浅析现代钢结构建筑_浅析钢结构建筑

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浅析现代钢结构建筑

摘要：钢结构住宅属于高效率，高技术的产业，加快钢结构住宅的研究与发展，将促进我国建筑业向技术密集型产业转化。近年来，我国钢结构住宅的性能和技术要求已经明确，关键技术已取得了突破性进展。钢结构住宅具有环保和可持续发展的概念，他将成为我国建筑现代化发展的一个重要标志。

关键词：钢结构住宅 环保 产业化

前言

钢结构住宅在欧美已经有几十年历史了,凭着良好的抗震性、灵活可变的空间划分、环保等优点,迅速发展壮大。其工厂化加工、较少工地湿作业、钢材可回收利用、施工快、噪声低、粉尘污染少、符合可持续发展更是顺应时代的要求,这些是其他结构形式的住宅无法相比的。在我国,钢结构住宅已被国家建设部列为重点推广项目,各地钢结构住宅小区试点工程如雨后春笋般涌现。

1.国内外钢结构发展状况

我国自1 9 4 9 年全国解放后，钢结构就在大跨重型工业厂房、大型公共建筑和高耸结构中得到了应用。尤其是近2 0 年来，钢结构更加广泛应用于土木工程的公共建筑中，比如沈阳桃仙国际机场屋盖，北京天文馆新馆工程等，我国目前不仅能生产各种类型的建筑钢材，同时钢材生产的新技术、新工艺、新产品日益也增多，如彩钢压型板、彩钢复合板、彩钢扣板、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

现代轻钢结构房屋建筑体系诞生于20世纪初，在二战期间得到快速发展。其间多用于对施工速度要求很高的战地机库、军营等；40年代出现了门式刚架结构；60年代开始大量应用由彩色压型板及冷弯薄壁型钢檩条组成的轻质围护体系。目前轻钢结构已成为发达国家的主要建筑结构形式。近2年来，世界钢铁总量的增加和国际军需用钢量的下降，促使各国拓展钢结构使用范围，各国建筑用钢量在钢材总耗量中的比例明显提高，一般在30%左右，日本在50%左右。美

国、瑞典、日本等国家钢结构用钢量已占钢材产量的30%以上，钢结构面积约占到总建筑面积40%以上。

国外采用钢结构建造住宅的主要是钢铁生产大国和钢结构建筑比较发达的国家，如欧洲、北美、日本和澳大利亚，其中在北美、日本和澳大利亚1~3层的低层住宅是住宅的主流形式，因此钢结构住宅多为低层；在欧洲许多国家钢结构多层和高层住宅建造量较大，工业化生产和预制装配程度也较高，我国的土地和资源方面与欧洲情况相近，因此应重点学习和研究欧洲的经验。

20世纪50年代，欧洲由于受“二战”的严重创伤影响，对住宅需求非常大，为解决房荒问题，欧洲一些国家采用了工业化程度较高的钢结构建筑体系，建造了大量住宅，形成了一批完整的、标准的钢结构住宅体系，并延续至今。60年代，住宅建筑工业化的高潮遍及欧洲各国，并发展到美国、加拿大、日本等经济发达国家。

钢结构建筑在我国的发展大体经历了三个阶段：第一阶段是建国初期（50~60年代），为初盛时期；第二阶段是文化大革命时期（60年代中后期~70年代），为低潮时期；第三阶段是改革开放以后（80年代至今），为发展时期。我国“十五”期间计划达到每年建筑钢结构用钢量将占全国钢材总产量的3%；到2015年将达到钢材总产量的6%。这是《国家建筑钢结构产业“十五”计划和2015年发展规划纲要》明确提出的发展目标。为促进我国钢结构住宅产业化发展，建设部于2002年发布了《钢结构住宅产业化技术导则》，批准在天津建立我国第一个钢结构住宅产业化基地，并评审通过18项钢结构住宅科研立项和北京赛博思金属结构工程有限公司的第一个建设部钢结构住宅产业化科技示范工程。目前我国钢结构住宅出现蓬勃发展的趋势，全国各地都在进行钢结构住宅的建设。

2.钢结构的物理力学特性

钢结构本身具有高强度、质轻、易于加工制造等特性，是一种多用途之建筑材料。

l)高强度:由于钢结构材料强度较高，可使建筑物的载荷减轻，在构筑大跨距的梁、高层建筑物及地震区建筑物时，具有明显的优势。

2)材质均一:钢结构材性不会象钢筋混凝土因使用时间不一而有所变化，除

非遭受污染腐蚀外，其应力不会因时间的改变而发生劣化现象。

3)延展性极佳:一般说来，结构材料在正常负荷的情况下，较强应力会集中出现在材料的某些地方，钢结构的延展性可使这些应力集中点发生变形，从而不会马上破坏。钢筋混凝土材料的特性，是硬脆到某一强度后，就会遭受破坏，尤其抵御地震力时能力相对较差。

4)弹性较好:钢材在弹性范围内为一弹性体，在相当大应力作用下仍依据虎克定律作规则变化，所以可以很准确计算出其强度。而钢筋混凝土构件，为一非均质及单一材料所组合而成，以至于在破坏时，无法精确计算出材质的变化。

5)耐久性:钢材在适当的养护下，使用时间较久，而钢筋混凝土结构耐久性相对要弱一些。

6)便于工厂预造:钢结构构件需在工厂里预先制造、剪裁及钻孔并完成组装，在工厂预造好后才送往工地，品质较易控制。而钢筋混凝土结构则需要现场侥筑，其质量易受气候及人为因素的影响。

3.现代钢结构的建筑特点

1）预工程化程度高，建设成本降低，工期缩短钢结构建筑模数协调统一标准实现了建筑工业化大规模生产，提高了建筑预期工程不同材料、不同形状和不同制造方法的建筑构配件具有一定的通用性和互换性。同时钢结构建筑的预工程化使材料加工和安装一体化，大大降低了建设成本；并且加快了施工速度，使工期能够缩短4 0％以上，从而加快了房地产开发商的资金周转速度，使建筑能更早投入使用。

2）建筑与结构的设计与功能一体化，使建筑更富有功能化在钢结构建筑中，结构成为形象构成的重要因素，结构的形体，构件，节点从很大程度上导致并制约着建筑的形象。建筑与结构的设计与功能只有做到一体化，才能使建筑更富有功能化以便随后的各个设计环节进行下去，创造出技术与艺术融为一体的钢结构建筑。北京2 0 0 8 年奥运会国家体育场投标方案中有许多方案都体现了钢结构建筑的这一特点。例如清华大学建筑设计院设计的可开合式方案，在体育场大屋面的中央设置两个半圆型的玻璃顶面，同时相对旋转、平行滑动完成大

屋面的开合；又如中国建筑设计研究院场馆方案外观即为建筑的结构，形象完美纯净，功能与结构达到了完美统一。

3）钢结构建筑能够满足超高度和超跨度的要求钢材组织均匀，接近于各向同性匀质体，强度高，弹性模量亦高。其密度与强度的比值远小于砖石，混凝土，木材，在同样受力情况下钢结构自重小，从而可以做成跨度较大和高度较高的结构以及灵活的结构形体。现在人类已具有建造跨度超过1 0 0 0 米的超大穹顶与高度超过1 0 0 0 米最高至 4 0 0 0 米的超高层建筑的能力。并且钢索与膜结构相结合形成索膜结构体系更能满足建筑对跨度的要求，使这类型建筑成为标志性建筑。

4）原材料可以循环使用，有助于环保和可持续发展。

4.现代钢结构中建筑设计所面临的问题

1）钢结构中建筑设计的防火问题火灾是对钢结构建筑的最大危害，钢材虽为非燃烧材料，但钢不耐火，温度为4 0 0 度时，钢材的屈服强度将降至室温下强度的一半，温度达到6 0 0 度时，钢材基本损失全部强度和刚度，因此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。从发生的钢结构建筑火灾案例可以发现两类现象，一类为防火保护的钢结构在火灾中没有达到规定的耐火时间而破坏，另一类防火保护的钢结构在火灾中超过了预期的耐火时间而并没有破坏。建筑的构造防火问题一般在钢筋混凝土结构上较易解决，而在钢结构建筑上则需考虑更多的因素，以下为两种常用防火措施：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。

2）钢结构中建筑物理问题

①保温。外部环境对建筑的热辐射主要从两个方面影响建筑的热环境：一是透过窗户进入室内，并被室内表面所吸收，产生了加热的效果；二是被建筑的外围护结构表面吸收，其中一部分热量通过建筑围护结构的热传导逐渐进入室内。由于玻璃可以让阳光直接射入室内从而迅速升高室温，特别是随着新型玻璃材料的不断出现，玻璃的热工性能逐步改进，建筑采光与建筑保温之间的矛盾已日趋

淡化，“ 遮蔽”与“ 阻隔”走向平衡。所以对建筑的保温措施主要集中在外围护结构上。

② 吸音。在一些建筑大厅中，尤其是在音乐厅中顶棚反射板增加的反射声几乎同时到达听众的双耳，缺少侧向反射带来的围绕感。在这类建筑的设计中，需要综合考虑材料的使用，包括吸声性能以及装饰性、强度、防火、吸湿、加工等多方面。目前广泛地应用于音质设计和噪声控制中的解决途径是吸声材料和吸声结构。

5.结语

21世纪，国家扩大内需的政策以及西部大开发战略的实施都为中国的钢结构提供广阔的市场空间和发展机遇;同也给我国钢铁工业深人认开发钢结构用钢市场提出时识了新的课题。随着目前我们钢结构建筑水平的提升、技术的成熟，我们有理由相信——钢结构，必将会撑起未来中国建筑行业的一片天空。

参考文献

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