現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)要點(diǎn)芻議

李玉明

摘要：我國(guó)在工程建筑領(lǐng)域逐步進(jìn)入到現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)時(shí)代，尤其是在工業(yè)建筑中應(yīng)用廣泛，本文基于鋼結(jié)構(gòu)建筑的優(yōu)點(diǎn)，探討了現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：建筑工程；鋼結(jié)構(gòu)；建筑設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：TU391文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-3024（2016）09-153-02

前言

當(dāng)前很多建筑結(jié)構(gòu)都采用的是現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)形式，其應(yīng)用范圍很廣泛。在設(shè)計(jì)中，我們必須全面了解鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，基于不同性能方面的考慮，著手進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計(jì)。

1.現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑的優(yōu)點(diǎn)

1.1滿(mǎn)足超高度、超跨度要求

眾多國(guó)內(nèi)的一些大型建筑，其結(jié)構(gòu)形式均是鋼結(jié)構(gòu)配件形式，北京鳥(niǎo)巢就是鋼結(jié)構(gòu)建筑的典型代表之一。這一點(diǎn)是以往任何混凝土、木質(zhì)材料、磚石等建筑材料所不能實(shí)現(xiàn)的。鋼結(jié)構(gòu)建筑所使用鋼材，其組織均勻，接近于各向同性勻質(zhì)體，并且其性能與硬度較高，彈性模量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)比傳統(tǒng)的建筑材料高很多。最為關(guān)鍵的一點(diǎn)就是鋼材的密度與強(qiáng)度的比值遠(yuǎn)小于混凝土、木材、磚石材料，如此一來(lái)，在同樣受力的情況下，鋼結(jié)構(gòu)的自重就比較小，從而就非常有利于實(shí)現(xiàn)一些高度和跨度較高的建筑結(jié)構(gòu)形體的靈活搭建。

1.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和建筑功能一體化

建筑工程行業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)支柱性產(chǎn)業(yè)之一，隨著現(xiàn)代化建筑越來(lái)越提倡對(duì)智能化建筑性能的高要求，更多的房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)商也逐漸重視對(duì)智能建筑的關(guān)注以及對(duì)建筑形象的塑造。而在鋼結(jié)構(gòu)建筑中，通過(guò)現(xiàn)代化先進(jìn)技術(shù)的大量嵌入，在很大程度上能夠?qū)崿F(xiàn)這一點(diǎn)，妥善解決了以往建筑形象受到整體結(jié)構(gòu)形式的制約，包括在建筑結(jié)構(gòu)的形體、構(gòu)建、節(jié)點(diǎn)等方面，都能夠促使建筑更富有功能化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與功能、藝術(shù)融為一體，極大的提升了建筑整體的結(jié)構(gòu)形象。

1.3建筑預(yù)工程化程度水平高

相對(duì)于傳統(tǒng)的原始建筑材料，比如木質(zhì)材料、石質(zhì)材料等，鋼建筑結(jié)構(gòu)材料的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)就被充分的體現(xiàn)出來(lái)了。鋼結(jié)構(gòu)建筑在模數(shù)協(xié)調(diào)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)用之下，能夠最優(yōu)化的實(shí)現(xiàn)建筑工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)，極大的促進(jìn)了我國(guó)工業(yè)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展。與此同時(shí)，還能夠提升建筑結(jié)構(gòu)配件的通用性和互換性，例如它可以促使不同材料、不同形狀、不同制造方法的建筑構(gòu)配件互通互換，進(jìn)而推進(jìn)著現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑預(yù)工程化加工安裝一體化的實(shí)現(xiàn)，極大的降低了工程建筑的施工建設(shè)成本，進(jìn)而縮短了建筑工期。當(dāng)前國(guó)內(nèi)不少房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)商也越來(lái)越傾愛(ài)鋼結(jié)構(gòu)建筑的建設(shè)，因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)建筑能夠讓工期縮短40%以上的時(shí)間，從而就非常有效的加快了房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)商的資金周轉(zhuǎn)速度。

2.現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)的概述

相比較于木質(zhì)材料、混凝土材料、磚石等建筑材料，鋼結(jié)構(gòu)則是一種既能實(shí)現(xiàn)環(huán)保效益，同時(shí)又符合成本效益的建筑，因而其在全世界范圍內(nèi)被廣泛的應(yīng)用。當(dāng)下，隨著國(guó)內(nèi)建筑技術(shù)水平趨向于成熟，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)也越來(lái)越廣泛，多用于工業(yè)廠房、物流倉(cāng)庫(kù)、體育場(chǎng)館等建筑物。但是，隨著這種輕鋼結(jié)構(gòu)建筑的不斷普及，其問(wèn)題也日漸顯現(xiàn)出來(lái)，其中最為顯著的就是耐火等級(jí)較低、防火性能較差。簡(jiǎn)單一點(diǎn)來(lái)講，就是指鋼結(jié)構(gòu)建筑假若在高溫作用下，其力學(xué)性能將會(huì)大幅度下降，包括有鋼材的彈性模量、屈服強(qiáng)度等基本性能，進(jìn)而就非常容易造成建筑出現(xiàn)垮塌的現(xiàn)象。上述所闡述的問(wèn)題在國(guó)內(nèi)都是有實(shí)例發(fā)生過(guò)的。近幾年，在國(guó)內(nèi)不少地區(qū)也曾多次出現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房火災(zāi)現(xiàn)象。針對(duì)這一嚴(yán)峻問(wèn)題，在現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)環(huán)節(jié)，應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)關(guān)注建筑防火、滅火這一基本技術(shù)要點(diǎn)。首先要找尋出鋼結(jié)構(gòu)建筑火災(zāi)的發(fā)生規(guī)律，其具有隨機(jī)性和確定性的雙重特點(diǎn)。其中，隨機(jī)性主要是指火災(zāi)發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)、原因；確定性是指火災(zāi)發(fā)生后的發(fā)展蔓延規(guī)律。除此之外，鋼結(jié)構(gòu)建筑受到損害的因素還包括在其它多方面，例如由載荷變化、超期服役所導(dǎo)致的建筑結(jié)構(gòu)承載力下滑不足進(jìn)。

而造成了鋼結(jié)構(gòu)的損害；再如建筑工程在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工過(guò)程中由于某項(xiàng)環(huán)節(jié)的失誤操作所造成的損害；同時(shí)還包括有鋼結(jié)構(gòu)部分構(gòu)件可能由于各種意外而產(chǎn)生變形、扭曲、凹陷等現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致了鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面被削弱、連接開(kāi)裂。

3.現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

我國(guó)現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)的特點(diǎn)主要有兩個(gè)方面，第一個(gè)方面是我國(guó)現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑在細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)上非常重視。第二個(gè)方面是我國(guó)現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑是在建筑工程策劃的前提下進(jìn)行的設(shè)計(jì)。

3.1重視細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)

我國(guó)現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑在細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)上非常重視，現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)的建筑主要的組成部分是桿件連接?，F(xiàn)階段我國(guó)的鋼結(jié)構(gòu)建筑就是很多種類(lèi)的桿件組合而成，在鋼結(jié)構(gòu)的建筑工程中，出現(xiàn)最多的是各種各樣的連接位置和連接點(diǎn)。鋼結(jié)構(gòu)在施工過(guò)程中方法類(lèi)似，區(qū)分鋼結(jié)構(gòu)的施工好壞的標(biāo)準(zhǔn)主要有兩個(gè)。第一個(gè)是鋼結(jié)構(gòu)的施工是否高端并且技術(shù)新穎；第二個(gè)是鋼結(jié)構(gòu)的施工方案是否具有經(jīng)濟(jì)可行性。鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)就是連接部分的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，只有將鋼結(jié)構(gòu)的連接細(xì)節(jié)做好，才能夠很好的將鋼結(jié)構(gòu)的施工進(jìn)行下去。鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量的好壞也是設(shè)計(jì)過(guò)程的一種最終體現(xiàn)。

3.2重視工程策劃

我國(guó)現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑是在建筑工程策劃的前提下進(jìn)行的設(shè)計(jì)，現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一種非常實(shí)用的建筑，因此我國(guó)在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)前期，要將鋼結(jié)構(gòu)建筑的整體施工策劃完整的做好。我們要重視鋼結(jié)構(gòu)施工的經(jīng)濟(jì)性和可行性。我們追求的鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)新穎一定要結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況和工程的具體要求。鋼結(jié)構(gòu)建筑在設(shè)計(jì)的過(guò)程中要遵循建筑行業(yè)的相關(guān)要求和規(guī)定，作出的設(shè)計(jì)方案保證施工方施工方便，建設(shè)方資金投入少并且達(dá)到效果。

4.現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

4.1鋼結(jié)構(gòu)建筑防火設(shè)計(jì)措施

鋼結(jié)構(gòu)建筑火災(zāi)事故多發(fā)生于廠房、倉(cāng)庫(kù)等建筑，對(duì)于一些存放大量危險(xiǎn)性較高物品的廠房建筑內(nèi)，在設(shè)計(jì)之初應(yīng)該充分了解行業(yè)工藝流程、生產(chǎn)原料以及成品半成品的基本信息情況，從而根本建筑使用用途來(lái)具體規(guī)劃結(jié)構(gòu)形式。例如，利用防火門(mén)與防火卷簾來(lái)實(shí)施劃分防火分區(qū)，并在每一塊分區(qū)內(nèi)分別設(shè)計(jì)安裝自動(dòng)化噴水滅火裝置系統(tǒng)。當(dāng)然，這種方法一般適用于建筑高度低于8米的建筑物，對(duì)于那些鋼結(jié)構(gòu)建筑高度高于8米的大空間建筑物，這種技術(shù)方法并不是十分可行。所以，針對(duì)這一技術(shù)難題，可以開(kāi)發(fā)利用水幕技術(shù)，安裝雨淋式的水幕噴頭，并且能夠結(jié)合著鋼結(jié)構(gòu)建筑的加固來(lái)阻止火勢(shì)的蔓延，以便為消防隊(duì)員撲火滅火贏得更多的寶貴時(shí)間。

4.2鋼結(jié)構(gòu)建筑保溫設(shè)計(jì)措施

現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中要研制現(xiàn)有保溫材料的現(xiàn)有構(gòu)造，這樣才能夠有效的提升建筑工程的熱環(huán)境。在鋼結(jié)構(gòu)的保溫問(wèn)題上，我們必須要從研制新型的保溫材料入手，我們可以在鋼結(jié)構(gòu)的外表面上安裝反射高效材料，通過(guò)紅外線將向外流出的熱量，反射回去，保障鋼結(jié)構(gòu)建筑的保溫和隔熱效能。現(xiàn)階段我國(guó)的高效保溫材料有三種。第一種是高效節(jié)能玻璃；第二種是硅氣凝膠；第三種是新型節(jié)能墻體。

4.3鋼結(jié)構(gòu)建筑加固設(shè)計(jì)措施

包括在鋼結(jié)構(gòu)建筑整體構(gòu)造方面、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方面、地基結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面以及建筑鋼材的焊接等。特別是建筑鋼材的焊接，這一環(huán)節(jié)是整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)中的重中之重，一旦出現(xiàn)差池，勢(shì)必會(huì)嚴(yán)重影響到整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)建筑的施工質(zhì)量。因此，在建筑鋼材焊接施工之前，應(yīng)當(dāng)先將需要焊接的部位徹底清理干凈。

在對(duì)鋼結(jié)構(gòu)各部位實(shí)施加固方面，常使用到的技術(shù)方法有三種，即截面補(bǔ)強(qiáng)法、改變計(jì)算簡(jiǎn)圖法、預(yù)應(yīng)力拉索法。當(dāng)前業(yè)內(nèi)應(yīng)用最廣泛當(dāng)屬預(yù)應(yīng)力拉索法，主要就是指利用高強(qiáng)性能的拉索來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的加固效果，目的就是最大限度的提升整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)建筑物體的承載力、剛度、穩(wěn)度。

4.4鋼結(jié)構(gòu)建筑防腐設(shè)計(jì)措施

鋼結(jié)構(gòu)的建筑施工材料是鋼材，鋼材一個(gè)非常重要的影響壽命的原因就是腐蝕問(wèn)題，因此我們?cè)谶M(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，一定要考慮鋼結(jié)構(gòu)的防腐問(wèn)題?，F(xiàn)階段我們的防腐方法主要有兩個(gè)。第一個(gè)是采用新型的防腐技術(shù)進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)的防腐。第二種是采用新型的防腐鋼材進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)的防腐。同時(shí)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我們的設(shè)計(jì)人員要在技術(shù)要求中提及防腐問(wèn)題，讓工程的參與人員注意防腐問(wèn)題。

5.結(jié)語(yǔ)

相比于傳統(tǒng)的混凝土建筑結(jié)構(gòu)，現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)具有很多優(yōu)勢(shì)，我國(guó)的鋼結(jié)構(gòu)建筑工程有著非常大的發(fā)展前景，現(xiàn)階段的現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)需要在設(shè)計(jì)上進(jìn)行重視，如此才能促進(jìn)我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展。