抢跳，使得比赛重新开始或者取消比赛成绩。而发令枪响的时间由比赛官员控制，并不总能保持一致。因此运动员不能精确判断出何时发令枪会响。我们的设计是在比赛开始以前，一条通线沿着泳道朝着运动员的方向移动，当到达距离池壁5m的地方比赛开始。通过此种方式，运动员可以精确判断出比赛开始时间，以减少不必要的抢跳，并尽量缩短反应时间。
(3)接力比赛交接过程的改进
在接力比赛中，运动员在交接时总是会损失一些时间，也就是说，在前一个运动员触线后和后一个运动员跳入水中存在间隙。我们提供的解决方案是，在水中的选手完成最后一个腿部动作的瞬间，下一棒选手正前方的泳道将出现指示。
(4)终点触线方式的改进
在比赛接近终点的时候，当运动员接触到感应板的时候，可能他的一次划水动作没有完成。因此在接触到感应板的前一时刻，由于运动员害怕损伤自己的手臂，动作将会有所收敛，所以手臂并不处于划水的最高速度。为了提高运动员的成绩，应该让运动员的手臂以最快的速度划过终点。我们的解决方案是，运动员的手臂划过的是一道光柱，而不再是感应板。当手臂划过光柱时，激发记时器。光柱垂直于水面，与另一侧池岸的距离正好是50m。在光柱的后面是空的区域，允许运动员的手臂划过而不会受到伤害。
4、无线电频率识别芯片(RFID)
此装置目前已经有所应用，我们期待它的性能在2008年以前会大大提高。工作原理是每个装置都具有不同的频率，和中央传感器保持联系，因此中央传感器可以对佩带此芯片的不同顾客进行身份识别。此系统为无线使用，如果将此芯片安装在防水和防撞击的材料中并制成可以佩带在手腕上的形式，使用者可以在国家游泳中心内的任何环境中使用。根据需要，芯片可以调节到不同的传感范围。
无线电频率识别芯片的智能化越来越高，现在可以携带越来越多的信息。芯片可以当成电子货币并被充值。这在游泳中心的运营中显得非常重要。原因主要有以下几个方面；
①顾客不用携带现金。
②跟踪消费者的活动信息，为运营提供指导意义。
③指示消费者的消费行为。
④对游泳人员进行安全监控。
5、其它新技术的应用
其它的新技术包括以下一些方面
①尽量减少水的使用(90％可循环)，主要措施包括使用高效过滤系统、中水系统和雨水收集系统。
②没有热量损失的设计：透明的薄膜起到了温室的效果，太阳能被尽量吸收，并为游泳池和周围地区提供热量。
③尽量采用自然照明和自然通风，减少对人工系统的依赖。
④采用与建筑物相结合的光电系统以节省能源。
⑤利用地下水进行制冷和加热。
⑥语言辅助系统观众可以选择自己需要的语言广播。
⑦交通指示系统对人流的走向提供指示。
