淺議建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計

摘要：鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計的構(gòu)思成功關(guān)鍵所在是技術(shù)構(gòu)思與表現(xiàn)，在方案設(shè)計的深化中，需要同結(jié)構(gòu)工程師，設(shè)備工程師，甚至包括機械工程師密切配合。隨著社會的發(fā)展，高層鋼結(jié)構(gòu)住宅工業(yè)化和商品化程度在不斷地提高，能夠把設(shè)計、生產(chǎn)、施工和安裝整合為一體。進而使住宅產(chǎn)業(yè)化水平得以提高?；阡摻Y(jié)構(gòu)具有強度高、自重輕、抗震性能好和材料可回收再生等諸多優(yōu)點，高層建筑目前在我們的城市建設(shè)當中所占的比例是越來越大，而建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的變化也越來越多，很多新興的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案以迅猛的速度呈現(xiàn)在我們的城市建設(shè)中。面對這樣的形勢，我們把高層建筑的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計進行討論研究。

關(guān)鍵詞：建筑設(shè)計 鋼結(jié)構(gòu) 設(shè)計生產(chǎn) 施工 高層

0 引言

在建筑行業(yè)，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)用的時間已經(jīng)不短了，我們都知道，建筑鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點有很多，相比較傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)和砌體結(jié)構(gòu)等，它性能穩(wěn)定，質(zhì)量輕強度高，抗震性能好，施工時可以在廠房進行加工再到現(xiàn)場裝配，不僅裝配的完整度好精密度高，而且能夠大大的加快施工進度縮短工期。因此，其在高層建筑方面的運用已經(jīng)經(jīng)歷了數(shù)十年。同時它還有一個非常貼切的稱呼，大家叫它“綠色建筑”，因為其不僅基礎(chǔ)造價低，材料可回收和再生，而且可以節(jié)能、省地、節(jié)水。作為一種綠色環(huán)保建筑，近年來，鋼結(jié)構(gòu)住宅已被建設(shè)部列為重點推廣項目。因為鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計具有建筑設(shè)計的一般屬性，建筑師不是隨心所欲在作設(shè)計，業(yè)主設(shè)計任務(wù)書對建筑師的平面和設(shè)計構(gòu)思等發(fā)生的作用是重大的?？蛻粝ＭO(shè)計師有更好的業(yè)績，而且希望在其最終產(chǎn)品的確定過程中，設(shè)計師和市場專家都能更高效的參與決策。在這個階段，建設(shè)項目更強調(diào)整體設(shè)計、更強調(diào)專業(yè)設(shè)計師、市場專家及開發(fā)商之間的協(xié)調(diào)，設(shè)計過程包括了持續(xù)的信息和知識的交流與整合。

1 鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計原則

1.1 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計服務(wù)于鋼結(jié)構(gòu)的施工與使用，鋼結(jié)構(gòu)工程使用目的是為了創(chuàng)造效益。公共建筑偏重于社會效益，工業(yè)建筑則偏重于經(jīng)濟效益。因此，“鋼結(jié)構(gòu)經(jīng)濟性”是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的另一個重要方面。

“鋼結(jié)構(gòu)經(jīng)濟性”原則應(yīng)從總體上加以分析，不能僅從某一方面孤立地去考察。在很長一段時間內(nèi)，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計以耗鋼量為標準，即耗鋼量低就是先進的設(shè)計、是好的結(jié)構(gòu)體系或形式，這在鋼材匱乏的年代，節(jié)約鋼材是一種重要的手段。然而，總體而言，單純以耗鋼量為評價標準是不完全的，也不盡合理。對門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋，全面評價結(jié)構(gòu)體系的合理性應(yīng)綜合考慮用鋼量、加工制作費、安裝費、施工周期及基礎(chǔ)費用等。

因此，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計時，必須對鋼結(jié)構(gòu)體系的經(jīng)濟性進行深入分析和全面的考察，只有綜合效益最佳的方案或鋼結(jié)構(gòu)體系才是合理的。評價結(jié)構(gòu)體系的合理性，不僅要看耗鋼量指標，還要看總體造價，也要看工期的長短，建筑物的早日投入使用或投產(chǎn)可獲得的使用效益。此外，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計是要系統(tǒng)考察主要建筑材料的供應(yīng)情況，及當?shù)氐闹圃炫c安裝水平等，同時還應(yīng)與業(yè)主加強溝通。

1.2 根據(jù)實際情況，合理的建筑結(jié)構(gòu)體系應(yīng)該是剛?cè)嵯酀?。因此如果結(jié)構(gòu)太剛則變形能力差，強大的破壞力瞬間襲來時，需要承受的力很大，容易造成局部受損最后全部毀壞；但是太柔的結(jié)構(gòu)雖然可以很好的消減外力，但容易造成變形過大而無法使用甚至全體傾覆。但是剛?cè)岬某潭葰v來都是專家們爭論的焦點，現(xiàn)今的規(guī)范給出的也只是一些控制的指標，但無法提供“放之四海皆準”的精確答案。這就要靠設(shè)計者與業(yè)主進行溝通來確定一個方案。

1.3 鋼結(jié)構(gòu)體系的“適用”原則是針對鋼結(jié)構(gòu)體系的功能要求而言的，鋼結(jié)構(gòu)體系適用性與建筑物的使用功能有密切聯(lián)系。為此在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，必須把握以下方面：對建筑物的功能、特點和所處的環(huán)境條件有充分的了解，如建筑物是民用建筑還是工業(yè)建筑，民用建筑是用于展覽館還是體育館等，工業(yè)建筑是鋼結(jié)構(gòu)倉庫還是鋼結(jié)構(gòu)廠房，鋼結(jié)構(gòu)廠房的生產(chǎn)工藝對建筑結(jié)構(gòu)的影響情況等；建筑物對防火、保溫、隔熱、隔振和防腐蝕有何要求；對建筑所在地的環(huán)境狀況和氣象條件應(yīng)有足夠的了解；建筑物內(nèi)是否有特殊設(shè)備或特殊載荷作用，及吊車的設(shè)置情況如何等。

2 鋼結(jié)構(gòu)建筑主要施工方法

2.1 對于鋼結(jié)構(gòu)加工制作箱型柱，我們一般使用鋼板。所有加工以及鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的除銹和焊接都在加工車間完成。

對于箱和筏基礎(chǔ)底板的挑板問題，我們從結(jié)構(gòu)角度來講，如果能出挑板，能調(diào)勻邊跨底板鋼筋，特別是當?shù)装邃摻钔ㄩL布置時，不會因邊跨鋼筋而加大整個底板的通長筋，較節(jié)約；出挑板后，能降低基底附加應(yīng)力，當基礎(chǔ)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(shè)挑板，還可調(diào)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(yīng)按挑板計算。當然此問題并不絕對，當有數(shù)層地下室，窗井橫隔墻較密，且橫隔墻能與內(nèi)部墻體連通時，可靈活考慮；當?shù)叵滤缓芨?，出基礎(chǔ)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 鋼結(jié)構(gòu)安裝。鋼結(jié)構(gòu)建筑的樓蓋一般多采用壓型鋼板與現(xiàn)澆鋼筋混凝土疊合層組合而成，它既是樓蓋的永久性支承模板，又與現(xiàn)澆層共同工作，是建筑物的永久組成部分。

鋼結(jié)構(gòu)壓型鋼板安裝時其工序間的流程：鋼結(jié)構(gòu)主體驗收合格——打設(shè)支頂桁架——壓型鋼板安裝焊接——栓釘焊接——封板焊接——交驗后設(shè)備管道、電路線路施工，鋼筋綁扎——混凝土澆筑。

2.3 鋼結(jié)構(gòu)建筑的混凝土施工。在鋼結(jié)構(gòu)建筑工程中，混凝土部分的施工主要有2個方面：一個方面是現(xiàn)澆混凝土樓面；另一個方面是核心筒筒壁。混凝土主要通過砼泵豎向運輸。依據(jù)工程的結(jié)構(gòu)特點，樓面模板支撐方案使用H型梁下翼緣支撐小規(guī)格H型鋼，并在其上放置竹膠板和鋼筋。箱型柱內(nèi)澆混凝土所使用的方法是借助泵的壓力把混凝土從下往上壓入箱型柱，即頂升法。

3 鋼結(jié)構(gòu)住宅安裝設(shè)計的問題對策

3.1 壓型鋼板在裝、卸、安裝中嚴禁用鋼絲繩捆綁直接起吊；運輸堆放應(yīng)有足夠的支點，以防變形；鋪設(shè)前應(yīng)將彎曲變形者校正好；鋼梁頂面要保持清潔，嚴防潮濕及涂刷油漆。下料、切孔采用等離子弧切割機操作，嚴禁用乙炔氧氣切割；大孔四周應(yīng)補強。需支搭臨時的支頂架，由施工設(shè)計確定，待混凝土達到一定強度后方可拆除。

3.2 鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑推廣中的關(guān)鍵問題之一是選擇和開發(fā)外墻板。除滿足外墻板的各項技術(shù)要求外，還要做到墻板原材料因地制宜、工作化生產(chǎn)、運輸、安裝連接方便等等。

3.3 以建筑設(shè)計為主導的鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑，要和其他專業(yè)緊密互動配合。除此之外，鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑還要注重解決一些問題，如：如何發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢和避免鋼結(jié)構(gòu)帶來的建筑平、立面單調(diào)呆板；還有要解決鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑防火、防腐蝕問題等。

3.4 當建筑大多數(shù)房間較小，而僅一兩處房間較大時，如按大房間確定基礎(chǔ)板厚會造成浪費，而按小房間確定則造成配筋困難，當承載力能滿足要求時，可在大房間中部墊聚苯卸載，按小房間確定基礎(chǔ)板厚。

3.5 房地產(chǎn)開發(fā)商最關(guān)心的問題是鋼結(jié)構(gòu)住宅的造價。根據(jù)實際情況，鋼結(jié)構(gòu)住宅應(yīng)定位于中、高檔住宅，鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑是一項系統(tǒng)工程，應(yīng)從設(shè)計、制造、運輸、安裝、維修和管理等環(huán)節(jié)著手加強管理和協(xié)調(diào)，從而達到降低成本，提高綜合經(jīng)濟效益的目的。

3.6 鋼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)布局不規(guī)則，地震時易損壞。如果想要做到安全合理、節(jié)點構(gòu)造方便可靠。結(jié)構(gòu)抗震性能與結(jié)構(gòu)布局規(guī)則性需要下翻功夫。

4 結(jié)束語

目前，隨著城市經(jīng)濟的發(fā)展和高層建筑的增多，我國鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展也開始迅速起來，鋼結(jié)構(gòu)住宅作為一種綠色環(huán)保建筑，已經(jīng)開始做為重點推廣項目。人們的生活水平越來越高，對鋼建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計也提出了更高的要求。因此，加快新型高強、輕質(zhì)、環(huán)保建材的研究與應(yīng)用，使建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計更加安全、適用、可靠、經(jīng)濟是當務(wù)之急。其中，我們要充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)工程師的創(chuàng)新能力，因為他們是結(jié)構(gòu)設(shè)計革命的推動者和執(zhí)行者。

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