鋼結(jié)構(gòu)體育館建筑設(shè)計(jì)實(shí)例優(yōu)化研究

熊 梅，王灼英

(西昌學(xué)院土木與水利工程學(xué)院，四川 西昌 615013）

0 引言

鋼結(jié)構(gòu)建筑是綠色建筑的主要發(fā)展趨勢，是消耗鋼材主要的產(chǎn)業(yè)之一。盡管目前我國已成為世界鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)第一大國，但是鋼結(jié)構(gòu)用鋼量僅占我國鋼產(chǎn)量的5%～6%，遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國家20%～30%的水平，還有很大的發(fā)展空間。依據(jù)國務(wù)院《關(guān)于化解產(chǎn)能嚴(yán)重過剩矛盾的指導(dǎo)意見》（國發(fā)〔2013〕41號）、國務(wù)院辦公廳《關(guān)于轉(zhuǎn)發(fā)發(fā)展改革委住房城鄉(xiāng)建設(shè)部綠色建筑行動方案的通知》（國辦發(fā)〔2013〕1號）、省政府《關(guān)于推進(jìn)建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的指導(dǎo)意見》（川府發(fā)〔2016〕12號）、川發(fā)改環(huán)資〔2013〕170號等文件精神，積極推廣鋼結(jié)構(gòu)建筑，一方面提高結(jié)構(gòu)抗震能力，另一方面節(jié)約鋼材和鋼材的回收利用。然而，由于鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)、選材等原因，不僅影響使用功能，而且造價(jià)比傳統(tǒng)磚混和鋼混相對來說要高一些。本文以一棟9°抗震設(shè)防地區(qū)鋼結(jié)構(gòu)體育館為例，對其建筑設(shè)計(jì)進(jìn)行具體優(yōu)化。

1 鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)優(yōu)化總原則

通過對現(xiàn)有設(shè)計(jì)好的鋼結(jié)構(gòu)體育館的屋面、立面等外觀進(jìn)行造型、幕墻、材料、通風(fēng)采光等方面的優(yōu)化，從而達(dá)到使用安全、舒適、降低造價(jià)的目的。

2 建筑具體優(yōu)化方法

2.1 屋頂增加鏤空面積

如圖1所示：優(yōu)化前，屋頂鋼構(gòu)架鏤空面積較小，只占整個(gè)屋面面積的1/2，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)架數(shù)量多，構(gòu)架自重荷載大。如圖2所示：優(yōu)化后，鏤空面積增大到占整個(gè)屋面面積的2/3，減少鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)架量，構(gòu)架自重減少了3/5，降低鋼結(jié)構(gòu)的荷載，同時(shí)還直接降低了鋼結(jié)構(gòu)的梁、柱等截面面積，直接降低建設(shè)造價(jià)。同時(shí)，增大了后期太陽能光板或?qū)Ч馔部臻g，減少了后期使用成本。

圖1 屋面優(yōu)化前

圖2 屋面優(yōu)化后

2.2 南立面：簡化幕墻、材料選型

圖3 玻璃幕墻取消前

圖4 玻璃幕墻取消后

圖5 落地窗與外掛金屬優(yōu)化前

圖6 落地窗與外掛金屬優(yōu)化后

圖3所示，屋面層與屋面裝飾構(gòu)架之間的玻璃幕墻取消，原因是本棟建筑地處9°抗震設(shè)防地區(qū)，幕墻使用面積較大，而建筑幕墻所使用面材都是脆性材料。在發(fā)生大地震的情況下，主體結(jié)構(gòu)變形會非常大，甚至有可能發(fā)生嚴(yán)重破壞。脆性的幕墻面材在復(fù)雜作用力的影響下，會發(fā)生不同程度的破壞。當(dāng)尖銳的破碎飛濺物向路及周邊傾瀉時(shí)，會對周邊人群的生命和財(cái)產(chǎn)造成嚴(yán)重威脅。極端情況下會影響逃生通道和消防通道，從而造成更加嚴(yán)重的后果。特別是周邊建筑都是玻璃或石材幕墻等脆性材料的情況下，大地震發(fā)生時(shí)，即使沒有出現(xiàn)房屋倒塌，幕墻的碎片也會對室內(nèi)外的人群造成致命的傷害，對于一棟公共建筑這也是不可接受的。再者，此處變化對立面造型影響也不大，優(yōu)化后為如圖4所示：保留了鋼結(jié)構(gòu)支架形式、進(jìn)退關(guān)系不變，同樣也能體現(xiàn)裝飾構(gòu)架頂棚的纖巧。

在立面3、4層樓處使用落地窗，玻璃窗安裝必須考慮安全固定，同時(shí)還要加上鋼欄桿才能滿足使用要求，并且使用時(shí)室內(nèi)溫差變化大。如果考慮取消落地窗，臨近樓板處的玻璃改為墻體，選用深色外墻涂料，可保持立面風(fēng)格基本不受影響，減少鋼材的應(yīng)用，增加安全度和使用的舒適度。1層的外掛金屬材質(zhì)優(yōu)化為外墻涂料，對本立面的外觀感基本沒有影響（如圖5、圖6）。

圖7所示，該立面區(qū)域?qū)崏γ婷娣e大，2～4層平面空間幾乎70%為實(shí)墻封閉，對訓(xùn)練場館的通風(fēng)采光影響較大，采光通風(fēng)效果差，影響使用的舒適性，并且后期運(yùn)行要增加采光用電的能耗和機(jī)械排氣設(shè)施。優(yōu)化結(jié)合造型增加采光通風(fēng)——采用大面積百葉窗立面。

圖7 實(shí)墻面

2.3 北立面

優(yōu)化思路基本同南立面，如圖8所示，造型體塊凸出主體建筑，建議適當(dāng)減小，一方面起到畫龍點(diǎn)睛的作用，另一方面在節(jié)約材料的基礎(chǔ)上還達(dá)到室內(nèi)采光和空氣的流通；屋面裝飾鋼構(gòu)架下方的玻璃幕墻和外掛金屬材質(zhì)的優(yōu)化要求同南立面；窗戶三角形分隔扇建議改為普通長方形分隔扇，既便于施工又增加了通風(fēng)和采光面積。

2.4 東西側(cè)立面

圖8 北立面墻體

圖9 東西立面墻體

東西立面墻體如圖9所示，因玻璃幕墻后側(cè)為實(shí)墻，建議取消外面的玻璃幕墻，并增設(shè)開窗，使衛(wèi)生間能自然通風(fēng)采光，大大改善了衛(wèi)生間的使用環(huán)境；玻璃幕墻建議結(jié)合造型，調(diào)整為其它形式的開窗方式，比如豎向窗，這樣一方面節(jié)約材料，另一方面滿足9°抗震設(shè)防地區(qū)的抗震要求。

3 結(jié)語

該棟鋼結(jié)構(gòu)體育館通過對以上建筑內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化后，直接節(jié)約成本約60萬元。由此可見，要提高我國的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平，就要從設(shè)計(jì)人員入手，不斷的學(xué)習(xí)專業(yè)素質(zhì)，加強(qiáng)理論知識，還要特別重視實(shí)踐能力，做到理論和實(shí)踐二者的相互結(jié)合，保證設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)能夠保證質(zhì)量，設(shè)計(jì)出合理可行的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙。