淺析鋼結構建筑

龐世冬

摘要：本文簡要的闡述了鋼結構的發(fā)展歷程及建筑特點并討論了目前鋼結構設計主要面臨的問題及解決措施。

關鍵詞：鋼結構;鋼結構特點;鋼結構設計;構造材料

引言

鋼結構是比較廣泛的一種建筑結構，隨著社會的進步，一些有著特殊要求的鋼結構應運而生，如：跨度較大的結構、荷載較大的結構、在地震多發(fā)區(qū)的房屋結構等，更是推動了鋼結構建筑的發(fā)展。

一、鋼結構建筑的發(fā)展歷史

鋼結構的發(fā)展與國家的鋼鐵冶煉技術有著密切的關系。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，鋼結構在歐洲各國的應用逐漸增多，我國由于受封建主義的束縛，鋼結構發(fā)展緩慢。

1949年新中國成立以后，鋼結構得到了空前的發(fā)展，建造了大量的鋼結構工程，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)架結構——北京首都體育館屋蓋結構。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、新產(chǎn)品也日益增多，如彩鋼壓型板、彩鋼復合板、拱形廠房及彩鋼制品等的生產(chǎn)，使建筑結構充滿現(xiàn)代化時代氣息，實際證明鋼結構建筑在我國更具有廣闊的發(fā)展前景。

二、現(xiàn)代鋼結構的建筑優(yōu)點

（一）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，鋼結構比鋼筋混凝土結構能承受更大的荷載，跨越更大的跨度。

（二）材質均勻，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構分析中的基本假定，所以鋼結構的實際受力情況與結構分析結果最接近，在使用中最安全可靠。

（三）鋼結構工業(yè)化程度高、施工速度快：

鋼結構由各種型材和鋼板組成，制作簡便，精確度高，能批量生產(chǎn)。鋼結構的工廠制作、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。鋼結構的工地拼裝常用螺栓連接，不僅施工快速，對已建成的鋼結構也易于拆卸、加固或改建。

（四）鋼結構的密封性好：

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、輸送管道等板殼結構，最適宜采用鋼結構。

三、鋼結構設計的思想和技術措施

鋼結構的設計應該重視，貫徹鋼結構的設計思想，做到技術先進、經(jīng)濟合理、安全適用、確保質量，因此鋼結構設計應在以下設計思想的基礎上進行：

（一）鋼結構在運輸、安裝和使用過程中必須有足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性，保證結構安全可靠;

（二）應該從工程實際情況出發(fā)，合理選用材料、結構方案和構造措施，應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，減輕鋼結構重量;

（四）盡可能縮短制造、安裝時間，節(jié)約勞動工日;

（五）可能條件下，盡量注意美觀，特別是外露結構，有一定建筑美學要求。

鋼結構應因地制宜、量材使用，切忌生搬硬套。上述措施應結合具體條件進行方案比較，采用技術經(jīng)濟指標都好的方案。此外，還要總結、創(chuàng)造和推廣先進的制造工藝和安裝技術，注意施工的可行性。

四、現(xiàn)代鋼結構中建筑設計所面臨的問題

（一）鋼結構中建筑設計的防火問題：

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構時，一旦發(fā)生火災，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，最終導致大樓倒塌。鋼結構建筑需考慮更多的防火因素，以下為兩種常用構造防火措施：一是采用進口的新型防火板—保全板;二是根據(jù)鋼結構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）鋼結構中建筑設計的防腐問題：

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構設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造材料。在設計中設計師對鋼結構建筑都做出特別的要求，比如涂刷防銹、防火涂料等。另外對鋼構件施工也有明確的要求，比如構件出廠前涂紅丹防銹底漆一道;鋼結構安裝調(diào)整后，將其清洗干凈，然后再補刷一度底漆，兩度面漆。

（三）鋼結構中建筑物理問題：

1. 保溫。建筑的保溫措施主要集中在外圍護結構上，而目前有效期解決辦法有兩種：1）研制、優(yōu)化保溫材料的構造，提高建筑熱環(huán)境性能。2）防止保溫材料凝結水，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計中，需要綜合考慮材料的使用。目前廣泛地應用于音質設計和噪聲控制的解決途徑的非吸聲材料制成某種吸聲結構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構，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。

結束語

鋼結構的諸多優(yōu)點使得鋼結構產(chǎn)業(yè)有著廣闊的發(fā)展前景，但鋼結構的缺點也制約著鋼結構產(chǎn)業(yè)的前進步伐，如何經(jīng)濟、有效的解決鋼結構中的不足，將是鋼結構發(fā)展的首要問題。

參考文獻：

[1]王肇民.建筑鋼結構設計.同濟大學出版社，2001.

[2]陳志華.建筑鋼結構設計.天津大學出版社，2004.

[3]黃呈偉.孫玉萍.于 江蘇.鋼結構基本原理.重慶大學出版社，2002.