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钢结构建筑设计面临的问题及措施

时间：2022-05-24 09:55 所属分类：建筑论文 点击次数：

　　摘要：本文简要的阐述了钢结构的发展历程及建筑特点并讨论了目前钢结构设计主要面临的问题及解决措施。

　　关键词：钢结构；钢结构特点；钢结构设计；构造材料

　　引言

　　钢结构是比较广泛的一种建筑结构，随着社会的进步，一些有着特殊要求的钢结构应运而生，如：跨度较大的结构、荷载较大的结构、在地震多发区的房屋结构等，更是推动了钢结构建筑的发展。

　　一、钢结构建筑的发展历史

　　钢结构的发展与国家的钢铁冶炼技术有着密切的关系。早在公元前200多年(秦始皇时代)，我国就用铁建造桥墩，随之建造铁链悬桥，如400多年前(明代)云南的沅江桥等。

　　18世纪欧洲工业革命以后，由于钢铁工业的发展，钢结构在欧洲各国的应用逐渐增多，我国由于受封建主义的束缚，钢结构发展缓慢。

　　1949年新中国成立以后，钢结构得到了空前的发展，建造了大量的钢结构工程，如1961年建成的北京工人体育馆;1967年建成的我国第一座大跨度平板网架结构——北京首都体育馆屋盖结构。近几年在一些大城市，也建造了不少超高层建筑，如高420.5m的上海浦东金茂大厦。同时钢材生产的新技术、新产品也日益增多，如彩钢压型板、彩钢复合板、拱形厂房及彩钢制品等的生产，使建筑结构充满现代化时代气息，实际证明钢结构建筑在我国更具有广阔的发展前景。

　　二、现代钢结构的建筑优点

　　(一)重量轻、强度高：

　　钢材的容重大，强度却很高。建筑材料中钢材容重与屈服点的比值最小，例如，在相同的荷载条件下，钢屋架重量只有同等跨度钢筋混凝土屋架的1/3～1/4.如果采用薄壁型钢屋架则更轻，只有1/10.因此，钢结构比钢筋混凝土结构能承受更大的荷载，跨越更大的跨度。

　　(二)材质均匀，有良好的塑性和韧性：

　　与钢筋混凝土和木材相比，钢材的内部组织均匀，可视为各向同性材料，钢材的弹性模量大(E=2.06X105N/mm2)，具有良好的塑性和韧性。这些物理力学性能，最符合目前所采用的计算方法和结构分析中的基本假定，所以钢结构的实际受力情况与结构分析结果最接近，在使用中最安全可靠。

　　(三)钢结构工业化程度高、施工速度快：

　　钢结构由各种型材和钢板组成，制作简便，精确度高，能批量生产。钢结构的工厂制作、工地安装的施工方法，可缩短施工周期，降低造价，提高经济效益。钢结构的工地拼装常用螺栓连接，不仅施工快速，对已建成的钢结构也易于拆卸、加固或改建。

　　(四)钢结构的密封性好：

　　钢材组织致密，采用焊接连接可做到完全密封，一些要求气密性和水密性好的高压容器、大型油库、煤气罐、输送管道等板壳结构，最适宜采用钢结构。

　　三、钢结构设计的思想和技术措施

　　钢结构的设计应该重视，贯彻钢结构的设计思想，做到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量，因此钢结构设计应在以下设计思想的基础上进行：

　　(一)钢结构在运输、安装和使用过程中必须有足够的强度、刚度和稳定性，保证结构安全可靠;

　　(二)应该从工程实际情况出发，合理选用材料、结构方案和构造措施，应符合建筑物的使用要求，具有良好的耐久性;

　　(三)尽可能节约钢材，减轻钢结构重量;

　　(四)盡可能缩短制造、安装时间，节约劳动工日;

　　(五)可能条件下，尽量注意美观，特别是外露结构，有一定建筑美学要求。

　　钢结构应因地制宜、量材使用，切忌生搬硬套。上述措施应结合具体条件进行方案比较，采用技术经济指标都好的方案。此外，还要总结、创造和推广先进的制造工艺和安装技术，注意施工的可行性。

　　四、现代钢结构中建筑设计所面临的问题

　　(一)钢结构中建筑设计的防火问题：

　　钢材虽为非燃烧材料，但钢不耐火，当建筑采用无防火保护措施的钢结构时，一旦发生火灾，很容易使建筑损坏，比如美国世贸中心大楼外墙是排列很密的钢柱，外包银色铝板，在美国911事件中两个塔楼分别受飞机撞击后所产生的大火使钢材软化，最终导致大楼倒塌。钢结构建筑需考虑更多的防火因素，以下为两种常用构造防火措施：一是采用进口的新型防火板—保全板;二是根据钢结构的部位不同分别采用厚型或薄型的防火涂料，并在露明部位加涂装饰漆。

　　(二)钢结构中建筑设计的防腐问题：

　　钢材如果长时间暴露在室外，必然会生锈老化，其自身承载力会下降，建筑的美观也会受影响，因此防腐问题也是钢结构设计需要解决的常见问题。目前的做法主要是采用新型防腐和构造材料。在设计中设计师对钢结构建筑都做出特别的要求，比如涂刷防锈、防火涂料等。另外对钢构件施工也有明确的要求，比如构件出厂前涂红丹防锈底漆一道;钢结构安装调整后，将其清洗干净，然后再补刷一度底漆，两度面漆。

　　(三)钢结构中建筑物理问题：

　　1. 保温。建筑的保温措施主要集中在外围护结构上，而目前有效期解决办法有两种：1)研制、优化保温材料的构造，提高建筑热环境性能。2)防止保温材料凝结水，采用外保温和中间保温作法。

　　2. 吸音。在一些建筑大厅中，尤其是在音乐厅等要特别考虑声音这个因素的设计中，需要综合考虑材料的使用。目前广泛地应用于音质设计和噪声控制的解决途径的非吸声材料制成某种吸声结构或使用本身具有吸声特性的材料。

　　3. 隔音。噪声于建筑密不可分，噪声污染的防治与治理已经成为建筑声学重要的组成部分。有安静要求的房间，如录音室、演播室、客房等对隔声、隔振要求非常高的建筑，需要专门的声学设计。对于旅馆、公用建筑、民用住宅等，为满足人们对安静的要求，一般使用隔声性能较好的材料或结构，如砖、混凝土墙等，观察部分使用隔声窗，进出部分使用隔声门或吸声迷道等。

　　结束语

　　钢结构的诸多优点使得钢结构产业有着广阔的发展前景，但钢结构的缺点也制约着钢结构产业的前进步伐，如何经济、有效的解决钢结构中的不足，将是钢结构发展的首要问题。