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鋼結(jié)構(gòu)建筑論文
鋼結(jié)構(gòu)建筑論文【1】
摘要：本文簡要的闡述了鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷程及建筑特點并討論了目前鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計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;鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計;構(gòu)造材料
鋼結(jié)構(gòu)是比較廣泛的一種建筑結(jié)構(gòu)，隨著社會的進步，一些有著特殊要求的鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)運而生，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)代化時代氣息，實際證明鋼結(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
1、重量輕、強度高：
鋼材的容重大，強度卻很高。
建筑材料中鋼材容重與屈服點的比值最小，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。
2、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。
這些物理力學性能，最符合目前所采用的計算方法和結(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。
3、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，提高經(jīng)濟效益。
鋼結(jié)構(gòu)的工地拼裝常用螺栓連接，不僅施工快速，對已建成的鋼結(jié)構(gòu)也易于拆卸、加固或改建。
4、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)計的思想和技術(shù)措施
鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計應(yīng)該重視，貫徹鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計思想，做到技術(shù)先進、經(jīng)濟合理、安全適用、確保質(zhì)量，因此鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)在以下設(shè)計思想的基礎(chǔ)上進行：
1、鋼結(jié)構(gòu)在運輸、安裝和使用過程中必須有足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性，保證結(jié)構(gòu)安全可靠;
2、應(yīng)該從工程實際情況出發(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;
3、盡可能節(jié)約鋼材，減輕鋼結(jié)構(gòu)重量;
4、盡可能縮短制造、安裝時間，節(jié)約勞動工日;
5、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)合具體條件進行方案比較，采用技術(shù)經(jīng)濟指標都好的方案。
此外，還要總結(jié)、創(chuàng)造和推廣先進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)計所面臨的問題
1、鋼結(jié)構(gòu)中建筑設(shè)計的防火問題：
鋼材雖為非燃燒材料，但鋼不耐火，當建筑采用無防火保護措施的鋼結(jié)構(gòu)時，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事件中兩個塔樓分別受飛機撞擊后所產(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。
2、鋼結(jié)構(gòu)中建筑設(shè)計的防腐問題：
鋼材如果長時間暴露在室外，必然會生銹老化，其自身承載力會下降，建筑的美觀也會受影響,因此防腐問題也是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計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)計中設(shè)計師對鋼結(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，然后再補刷一度底漆，兩度面漆。
3、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因素的設(shè)計中，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、客房等對隔聲、隔振要求非常高的建筑，需要專門的聲學設(shè)計。
對于旅館、公用建筑、民用住宅等，為滿足人們對安靜的要求，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，進出部分使用隔聲門或吸聲迷道等。
五、結(jié)論
鋼結(jié)構(gòu)的諸多優(yōu)點使得鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)有著廣闊的發(fā)展前景，但鋼結(jié)構(gòu)的缺點也制約著鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)的前進步伐，如何經(jīng)濟、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：
[1]王肇民. 建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計. 同濟大學出版社，2001
[2]陳志華. 建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計. 天津大學出版社，2004
[3]黃呈偉 孫玉萍 于 江蘇.鋼結(jié)構(gòu)基本原理. 重慶大學出版社，2002.
鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計【2】
【摘 要】鋼結(jié)構(gòu)住宅是當代住宅在21世紀里發(fā)展的必然趨勢，以及在發(fā)展中存在的問題，提出鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑設(shè)計中需在意的重點。
近20年來，中國鋼結(jié)構(gòu)事業(yè)取得了大發(fā)展，也為設(shè)計行業(yè)的黃金時期帶來了更多的挑戰(zhàn)和機遇。
【關(guān)鍵詞】鋼結(jié)構(gòu);建筑設(shè)計;黃金時期
發(fā)展我國鋼結(jié)構(gòu)住宅存在的問題
在我國絕大部分的住宅標準規(guī)范是在近幾十年來不斷使用的結(jié)構(gòu)體系基礎(chǔ)編制的，鋼結(jié)構(gòu)住宅體系此前在我國屬于技術(shù)空虛人才缺乏，鋼結(jié)構(gòu)住宅技術(shù)完全不能滿足我國現(xiàn)行強制性規(guī)范的某些條文也不足為奇。
譬如我國建國以后，絕大多數(shù)的建筑為磚石和鋼筋混凝土等耐火性能較好的建筑材料，因此導(dǎo)致我國的《建筑設(shè)計防火規(guī)范》在材料選用方面貌似比國外苛刻，鋼結(jié)構(gòu)住宅難以滿足其要求。
這種與國內(nèi)規(guī)范不銜接的狀況，使鋼結(jié)構(gòu)住宅項目不管在工程設(shè)計施工階段還是工程驗收階段都會遇到不計其數(shù)的障礙和麻煩。
同濟大學教授、鋼結(jié)構(gòu)資深專家沈祖炎對我國住宅鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展戰(zhàn)略提出建議：應(yīng)由政府部門組織由建筑、結(jié)構(gòu)、建材方面的科研、設(shè)計和生產(chǎn)單位的專家組成攻關(guān)小組，編制一個適合中國國情的鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑的標準和體系，使鋼結(jié)構(gòu)住宅這一科技成果在我國盡快實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化和工廠化大生產(chǎn)。
此前在我國已建成的鋼結(jié)構(gòu)住宅所采用的材料是現(xiàn)有材料直接使用，嚴重缺乏技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品改造。
譬如：H+H骨架系統(tǒng)使用的是一種簡單技術(shù)過渡方式，即用H型鋼替代中國傳統(tǒng)磚木住宅的木梁柱或現(xiàn)代住宅的鋼筋混凝土梁柱，而圍護體系和樓層體系維持不變。
這樣一來技術(shù)跨度變化不大，并且非常有利于現(xiàn)有設(shè)計及施工人員的操作，但與世界住宅技術(shù)潮流卻背道而馳，既不利于推廣應(yīng)用輕質(zhì)墻體技術(shù)，又不利于住宅的工廠化大生產(chǎn)。
況且，與鋼結(jié)構(gòu)住宅主體建筑體系相匹配的配套部件尚待完善。
現(xiàn)有市場上的配套部件是少之又少，而且價格又匪夷所思的貴。
應(yīng)發(fā)展和推廣與結(jié)構(gòu)體系配套的標準化和模數(shù)化的配套部件。
在我國，由于社會對鋼結(jié)構(gòu)住宅的接受問題長時間以來習慣了磚混或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的住宅，從一開始的適應(yīng)到之后逐步喜歡鋼結(jié)構(gòu)住宅，需要一個緩慢的適應(yīng)階段。
今天，在北京、上海等大城市中已出現(xiàn)了鋼結(jié)構(gòu)住宅，居民對此有了一定的接觸了解，鋼結(jié)構(gòu)住宅也被人們所接受。
而對于中小城市居民來說，鋼結(jié)構(gòu)住宅還是一個陌生的住宅體系或者說是奢侈品。
所以，大部分消費者對鋼結(jié)構(gòu)住宅這一新事物缺乏認識。
在建筑工程技術(shù)人員方面，由于國內(nèi)不管是中等或是高等專業(yè)學校的教學中均未涉及鋼結(jié)構(gòu)住宅體系，因此工程技術(shù)人員對這一體系也是知之甚少，因此也導(dǎo)致了缺乏熟練的技術(shù)工人，所以雖然這一體系單純從技術(shù)層面上講并沒有多大難度，但真正推行起來還是需要一個緩慢的過渡期。
鋼結(jié)構(gòu)住宅的建筑構(gòu)思更加著重于構(gòu)思的技術(shù)可行性。
達到建筑構(gòu)思與結(jié)構(gòu)構(gòu)思的結(jié)合是鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計中的目標。
鋼結(jié)構(gòu)住宅的構(gòu)思一方面展現(xiàn)了常規(guī)意義上的建筑構(gòu)思成果，另一方面也是對鋼材這種材料靈活運用的表現(xiàn)。
鋼結(jié)構(gòu)住宅的建筑師需要跟結(jié)構(gòu)工程師、設(shè)備工程師、甚至機械工程師進行密切配合，以保證建筑構(gòu)思能夠在特定的技術(shù)條件下得以實施。
建筑師想要有更廣泛的構(gòu)思能力，使自己的構(gòu)思更具有獨特性和創(chuàng)造性，而且使方案的可實施性更強，就必須在深入了解材料的特性、材料所能創(chuàng)造的結(jié)構(gòu)形式及相應(yīng)的技術(shù)措施。
鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計的復(fù)雜化與精致度要求越高，對細部設(shè)計的要求也越高。
因為細部設(shè)計決定一個地方最終是否得到確認及其質(zhì)量。
在現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑中，各種金屬結(jié)構(gòu)桿件，連接金屬桿件的節(jié)點細部，常常暴露在外，使建筑帶有強烈的科技感，比如建于1977年法國的巴黎蓬皮杜藝術(shù)與文化中心，它的鋼柱、鋼梁、桁架等結(jié)構(gòu)構(gòu)件都裸露在外，從中不僅體現(xiàn)出技術(shù)美，而且體現(xiàn)出人的智慧和能力。
因而，對鋼結(jié)構(gòu)建筑來說細部質(zhì)量保持較高的設(shè)計要求是非常重要的，在鋼結(jié)構(gòu)建筑中應(yīng)受到特別重視。
鋼結(jié)構(gòu)住宅的節(jié)點設(shè)計節(jié)點設(shè)計是鋼結(jié)構(gòu)建筑區(qū)別于其它結(jié)構(gòu)體系建筑的一大特色，在相當大程度上影響著建筑設(shè)計的結(jié)果。
鋼結(jié)構(gòu)建筑的絕大多數(shù)節(jié)點是露明的，露明的鋼結(jié)構(gòu)節(jié)與中國傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)建筑的榫卯結(jié)構(gòu)驚人的相似。
復(fù)雜的節(jié)點處理顯示出結(jié)構(gòu)的合理性，具有基于建筑技術(shù)之上的特有的結(jié)構(gòu)美感。
為了鋼結(jié)構(gòu)防火的需要，有些建筑師會在鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點處輔以一定的防火措施，比如用防火涂料涂刷，或是將節(jié)點用防火板材完全封閉。
后者把鋼結(jié)構(gòu)特有的節(jié)點封閉了起來，難以體現(xiàn)鋼構(gòu)件節(jié)點的結(jié)構(gòu)美;而前者既起到了防火的目的，又保持了鋼格連接節(jié)點的原有特點，應(yīng)當能得到眾多工程師的認可及推廣。
鋼結(jié)構(gòu)住宅中需要運用新技術(shù)、新材料、新的構(gòu)造形式來滿足使用者的各項生理和心理需求。
現(xiàn)行的建筑設(shè)計趨勢即是要求住宅遵循“以人為本”的宗旨和根據(jù)使用者特征而細膩設(shè)計這一特點。
“以人為本”的設(shè)計理念運用鋼結(jié)構(gòu)這一新鮮的結(jié)構(gòu)形式，住宅中將會倍感變化，而他們的認同，才是新的住宅建筑結(jié)構(gòu)形式是否得到承認的關(guān)鍵所在。
相比于其他的建筑類別，住宅更應(yīng)該體現(xiàn)“以人為本”的設(shè)計理念。
每一種住宅是為特定人群量身定做的建筑類別，其形式和建筑風格要貼切反映使用者使用方式、生活方式、審美取向。
鋼結(jié)構(gòu)住宅有進行模數(shù)化設(shè)計的需要。
模數(shù)化設(shè)計是現(xiàn)代建筑產(chǎn)業(yè)化和工業(yè)化生產(chǎn)的特殊要求，摒棄傳統(tǒng)的手工作業(yè)的局面，提高建筑業(yè)從業(yè)人員的就業(yè)環(huán)境質(zhì)量，降低勞動強度，為此在設(shè)計階段就采用建筑模數(shù)化設(shè)計。
模數(shù)化設(shè)計帶動了配套構(gòu)件的工業(yè)化生產(chǎn)，改變了相關(guān)產(chǎn)品的生產(chǎn)模式，是促進建筑業(yè)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的動力。
技術(shù)、規(guī)范、人才已成氣候 鋼結(jié)構(gòu)黃金機遇
在鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)的發(fā)展過程中， 國家的政策不斷調(diào)整，由限制在建筑業(yè)中使用鋼材到目前的推廣、引導(dǎo)使用，國家計委、原國家經(jīng)貿(mào)委、建設(shè)部、鐵道部、原冶金部等開展了大規(guī)模的鋼鐵產(chǎn)品市場調(diào)研、技術(shù)政策建議起草以及重大鋼結(jié)構(gòu)工程技術(shù)研究等工作。
鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會配合國家及地方有關(guān)部門制定了大量有關(guān)的技術(shù)政策及規(guī)范，如 “關(guān)于節(jié)約使用鋼材的若干規(guī)定”、“建筑技術(shù)政策綱要及發(fā)展規(guī)劃”以及有關(guān)鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計規(guī)范、施工質(zhì)量驗收規(guī)范、焊接技術(shù)規(guī)程及有關(guān)產(chǎn)品標準等等。
在以上這些科技方面，已經(jīng)實現(xiàn)我國高層鋼結(jié)構(gòu)建筑國產(chǎn)化;跨度達216m的九江長江大橋采用了我國自己生產(chǎn)的15錳釩氮鋼材;北京2008年奧運會場館建設(shè)中，也大量使用國產(chǎn)建筑用鋼。
由于各方面條件允許，國家與社會的認可，以及鋼結(jié)構(gòu)在的應(yīng)用在現(xiàn)實應(yīng)用中也達到了預(yù)定的效應(yīng)，我國的鋼結(jié)構(gòu)人才也逐漸的積攢起來，迎來了鋼結(jié)構(gòu)的黃金時期 。
中國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會副理事長劉軍認為，我國鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)已經(jīng)到了一個黃金發(fā)展期。
1999年，建設(shè)部與國家冶金工業(yè)局聯(lián)合成立了建筑用鋼協(xié)調(diào)領(lǐng)導(dǎo)小組，專門成立了專家組開展了一系列調(diào)研及有關(guān)工作，編制了《鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑產(chǎn)業(yè)化技術(shù)導(dǎo)則》，完善了相關(guān)標準規(guī)范。
我國鋼產(chǎn)量充足、建設(shè)規(guī)模宏大。
鋼鐵企業(yè)目前對鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的開發(fā)非常重視，寶鋼、武鋼、馬鋼、萊鋼、攀鋼、天津鋼管等企業(yè)在開發(fā)鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品方面已經(jīng)取得了很大進展，同時，一些重點的鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)迅速發(fā)展，也為鋼結(jié)構(gòu)在建筑中的使用提供了一個良好平臺。
建設(shè)部、中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會等部門的領(lǐng)導(dǎo)在講話中也表示，將繼續(xù)大力推動中國鋼結(jié)構(gòu)事業(yè)的發(fā)展。
可以相信，在不久的將來，更大量的鋼結(jié)構(gòu)建筑將出現(xiàn)在中國這個迅速發(fā)展的舞臺上。
參考文獻：
[1]鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計迎來黃金機遇期.
[2]淺談現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計.
[3]關(guān)于廣泛開展鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計的建議.
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