淺析鋼結(jié)構(gòu)建筑

龐世冬

摘要：本文簡(jiǎn)要的闡述了鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷程及建筑特點(diǎn)并討論了目前鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要面臨的問題及解決措施。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu);鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn);鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);構(gòu)造材料

引言

鋼結(jié)構(gòu)是比較廣泛的一種建筑結(jié)構(gòu)，隨著社會(huì)的進(jìn)步，一些有著特殊要求的鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生，如：跨度較大的結(jié)構(gòu)、荷載較大的結(jié)構(gòu)、在地震多發(fā)區(qū)的房屋結(jié)構(gòu)等，更是推動(dòng)了鋼結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展。

一、鋼結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展歷史

鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展與國家的鋼鐵冶煉技術(shù)有著密切的關(guān)系。早在公元前200多年（秦始皇時(shí)代），我國就用鐵建造橋墩，隨之建造鐵鏈懸橋，如400多年前（明代）云南的沅江橋等。

18世紀(jì)歐洲工業(yè)革命以后，由于鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)在歐洲各國的應(yīng)用逐漸增多，我國由于受封建主義的束縛，鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展緩慢。

1949年新中國成立以后，鋼結(jié)構(gòu)得到了空前的發(fā)展，建造了大量的鋼結(jié)構(gòu)工程，如1961年建成的北京工人體育館;1967年建成的我國第一座大跨度平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)——北京首都體育館屋蓋結(jié)構(gòu)。近幾年在一些大城市，也建造了不少超高層建筑，如高420.5m的上海浦東金茂大廈。同時(shí)鋼材生產(chǎn)的新技術(shù)、新產(chǎn)品也日益增多，如彩鋼壓型板、彩鋼復(fù)合板、拱形廠房及彩鋼制品等的生產(chǎn)，使建筑結(jié)構(gòu)充滿現(xiàn)代化時(shí)代氣息，實(shí)際證明鋼結(jié)構(gòu)建筑在我國更具有廣闊的發(fā)展前景。

二、現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)的建筑優(yōu)點(diǎn)

（一）重量輕、強(qiáng)度高：

鋼材的容重大，強(qiáng)度卻很高。建筑材料中鋼材容重與屈服點(diǎn)的比值最小，例如，在相同的荷載條件下，鋼屋架重量只有同等跨度鋼筋混凝土屋架的1/3～1/4，如果采用薄壁型鋼屋架則更輕，只有1/10。因此，鋼結(jié)構(gòu)比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)能承受更大的荷載，跨越更大的跨度。

（二）材質(zhì)均勻，有良好的塑性和韌性：

與鋼筋混凝土和木材相比，鋼材的內(nèi)部組織均勻，可視為各向同性材料，鋼材的彈性模量大（E=2.06X105N/mm2），具有良好的塑性和韌性。這些物理力學(xué)性能，最符合目前所采用的計(jì)算方法和結(jié)構(gòu)分析中的基本假定，所以鋼結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力情況與結(jié)構(gòu)分析結(jié)果最接近，在使用中最安全可靠。

（三）鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)化程度高、施工速度快：

鋼結(jié)構(gòu)由各種型材和鋼板組成，制作簡(jiǎn)便，精確度高，能批量生產(chǎn)。鋼結(jié)構(gòu)的工廠制作、工地安裝的施工方法，可縮短施工周期，降低造價(jià)，提高經(jīng)濟(jì)效益。鋼結(jié)構(gòu)的工地拼裝常用螺栓連接，不僅施工快速，對(duì)已建成的鋼結(jié)構(gòu)也易于拆卸、加固或改建。

（四）鋼結(jié)構(gòu)的密封性好：

鋼材組織致密，采用焊接連接可做到完全密封，一些要求氣密性和水密性好的高壓容器、大型油庫、煤氣罐、輸送管道等板殼結(jié)構(gòu)，最適宜采用鋼結(jié)構(gòu)。

三、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的思想和技術(shù)措施

鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)該重視，貫徹鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思想，做到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用、確保質(zhì)量，因此鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)在以下設(shè)計(jì)思想的基礎(chǔ)上進(jìn)行：

（一）鋼結(jié)構(gòu)在運(yùn)輸、安裝和使用過程中必須有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，保證結(jié)構(gòu)安全可靠;

（二）應(yīng)該從工程實(shí)際情況出發(fā)，合理選用材料、結(jié)構(gòu)方案和構(gòu)造措施，應(yīng)符合建筑物的使用要求，具有良好的耐久性;

（三）盡可能節(jié)約鋼材，減輕鋼結(jié)構(gòu)重量;

（四）盡可能縮短制造、安裝時(shí)間，節(jié)約勞動(dòng)工日;

（五）可能條件下，盡量注意美觀，特別是外露結(jié)構(gòu)，有一定建筑美學(xué)要求。

鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)因地制宜、量材使用，切忌生搬硬套。上述措施應(yīng)結(jié)合具體條件進(jìn)行方案比較，采用技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)都好的方案。此外，還要總結(jié)、創(chuàng)造和推廣先進(jìn)的制造工藝和安裝技術(shù)，注意施工的可行性。

四、現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)中建筑設(shè)計(jì)所面臨的問題

（一）鋼結(jié)構(gòu)中建筑設(shè)計(jì)的防火問題：

鋼材雖為非燃燒材料，但鋼不耐火，當(dāng)建筑采用無防火保護(hù)措施的鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，一旦發(fā)生火災(zāi)，很容易使建筑損壞，比如美國世貿(mào)中心大樓外墻是排列很密的鋼柱，外包銀色鋁板，在美國911事件中兩個(gè)塔樓分別受飛機(jī)撞擊后所產(chǎn)生的大火使鋼材軟化，最終導(dǎo)致大樓倒塌。鋼結(jié)構(gòu)建筑需考慮更多的防火因素，以下為兩種常用構(gòu)造防火措施：一是采用進(jìn)口的新型防火板—保全板;二是根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的部位不同分別采用厚型或薄型的防火涂料，并在露明部位加涂裝飾漆。

（二）鋼結(jié)構(gòu)中建筑設(shè)計(jì)的防腐問題：

鋼材如果長時(shí)間暴露在室外，必然會(huì)生銹老化，其自身承載力會(huì)下降，建筑的美觀也會(huì)受影響，因此防腐問題也是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要解決的常見問題。目前的做法主要是采用新型防腐和構(gòu)造材料。在設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)師對(duì)鋼結(jié)構(gòu)建筑都做出特別的要求，比如涂刷防銹、防火涂料等。另外對(duì)鋼構(gòu)件施工也有明確的要求，比如構(gòu)件出廠前涂紅丹防銹底漆一道;鋼結(jié)構(gòu)安裝調(diào)整后，將其清洗干凈，然后再補(bǔ)刷一度底漆，兩度面漆。

（三）鋼結(jié)構(gòu)中建筑物理問題：

1. 保溫。建筑的保溫措施主要集中在外圍護(hù)結(jié)構(gòu)上，而目前有效期解決辦法有兩種：1）研制、優(yōu)化保溫材料的構(gòu)造，提高建筑熱環(huán)境性能。2）防止保溫材料凝結(jié)水，采用外保溫和中間保溫作法。

2. 吸音。在一些建筑大廳中，尤其是在音樂廳等要特別考慮聲音這個(gè)因素的設(shè)計(jì)中，需要綜合考慮材料的使用。目前廣泛地應(yīng)用于音質(zhì)設(shè)計(jì)和噪聲控制的解決途徑的非吸聲材料制成某種吸聲結(jié)構(gòu)或使用本身具有吸聲特性的材料。

3. 隔音。噪聲于建筑密不可分，噪聲污染的防治與治理已經(jīng)成為建筑聲學(xué)重要的組成部分。有安靜要求的房間，如錄音室、演播室、客房等對(duì)隔聲、隔振要求非常高的建筑，需要專門的聲學(xué)設(shè)計(jì)。對(duì)于旅館、公用建筑、民用住宅等，為滿足人們對(duì)安靜的要求，一般使用隔聲性能較好的材料或結(jié)構(gòu)，如磚、混凝土墻等，觀察部分使用隔聲窗，進(jìn)出部分使用隔聲門或吸聲迷道等。

結(jié)束語

鋼結(jié)構(gòu)的諸多優(yōu)點(diǎn)使得鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)有著廣闊的發(fā)展前景，但鋼結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)也制約著鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)的前進(jìn)步伐，如何經(jīng)濟(jì)、有效的解決鋼結(jié)構(gòu)中的不足，將是鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展的首要問題。

參考文獻(xiàn)：

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