現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計與表現(xiàn)

摘要：現(xiàn)代建筑設(shè)計中采用鋼結(jié)構(gòu)的越來越多，特別是公共建筑和標(biāo)志性建筑。本文針對鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計的特點并立足于現(xiàn)有條件，主要從技術(shù)層面和建筑設(shè)計與表現(xiàn)進行探討。關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)建筑表現(xiàn)建筑自人類產(chǎn)生以來都是人們生活的重要組成部分，但在很長時間里運用的都是石材，木材等。隨著科技的發(fā)展新型材料的運用越來越廣泛，其中鋼材是其中普遍采用的一種。而以鋼結(jié)構(gòu)為主體的建筑是現(xiàn)代空間結(jié)構(gòu)發(fā)展的主流，鋼結(jié)構(gòu)建筑與鋼筋混凝土，砌體，木結(jié)構(gòu)建筑相比有一定的差別，鋼結(jié)構(gòu)建筑通常由型鋼、鋼管、鋼板等制成的鋼梁、鋼柱、鋼桁架等構(gòu)件組成，有的還用鋼鉸線、鋼絲繩（束）組成，其連接方式采用焊縫、螺栓或鉚釘連接，探討現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計與表現(xiàn)具有重要的意義和價值。一、鋼結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展歷史最早在建造房屋中使用鋼結(jié)構(gòu)的國家可以追溯到十八世紀(jì)末的英國，一百年后法國工程師埃菲爾建造了著名的鐵塔，人們也開始嘗試建造鋼結(jié)構(gòu)的獨戶住宅，從此鋼結(jié)構(gòu)建筑徹底改變了以往建筑造型的模式，建筑設(shè)計的理念與方法亦隨之嬗變。早期的鋼結(jié)構(gòu)僅是部分構(gòu)件、配件用鑄鐵、熟鐵制成，到了19世紀(jì)80年代結(jié)構(gòu)型鋼的出現(xiàn)加快了鋼結(jié)構(gòu)在建筑工程中的發(fā)展，使鋼結(jié)構(gòu)建筑在20世紀(jì)60年代實現(xiàn)了其第二次理論和實踐的飛躍與創(chuàng)新的發(fā)展，德國包豪斯學(xué)派就是其理論的發(fā)源地。我國自1949年全國解放后，鋼結(jié)構(gòu)就在大跨重型工業(yè)廠房、大型公共建筑和高聳結(jié)構(gòu)中得到了應(yīng)用。尤其是近20年來，鋼結(jié)構(gòu)更加廣泛應(yīng)用于土木工程的公共建筑中，比如沈陽桃仙國際機場屋蓋，北京天文館新館工程等，我國目前不僅能生產(chǎn)各種類型的建筑鋼材，同時鋼材生產(chǎn)的新技術(shù)、新工藝、新產(chǎn)品日益也增多，如彩鋼壓型板、彩鋼復(fù)合板、彩鋼扣板、拱形廠房及彩鋼制品等的生產(chǎn)，使建筑結(jié)構(gòu)充滿現(xiàn)代化時代氣息，實際證明鋼結(jié)構(gòu)建筑在我國更具有廣闊的發(fā)展前景。二、現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)的建筑特點（一）預(yù)工程化程度高，建設(shè)成本降低，工期縮短鋼結(jié)構(gòu)建筑模數(shù)協(xié)調(diào)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)實現(xiàn)了建筑工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)，提高了建筑預(yù)工程化，使不同材料、不同形狀和不同制造方法的建筑構(gòu)配件具有一定的通用性和互換性。同時鋼結(jié)構(gòu)建筑的預(yù)工程化使材料加工和安裝一體化，大大降低了建設(shè)成本；并且加快了施工速度，使工期能夠縮短40％以上，從而加快了房地產(chǎn)開發(fā)商的資金周轉(zhuǎn)速度，使建筑能更早投入使用。（二）建筑與結(jié)構(gòu)的設(shè)計與功能一體化,使建筑更富有功能化在鋼結(jié)構(gòu)建筑中，結(jié)構(gòu)成為形象構(gòu)成的重要因素，結(jié)構(gòu)的形體，構(gòu)件，節(jié)點從很大程度上導(dǎo)致并制約著建筑的形象。建筑與結(jié)構(gòu)的設(shè)計與功能只有做到一體化，才能使建筑更富有功能化以便隨后的各個設(shè)計環(huán)節(jié)進行下去，創(chuàng)造出技術(shù)與藝術(shù)融為一體的鋼結(jié)構(gòu)建筑。北京2008年奧運會國家體育場投標(biāo)方案中有許多方案都體現(xiàn)了鋼結(jié)構(gòu)建筑的這一特點。例如清華大學(xué)建筑設(shè)計院設(shè)計的可開合式方案，在體育場大屋面的中央設(shè)置兩個半圓型的玻璃頂面，同時相對旋轉(zhuǎn)、平行滑動完成大屋面的開合；又如中國建筑設(shè)計研究院場館方案外觀即為建筑的結(jié)構(gòu)，形象完美純凈，功能與結(jié)構(gòu)達到了完美的統(tǒng)一；還有日本朱式會設(shè)建筑事務(wù)所設(shè)計的折疊式方案，屋頂由懸臂的鋼架結(jié)構(gòu)支承，可在30分鐘內(nèi)完成開閉的動作，確保全年比賽的及活動不受天氣影響。（三）鋼結(jié)構(gòu)建筑能夠滿足超高度和超跨度的要求鋼材組織均勻，接近于各向同性勻質(zhì)體，強度高，彈性模量亦高。其密度與強度的比值遠小于磚石，混凝土，木材，在同樣受力情況下鋼結(jié)構(gòu)自重小，從而可以做成跨度較大和高度較高的結(jié)構(gòu)以及靈活的結(jié)構(gòu)形體?，F(xiàn)在人類已具有建造跨度超過1000米的超大穹頂與高度超過1000米最高至4000米的超高層建筑的能力。并且鋼索與膜結(jié)構(gòu)相結(jié)合形成索膜結(jié)構(gòu)體系更能滿足建筑對跨度的要求，使這類型建筑成為標(biāo)志性建筑，比如日本東京后樂園棒球場屋蓋是鋼索與氣承膜組成的索膜結(jié)構(gòu)，面積達28000平方米，英國政府為迎接21世紀(jì)而興建的標(biāo)志性建筑倫敦千年穹頂――大型綜合性展覽建筑也是索膜結(jié)構(gòu)體系，其穹頂直徑達到320m。（四）原材料可以循環(huán)使用，有助于環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)對于資源，能源都非常短缺的我國意義尤為重大，因為中國是世界上最大的磚砌體建筑與混凝土建筑大國。鋼材是一種高強度高效能的材料，具有很高的再循環(huán)價值，邊角料也有價值，不需要制模施工。目前國際上引人矚目的新型住宅產(chǎn)品已引入我國，其環(huán)保節(jié)能的特點主要體現(xiàn)在兩個方面：（1）該類型住宅采用全封閉式保溫隔熱防潮系統(tǒng)，溫度變化小，熱損失低。不論冬夏，都具有舒適當(dāng)居住環(huán)境。室外0攝氏度時，室內(nèi)仍可以保持17攝氏度以上；在室外溫度達到30攝氏度的情況下，室內(nèi)溫度僅為21攝氏度左右。（2）與磚混結(jié)構(gòu)住宅相比，可節(jié)能60％以上，冬夏季空調(diào)設(shè)備可節(jié)約耗電30％以上，結(jié)構(gòu)的廢舊利用為100％，與磚混結(jié)構(gòu)比較，同樣樓層凈高條件下，鋼結(jié)構(gòu)維護墻體面積小，節(jié)約空調(diào)所需能源，減小維護費用。三、鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計與技術(shù)表現(xiàn)嗓鋼結(jié)構(gòu)建廁筑設(shè)計的構(gòu)思脖成功關(guān)鍵所在盾是技術(shù)構(gòu)思與昌表現(xiàn)，在方案防設(shè)計的深化中線，需要同結(jié)構(gòu)言工程師，設(shè)備懷工程師，甚至蠶包括機械工程谷師密切配合。堪此時技術(shù)表現(xiàn)志是自然而然的霉事情，無論是青空間形式，形趨式體量還是構(gòu)州造節(jié)點對其建獅筑設(shè)計與表現(xiàn)森影響都是很重析要的，下面就韻分別從幾個方臘面來闡述這一贏點液。衡親舟（準(zhǔn)1幻）鋼結(jié)構(gòu)建筑背設(shè)計的技術(shù)表出現(xiàn)澇獲建筑形象醋的構(gòu)思是一個海概念形象的創(chuàng)椒作過程，是建尿筑創(chuàng)作的難點拿之一，也是建諸筑設(shè)計中備受販關(guān)注的核心問釋題之一。回顧灰工業(yè)革命以來帶建筑與科學(xué)技攤術(shù)關(guān)系的發(fā)展慘，可以明顯地書發(fā)現(xiàn)建筑對技甲術(shù)變革反應(yīng)的功遲滯性，這從兔一個側(cè)面反映燙了建筑幸學(xué)在社會文化爸當(dāng)中的深層地敢位，以及建筑阻學(xué)與人的生活釘方式的密切聯(lián)所系。另外現(xiàn)代絞方興未艾的信射息革命正在廣躬泛地滲透并涉頌及社會活動的緩每個領(lǐng)域，使憑現(xiàn)代科學(xué)思維量被融入到建筑晌設(shè)計中，新項晝目的規(guī)劃、建揮筑和景觀設(shè)計武方法發(fā)生了巨把大的變化。建縣筑設(shè)計的宗旨撕也從單純的追羞求美發(fā)展到追叉求問題的合理冒解決，從根本久上改變了人們隨以往對建筑的貧認(rèn)識和設(shè)計方第式，并最終影朝響了人類千百紡年來形成的傳泄統(tǒng)建筑觀，比巨如高技派建筑株就是其主要代鉤表，其以精致掘的節(jié)點和精細鬧的加工來體現(xiàn)吉高超的技藝，晌以更高的工藝糧水平來設(shè)計沖和塑“臉制撕造拳”死建筑僑。耽棍炎（盜2召）鋼結(jié)構(gòu)建筑廉細部設(shè)計有較蜓高要捏求朱腐鋼結(jié)構(gòu)建埋筑設(shè)計的復(fù)雜永化與精致度要和求越高，對細與部設(shè)計的要求邊也越高。因為效細部設(shè)計決定允一個地方最終療是否得到確認(rèn)絹及其質(zhì)量。在直現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建凍筑中，各種金斑屬結(jié)構(gòu)桿件，迷連接金屬桿件稀的節(jié)點細部，哭常常暴露在外鴿，使建筑帶有忌強烈的科技感脫，比如建辜于拆197躁7艘年法國的巴黎哪蓬皮杜藝術(shù)與娃文化中心，它悅的鋼柱、鋼梁歲、桁架等結(jié)構(gòu)械構(gòu)件都裸露在救外，從中不僅別體現(xiàn)出技術(shù)美早，而且體現(xiàn)出壯人的智慧和能姻力。因而，對辮鋼結(jié)構(gòu)建筑來械說細部質(zhì)量保仔持較高的設(shè)計亂要求是非常重茫要的，在鋼結(jié)協(xié)構(gòu)建筑中應(yīng)受板到特別重視抓。萌求濤（蜂3相）建筑策劃也抬是鋼結(jié)構(gòu)建筑銳設(shè)計與表現(xiàn)的界影響因芳素紡示因為鋼結(jié)備構(gòu)建筑設(shè)計具側(cè)有建筑設(shè)計的羊一般屬性，建涂筑師不是隨心內(nèi)所欲在作設(shè)計斗，業(yè)主設(shè)計任準(zhǔn)務(wù)書對建筑師嘴的平面和設(shè)計皆構(gòu)思等發(fā)生的謙作用是重大的畝?？蛻粝ＭO(shè)聲計師有更好的會業(yè)績，而且希辛望在其最終產(chǎn)海品的確定過程猜中，設(shè)計師和羨市場專家都能特更高效的參與掛決策。在這個物階段，建設(shè)項廈目更強調(diào)整體城設(shè)計、更強吼調(diào)給堪專業(yè)設(shè)計宋師、市場專家相及開發(fā)商之間剖的協(xié)調(diào)，設(shè)計沖過程包括了持?jǐn)⒗m(xù)的信息和知媽識的交流與整營合。另外，鋼秒結(jié)構(gòu)建筑的專醫(yī)業(yè)化不但能提申供豐富的設(shè)計符知識而且能有炮效的整合設(shè)計路資源和市場專瘦家共同對建筑嚇負責(zé)，使設(shè)計廟和業(yè)主的經(jīng)營復(fù)意圖有效的結(jié)吩合起來，使項孩目獲利和減少勺風(fēng)險。昆四、現(xiàn)代鋼結(jié)臥構(gòu)中建筑設(shè)計槳所面臨的問橡題失欣（一）鋼真結(jié)構(gòu)中建筑設(shè)透計的防火問脾題番剃火災(zāi)是對饞鋼結(jié)構(gòu)建筑的優(yōu)最大危害，鋼懂材雖為非燃燒李材料，但鋼不衰耐火，溫度膚為惱40鉆0銅度時，鋼材的化屈服強度將降綁至室溫下強度志的一半，溫度情達友到否60并0窮度時，鋼材基產(chǎn)本損失全部強淹度和剛度，因沙此當(dāng)建筑采用春無防火保護措弦施的鋼結(jié)構(gòu)時撤，一旦發(fā)生火黎災(zāi)，很容易使滋建筑損壞，比寧如美國世貿(mào)中史心大樓外墻是劈排列很密的鋼罪柱，外面包以跨銀色鋁板，在司美睬國昏91飽1冒事件中兩個塔凳樓分別受飛機蔬撞擊后所產(chǎn)生紗的大火使鋼材裙軟化，最終導(dǎo)曲致大樓倒塌。青從發(fā)生的鋼結(jié)柜構(gòu)建筑火災(zāi)案喜例可以發(fā)現(xiàn)兩守類現(xiàn)象，一類纖為防火保護的述鋼結(jié)構(gòu)在火災(zāi)增中沒有達到規(guī)你定的耐火時間司而破壞，另一抱類防火保護的仁鋼結(jié)構(gòu)在火災(zāi)丟中超過了預(yù)期借的耐火時間而晌并沒有破壞。蠅建筑的構(gòu)造防即火問題一般在市鋼筋混凝土結(jié)酷構(gòu)上較易解決突，而在鋼結(jié)構(gòu)貴建筑上則需考洪慮更多的因素擺，以下為兩種凳常用防火措施罵：蘇.綢一是采用進口駱的新型防火梳板宏—斬—勝保全板；二是直根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的林部位不同分別咐采用厚型或薄鼠型的防火涂料昂，并在露明部船位加涂裝飾漆倉。蛾掙（二）鋼似結(jié)構(gòu)中建筑設(shè)爪計的防腐問淘題技例鋼材如果咽長時間暴露在崖室外受到風(fēng)雨負等自然力的侵工蝕，必然會生贊銹老化，其自織身承載力會下父降，建筑的美簡觀也會受影響命。因此防腐問南題也是鋼結(jié)構(gòu)觀建筑設(shè)計需要抓解決常見問題餐，目前的做法避主要是采用新獅型防腐和構(gòu)造距材料。在實際釣建筑設(shè)計中設(shè)蜓計人員在遇到武鋼結(jié)構(gòu)建筑中停對所設(shè)計的建殿筑都做出特別肆的要求，比如犯涂刷防銹涂料著，防火涂料屬亞于油漆類。防灰火涂料一般做魔法為先刷紅丹平防銹底漆兩度障，再刷鋼結(jié)構(gòu)曬面漆兩度（面殖漆顏色由甲方蹦定）。另外對哭鋼結(jié)構(gòu)建筑的削鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件施爽工也有確定的組要求，比如構(gòu)狂件出廠前涂紅仿丹防銹底漆一去道；鋼結(jié)構(gòu)安奉裝調(diào)整后，將行其清洗干凈，拳然后再刷一度挑底漆，兩度面眼漆。然而現(xiàn)在塔雖然有各種不已同類型的防腐容涂料但較為有炊效的防腐涂料尤還需外國進口溜，我想隨著中歐國綜合國力的呈增強，中國將呆會生產(chǎn)出更優(yōu)盾秀的新型防腐謝涂料劉。至瓣（三）鋼滲結(jié)構(gòu)中建筑物故理問崗題濱動厚（亭1照）保溫。外部款環(huán)境對建筑的雄熱輻射主要從鉛兩個方面影響紀(jì)建筑的熱環(huán)境距：一是透過窗駝戶進入室內(nèi)，曉并被室內(nèi)表面吐所吸收，產(chǎn)生雁了加熱的效果登；二是被建筑多的外圍護結(jié)構(gòu)抬表面吸收，其按中一部分熱量恥通過建筑圍護架結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)鏟逐漸進入室內(nèi)俱。由于玻璃可妻以讓陽光直接雙射入室內(nèi)從而懲迅速升高室溫測，特別是隨著佳新型玻璃材料股的不斷出現(xiàn)，珠玻璃的熱工性地能逐步改進，傷建筑采光與建蠶筑保溫之間的友矛盾已日趨淡豐化折，茅“暫遮貧蔽保”符與嗽“班阻踐隔含”灌走向平衡。所擠以對建筑的保粒溫措施主要集殊中在外圍護結(jié)鉆構(gòu)上，而目前太對此解決辦法遙有兩種較為有送效淺：瞎胡有線1跪）研制、優(yōu)化參保溫材料的構(gòu)鈔造，提高建筑筆熱環(huán)境性能。計例如在建筑物勻得內(nèi)外表面或夾者外層結(jié)構(gòu)的圖空氣層中，采塌用高效反射材劉料，可以將大蠅部分的紅外射漂線反射回去，愛從而建筑物起形到保溫和隔熱殼作用；此外還投可運用高效節(jié)厘能玻璃，硅氣替凝膠，新型節(jié)販能墻體材料，割達到節(jié)能的目穩(wěn)的贈。潔主戀緩2威）防止保溫材魯料凝結(jié)水外保拿溫和中間保溫弦作法?？煞乐勾夭牧嫌捎诓徽羝臐B透積棕累而受潮。內(nèi)貸保溫作法則保餐溫材料有可能漫在冬季受潮，素外保溫可避免脆主要承重結(jié)構(gòu)鏟受到室外溫度珠的劇烈波動影號響，從而提高粘其耐久性。外腦保溫作法對外率表面的保護層丘要求較高內(nèi)?；睾椭虚g層保眠溫則由于外表際面是由強度大悔的密實材料構(gòu)鉗成，飾面層的黨處理比較簡單蹤。需燃名（戲2痰）吸音。在一談些建筑大廳中脊，尤其是在音查樂廳中頂棚反漏射板增加的反概射聲幾乎同時幕到達聽眾的雙慎耳，缺少側(cè)向選反射帶來的圍額繞感。在這類刻建筑的設(shè)計中鹿，需要綜合考孕慮材料的使用仗，包括吸聲性梳能以及裝飾性杰、強度、防火抱、吸濕、加工屋等多方面。目借前廣泛地應(yīng)用臭于音質(zhì)設(shè)計和食噪聲控制中的強解決途徑是吸截聲材料和吸聲啦結(jié)構(gòu)竿。處滴仗伏1燭）吸聲材料：肥材料本身具有橫吸聲特性。如小玻璃棉、巖棉巡等纖維或多孔售材料具有良好朵的吸聲性能，止由于空氣的粘奪滯阻力、空氣離分子與孔隙壁辮的摩擦，使聲顧能轉(zhuǎn)化為摩擦驚熱能而吸聲裕。渡震呈世2牛）吸聲結(jié)構(gòu)：延材料本身可以勵不具有吸聲特期性，但材料制播成某種結(jié)構(gòu)而燕產(chǎn)生吸聲。如搖穿孔石膏板吊芹頂勒。資破（嚴(yán)3氧）隔音。噪聲拘于建筑密不可蜘分，噪聲污染吩的防治與治理陰已經(jīng)成為建筑引聲學(xué)重要的組楚成部分。噪聲仗規(guī)劃、噪聲控血制等理論也逐溉漸演化開來。辮人們可以聽到捎的聲行音都屬于聲環(huán)陶境范疇。人們玩可以聽到談話結(jié)、鳥鳴、音樂濱、泉水叮咚、提歌聲等；但也疑能聽到吵鬧、膝機器轟鳴、車處輛的轟鳴等噪品聲。但主要是驚有安靜要求的街房間，如錄音鋪室、演播室、鄙旅館客房、居糖民住宅臥室等密建筑對隔聲隔貼振要求非常高駱，需要專門的踢聲學(xué)設(shè)計。對荷于旅館、公用蟻建筑、民用住毯宅人們對安靜眉的要求也越來暮越重視。并盡填量靠近聲源，桶會提高隔聲效援果。一般隔聲踐間外墻使用隔釣聲性能較好的曉材料或結(jié)構(gòu)，畏如磚、混凝土立、紙面石膏板立墻等，觀察部逗分使用隔聲窗哈，進出部分使籠用隔聲門或吸座聲迷道等按。附五結(jié)論章由本文以辭上討論可以得篇出下面三點看渠法和結(jié)論嚷：宰部嗓（晌1災(zāi)）鋼結(jié)構(gòu)建筑晶設(shè)計應(yīng)根據(jù)不寸同具