鋼結構建筑設計的構思

張鵬濤

摘要 ：鋼結構建筑設計的構思成功關鍵所在是技術構思與表現，在方案設計的深化中，需要同結構工程師，設備工程師，甚至包括機械工程師密切配合。隨著社會的發展，高層鋼結構住宅工業化和商品化程度在不斷地提高，能夠把設計、生產、施工和安裝整合為一體。中

關鍵詞 ：建筑設計 鋼結構 設計生產 施工

1.引言

在建筑行業，鋼結構設計應用的時間已經不短了，我們都知道，建筑鋼結構的優點有很多，相比較傳統的混凝土結構和砌體結構等，它性能穩定，質量輕強度高，抗震性能好，施工時可以在廠房進行加工再到現場裝配，不僅裝配的完整度好精密度高，而且能夠大大的加快施工進度縮短工期。因此，其在高層建筑方面的運用已經經歷了數十年。同時它還有一個非常貼切的稱呼，大家叫它“綠色建筑”，因為其不僅基礎造價低，材料可回收和再生，而且可以節能、省地、節水。作為一種綠色環保建筑，近年來，鋼結構住宅已被建設部列為重點推廣項目。因為鋼結構建筑設計具有建筑設計的一般屬性，建筑師不是隨心所欲在作設計，業主設計任務書對建筑師的平面和設計構思等發生的作用是重大的。

2.鋼結構工程設計原則

2.1 鋼結構設計服務于鋼結構的施工與使用，鋼結構工程使用目的是為了創造效益。公共建筑偏重于社會效益，工業建筑則偏重于經濟效益。因此，“鋼結構經濟性”是鋼結構設計的另一個重要方面。

“鋼結構經濟性”原則應從總體上加以分析，不能僅從某一方面孤立地去考察。在很長一段時間內，鋼結構設計以耗鋼量為標準，即耗鋼量低就是先進的設計、是好的結構體系或形式，這在鋼材匱乏的年代，節約鋼材是一種重要的手段。然而，總體而言，單純以耗鋼量為評價標準是不完全的，也不盡合理。對門式剛架輕型鋼結構房屋，全面評價結構體系的合理性應綜合考慮用鋼量、加工制作費、安裝費、施工周期及基礎費用等。

因此，鋼結構設計時，必須對鋼結構體系的經濟性進行深入分析和全面的考察，只有綜合效益最佳的方案或鋼結構體系才是合理的。評價結構體系的合理性，不僅要看耗鋼量指標，還要看總體造價，也要看工期的長短，建筑物的早日投入使用或投產可獲得的使用效益。此外，鋼結構設計是要系統考察主要建筑材料的供應情況，及當地的制造與安裝水平等，同時還應與業主加強溝通。

2.2 根據實際情況，合理的建筑結構體系應該是剛柔相濟的。因此如果結構太剛則變形能力差，強大的破壞力瞬間襲來時，需要承受的力很大，容易造成局部受損最后全部毀壞；但是太柔的結構雖然可以很好的消減外力，但容易造成變形過大而無法使用甚至全體傾覆。但是剛柔的程度歷來都是專家們爭論的焦點，現今的規范給出的也只是一些控制的指標，但無法提供“放之四海皆準”的精確答案。這就要靠設計者與業主進行溝通來確定一個方案。

2.3 鋼結構體系的“適用”原則是針對鋼結構體系的功能要求而言的，鋼結構體系適用性與建筑物的使用功能有密切聯系。為此在結構設計時，必須把握以下方面：對建筑物的功能、特點和所處的環境條件有充分的了解，如建筑物是民用建筑還是工業建筑，民用建筑是用于展覽館還是體育館等，工業建筑是鋼結構倉庫還是鋼結構廠房，鋼結構廠房的生產工藝對建筑結構的影響情況等；建筑物對防火、保溫、隔熱、隔振和防腐蝕有何要求；對建筑所在地的環境狀況和氣象條件應有足夠的了解；建筑物內是否有特殊設備或特殊載荷作用，及吊車的設置情況如何等。

3.鋼結構建筑主要施工方法

3.1 對于鋼結構加工制作箱型柱，我們一般使用鋼板。所有加工以及鋼結構構件的除銹和焊接都在加工車間完成。

對于箱和筏基礎底板的挑板問題，我們從結構角度來講，如果能出挑板，能調勻邊跨底板鋼筋，特別是當底板鋼筋通長布置時，不會因邊跨鋼筋而加大整個底板的通長筋，較節約；出挑板后，能降低基底附加應力，當基礎形式處在天然地基和其他人工地基的坎上時，加挑板就可能采用天然地基；能降低整體沉降，當荷載偏心時，在特定部位設挑板，還可調整沉降差和整體傾斜；窗井部位可以認為是挑板上砌墻，不宜再出長挑板。雖然在計算時此處板并不應按挑板計算。當然此問題并不絕對，當有數層地下室，窗井橫隔墻較密，且橫隔墻能與內部墻體連通時，可靈活考慮；當地下水位很高，出基礎挑板，有利于解決抗浮問題；從建筑角度講，取消挑板，可方便柔性防水做法。

3.2 鋼結構安裝。鋼結構建筑的樓蓋一般多采用壓型鋼板與現澆鋼筋混凝土疊合層組合而成，它既是樓蓋的永久性支承模板，又與現澆層共同工作，是建筑物的永久組成部分。

鋼結構壓型鋼板安裝時其工序間的流程：鋼結構主體驗收合格———打設支頂桁架———壓型鋼板安裝焊接———栓釘焊接———封板焊接———交驗后設備管道、電路線路施工，鋼筋綁扎———混凝土澆筑。

3.3 鋼結構建筑的混凝土施工。在鋼結構建筑工程中，混凝土部分的施工主要有2個方面：一個方面是現澆混凝土樓面；另一個方面是核心筒筒壁?；炷林饕ㄟ^砼泵豎向運輸。依據工程的結構特點，樓面模板支撐方案使用H 型梁下翼緣支撐小規格H 型鋼，并在其上放置竹膠板和鋼筋。箱型柱內澆混凝土所使用的方法是借助泵的壓力把混凝土從下往上壓入箱型柱，即頂升法。

4.鋼結構住宅安裝設計的問題對策

4.1 壓型鋼板在裝、卸、安裝中嚴禁用鋼絲繩捆綁直接起吊；運輸堆放應有足夠的支點，以防變形；鋪設前應將彎曲變形者校正好；鋼梁頂面要保持清潔，嚴防潮濕及涂刷油漆。下料、切孔采用等離子弧切割機操作，嚴禁用乙炔氧氣切割；大孔四周應補強。需支搭臨時的支頂架，由施工設計確定，待混凝土達到一定強度后方可拆除。

4.2 鋼結構住宅建筑推廣中的關鍵問題之一是選擇和開發外墻板。除滿足外墻板的各項技術要求外，還要做到墻板原材料因地制宜、工作化生產、運輸、安裝連接方便等等。

4.3 以建筑設計為主導的鋼結構住宅建筑，要和其他專業緊密互動配合。除此之外，鋼結構住宅建筑還要注重解決一些問題，如：如何發揮鋼結構的優勢和避免鋼結構帶來的建筑平、立面單調呆板；還有要解決鋼結構住宅建筑防火、防腐蝕問題等。

4.4 當建筑大多數房間較小，而僅一兩處房間較大時，如按大房間確定基礎板厚會造成浪費，而按小房間確定則造成配筋困難，當承載力能滿足要求時，可在大房間中部墊聚苯卸載，按小房間確定基礎板厚。

4.5 房地產開發商最關心的問題是鋼結構住宅的造價。根據實際情況，鋼結構住宅應定位于中、高檔住宅，鋼結構住宅建筑是一項系統工程，應從設計、制造、運輸、安裝、維修和管理等環節著手加強管理和協調，從而達到降低成本，提高綜合經濟效益的目的。

4.6 鋼結構結構布局不規則，地震時易損壞。如果想要做到安全合理、節點構造方便可靠。結構抗震性能與結構布局規則性需要下翻功夫。

5.結束語

目前，隨著城市經濟的發展和高層建筑的增多，我國鋼結構發展也開始迅速起來，鋼結構住宅作為一種綠色環保建筑，已經開始做為重點推廣項目。人們的生活水平越來越高，對鋼建筑結構設計也提出了更高的要求。因此，加快新型高強、輕質、環保建材的研究與應用，使建筑結構設計更加安全、適用、可靠、經濟是當務之急。其中，我們要充分發揮結構工程師的創新能力，因為他們是結構設計革命的推動者和執行者。

參考文獻：

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