淺談鋼結構建筑的設計

王立耕，馬振慶

（齊齊哈爾大學,黑龍江 齊齊哈爾 161006）

1 鋼結構建筑簡介

1.1 鋼結構建筑概念

眾所周知，鋼結構因具有輕質、高強、抗震、承重能力強等優越性能，在建筑工程中具有十分重要的作用與地位。與一般傳統建筑如磚木結構、鋼筋混凝土建筑不同的是鋼結構建筑是以鋼柱（主要由鋼板、鋼管、型鋼等制成）、H型鋼梁為承重骨架，采用鉚釘、螺栓或焊縫等連接方式，并以高強、隔熱和保溫墻體材料作為圍護結構的新型建筑結構形式。

1.2 鋼結構建筑的優點

鋼結構建筑是一種比較新型的建筑形式，現如今應用已十分廣泛，它的優點主要體現在：鋼結構建筑質量輕，且強度高，基于該優點，鋼結構適合大跨度的建筑；鋼結構的材質均勻，基本上符合力學計算的假定；鋼結構材質的塑性、韌性均較好，這一優點表明鋼結構建筑既能抵抗較大的靜力荷載，又能抵抗較大的動力荷載，所以鋼結構建筑抗震性能較為優越；鋼結構構件制作的精度高、施工周期短。

2 鋼結構建筑設計步驟

首先，在設計施工前，要判斷該建筑結構是否能夠采用鋼結構。因為鋼結構一般用于要求經常裝拆或能活動的結構，而這些結構多具有體型復雜、振動較大、荷載大、高層等特點，所以我們在做建筑結構設計時，應該事先結合鋼結構的特點以及工程實際造價，綜合判斷該項目是否適合鋼結構。

其次，實際建筑結構設計時，應該綜合考慮建筑結構的布置和選型。對于鋼結構的布置，要綜合考慮整個建筑體系的性質、特征、荷載分布狀況等因素；在鋼結構的選型方面，鋼結構一般可設計成網架、輕鋼、平面架、索膜等型式。

再次，對鋼結構進行系統的結構分析。目前，在建筑結構的實際設計中，鋼結構分析一般多采用線彈性分析方法，當然，為了進行更加準確的分析，也可以考慮鋼材的彈塑性能分析和幾何非線性分析。

最后，鋼結構建筑的節點設計。在鋼結構建筑設計中，節點設計是重要的內容之一，在實際建筑結構設計前，我們應該對節點的設計形式進行細致的思考，慎重的選擇，這是因為鋼結構節點的連接方式不同對結構的影響較大，一旦不注意，會產生一系列不必要的誤差和麻煩 。

3 鋼結構建筑設計中存在問題及解決辦法

盡管鋼結構建筑有很多優點，然而在實際使用過程中也必須注意下面這幾個問題。

3.1 鋼結構實際建筑設計中的防火問題

對于鋼結構建筑，火災是其最大的危害，所以防火問題顯得尤為重要。也許大家會說鋼材是非燃燒材料怎么會燃燒，但實際上鋼材本身不耐火，但溫度升高到400℃時，鋼材的屈服強度會降至室溫下強度的一半，而當溫度達到600℃時，鋼材就會基本損失全部的強度和剛度，所以當建筑施工使用無防火保護措施的鋼材時，一旦發生火災，建筑物很容易發生損壞。

對于鋼結構，其防火的可行性措施為：可以選擇使用進口的新型防火板，即保全板；也可以根據鋼結構部位的不同分別選擇使用厚型或薄型的防火涂料，再在露出部位加涂裝飾漆。

3.2 鋼結構實際建筑中的防腐問題

對于鋼結構建筑中的鋼材，如果其長時間暴露在空氣中會受到許多自然因素的侵蝕，不僅容易生銹老化，導致建筑物的外觀會受到影響，也會使鋼材自身的承載力下降，所以較好的解決鋼結構建筑中的防腐問題顯得尤為重要。

目前，解決防腐問題的主要措施是采用新型的涂料，實際操作時，首先刷兩層紅丹防銹底漆，然后再刷兩層甲方規定顏色的鋼結構面漆，一般情況下，性能較好的涂料大多是從外國進口的。

3.3 實際鋼結構建筑設計時存在某些物理性問題

（1）鋼結構建筑中的吸音問題，對于某些建筑大廳，比如音樂廳，其頂棚反射板增加的反射聲幾乎可以同時到達聽眾的雙耳，而缺少由側向反射帶來的圍繞感，目前解決吸音問題的主要措施是使用特定的吸聲材料和吸聲結構。

吸聲材料：即本身具有吸聲特性的材料，比如玻璃棉、巖棉纖維或多孔材料等，可以通過借助空氣分子和孔隙壁的摩擦，從而使聲能轉化為熱能而具有較好的吸聲性能。

吸聲結構：即材料本身可以不具備吸聲的特性，但可以通過制成某種結構而產生吸聲效果，例如穿孔石膏板吊頂就是本身不具有吸聲性能，而是通過制成了某種特定結構產生吸聲效果的。

（2）鋼結構建筑中的隔音問題。目前噪聲問題已經成為建筑學中的重要課題。從學術角度講，聲環境包括一切人耳能夠識別的聲音，其中有些聲音是悅耳動聽的，如小溪潺潺的流水聲、輕快的音樂等；但有些聲音則是刺耳的噪聲，如機器工作時產生的轟鳴聲、汽車發出的喇叭聲等。然而一般對安靜度要求較高的建筑，其對噪聲隔離的要求也會較高,例如居民住宅、錄音室等，這可以通過專門的設計手段實現，做法是使用隔聲性能較好的建筑材料或結構作為隔音墻，建筑的門窗也有特別要求，即使用專門的隔聲門和隔聲窗。

（3）鋼結構建筑中的保溫問題。我們知道，建筑的外部條件主要通過兩個途徑來影響建筑熱環境：第一個途徑是外部環境中的物質通過門窗進入室內，進而被建筑室內表面所吸收，從而產生出熱的效果；第二個途徑是熱量先被建筑外的圍護結構吸收一部分，之后剩余部分熱量以熱傳導的方式進入室內。其中外圍結構的改善是目前增加建筑保溫效果的重點，因為陽光可以透過玻璃而直接進入室內，從而使室內溫度迅速上升，尤其對于那些不斷被開發后所產生的新型玻璃，其玻璃熱工性能越來越好，所以基本上能夠同時實現采光和建筑保溫兩個效果。

4 結語

鋼結構由于其獨特的結構屬性，目前已經成為建筑行業中比較常用的建筑材料，然而鋼結構在實際的建筑設計過程中也存在一系列的問題，比如防火、防腐及某些物理性問題，這時我們需要采取一定的技術手段來解決這些問題，使鋼結構在實際使用中發揮其最大的優勢，更加適合于現代建筑的要求。

[1] 王麗敏.我國高強度建筑鋼結構用鋼標準的分析[A].2008年全國軋鋼生產技術會議文集，2008.

[2] Cheng Zhijun Xu Youlin (Institute of Building Structures China Academy of Building Research 100013).建筑用鋼筋發展展望[A].2009 中國鋼鐵年會論文集（下卷），2009.