鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在現(xiàn)代建筑中的應(yīng)用研究

王焰冰

平煤神馬建工集團(tuán)有限公司

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在現(xiàn)代建筑中的應(yīng)用研究

王焰冰

平煤神馬建工集團(tuán)有限公司

鋼結(jié)構(gòu)主要指在建筑過(guò)程中應(yīng)用鋼材和其他新型的建筑材料，直接連接應(yīng)用的建筑形式。目前，鋼結(jié)構(gòu)在我國(guó)的發(fā)展速度十分迅猛，已不再僅僅應(yīng)用于工業(yè)建筑工程中，其應(yīng)用的范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。例如，高層建筑、公共建筑、橋梁建設(shè)都應(yīng)用了鋼結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)具有較好的塑性、韌性而且質(zhì)地均勻、造價(jià)低且環(huán)保，非常符合現(xiàn)代建筑的特點(diǎn)。為了更好的應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，了解鋼結(jié)構(gòu)的具體內(nèi)容以及具體特性，加強(qiáng)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；現(xiàn)代建筑；應(yīng)用

1 鋼結(jié)構(gòu)自身優(yōu)點(diǎn)

1.1 鋼結(jié)構(gòu)的塑性及韌性較好

鋼結(jié)構(gòu)在一般的情況下，不會(huì)出現(xiàn)因?yàn)槌d而導(dǎo)致斷裂的現(xiàn)象，鋼材自身能夠把峰值應(yīng)力進(jìn)行重新分配，并沒(méi)有且能夠使應(yīng)力變化幅度逐漸趨于平緩。這一切都源自于鋼材自身良好的塑性以及韌性。因此，鋼結(jié)構(gòu)對(duì)于載荷適應(yīng)能力比較強(qiáng)，在地震的作用下，通過(guò)結(jié)構(gòu)自身彈性形變以及塑性形變，能夠在一定程度上吸收地震所帶來(lái)的能量，從而達(dá)到提升鋼結(jié)構(gòu)抗震性的目的。從以往的地震災(zāi)害調(diào)查表中可以有效得知，全鋼結(jié)構(gòu)的建筑在地震中受到的損害個(gè)其它材料結(jié)構(gòu)的建筑進(jìn)行相比，損害明顯最低。

1.2 鋼材的質(zhì)地比較均勻

鋼材料因?yàn)槠洳牧献陨淼男阅芎驮诹W(xué)計(jì)算方面具有的假定十分符合，與此同時(shí)，鋼材內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)接近各項(xiàng)的同性，鋼材質(zhì)地其自身的波動(dòng)范圍比較小，在建筑用材中，屬于理想的彈性材料，并且在一定的受力幅度范圍內(nèi)，其屬于有著完全彈性的材料，工程力學(xué)計(jì)算結(jié)果和實(shí)際的受力狀態(tài)也比較符合，因此具有優(yōu)勢(shì)。

1.3 在高層建筑中鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用的造價(jià)比較低

鋼結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的磚混或混凝土建筑相比，其總體的成本造價(jià)比較低，還有這種結(jié)構(gòu)自身的重量通常都比較輕，所以，裝卸和運(yùn)輸?shù)馁M(fèi)用相對(duì)來(lái)說(shuō)也比較低，在一定程度上，也降低來(lái)工程的總體材料使用量。與此同時(shí)，使用鋼結(jié)構(gòu)的建筑工程，工程建設(shè)周期也得到有效的縮短，從中衍生出的其他各項(xiàng)間接費(fèi)用同樣也能得到控制。由此可見(jiàn)，鋼結(jié)構(gòu)的建筑，在高層的建筑中屬于造價(jià)比較低的一種。

1.4 鋼結(jié)構(gòu)建筑需要的施工周期比較短

眾所周知，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相比較其他的建筑工程，受環(huán)境、氣候的影響較小，它主要是在工廠內(nèi)部加工完成，再送到建筑場(chǎng)地直接組裝即可完工。這也就決定了它的施工相比較其他建筑所需工期較短，對(duì)施工場(chǎng)地周邊環(huán)境的影響也最低，符合文明施工的要求。而且鋼結(jié)構(gòu)在加工、組裝的過(guò)程中，大部分依靠機(jī)械加工完成，這也從根本上決定了其施工速度較快，同時(shí)對(duì)施工場(chǎng)地以及施工人員要求較少，對(duì)工期比較緊張的建筑工程來(lái)說(shuō)，具有明顯的優(yōu)勢(shì)。鋼結(jié)構(gòu)建筑大量的自動(dòng)化生產(chǎn)，有效的降低了人工成本，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

1.5 鋼結(jié)構(gòu)符合我國(guó)綠色環(huán)?？沙掷m(xù)發(fā)展政策

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在我國(guó)的現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)中具有較強(qiáng)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，其主要原因就是符合可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求。鋼結(jié)構(gòu)本身就是一種可循環(huán)利用的材料，在施工的過(guò)程中出現(xiàn)的廢料都可以回收再利用，減少了資源浪費(fèi)情況的發(fā)生；鋼結(jié)構(gòu)建筑在施工的過(guò)程中應(yīng)用到的水泥、砂石等材料十分有限，這從根本上改善了施工現(xiàn)場(chǎng)臟亂差的施工環(huán)境，有利于實(shí)現(xiàn)文明施工，同時(shí)也有利于保護(hù)周邊環(huán)境，減輕了因施工對(duì)周邊環(huán)境的破壞。同時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)有毒氣體的排放量比較其他建筑材料的排放量要小很多，保護(hù)人體的健康，也更加綠色環(huán)保。綜上所述，都表明鋼結(jié)構(gòu)建筑符合我國(guó)綠色建筑、綠色施工要求，同時(shí)也有利于降低施工成本，使企業(yè)獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

2 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在現(xiàn)代建筑中的應(yīng)用缺點(diǎn)

雖然鋼材的強(qiáng)度較高，但是相較于傳統(tǒng)的建筑材料而言，其耐火性能以及耐腐蝕性能都不盡如人意。例如，高層鋼結(jié)構(gòu)建筑發(fā)生火災(zāi)，外界溫度高達(dá)150℃時(shí)，鋼材會(huì)產(chǎn)生熔融現(xiàn)象，其承載能力和穩(wěn)定性能都會(huì)大幅度降低，高層建筑的安全性無(wú)法保證，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)發(fā)生垮塌。其次，鋼材的耐腐蝕性較差，除非處于干燥的空氣之中，如果周圍存在相應(yīng)的腐蝕介質(zhì)，則極易發(fā)生銹蝕。在鋼材發(fā)生銹蝕之后，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)變得疏松，自身的密度變小，強(qiáng)度、硬度、韌性、承載能力等在建筑領(lǐng)域中極為重要的性質(zhì)都很難保留。

3 現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

3.1 防火保護(hù)的設(shè)計(jì)

鋼結(jié)構(gòu)雖然有較高的熔點(diǎn)，但在高溫情況下，鋼結(jié)構(gòu)不可避免的會(huì)發(fā)生一些五里河化學(xué)性質(zhì)的變化，所以，火災(zāi)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)建筑的負(fù)面影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)比想象的要大。當(dāng)溫度達(dá)到400度時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和可承載壓力就會(huì)降低到平時(shí)的二分之一，一旦溫度達(dá)到600度，那鋼結(jié)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本遭到完全破壞，失去所有的強(qiáng)度和剛度。所以，在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)時(shí)，必須要考慮到火災(zāi)情況，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行防火保護(hù)。對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行防火保護(hù)能夠有效的提高鋼結(jié)構(gòu)的耐火性，延長(zhǎng)鋼結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中堅(jiān)持的時(shí)間，降低火災(zāi)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)建筑的破壞，同時(shí)也能夠避免火災(zāi)引起的建筑二次危機(jī)。不同于鋼結(jié)構(gòu)防火，鋼筋混凝土的防火較為簡(jiǎn)單，其本身的防火性也較好。

3.2 防腐保護(hù)的設(shè)計(jì)

鋼結(jié)構(gòu)的防侵蝕一直以來(lái)都是建筑行業(yè)致力研究的課題。隨著建筑使用時(shí)間的增加，鋼結(jié)構(gòu)不可避免的會(huì)暴露于室外，經(jīng)過(guò)風(fēng)雨等自然力侵蝕必定會(huì)發(fā)生老化和生銹，不僅建筑的美觀度會(huì)受到影響，此時(shí)鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性也會(huì)大大降低。為了解決這類問(wèn)題，各種鋼結(jié)構(gòu)防腐材料惡化構(gòu)造材料應(yīng)運(yùn)而生。在鋼結(jié)構(gòu)表面涂抹防銹、防腐、以及防火蝕涂料是當(dāng)前鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最常見(jiàn)的做法之一。此外，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件也有諸多的防腐、放銹措施，一般在鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件出廠前就要進(jìn)行防銹、防腐蝕涂料以及底料和面料的涂抹。當(dāng)前使用的防腐、防銹涂料多是從外國(guó)進(jìn)口，成本較高，相信隨著我國(guó)建筑行業(yè)實(shí)力的提高，會(huì)生產(chǎn)出自己品牌的防腐、防銹涂料。

3.3 污染防護(hù)的設(shè)計(jì)

這里的污染指的是噪音污染、光污染等在建筑中較為常見(jiàn)的污染。噪音污染顧名思義就是指建筑中的各種噪音由于建筑結(jié)構(gòu)的隔音效果不好而導(dǎo)致的噪音傳播以及建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致的聲音立體和圍繞效果不佳；光污染主要指的建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致光線影響居民的正常生活，除此之外，不合理的設(shè)計(jì)還會(huì)導(dǎo)致熱輻射無(wú)法有效進(jìn)入室內(nèi)。為了降低這些污染，除了必須有針對(duì)性的對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)外，還要對(duì)建筑施工建材的材料性質(zhì)進(jìn)行仔細(xì)篩選，如吸聲性、輕度、防火、防腐蝕等。吸聲結(jié)構(gòu)和吸聲建材是當(dāng)前建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)防范噪音污染常用手段之一。建筑噪音防治質(zhì)量的高低直接決定建筑使用性能的好壞。為了降低噪音污染，相應(yīng)建筑理論知識(shí)和法律規(guī)定也不斷推出。窗口使用隔音玻璃、外墻使用混合隔音材料，如磚塊、混凝土等，進(jìn)出口使用隔音門，只有這樣才能全面保證建筑的隔音效果。

4 鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展前景

建筑鋼結(jié)構(gòu)有著很大的發(fā)展優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在2方面：(1)鋼結(jié)構(gòu)本身的建筑屬性使其強(qiáng)度較高，而且應(yīng)用靈活，與傳統(tǒng)的建筑材料相比，可以更大程度地利用建筑空間，并且適合的建筑風(fēng)格也比較多；(2)鋼結(jié)構(gòu)的成本花費(fèi)也較原來(lái)的建筑材料有較大的優(yōu)勢(shì)。鋼結(jié)構(gòu)建筑施工受到環(huán)境、地形、氣候等非人為因素的影響較小，大大縮短了工期。同時(shí)也減少了建筑垃圾的產(chǎn)生，降低了建筑施工成本，為我國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的開(kāi)展做出了重要貢獻(xiàn)。然而，鋼結(jié)構(gòu)建筑也有著自身的缺陷，只有將這些缺點(diǎn)彌補(bǔ)，才能使之更快地發(fā)展。鋼結(jié)構(gòu)在我國(guó)有良好的發(fā)展前景已經(jīng)毋庸置疑，并且我國(guó)已經(jīng)為鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展提供了較好的外部環(huán)境，具體表現(xiàn)在以下幾方面：(1)鋼材。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，鋼材的產(chǎn)量和質(zhì)量都得到了大幅度地提升，鋼材價(jià)格呈下降趨勢(shì)。這一情況可有效降低鋼結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展成本，從而促進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展。而且與鋼結(jié)構(gòu)建筑配套的建筑材料也不斷地被研發(fā)出來(lái)，更是為鋼結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展創(chuàng)造了良好的條件。(2)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工技術(shù)得到不斷的完善和發(fā)展，這是鋼結(jié)構(gòu)大力發(fā)展的根本保障。(3)鋼結(jié)構(gòu)建筑專業(yè)人才隊(duì)伍得到不斷的發(fā)展和壯大，為鋼結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，使鋼結(jié)構(gòu)建筑更加專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、科學(xué)化。雖然我國(guó)已經(jīng)為鋼結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展提供了良好的外部環(huán)境，但要想保證鋼結(jié)構(gòu)建筑在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地，必須加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)建筑的創(chuàng)新能力，時(shí)刻保持創(chuàng)新活力。同時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展要與國(guó)家發(fā)展規(guī)劃相適應(yīng)，促進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)建筑向海外發(fā)展，真正地將鋼結(jié)構(gòu)做大做強(qiáng)。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，鋼結(jié)構(gòu)以其良好的自身特性在我國(guó)的建筑項(xiàng)目中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。它不僅能夠縮短建筑周期、減少施工成本，還具有較強(qiáng)的抗震性能和環(huán)保性，使鋼結(jié)構(gòu)建筑既符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的要求，也保證了建筑的安全性、可靠性，有助于企業(yè)獲得良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。因此，鋼結(jié)構(gòu)建筑在未來(lái)的發(fā)展過(guò)程中具有良好的發(fā)展空間和發(fā)展前景，我們應(yīng)加大對(duì)鋼結(jié)構(gòu)建筑應(yīng)用的推廣力度，促進(jìn)我國(guó)建筑行業(yè)平穩(wěn)、快速的發(fā)展。

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