鋼結(jié)構(gòu)建筑淺析

【摘 要】隨著科技的發(fā)展，新型材料的運(yùn)用越來越廣泛，而鋼材是其中普遍采用的一種。以鋼結(jié)構(gòu)為主體的建筑已經(jīng)成為現(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)建筑相比有著一定的共性和個(gè)性。近年來，鋼結(jié)構(gòu)更加廣泛應(yīng)用于公共建筑中，鋼結(jié)構(gòu)施工速度快，施工污染小，重量輕，這些優(yōu)勢(shì)讓它成為未來的發(fā)展趨勢(shì)。

【關(guān)鍵詞】鋼結(jié)構(gòu)；鋼結(jié)構(gòu)建筑；優(yōu)越性

1、鋼結(jié)構(gòu)建筑的分類

（一） 高層重型鋼結(jié)構(gòu)

高層鋼結(jié)構(gòu)建筑是一個(gè)國家經(jīng)濟(jì)實(shí)力和科技水平的反映，又往往被當(dāng)作一個(gè)城市的標(biāo)志性建筑。從20世紀(jì)80年代至今我國已建成多幢高層鋼結(jié)構(gòu)建筑。上海環(huán)球金融中心（101層、高492米、用鋼量6.5萬噸），是中國大陸最高的建筑。

（二） 大跨度、空間鋼結(jié)構(gòu)（包括膜結(jié)構(gòu)）

近年來，以網(wǎng)架和網(wǎng)殼為代表的空間結(jié)構(gòu)繼續(xù)大量發(fā)展，不僅用于民用建筑，而且用于工業(yè)廠房、候機(jī)廳、體育館、大劇院、博物館等。無論在使用范圍、結(jié)構(gòu)形式、安裝施工工法等方面均具有中國建筑結(jié)構(gòu)的特色。如杭州、成都、西安、長(zhǎng)春、北京、上海、武漢、濟(jì)南、鄭州等地的飛機(jī)航站樓、機(jī)庫、會(huì)展中心等建筑，都采用圓鋼管、矩型鋼管制作為空間桁架、拱架及斜拉網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，其新穎和富有現(xiàn)代特色的風(fēng)格使它們成為了所在城市的標(biāo)志性建筑。

（三） 輕鋼結(jié)構(gòu)

輕鋼結(jié)構(gòu)是相對(duì)于重鋼結(jié)構(gòu)而言的，其類型有門式鋼架、拱型波紋鋼屋蓋結(jié)構(gòu)等，用鋼量（不含鋼筋用量）一般為每平方米約30公斤。門式鋼架房屋跨度一般不超過40米，個(gè)別達(dá)到70多米，單跨或多跨均用。單層為主，也可用于二層或者三層建筑。門式鋼架和拱型波紋鋼屋架都有相應(yīng)的設(shè)計(jì)施工規(guī)程、專用軟件和通用圖集。

（四） 鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)

鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)是充分發(fā)揮剛辭和混凝土兩種材料各自優(yōu)點(diǎn)的合理組合，不但具有優(yōu)良的靜、動(dòng)力工作性能，而且能大量節(jié)約鋼材、降低工程造價(jià)和加快施工進(jìn)度，同時(shí)，對(duì)環(huán)境污染也較小，符合我國建筑結(jié)構(gòu)發(fā)展的方向。深圳賽格廣場(chǎng)大廈，高291.6米，屬世界最高的鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)。

2、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題

2.1、鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕及防腐

造成鋼結(jié)構(gòu)腐蝕的原因很多。首先是環(huán)境因素，鋼結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期暴露在相對(duì)濕度比較大的環(huán)境中，就會(huì)產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象，而且環(huán)境中的酸、鹽等化學(xué)物質(zhì)也會(huì)使鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕加速；其次是由于設(shè)計(jì)的不合理，例如：鋼架和墻體之間應(yīng)該保留足夠的空間，便于維護(hù)；還有施工時(shí)控制不良，主要是由于涂料質(zhì)量控制及施工過程涂膜厚度的檢查不嚴(yán)格造成腐蝕問題出現(xiàn)。鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕生銹降低鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和承載能力，減少鋼結(jié)構(gòu)的使用壽命，一旦由于腐蝕造成鋼結(jié)構(gòu)變形、斷裂、垮塌就會(huì)造成難以挽回的損失，并且鋼結(jié)構(gòu)腐蝕影響建筑物的美觀。因此，當(dāng)務(wù)之急是做好防腐工作。選擇防腐涂料要考慮涂料的防腐年限、保光保色性、是否便于維修等。防腐蝕年限小于5年為短期防腐蝕、5年至15年為中等防腐蝕、大于15年為長(zhǎng)效防腐蝕。室外鋼結(jié)構(gòu)宜采用環(huán)氧富鋅底漆兩度、環(huán)氧云鐵中間漆兩度、聚氨酯面漆兩度，總漆膜厚度不小于150μm的長(zhǎng)效防腐涂料。室內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)宜采用鐵紅醇酸底漆一度、云鐵醇酸防銹漆一度、醇酸面漆兩度，總漆膜厚度160μm。

2.2、鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定問題的分析方法

鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定分析，已經(jīng)由線性理論發(fā)展到非線性理論。早期的線性理論分析不能很好的反映材料的特性、缺陷，所得到的臨界荷載也大大高于試驗(yàn)荷載。隨著非線性理論的發(fā)展，目前非線性理論在鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定分析中得到了廣泛的應(yīng)用。它可以同時(shí)考慮材料非線性以及結(jié)構(gòu)變形的影響，還可以計(jì)入結(jié)構(gòu)的初始缺陷的影響，讓失穩(wěn)的臨界荷載接近于試驗(yàn)結(jié)果。盡管如此，鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定分析也仍然存在一些問題，比如，對(duì)于網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在一般應(yīng)用梁—柱單元作為主要計(jì)算工具，但梁—柱單元是否能比較確切的反映結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，還難有定論。此外，鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式多樣化，常常會(huì)出現(xiàn)一些新型結(jié)構(gòu)，對(duì)這些新型結(jié)構(gòu)的研究也還要不斷完善。

3、鋼結(jié)構(gòu)的建筑的優(yōu)勢(shì)

（一）鋼結(jié)構(gòu)建筑工程優(yōu)點(diǎn)

鋼結(jié)構(gòu)的容重雖然較大，但與其他建筑材料相比，它的強(qiáng)度卻高得多，因而當(dāng)承受的荷載和條件相同時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)要比其他類型結(jié)構(gòu)輕。

a、大跨度、大開間，有利于功能、空間的靈活布置

鋼結(jié)構(gòu)住宅采用框架體系，改變了傳統(tǒng)磚混和混凝土結(jié)構(gòu)住宅以墻體承重的結(jié)構(gòu)形式，空間通透，可以根據(jù)設(shè)計(jì)和使用要求靈活分隔空間，實(shí)現(xiàn)居住空間在空間和時(shí)間上的可變性，符合可持續(xù)發(fā)展的要求。

b、鋼結(jié)構(gòu)體系具有良好的抗震性能

鋼結(jié)構(gòu)有較好的延性，當(dāng)結(jié)構(gòu)在動(dòng)力沖擊荷載作用下破壞時(shí)吸收較多的能量，可降低脆性破壞的危險(xiǎn)程度，因此其抗震性能好，尤其在高烈度震區(qū)，使用鋼結(jié)構(gòu)就更為有利，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)延性的保證在于結(jié)構(gòu)的應(yīng)力不太高，而鋼結(jié)構(gòu)的延性在于使部分構(gòu)件進(jìn)入塑性階段。從而增加了建筑的抗震性。

c、運(yùn)輸、安裝工程量減少，提高施工效率

采用鋼結(jié)構(gòu)可為施工提供較大的空間和較寬敞的施工作業(yè)面。鋼結(jié)構(gòu)工程的柱子一般取3-4層（12m左右）為一個(gè)施工段，在現(xiàn)場(chǎng)一次吊裝。而且柱子的吊裝、鋼框架的安裝、鋼筋混凝土心筒的澆筑、組合樓蓋的施工等，可以實(shí)行立體交叉作業(yè)。有時(shí)在上部安裝柱、框架梁的同時(shí)，下部可以進(jìn)行內(nèi)部裝飾、裝修工程。因此，在保證技術(shù)、供應(yīng)、管理等方面的條件下，可以提前投入使用。

D、自重輕，降低基礎(chǔ)造價(jià)

鋼材的抗拉、抗壓、抗剪強(qiáng)度相對(duì)來說較高，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件結(jié)構(gòu)斷面小、自重輕。一般情況下，高層鋼筋混凝土建筑物的自重在1.5-2.0噸/平方米左右，高層建筑鋼結(jié)構(gòu)自重大都在1噸/平方米以下，甚有的辦公樓只有0.5-0.6噸/平方米。

（二）鋼結(jié)構(gòu)建筑的商業(yè)優(yōu)勢(shì)

a、鋼結(jié)構(gòu)建筑對(duì)國民經(jīng)濟(jì)的促進(jìn)作用

作為當(dāng)今建筑體系主要的建筑形式，鋼結(jié)構(gòu)建筑首先為我國過剩的鋼材找到了消化渠道，帶動(dòng)鋼鐵工業(yè)的良性發(fā)展。中國的建筑用鋼總量約占全部鋼產(chǎn)量的20%-25%，而工業(yè)發(fā)達(dá)的國家則占30%以上。如美國和日本，該項(xiàng)指標(biāo)均已超過50%。這樣發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)建筑勢(shì)必將大力推動(dòng)我國的鋼鐵工業(yè)。

b、鋼結(jié)構(gòu)建筑對(duì)住宅商品市場(chǎng)的促進(jìn)作用

隨著人民生活水平的改善，審美層次的提高，作為商品投放市場(chǎng)的住宅也應(yīng)有更加豐富的品種。鋼結(jié)構(gòu)住宅以其通透流暢的空間形式，輕盈靈巧的外觀造型贏得居民的青睞，符合全面建設(shè)小康住宅\"一、二十年不落后，三、四十年可改造\"的要求。

（三）鋼結(jié)構(gòu)建筑的環(huán)保優(yōu)勢(shì)

眾所周知長(zhǎng)期作為主要建筑材料的粘土磚生產(chǎn)對(duì)我國耕地造成極大的危害，導(dǎo)致水土流失，生態(tài)破壞，國家已在各大中城市開始全面禁用粘土實(shí)心磚。水泥制品的開采和燒制也對(duì)環(huán)境造成很大污染，同時(shí)會(huì)形成難于降解的固體垃圾。鋼結(jié)構(gòu)中的鋼材具有可再生性，可以重復(fù)使用，遺留的廢料垃圾少，其生產(chǎn)和使用中對(duì)自然環(huán)境的破壞小。鋼結(jié)構(gòu)的廢棄料可以回爐煉鋼，再生利用，既解決建筑垃圾污染問題，同時(shí)節(jié)約了資源。另外，鋼結(jié)構(gòu)建筑的大部分構(gòu)件在工廠中加工完成，施工現(xiàn)場(chǎng)主要工作是組合安裝，以干作業(yè)為主，減少了粉塵、污水、噪聲對(duì)環(huán)境的污染。同時(shí)住宅鋼結(jié)構(gòu)體系可以帶動(dòng)其他\"節(jié)能環(huán)保\"型建筑材料的推廣應(yīng)用 由于其連接的靈活性，各種\"節(jié)能環(huán)保\"型的圍護(hù)材料都可以采用。

4、鋼結(jié)構(gòu)工程發(fā)展前景

當(dāng)前，我國建筑業(yè)發(fā)展的總目標(biāo)是：提高建筑業(yè)的整體素質(zhì)、生產(chǎn)工業(yè)與技術(shù)裝備水平，達(dá)到在國際建筑市場(chǎng)中具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)能力，并充分發(fā)揮建筑業(yè)在帶動(dòng)國民經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和結(jié)構(gòu)調(diào)整中的先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)作用，使建筑業(yè)成為名副其實(shí)的國民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)。建筑業(yè)要帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，加快發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)工程是一個(gè)很重要的方面。

當(dāng)然也存在一些制約我國鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的不利因素。調(diào)查也發(fā)現(xiàn)，目前我國鋼構(gòu)開發(fā)力量薄弱，自主創(chuàng)新能力差，制約了我國鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展。表現(xiàn)在：?jiǎn)我唤Y(jié)構(gòu)造價(jià)稍高于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的10%；鋼結(jié)構(gòu)人才少，開發(fā)商與設(shè)計(jì)人員愿意采用方便成熟的磚混結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系；對(duì)鋼結(jié)構(gòu)防腐、防火技術(shù)及產(chǎn)品了解不夠，盲目強(qiáng)制規(guī)定增加造價(jià)，影響推廣應(yīng)用；有關(guān)鋼結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程、規(guī)范不完善，修訂編制滯后，研究開發(fā)經(jīng)費(fèi)嚴(yán)重不足。以市場(chǎng)化觀念來編制規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，難免良莠不齊。

同時(shí)，多用鋼，多采用鋼結(jié)構(gòu)是資源利用的戰(zhàn)略國策，應(yīng)鼓勵(lì)和加強(qiáng)開發(fā)。但企業(yè)短期效益回報(bào)慢，很難得到推廣應(yīng)用；長(zhǎng)期計(jì)劃經(jīng)濟(jì)觀念落后，產(chǎn)品精細(xì)化不夠，附加值低，支撐鋼結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)遠(yuǎn)不夠強(qiáng)大；最大的市場(chǎng)即建筑業(yè)相對(duì)落后，房屋建筑開發(fā)利益方太多，全壽命周期的設(shè)計(jì)、使用正在深入，但權(quán)益、責(zé)任及私有權(quán)保護(hù)不夠。盡管鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)在我國有了可喜的進(jìn)步，但是發(fā)展力度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。 所以，推廣應(yīng)用住宅鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)提到重要位置。

結(jié)語

21世紀(jì)鋼結(jié)構(gòu)建筑必將得到更大程度的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)建筑的技術(shù)和藝術(shù)水平也會(huì)不斷的提高，鋼結(jié)構(gòu)的體系也會(huì)應(yīng)用到更廣闊的領(lǐng)域中，它的優(yōu)勢(shì)會(huì)不斷的體現(xiàn)出來，鋼結(jié)構(gòu)住宅體系具有比其它結(jié)構(gòu)體系無可比擬的優(yōu)勢(shì)，增加建筑的有效使用面積，縮短施工周期，而且由其自身特點(diǎn)所形成的靈活的室內(nèi)空間布局，更能滿足現(xiàn)代各種生活的需要，所有這些都使得鋼結(jié)構(gòu)住宅體系必將成為21世紀(jì)中國最流行的綠色環(huán)保型居住建筑體系。

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