钢结构建筑设计的构思

张鹏涛

摘要 ：钢结构建筑设计的构思成功关键所在是技术构思与表现，在方案设计的深化中，需要同结构工程师，设备工程师，甚至包括机械工程师密切配合。随着社会的发展，高层钢结构住宅工业化和商品化程度在不断地提高，能够把设计、生产、施工和安装整合为一体。中

关键词 ：建筑设计 钢结构 设计生产 施工

1.引言

在建筑行业，钢结构设计应用的时间已经不短了，我们都知道，建筑钢结构的优点有很多，相比较传统的混凝土结构和砌体结构等，它性能稳定，质量轻强度高，抗震性能好，施工时可以在厂房进行加工再到现场装配，不仅装配的完整度好精密度高，而且能够大大的加快施工进度缩短工期。因此，其在高层建筑方面的运用已经经历了数十年。同时它还有一个非常贴切的称呼，大家叫它“绿色建筑”，因为其不仅基础造价低，材料可回收和再生，而且可以节能、省地、节水。作为一种绿色环保建筑，近年来，钢结构住宅已被建设部列为重点推广项目。因为钢结构建筑设计具有建筑设计的一般属性，建筑师不是随心所欲在作设计，业主设计任务书对建筑师的平面和设计构思等发生的作用是重大的。

2.钢结构工程设计原则

2.1 钢结构设计服务于钢结构的施工与使用，钢结构工程使用目的是为了创造效益。公共建筑偏重于社会效益，工业建筑则偏重于经济效益。因此，“钢结构经济性”是钢结构设计的另一个重要方面。

“钢结构经济性”原则应从总体上加以分析，不能仅从某一方面孤立地去考察。在很长一段时间内，钢结构设计以耗钢量为标准，即耗钢量低就是先进的设计、是好的结构体系或形式，这在钢材匮乏的年代，节约钢材是一种重要的手段。然而，总体而言，单纯以耗钢量为评价标准是不完全的，也不尽合理。对门式刚架轻型钢结构房屋，全面评价结构体系的合理性应综合考虑用钢量、加工制作费、安装费、施工周期及基础费用等。

因此，钢结构设计时，必须对钢结构体系的经济性进行深入分析和全面的考察，只有综合效益最佳的方案或钢结构体系才是合理的。评价结构体系的合理性，不仅要看耗钢量指标，还要看总体造价，也要看工期的长短，建筑物的早日投入使用或投产可获得的使用效益。此外，钢结构设计是要系统考察主要建筑材料的供应情况，及当地的制造与安装水平等，同时还应与业主加强沟通。

2.2 根据实际情况，合理的建筑结构体系应该是刚柔相济的。因此如果结构太刚则变形能力差，强大的破坏力瞬间袭来时，需要承受的力很大，容易造成局部受损最后全部毁坏；但是太柔的结构虽然可以很好的消减外力，但容易造成变形过大而无法使用甚至全体倾覆。但是刚柔的程度历来都是专家们争论的焦点，现今的规范给出的也只是一些控制的指标，但无法提供“放之四海皆准”的精确答案。这就要靠设计者与业主进行沟通来确定一个方案。

2.3 钢结构体系的“适用”原则是针对钢结构体系的功能要求而言的，钢结构体系适用性与建筑物的使用功能有密切联系。为此在结构设计时，必须把握以下方面：对建筑物的功能、特点和所处的环境条件有充分的了解，如建筑物是民用建筑還是工业建筑，民用建筑是用于展览馆还是体育馆等，工业建筑是钢结构仓库还是钢结构厂房，钢结构厂房的生产工艺对建筑结构的影响情况等；建筑物对防火、保温、隔热、隔振和防腐蚀有何要求；对建筑所在地的环境状况和气象条件应有足够的了解；建筑物内是否有特殊设备或特殊载荷作用，及吊车的设置情况如何等。

3.钢结构建筑主要施工方法

3.1 对于钢结构加工制作箱型柱，我们一般使用钢板。所有加工以及钢结构构件的除锈和焊接都在加工车间完成。

对于箱和筏基础底板的挑板问题，我们从结构角度来讲，如果能出挑板，能调匀边跨底板钢筋，特别是当底板钢筋通长布置时，不会因边跨钢筋而加大整个底板的通长筋，较节约；出挑板后，能降低基底附加应力，当基础形式处在天然地基和其他人工地基的坎上时，加挑板就可能采用天然地基；能降低整体沉降，当荷载偏心时，在特定部位设挑板，还可调整沉降差和整体倾斜；窗井部位可以认为是挑板上砌墙，不宜再出长挑板。虽然在计算时此处板并不应按挑板计算。当然此问题并不绝对，当有数层地下室，窗井横隔墙较密，且横隔墙能与内部墙体连通时，可灵活考虑；当地下水位很高，出基础挑板，有利于解决抗浮问题；从建筑角度讲，取消挑板，可方便柔性防水做法。

3.2 钢结构安装。钢结构建筑的楼盖一般多采用压型钢板与现浇钢筋混凝土叠合层组合而成，它既是楼盖的永久性支承模板，又与现浇层共同工作，是建筑物的永久组成部分。

钢结构压型钢板安装时其工序间的流程：钢结构主体验收合格———打设支顶桁架———压型钢板安装焊接———栓钉焊接———封板焊接———交验后设备管道、电路线路施工，钢筋绑扎———混凝土浇筑。

3.3 钢结构建筑的混凝土施工。在钢结构建筑工程中，混凝土部分的施工主要有2个方面：一个方面是现浇混凝土楼面；另一个方面是核心筒筒壁。混凝土主要通过砼泵竖向运输。依据工程的结构特点，楼面模板支撑方案使用H 型梁下翼缘支撑小规格H 型钢，并在其上放置竹胶板和钢筋。箱型柱内浇混凝土所使用的方法是借助泵的压力把混凝土从下往上压入箱型柱，即顶升法。

4.钢结构住宅安装设计的问题对策

4.1 压型钢板在装、卸、安装中严禁用钢丝绳捆绑直接起吊；运输堆放应有足够的支点，以防变形；铺设前应将弯曲变形者校正好；钢梁顶面要保持清洁，严防潮湿及涂刷油漆。下料、切孔采用等离子弧切割机操作，严禁用乙炔氧气切割；大孔四周应补强。需支搭临时的支顶架，由施工设计确定，待混凝土达到一定强度后方可拆除。

4.2 钢结构住宅建筑推广中的关键问题之一是选择和开发外墙板。除满足外墙板的各项技术要求外，还要做到墙板原材料因地制宜、工作化生产、运输、安装连接方便等等。

4.3 以建筑设计为主导的钢结构住宅建筑，要和其他专业紧密互动配合。除此之外，钢结构住宅建筑还要注重解决一些问题，如：如何发挥钢结构的优势和避免钢结构带来的建筑平、立面单调呆板；还有要解决钢结构住宅建筑防火、防腐蚀问题等。

4.4 当建筑大多数房间较小，而仅一两处房间较大时，如按大房间确定基础板厚会造成浪费，而按小房间确定则造成配筋困难，当承载力能满足要求时，可在大房间中部垫聚苯卸载，按小房间确定基础板厚。

4.5 房地产开发商最关心的问题是钢结构住宅的造价。根据实际情况，钢结构住宅应定位于中、高档住宅，钢结构住宅建筑是一项系统工程，应从设计、制造、运输、安装、维修和管理等环节着手加强管理和协调，从而达到降低成本，提高综合经济效益的目的。

4.6 钢结构结构布局不规则，地震时易损坏。如果想要做到安全合理、节点构造方便可靠。结构抗震性能与结构布局规则性需要下翻功夫。

5.结束语

目前，随着城市经济的发展和高层建筑的增多，我国钢结构发展也开始迅速起来，钢结构住宅作为一种绿色环保建筑，已经开始做为重点推广项目。人们的生活水平越来越高，对钢建筑结构设计也提出了更高的要求。因此，加快新型高强、轻质、环保建材的研究与应用，使建筑结构设计更加安全、适用、可靠、经济是当务之急。其中，我们要充分发挥结构工程师的创新能力，因为他们是结构设计革命的推动者和执行者。

参考文献：

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