建築結構是什麼?建築結構對工程品質有何影響?以下文章將為您提供關於建築結構最全面的知識。如果您是剛畢業的建築工程師,建議您仔細參考這篇文章,相信這對您日後的工作將大有裨益。
1. 什麼是建築結構
結構是建築物或工程中各個相互聯繫的部件的集合,其任務是接收、分佈並將工程的垂直和水平載荷傳遞至地基,並保護工程免受溫度、大氣侵蝕等環境影響。建築結構是建築構件的結構力學。

「結」意為打結、連結,「構」意為製作、創造或作品。結構或靜力學(英語:statics,德語:Statik)在古希臘語中為 statike (techne),意為平衡(的藝術),或 statikos 意為帶來平衡狀態。建築結構服務於建築工程的計算與設計。它是建築設計的工具,並與建模理論及構件理論共同構成了工程理論。
其內容包括計算支撐力、內力以及外力作用於建築工程承重系統所產生的變形。除了靜力外,還有其他作用:溫度變化、濕度收縮、徐變、支座變形。材料力學理論(例如彈性理論 – elasticity,塑性流動理論 – the plastic flow theory)也屬於建築結構範疇。建築結構是進行極限狀態設計(極限狀態設計 – ULS)和正常使用極限狀態設計(正常使用極限狀態 – SLS)的基礎。
結構的發展史與人類社會的發展史息息相關。從簡單的磚石、木竹建築,到如今的鋼筋混凝土、鋼結構、複合材料建築……人類走過了數千年的漫長道路。隨著時間的推移,材料與建築技術的進步,工程的規模也日益宏大。

2. 建築結構的界限與概念
靜力學、力學或結構力學等概念常被混用,並與數學、理論物理學聯繫在一起,而建築結構或建築結構力學旨在將力學或結構力學應用於建築行業。因此,構建工程承重系統與設計構件(確定所需尺寸、截面、鋼筋量等)被置於首位。
建築結構工程師或建築設計師——通常是建築工程師而非建築師——負責建築設計工作。
建築設計的最終任務成果是結構計算書與說明書,證明所選的承重系統符合強制性建築標準。
建築結構以及結構力學最重要的基本要求是承重系統必須處於穩定平衡狀態。建築結構的一個重要部分是從複雜的建築工程中建立承重模型(行業術語稱為「結構拆解」),以便在經濟合理的勞動強度範圍內進行計算。
建築結構計算過程繼續進行,確定外力作用(註:作者使用「外作用」代替載荷或外力,因為除了力因素——重力、風、地震等——之外,還可能存在非力因素,如溫度、強制變形等)。由此可以計算出構件內的內力。作用力將通過構件傳遞至工程地基。
承重系統——建築結構分為兩類承重系統
桿系與桁架系統(桿、梁、柱、框架)
面承重系統,包括板、殼、硬殼與膜
建築結構中承重系統的外作用(外力、載荷)必須注意包括:
重力
交通荷載
風荷載
使用荷載
水壓力
土壓力
地震
溫度
強制變形
等等。
動力(碰撞、振動、擺動、地震等)通常在用於建築工程計算前,先轉換為靜力進行計算。
建築結構分類
按建築材料分類
建築結構可按建築材料進行分類,從而有不同的計算方法與設計流程:
– 磚石建築結構(磚石結構)
– 木、竹結構(木結構)
– 現澆混凝土結構與鋼筋混凝土結構
– 鋼結構與其他金屬結構
– 複合材料結構
– 地基結構:土、石
– 玻璃
– 等等。
按受力圖式分類
– 靜定結構
– 超靜定結構
– 平面結構
– 空間結構
按施工方法分類
– 現澆整體式結構
– 裝配式及半裝配式結構
按工程類型分類:
高層建築結構:低層建築、高層建築、工業廠房等。
橋樑結構:簡支橋、斜拉橋、懸索橋等。
隧道結構:人行隧道、山嶺隧道、地鐵等。

3. 建築結構計算
結構計算理論基於近似假設,其中重要的是一階、二階、三階理論。
一階理論:在未變形的受力系統上計算力。這意味著忽略了受力系統因載荷作用而產生的幾何變形。只有當小變形不影響計算結果時,此方法才被接受。當受力系統的穩定性可能受到影響時,必須考慮受力系統變形後的幾何變化。此外,通常需要注意受力系統與設計幾何形狀之間的非預期偏差(例如柱的傾斜偏差)以及構件的預變形(例如受壓構件的彎曲)。
二階理論:忽略構件的微小轉動。基於此假設,可以近似計算 sin φ = φ 和 cos φ = 1。
三階理論:計算時考慮受力系統的轉動。
當涉及受力系統的穩定性時,特別是在計算鋼、鋁等細長材料時,計算者必須針對此類破壞變形採用特殊標準進行計算。
計算方法
基本計算方法:
力法
位移法
經典位移法
計算機計算方法(有限元法 – FEM)












