淺談建筑鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及其設(shè)計(jì)要點(diǎn)

陳春紅

中煤科工集團(tuán)沈陽(yáng)設(shè)計(jì)研究院有限公司

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淺談建筑鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及其設(shè)計(jì)要點(diǎn)

陳春紅

中煤科工集團(tuán)沈陽(yáng)設(shè)計(jì)研究院有限公司

近年來(lái)建筑鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛，不僅僅局限于輕鋼結(jié)構(gòu)和大跨結(jié)構(gòu)，更多的應(yīng)用于高層建筑中，鋼結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)相比，其有自重輕、抗震性能好、工期短和施工方便快捷的優(yōu)點(diǎn)，因此對(duì)建筑鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析具有重要意義?；诖?，本文闡述了建筑鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，對(duì)建筑鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則及其設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了論述分析。

建筑鋼結(jié)構(gòu)；特點(diǎn)；設(shè)計(jì)原則；設(shè)計(jì)要點(diǎn)

一、建筑鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

建筑鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在：（1）建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與功能一體化。在建筑鋼結(jié)構(gòu)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，以便在隨后的各個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中進(jìn)行下去，創(chuàng)造出技術(shù)與藝術(shù)融為一體的建筑鋼結(jié)構(gòu)。（2）建設(shè)成本降低，工期短。建筑鋼結(jié)構(gòu)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)建筑鋼結(jié)構(gòu)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。（3）建筑鋼結(jié)構(gòu)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。現(xiàn)在人類已具有建造跨度超過(guò)1000米的超大穹頂與高度超過(guò)1000米最高至4000米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、建筑鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則

結(jié)合筆者工作經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為建筑鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則主要有：（1）梁柱體系原則。建筑鋼結(jié)構(gòu)的平面一般利用梁柱普通體系。梁使用熱軋焊接鋼梁，焊接柱為箱型鋼柱，設(shè)計(jì)整個(gè)結(jié)構(gòu)為剛性框架結(jié)構(gòu)，由梁、板和柱承擔(dān)豎向荷載?？蚣苤械牧汉椭?、柱和基礎(chǔ)全部按照剛性進(jìn)行設(shè)計(jì)連接，現(xiàn)場(chǎng)利用高強(qiáng)螺栓與焊接共同發(fā)揮連接作用。（2）抗剪設(shè)計(jì)原則。建筑鋼結(jié)構(gòu)的計(jì)算分析表明，在整體水平荷載與地震力發(fā)揮作用下，上述局部結(jié)構(gòu)體系的剛度比較弱，因此需要利用布置中心很好的抵抗水平上的荷載。鋼框架剪力墻結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中間部分的樓梯和電梯之間利用鋼筋混凝土剪力墻，以便能夠很好的抵抗水平外力造成的沖擊。（3）樓蓋體系原則。建筑鋼結(jié)構(gòu)的各層樓蓋通常使用鋼筋混凝土，按照結(jié)構(gòu)計(jì)算樓蓋厚度為110mm，在計(jì)算結(jié)構(gòu)中，該樓蓋具有足夠的厚度，符合無(wú)限剛性的平面假定。

三、建筑鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1 、建筑鋼結(jié)構(gòu)的保溫隔熱與防火設(shè)計(jì)。建筑鋼結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱性能特別好，當(dāng)它處于不同溫度的環(huán)境下，鋼結(jié)構(gòu)的抗拉強(qiáng)度和塑性都會(huì)有所變化，大致分為四個(gè)層次：一是受熱溫度在100℃以上；二是受熱溫度在100～250℃之間；三是受熱溫度在250～500℃之間；四是受熱溫度在500℃以上，并且在這四個(gè)溫度區(qū)間鋼結(jié)構(gòu)的抗拉強(qiáng)度和塑性會(huì)發(fā)生不同的變化，隨之對(duì)鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同程度的影響。其中當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)所處溫度在第二到第四區(qū)間時(shí)鋼結(jié)構(gòu)會(huì)分別出現(xiàn)藍(lán)脆現(xiàn)象、徐變現(xiàn)象、鋼材節(jié)后塌落。由此可見，當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)所處環(huán)境的溫度超過(guò)100℃時(shí)就必須對(duì)其作出相應(yīng)的隔熱保護(hù)措施，以增強(qiáng)鋼材的抗熱性能，避免鋼結(jié)構(gòu)受熱發(fā)生變化。鋼結(jié)構(gòu)的防火通常有以下幾種方法：設(shè)置防火墻、防火門；設(shè)置自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)；獨(dú)立水幕；設(shè)置防火帶。其中設(shè)置防火墻是最簡(jiǎn)單有效且造價(jià)低廉的方法。一般在建筑高度不超過(guò)8m或者只需分兩個(gè)分區(qū)的情況下，可設(shè)置自動(dòng)噴水系統(tǒng)，使防火面積范圍增加一倍，以此達(dá)到規(guī)范要求。

2 、建筑鋼結(jié)構(gòu)的溫度伸縮縫設(shè)計(jì)。建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中的溫度會(huì)引起建筑鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生形變，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生溫度應(yīng)力，因此需要設(shè)置溫度伸縮縫。溫度伸縮縫的設(shè)置有兩種：一種是橫向設(shè)置溫度縫，另一種是縱向設(shè)置溫度縫，選擇哪一種設(shè)置則根據(jù)具體建筑設(shè)計(jì)情況而定。溫度縫的設(shè)置就把建筑分為了若干個(gè)溫度區(qū)段，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范則決定了每個(gè)溫度區(qū)段的長(zhǎng)度。其中處理溫度伸縮縫的方法又有兩種即雙柱設(shè)置法和單柱設(shè)置法，一般選擇前者來(lái)處理。倘若設(shè)置的是縱向溫度伸縮縫，可在屋架支座處設(shè)置一個(gè)滾動(dòng)支座，倘若設(shè)置的是橫向溫度伸縮縫，則可在框架梁與檁條連接處采用槽鋼夾板滑動(dòng)方式或者橢圓孔滑動(dòng)方式。

3 、建筑鋼結(jié)構(gòu)的立面設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建筑由于其屋面設(shè)置采光效果不理想，在設(shè)計(jì)時(shí)通常設(shè)計(jì)大量的采光窗，而大量的采光窗會(huì)破壞墻面的線條造型，建筑鋼結(jié)構(gòu)則不會(huì)受此困擾。輕鋼結(jié)構(gòu)屋面則大量使用屋面采光板，不僅采光均勻，而且不會(huì)破壞墻面的線條造型，既適用又美觀，目前非常適合聯(lián)合型建筑，順便也解決了建筑的通風(fēng)問(wèn)題。建筑鋼結(jié)構(gòu)的立面設(shè)計(jì)主要由工藝布置來(lái)決定的，立面要求簡(jiǎn)潔恢弘，同時(shí)簡(jiǎn)單統(tǒng)一突出重點(diǎn)。設(shè)計(jì)師們往往為了突出建筑結(jié)構(gòu)的重點(diǎn)，會(huì)在建筑入口、外天溝或者收邊泛水的地方使用跳躍性色彩和冷色調(diào)，起到畫龍點(diǎn)睛的作用，勾勒出建筑鋼結(jié)構(gòu)體態(tài)輕盈、色彩豐富，給人耳目一新的感覺(jué)。

4 、建筑鋼結(jié)構(gòu)的防腐設(shè)計(jì)。建筑鋼結(jié)構(gòu)中的鋼材主要組成部分是鐵、氧化鐵、四氧化三鐵、三氧化二鐵以及其他化合物，其中有些物質(zhì)暴露在空氣中時(shí)就會(huì)被空氣氧化還原發(fā)生質(zhì)變，即稱腐蝕。所以，當(dāng)空氣中有腐蝕性介質(zhì)或者鋼構(gòu)件處在潮濕的環(huán)境下而未對(duì)鋼結(jié)構(gòu)作出相應(yīng)的保護(hù)措施時(shí)，建筑鋼結(jié)構(gòu)的銹蝕就會(huì)愈加明顯。鋼結(jié)構(gòu)銹蝕輕微時(shí)會(huì)使鋼材發(fā)生形變，比如使鋼構(gòu)件截面厚度發(fā)生變化，或者在構(gòu)件表層形成銹坑層等，嚴(yán)重時(shí)甚至使鋼構(gòu)件結(jié)構(gòu)發(fā)生大的形變，因此建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需要加強(qiáng)結(jié)構(gòu)腐蝕設(shè)計(jì)。

結(jié)束語(yǔ)

隨著城市化建設(shè)的快速推進(jìn)，促進(jìn)了建筑業(yè)的快速發(fā)展，并且高層及大型建筑越來(lái)越多，使得鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用越來(lái)越普遍。鋼結(jié)構(gòu)具有空間跨度大、造價(jià)低、結(jié)構(gòu)性能突出、安裝便利等優(yōu)勢(shì)，為了保障建筑鋼結(jié)構(gòu)的安全，必須加強(qiáng)對(duì)其進(jìn)行分析。

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［2］邵大衛(wèi).建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路及其規(guī)范［J］.建設(shè)科技，2010

［3］鄭玉峰.鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)探析［J］.科技資訊，2011