建筑設(shè)計(jì)中鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣勢(shì)探討

張森

摘要：鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的建筑設(shè)計(jì)是鋼結(jié)構(gòu)“大家族”的重要組成部分，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量與穩(wěn)定性是房屋建設(shè)施工的根本，也是決定建筑使用功能和安全性的重要保障?；诖?，本文就建筑設(shè)計(jì)中鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣勢(shì)進(jìn)行簡(jiǎn)要探討。

關(guān)鍵詞：建筑設(shè)計(jì);鋼結(jié)構(gòu);優(yōu)劣勢(shì);

1 鋼結(jié)構(gòu)在建筑設(shè)計(jì)中的重要性

現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)、制造加工業(yè)、材料科學(xué)以及設(shè)計(jì)理念的進(jìn)步，特別是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的巨大進(jìn)步，為鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在建筑設(shè)計(jì)的作用發(fā)揮提供了強(qiáng)勁動(dòng)力。其一，有利于優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在建設(shè)中的應(yīng)用，使得建筑結(jié)構(gòu)外觀設(shè)計(jì)更加豐富多樣，造型更能體現(xiàn)出設(shè)計(jì)思想與用戶訴求達(dá)到完美統(tǒng)一。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更有利于實(shí)現(xiàn)布置設(shè)計(jì)形式，使設(shè)計(jì)形式和內(nèi)容更能體現(xiàn)出時(shí)代特點(diǎn)和使用者的個(gè)性化需求。其二，有利于環(huán)保施工。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以根據(jù)材料的特殊性，結(jié)合現(xiàn)代綠色環(huán)保施工工藝的運(yùn)用減少對(duì)環(huán)境的污染。節(jié)能環(huán)保材料的應(yīng)用可以延長(zhǎng)建筑的使用壽命，實(shí)現(xiàn)材料回收與再利用，節(jié)約能源，降低成本，發(fā)揮出傳統(tǒng)建筑材料不能比擬的優(yōu)勢(shì)。其三，有利于方便施工，實(shí)現(xiàn)材料和人工成本的節(jié)約，大幅提高施工效率。

2 建筑設(shè)計(jì)中鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)

2.1 具有較強(qiáng)的韌性、可塑性

在建筑領(lǐng)域中，鋼結(jié)構(gòu)的可塑性、韌性較強(qiáng)。由于這兩點(diǎn)優(yōu)勢(shì)，若建筑處于負(fù)載或超載的情況，鋼結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)作用力的充分分配，使得整個(gè)建筑的應(yīng)力變化幅度得到控制，極大程度地避免了鋼結(jié)構(gòu)斷開(kāi)、裂開(kāi)等問(wèn)題。

2.2 性能好、效益高

在材料、質(zhì)地上，鋼結(jié)構(gòu)整體分布十分均勻，與力學(xué)方面的假定符合度較高。同時(shí)，在內(nèi)部組織、結(jié)構(gòu)上，鋼材料與各項(xiàng)同性契合度更高，其材料波動(dòng)范圍相對(duì)較小，更是在所有建筑材料中具有最理想的彈性。再者，相較于其他建筑工程類型，鋼結(jié)構(gòu)不容易受到環(huán)境、氣候等外界因素影響。在其生產(chǎn)加工上，由工廠內(nèi)部完成加工作業(yè)后直接即可運(yùn)送至建筑工地進(jìn)行組裝，這就決定了其具有更短的工期，且不會(huì)給施工區(qū)域的環(huán)境帶來(lái)較大影響，符合文明施工、綠色施工需求。

2.3 造價(jià)成本低

在建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域，鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用能夠在保證整體安全性、可靠性的前提下，有效地控制成本投入，保證企業(yè)經(jīng)濟(jì)收益。與鋼筋混凝土的應(yīng)用相比，高層建筑中應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)的成本消耗相對(duì)較低，且在質(zhì)量上輕于鋼筋混凝土，減少了運(yùn)輸費(fèi)用。鋼結(jié)構(gòu)的便捷性會(huì)加快施工完成進(jìn)度，能夠減少人工、工期等方面帶來(lái)的費(fèi)用。

3 鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用的不足

3.1 質(zhì)量控制存在問(wèn)題

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要綜合考量多方面內(nèi)容，這就使得整體的設(shè)計(jì)費(fèi)用較高，更需要大量人力資源的投入。同時(shí)，基于鋼結(jié)構(gòu)的建筑設(shè)計(jì)流程復(fù)雜性較大，完成度不高。部分參與設(shè)計(jì)的單位，由于缺乏經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量難以達(dá)到較高標(biāo)準(zhǔn)，影響了建筑行業(yè)市場(chǎng)。同時(shí)，我國(guó)建筑行業(yè)領(lǐng)域并未形成有關(guān)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的法律、監(jiān)督機(jī)制，給設(shè)計(jì)質(zhì)量埋下了隱患。

3.2 設(shè)計(jì)方案存在不足

由于具有較高的設(shè)計(jì)成本，其設(shè)計(jì)與承包通常區(qū)分開(kāi)來(lái)，這就導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺乏一定深度，部分設(shè)計(jì)的實(shí)施難以達(dá)到原有設(shè)計(jì)要求，尤其是柱腳設(shè)計(jì)上容易出現(xiàn)失誤。常見(jiàn)的三種柱腳類型有外包式、外露式、埋入式，外露式常應(yīng)用于民宅設(shè)計(jì)方面。柱腳的剛度主要受到底板的塑性、彈性因素影響，地板變形也會(huì)使得鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)形變，這就需要設(shè)計(jì)人員綜合考量，避免柱腳點(diǎn)被破壞，導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)整體出現(xiàn)問(wèn)題。

3.3 鋼結(jié)構(gòu)受火安全性、穩(wěn)定性不足

在鋼結(jié)構(gòu)住宅出現(xiàn)火災(zāi)時(shí)，受到煙氣和火焰的熱作用，鋼結(jié)構(gòu)會(huì)迅速升溫，在升溫過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生溫度荷載。在鋼結(jié)構(gòu)受到外力荷載、溫度荷載的共同作用時(shí)，容易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)變形、位移，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)坍塌，最終導(dǎo)致整體鋼結(jié)構(gòu)安全性不足。

4 發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在建筑設(shè)計(jì)中作用的途徑和策略

4.1 加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在建筑設(shè)計(jì)中的前景研究

我國(guó)建筑施工企業(yè)要針對(duì)當(dāng)前城鎮(zhèn)化建設(shè)、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中鋼結(jié)構(gòu)規(guī)模和數(shù)量劇增的趨勢(shì)，深化鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究，不斷豐富設(shè)計(jì)思路，完善設(shè)計(jì)手段，通過(guò)利用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)、總結(jié)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、積極借鑒吸收國(guó)內(nèi)先進(jìn)技術(shù)等方式，推進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念、設(shè)計(jì)能力、材料優(yōu)化、施工管理以及安裝工藝達(dá)到新的水平。

4.2 ?提升建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的精細(xì)化水平

在建筑物的結(jié)構(gòu)形式和具體內(nèi)容布局上，要將符合建筑物使用要求與為用戶提供舒適環(huán)境相結(jié)合，把人性化設(shè)計(jì)體現(xiàn)在設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中。在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)師要考慮整體結(jié)構(gòu)與各輔助結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，使鋼結(jié)構(gòu)的整體特征與各部分的特征優(yōu)勢(shì)得到發(fā)揮。工程設(shè)計(jì)中，在工程材料的選型方面，設(shè)計(jì)人員要充分考慮鋼材料使用環(huán)境的特殊性，結(jié)合地域情況考慮防銹蝕和防環(huán)境污染。

4.3 ?加強(qiáng)重點(diǎn)部位和關(guān)鍵環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)研究

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要充分抓住建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，重點(diǎn)從以下環(huán)節(jié)進(jìn)行設(shè)計(jì)。一是設(shè)計(jì)過(guò)程要充分考慮軸壓比和減重比等關(guān)鍵因素。在設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)與鋼材使用控制時(shí)，要充分考慮鋼結(jié)構(gòu)的延伸性和結(jié)構(gòu)的安全性，降低豎向剛性裂變形成薄弱層的機(jī)率，防止結(jié)構(gòu)產(chǎn)生滑坡和傾斜質(zhì)量事故。通過(guò)建立數(shù)學(xué)模擬模型和沙盤演練，形成各種應(yīng)力的均衡分布，確保建筑整體結(jié)構(gòu)安全。二是在風(fēng)載與地震的荷載應(yīng)力設(shè)計(jì)中，要根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移的不同，結(jié)合風(fēng)荷載地震荷載對(duì)建筑物形成的彈性力量大小，合理進(jìn)行力量分布，達(dá)到均衡性要求。三是在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要根據(jù)計(jì)算模型和建筑結(jié)構(gòu)的具體構(gòu)造、布置、造型以及鋼結(jié)構(gòu)總體荷載質(zhì)量的分布，充分考慮建筑場(chǎng)地地質(zhì)情況、地上地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)類型、沉降以及傾斜誤差等關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)。

4.4 加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)過(guò)程質(zhì)量管理

為加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)建筑工程施工過(guò)程管理，施工單位要組織開(kāi)展施工圖會(huì)審，嚴(yán)格落實(shí)結(jié)構(gòu)科學(xué)設(shè)計(jì)的全面內(nèi)容，使所有崗位人員明確建設(shè)質(zhì)量管理的重點(diǎn)、操作規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)要求，嚴(yán)格執(zhí)行施工質(zhì)量管理“三檢制”標(biāo)準(zhǔn)，確保施工質(zhì)量萬(wàn)無(wú)一失。要加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)制作質(zhì)量，制作過(guò)程要嚴(yán)格按照構(gòu)件材料、安裝方式及應(yīng)力平衡設(shè)計(jì)的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，精細(xì)加工、精準(zhǔn)操作，為鋼構(gòu)件的穩(wěn)定性優(yōu)化提供保障。同時(shí)，要建立健全質(zhì)量保障體系，把鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在建筑的具體質(zhì)量控制指標(biāo)，通過(guò)以項(xiàng)目經(jīng)理為核心的項(xiàng)目管理組織機(jī)構(gòu)設(shè)置，為建筑的穩(wěn)定性提供保障。

4.5 強(qiáng)化鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的綠色環(huán)保及安全建設(shè)設(shè)計(jì)

針對(duì)鋼材長(zhǎng)期暴露在室外環(huán)境下容易生銹腐蝕的情況，需加強(qiáng)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)所用材料防潮、防淋等設(shè)施建設(shè)和防護(hù)技術(shù)研究，確保使用質(zhì)量。要加強(qiáng)鋼材防腐加工管理過(guò)程中不同材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)研究，采用有效的防腐材料涂抹方式，滿足材料基礎(chǔ)性和保障性要求。要加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)施工中噪音、光、電污染防治，針對(duì)施工材料切割、焊接產(chǎn)生聲光、噪音污染嚴(yán)重等現(xiàn)象，施工單位要采取設(shè)置隔聲門、隔聲窗、遮蓋帳篷等防護(hù)措施減少污染。另外，還要加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)施工安全作業(yè)管理。針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)施工跨度大、空間高，交叉作業(yè)、高空作業(yè)及吊裝作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)比較大的特點(diǎn)，制定周密的安全施工保障措施，制定安全事故的應(yīng)急預(yù)案，加強(qiáng)施工人員的安全意識(shí)，明確安全隱患和防范重點(diǎn)。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用得到了越來(lái)越多企業(yè)的青睞，這就需要加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究，確保各方面設(shè)計(jì)的安全性、合理性和可靠性。本文在分析鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)劣的基礎(chǔ)上，提出了相關(guān)的應(yīng)用和加強(qiáng)應(yīng)用舉措，旨在引起相關(guān)技術(shù)人員和從業(yè)者的關(guān)注。相關(guān)人員應(yīng)不斷加強(qiáng)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究，在具體設(shè)計(jì)中進(jìn)行創(chuàng)新和完善，為建筑行業(yè)持續(xù)健康發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

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