淺談現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計(jì)

【摘 要】鋼結(jié)構(gòu)因其強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、跨度大、可循亂利用以及可與其他材料組合等優(yōu)點(diǎn)，成為現(xiàn)代建筑的常用結(jié)構(gòu)。進(jìn)行現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)的時(shí)候，要注意一些相關(guān)性的問題，了解現(xiàn)代建筑工藝，注意鋼材的防腐，防火以及室內(nèi)環(huán)境的舒適程度，考慮周全，減少低質(zhì)量建筑的出現(xiàn)。鋼結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展前景很美好，我們要順應(yīng)時(shí)代潮流，不斷加強(qiáng)對(duì)建筑設(shè)計(jì)的研究，建造出美觀且實(shí)用的現(xiàn)代化精品建筑。本文主要闡述了現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑的特點(diǎn)及設(shè)計(jì)時(shí)需要注意的問題，并對(duì)鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析。

【關(guān)鍵詞】鋼結(jié)構(gòu)；建筑設(shè)計(jì)；方法

以鋼結(jié)構(gòu)為主體的建筑是現(xiàn)代空間結(jié)構(gòu)發(fā)展的主流，鋼結(jié)構(gòu)建筑與鋼筋混凝土、砌體、木結(jié)構(gòu)建筑相比有一定的差別，鋼結(jié)構(gòu)建筑通常由型鋼、鋼管、鋼板等制成的鋼粱、鋼柱、鋼桁架等構(gòu)件組成，有的還用鋼鉸線、鋼絲繩束組成，其連接方式采用焊縫、螺栓或鉚釘連接，探討現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)具有重要的意義和價(jià)值。

一、現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)的建筑特點(diǎn)

1.預(yù)工程化程度高，建設(shè)成本降低，工期縮短鋼結(jié)構(gòu)建筑模數(shù)協(xié)調(diào)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)了建筑工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)，提高了建筑預(yù)工程化，使不同材料、不同形狀和不同制造方法的建筑構(gòu)配件具有一定的通用性和互換性。同時(shí)鋼結(jié)構(gòu)建筑的預(yù)工程化使材料加工和安裝一體化，大大降低了建設(shè)成本；并且加快了施工速度，使工期能夠縮短40%以上，從而加快了房地產(chǎn)開發(fā)商的資金周轉(zhuǎn)速度，使建筑能更早投入使用。

2.建筑與結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與功能一體化，使建筑更富有功能化在鋼結(jié)構(gòu)建筑中，結(jié)構(gòu)成為形象構(gòu)成的重要因素，結(jié)構(gòu)的形體、構(gòu)件、節(jié)點(diǎn)從很大程度上導(dǎo)致并制約著建筑的形象。建筑與結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與功能只有做到一體化，才能使建筑更富有功能化，以便隨后的各個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)進(jìn)行下去，創(chuàng)造出技術(shù)與藝術(shù)融為一體的鋼結(jié)構(gòu)建筑。

3.鋼結(jié)構(gòu)建筑能夠滿足超高度和超跨度的要求，鋼材組織均勻，接近于各向同性勻質(zhì)體，強(qiáng)度高，彈性模量亦高。其密度與強(qiáng)度的比值遠(yuǎn)小于磚石、混凝土、木材，在同樣受力情況下鋼結(jié)構(gòu)自重小，從而可以做成跨度較大和高度較高的結(jié)構(gòu)以及靈活的結(jié)構(gòu)形體?，F(xiàn)在人類已具有建造跨度超過1000m的超大穹頂與高度超過1000m最高至4000m的超高層建筑的能力。并且鋼索與膜結(jié)構(gòu)相結(jié)合形成索膜結(jié)構(gòu)體系更能滿足建筑對(duì)跨度的要求，使這類型建筑成為標(biāo)志性建筑。

二、鋼結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計(jì)方法

鋼結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計(jì)是鋼結(jié)構(gòu)成功地運(yùn)用實(shí)例。為保證鋼結(jié)構(gòu)建筑合理有效的產(chǎn)生，良好精確的設(shè)計(jì)是關(guān)重要的。

1.鋼結(jié)構(gòu)建筑整體與局部精細(xì)設(shè)計(jì)，建筑的設(shè)計(jì)不僅僅在于外觀上的美感，還在于建筑間的互相協(xié)調(diào)能力。鋼結(jié)構(gòu)建筑也是建筑的一種，它在具有鋼結(jié)構(gòu)建筑特殊性的同時(shí)也具有普通建筑的一般性。所以在滿足鋼結(jié)構(gòu)特個(gè)性設(shè)計(jì)的同時(shí)，也必須滿足一般建筑的共性。由于鋼結(jié)構(gòu)的特殊性，通常在建造鋼結(jié)構(gòu)建筑的時(shí)候，會(huì)導(dǎo)致部分細(xì)節(jié)部位出現(xiàn)偏差或者裸露在外。因而在設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)建筑的時(shí)候，為力求建筑形象和建筑功能的完美結(jié)合的同時(shí)，設(shè)計(jì)復(fù)雜化和工程精細(xì)化也更加嚴(yán)苛。鋼結(jié)構(gòu)建筑具有牽一發(fā)而動(dòng)全身的特點(diǎn)，每一個(gè)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)、制作、完成都有可能牽涉到整體的形成和完善。有的時(shí)候?yàn)榱梭w現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)建筑獨(dú)特的金屬感，而將其部位、部件裸露在外。這樣會(huì)更加增加建筑的難度。因而在對(duì)鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)時(shí)，細(xì)節(jié)的把握是至關(guān)重要的。對(duì)整個(gè)建筑而言，細(xì)節(jié)的較高質(zhì)量將會(huì)帶來(lái)更好地整體效果，為人們展示更美好的形象。

2.鋼結(jié)構(gòu)建筑的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)，建筑穩(wěn)定性的重要性不言而喻，是建筑完工后維護(hù)的重要工作，對(duì)建筑設(shè)計(jì)來(lái)說，穩(wěn)定性也是很重要的考慮因素。建筑的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)也要分整體和細(xì)節(jié)來(lái)考慮，建筑的整個(gè)框架設(shè)計(jì)要符合建筑學(xué)、物理學(xué)等，要有科學(xué)的保障，可以通過計(jì)算進(jìn)行驗(yàn)證；在細(xì)節(jié)部分，局部失去穩(wěn)定性也會(huì)導(dǎo)致整體的穩(wěn)定度，現(xiàn)在的鋼建筑結(jié)構(gòu)大多是按平面體制來(lái)設(shè)計(jì)，比如框架和桁架。而之后的設(shè)計(jì)要增加支撐結(jié)構(gòu)，內(nèi)部與整體相互結(jié)合，安裝塔架或桿件等設(shè)施，以維持建筑的穩(wěn)定。

3.鋼結(jié)構(gòu)建筑的形象設(shè)計(jì)，現(xiàn)代建筑注重形象的設(shè)計(jì)，也是建筑設(shè)計(jì)過程中的難點(diǎn)和關(guān)鍵部分，它的構(gòu)思是由抽象到具體化的過程。設(shè)計(jì)思想融入科學(xué)性，使得建筑不僅徒有其表，建筑功能更是實(shí)用。在設(shè)計(jì)過程中，首先要考慮建筑的目的和當(dāng)?shù)氐奈幕尘?，向傳統(tǒng)建筑和各個(gè)流派的建筑中學(xué)習(xí)，取其適合自己的；其次要將建筑的結(jié)構(gòu)構(gòu)思與形象構(gòu)思相結(jié)合，在后續(xù)的設(shè)計(jì)工作中，與其他領(lǐng)域的專家討論，力求完美；鋼材還可以與其他材料結(jié)合，比如由鋼構(gòu)架與玻璃板組成的玻璃墻體，形式多樣且顯得高端大氣，具有很強(qiáng)的藝術(shù)性效果。

4.鋼結(jié)構(gòu)對(duì)建筑立面設(shè)計(jì)的影響。鋼結(jié)構(gòu)的立面設(shè)計(jì)相對(duì)與混凝土的立面設(shè)計(jì)要輕松些靈活些。用混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行立面設(shè)計(jì)時(shí)，由于粗大的梁柱和相對(duì)固定的柱網(wǎng)使得立面設(shè)計(jì)時(shí)略顯捉襟見肘。而輕盈的鋼結(jié)構(gòu)可隨意懸掛板材，維護(hù)結(jié)構(gòu)的處理也相對(duì)靈活。比如在圖書館設(shè)計(jì)中使用大片的玻璃幕墻，采用混凝土結(jié)構(gòu)則不得不將柱退后，將樓板挑出，再在樓板側(cè)緣設(shè)置連接，如此柱與玻璃幕墻間的空間就不好用了，若挑梁則在玻璃幕墻后過于笨重。最后只得將樓板和幕墻分開，幕墻用獨(dú)立的結(jié)構(gòu)。而若采用鋼結(jié)構(gòu)，則可以直接在在鋼柱上懸掛，同時(shí)輕盈的鋼柱鋼梁也不影響玻璃幕墻的視覺效果。

三、現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)時(shí)注意的問題

1.建筑內(nèi)部環(huán)境的調(diào)節(jié)，鋼材料是金屬，傳熱性能很好，所以，在進(jìn)行鋼材結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計(jì)時(shí)要注意對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行一定的處理，防止出現(xiàn)冬天冷夏天熱的現(xiàn)象?？梢栽阡摻Y(jié)構(gòu)裝置的四周放置一些吸收熱量較好的材料結(jié)構(gòu)，將熱量導(dǎo)入室內(nèi)，保持室內(nèi)的溫度；還可以提高建筑的陽(yáng)光照入面積，把窗戶的面積要設(shè)計(jì)的大些。除此之外，固體的傳聲性能較好，設(shè)計(jì)不合理會(huì)導(dǎo)致室內(nèi)噪聲過大影響居住舒適度，因此在選擇建筑鋼材料時(shí)，要選擇最適合建筑的鋼材料，考慮它的吸收聲音性能；在建筑結(jié)構(gòu)上也要考慮到噪聲問題，要設(shè)計(jì)最佳的降低噪聲的結(jié)構(gòu)，將建筑內(nèi)部的環(huán)境調(diào)節(jié)至最佳。

2.對(duì)鋼結(jié)構(gòu)自身的維護(hù)，鋼材的優(yōu)點(diǎn)很多，但是也有一些缺點(diǎn)。鋼材是金屬，容易受到外力的侵蝕老化，進(jìn)而影響建筑的壽命。對(duì)此可以采用往鋼材料上涂抹防腐材料的方法，對(duì)一些重要的建筑，也可以使用防侵蝕性能非常好的鋼材；鋼材也是一種耐火度較低的材料，在受到火災(zāi)高溫的侵蝕下，本身的性能會(huì)降低，嚴(yán)重的時(shí)候甚至全部喪失，所以在建筑設(shè)計(jì)階段也要考慮建筑的防火性能，可以采用在鋼材表面涂抹防火材料，也可以使用新型的耐高溫的保全板。建筑設(shè)計(jì)不光要考慮它的使用性能，它的美觀性也是非常重要的一個(gè)方面。因此，在涂抹防火和保溫材料時(shí)，可以同時(shí)涂抹裝飾性的材料，保證建筑的美觀。

鋼結(jié)構(gòu)形式對(duì)現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)理念和風(fēng)格的確有著重大的影響，相對(duì)傳統(tǒng)混凝土結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)擁有很多優(yōu)點(diǎn)，但是我們也應(yīng)看到鋼結(jié)構(gòu)在現(xiàn)實(shí)中的使用也受到很多限制，如材料成本、防火防腐、規(guī)范的不合理和我國(guó)施工精度的問題等。隨著技術(shù)的進(jìn)步和我國(guó)綜合國(guó)力的提高，如果時(shí)機(jī)成熟鋼結(jié)構(gòu)必然會(huì)盛行，作為建筑設(shè)計(jì)人員也應(yīng)在以后的設(shè)計(jì)中不斷了解鋼結(jié)構(gòu)的內(nèi)涵。

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