淺談鋼結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計(jì)

王立耕，馬振慶

（齊齊哈爾大學(xué),黑龍江 齊齊哈爾 161006）

1 鋼結(jié)構(gòu)建筑簡(jiǎn)介

1.1 鋼結(jié)構(gòu)建筑概念

眾所周知，鋼結(jié)構(gòu)因具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、抗震、承重能力強(qiáng)等優(yōu)越性能，在建筑工程中具有十分重要的作用與地位。與一般傳統(tǒng)建筑如磚木結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土建筑不同的是鋼結(jié)構(gòu)建筑是以鋼柱（主要由鋼板、鋼管、型鋼等制成）、H型鋼梁為承重骨架，采用鉚釘、螺栓或焊縫等連接方式，并以高強(qiáng)、隔熱和保溫墻體材料作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的新型建筑結(jié)構(gòu)形式。

1.2 鋼結(jié)構(gòu)建筑的優(yōu)點(diǎn)

鋼結(jié)構(gòu)建筑是一種比較新型的建筑形式，現(xiàn)如今應(yīng)用已十分廣泛，它的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在：鋼結(jié)構(gòu)建筑質(zhì)量輕，且強(qiáng)度高，基于該優(yōu)點(diǎn)，鋼結(jié)構(gòu)適合大跨度的建筑；鋼結(jié)構(gòu)的材質(zhì)均勻，基本上符合力學(xué)計(jì)算的假定；鋼結(jié)構(gòu)材質(zhì)的塑性、韌性均較好，這一優(yōu)點(diǎn)表明鋼結(jié)構(gòu)建筑既能抵抗較大的靜力荷載，又能抵抗較大的動(dòng)力荷載，所以鋼結(jié)構(gòu)建筑抗震性能較為優(yōu)越；鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件制作的精度高、施工周期短。

2 鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)步驟

首先，在設(shè)計(jì)施工前，要判斷該建筑結(jié)構(gòu)是否能夠采用鋼結(jié)構(gòu)。因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)一般用于要求經(jīng)常裝拆或能活動(dòng)的結(jié)構(gòu)，而這些結(jié)構(gòu)多具有體型復(fù)雜、振動(dòng)較大、荷載大、高層等特點(diǎn)，所以我們?cè)谧鼋ㄖY(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該事先結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)以及工程實(shí)際造價(jià)，綜合判斷該項(xiàng)目是否適合鋼結(jié)構(gòu)。

其次，實(shí)際建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該綜合考慮建筑結(jié)構(gòu)的布置和選型。對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)的布置，要綜合考慮整個(gè)建筑體系的性質(zhì)、特征、荷載分布狀況等因素；在鋼結(jié)構(gòu)的選型方面，鋼結(jié)構(gòu)一般可設(shè)計(jì)成網(wǎng)架、輕鋼、平面架、索膜等型式。

再次，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析。目前，在建筑結(jié)構(gòu)的實(shí)際設(shè)計(jì)中，鋼結(jié)構(gòu)分析一般多采用線彈性分析方法，當(dāng)然，為了進(jìn)行更加準(zhǔn)確的分析，也可以考慮鋼材的彈塑性能分析和幾何非線性分析。

最后，鋼結(jié)構(gòu)建筑的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。在鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)中，節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)是重要的內(nèi)容之一，在實(shí)際建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前，我們應(yīng)該對(duì)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)形式進(jìn)行細(xì)致的思考，慎重的選擇，這是因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的連接方式不同對(duì)結(jié)構(gòu)的影響較大，一旦不注意，會(huì)產(chǎn)生一系列不必要的誤差和麻煩 。

3 鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)中存在問(wèn)題及解決辦法

盡管鋼結(jié)構(gòu)建筑有很多優(yōu)點(diǎn)，然而在實(shí)際使用過(guò)程中也必須注意下面這幾個(gè)問(wèn)題。

3.1 鋼結(jié)構(gòu)實(shí)際建筑設(shè)計(jì)中的防火問(wèn)題

對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)建筑，火災(zāi)是其最大的危害，所以防火問(wèn)題顯得尤為重要。也許大家會(huì)說(shuō)鋼材是非燃燒材料怎么會(huì)燃燒，但實(shí)際上鋼材本身不耐火，但溫度升高到400℃時(shí)，鋼材的屈服強(qiáng)度會(huì)降至室溫下強(qiáng)度的一半，而當(dāng)溫度達(dá)到600℃時(shí)，鋼材就會(huì)基本損失全部的強(qiáng)度和剛度，所以當(dāng)建筑施工使用無(wú)防火保護(hù)措施的鋼材時(shí)，一旦發(fā)生火災(zāi)，建筑物很容易發(fā)生損壞。

對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)，其防火的可行性措施為：可以選擇使用進(jìn)口的新型防火板，即保全板；也可以根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)部位的不同分別選擇使用厚型或薄型的防火涂料，再在露出部位加涂裝飾漆。

3.2 鋼結(jié)構(gòu)實(shí)際建筑中的防腐問(wèn)題

對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)建筑中的鋼材，如果其長(zhǎng)時(shí)間暴露在空氣中會(huì)受到許多自然因素的侵蝕，不僅容易生銹老化，導(dǎo)致建筑物的外觀會(huì)受到影響，也會(huì)使鋼材自身的承載力下降，所以較好的解決鋼結(jié)構(gòu)建筑中的防腐問(wèn)題顯得尤為重要。

目前，解決防腐問(wèn)題的主要措施是采用新型的涂料，實(shí)際操作時(shí)，首先刷兩層紅丹防銹底漆，然后再刷兩層甲方規(guī)定顏色的鋼結(jié)構(gòu)面漆，一般情況下，性能較好的涂料大多是從外國(guó)進(jìn)口的。

3.3 實(shí)際鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)時(shí)存在某些物理性問(wèn)題

（1）鋼結(jié)構(gòu)建筑中的吸音問(wèn)題，對(duì)于某些建筑大廳，比如音樂(lè)廳，其頂棚反射板增加的反射聲幾乎可以同時(shí)到達(dá)聽(tīng)眾的雙耳，而缺少由側(cè)向反射帶來(lái)的圍繞感，目前解決吸音問(wèn)題的主要措施是使用特定的吸聲材料和吸聲結(jié)構(gòu)。

吸聲材料：即本身具有吸聲特性的材料，比如玻璃棉、巖棉纖維或多孔材料等，可以通過(guò)借助空氣分子和孔隙壁的摩擦，從而使聲能轉(zhuǎn)化為熱能而具有較好的吸聲性能。

吸聲結(jié)構(gòu)：即材料本身可以不具備吸聲的特性，但可以通過(guò)制成某種結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生吸聲效果，例如穿孔石膏板吊頂就是本身不具有吸聲性能，而是通過(guò)制成了某種特定結(jié)構(gòu)產(chǎn)生吸聲效果的。

（2）鋼結(jié)構(gòu)建筑中的隔音問(wèn)題。目前噪聲問(wèn)題已經(jīng)成為建筑學(xué)中的重要課題。從學(xué)術(shù)角度講，聲環(huán)境包括一切人耳能夠識(shí)別的聲音，其中有些聲音是悅耳動(dòng)聽(tīng)的，如小溪潺潺的流水聲、輕快的音樂(lè)等；但有些聲音則是刺耳的噪聲，如機(jī)器工作時(shí)產(chǎn)生的轟鳴聲、汽車發(fā)出的喇叭聲等。然而一般對(duì)安靜度要求較高的建筑，其對(duì)噪聲隔離的要求也會(huì)較高,例如居民住宅、錄音室等，這可以通過(guò)專門的設(shè)計(jì)手段實(shí)現(xiàn)，做法是使用隔聲性能較好的建筑材料或結(jié)構(gòu)作為隔音墻，建筑的門窗也有特別要求，即使用專門的隔聲門和隔聲窗。

（3）鋼結(jié)構(gòu)建筑中的保溫問(wèn)題。我們知道，建筑的外部條件主要通過(guò)兩個(gè)途徑來(lái)影響建筑熱環(huán)境：第一個(gè)途徑是外部環(huán)境中的物質(zhì)通過(guò)門窗進(jìn)入室內(nèi)，進(jìn)而被建筑室內(nèi)表面所吸收，從而產(chǎn)生出熱的效果；第二個(gè)途徑是熱量先被建筑外的圍護(hù)結(jié)構(gòu)吸收一部分，之后剩余部分熱量以熱傳導(dǎo)的方式進(jìn)入室內(nèi)。其中外圍結(jié)構(gòu)的改善是目前增加建筑保溫效果的重點(diǎn)，因?yàn)殛?yáng)光可以透過(guò)玻璃而直接進(jìn)入室內(nèi)，從而使室內(nèi)溫度迅速上升，尤其對(duì)于那些不斷被開(kāi)發(fā)后所產(chǎn)生的新型玻璃，其玻璃熱工性能越來(lái)越好，所以基本上能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)采光和建筑保溫兩個(gè)效果。

4 結(jié)語(yǔ)

鋼結(jié)構(gòu)由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)屬性，目前已經(jīng)成為建筑行業(yè)中比較常用的建筑材料，然而鋼結(jié)構(gòu)在實(shí)際的建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中也存在一系列的問(wèn)題，比如防火、防腐及某些物理性問(wèn)題，這時(shí)我們需要采取一定的技術(shù)手段來(lái)解決這些問(wèn)題，使鋼結(jié)構(gòu)在實(shí)際使用中發(fā)揮其最大的優(yōu)勢(shì)，更加適合于現(xiàn)代建筑的要求。

[1] 王麗敏.我國(guó)高強(qiáng)度建筑鋼結(jié)構(gòu)用鋼標(biāo)準(zhǔn)的分析[A].2008年全國(guó)軋鋼生產(chǎn)技術(shù)會(huì)議文集，2008.

[2] Cheng Zhijun Xu Youlin (Institute of Building Structures China Academy of Building Research 100013).建筑用鋼筋發(fā)展展望[A].2009 中國(guó)鋼鐵年會(huì)論文集（下卷），2009.