钢结构设计在现代建筑中的应用研究

王焰冰

平煤神马建工集团有限公司

钢结构设计在现代建筑中的应用研究

王焰冰

平煤神马建工集团有限公司

钢结构主要指在建筑过程中应用钢材和其他新型的建筑材料，直接连接应用的建筑形式。目前，钢结构在我国的发展速度十分迅猛，已不再仅仅应用于工业建筑工程中，其应用的范围进一步扩大。例如，高层建筑、公共建筑、桥梁建设都应用了钢结构。钢结构具有较好的塑性、韧性而且质地均匀、造价低且环保，非常符合现代建筑的特点。为了更好的应用钢结构设计，了解钢结构的具体内容以及具体特性，加强对钢结构的研究具有重要的现实意义。

钢结构设计；现代建筑；应用

1 钢结构自身优点

1.1 钢结构的塑性及韧性较好

钢结构在一般的情况下，不会出现因为超载而导致断裂的现象，钢材自身能够把峰值应力进行重新分配，并没有且能够使应力变化幅度逐渐趋于平缓。这一切都源自于钢材自身良好的塑性以及韧性。因此，钢结构对于载荷适应能力比较强，在地震的作用下，通过结构自身弹性形变以及塑性形变，能够在一定程度上吸收地震所带来的能量，从而达到提升钢结构抗震性的目的。从以往的地震灾害调查表中可以有效得知，全钢结构的建筑在地震中受到的损害个其它材料结构的建筑进行相比，损害明显最低。

1.2 钢材的质地比较均匀

钢材料因为其材料自身的性能和在力学计算方面具有的假定十分符合，与此同时，钢材内部的组织结构接近各项的同性，钢材质地其自身的波动范围比较小，在建筑用材中，属于理想的弹性材料，并且在一定的受力幅度范围内，其属于有着完全弹性的材料，工程力学计算结果和实际的受力状态也比较符合，因此具有优势。

1.3 在高层建筑中钢结构应用的造价比较低

钢结构与传统的砖混或混凝土建筑相比，其总体的成本造价比较低，还有这种结构自身的重量通常都比较轻，所以，装卸和运输的费用相对来说也比较低，在一定程度上，也降低来工程的总体材料使用量。与此同时，使用钢结构的建筑工程，工程建设周期也得到有效的缩短，从中衍生出的其他各项间接费用同样也能得到控制。由此可见，钢结构的建筑，在高层的建筑中属于造价比较低的一种。

1.4 钢结构建筑需要的施工周期比较短

众所周知，钢结构设计相比较其他的建筑工程，受环境、气候的影响较小，它主要是在工厂内部加工完成，再送到建筑场地直接组装即可完工。这也就决定了它的施工相比较其他建筑所需工期较短，对施工场地周边环境的影响也最低，符合文明施工的要求。而且钢结构在加工、组装的过程中，大部分依靠机械加工完成，这也从根本上决定了其施工速度较快，同时对施工场地以及施工人员要求较少，对工期比较紧张的建筑工程来说，具有明显的优势。钢结构建筑大量的自动化生产，有效的降低了人工成本，提高了企业的经济效益。

1.5 钢结构符合我国绿色环保可持续发展政策

钢结构设计在我国的现代建筑设计中具有较强的应用优势，其主要原因就是符合可持续发展的战略要求。钢结构本身就是一种可循环利用的材料，在施工的过程中出现的废料都可以回收再利用，减少了资源浪费情况的发生；钢结构建筑在施工的过程中应用到的水泥、砂石等材料十分有限，这从根本上改善了施工现场脏乱差的施工环境，有利于实现文明施工，同时也有利于保护周边环境，减轻了因施工对周边环境的破坏。同时，钢结构有毒气体的排放量比较其他建筑材料的排放量要小很多，保护人体的健康，也更加绿色环保。综上所述，都表明钢结构建筑符合我国绿色建筑、绿色施工要求，同时也有利于降低施工成本，使企业获得良好的经济效益和社会效益。

2 钢结构设计在现代建筑中的应用缺点

虽然钢材的强度较高，但是相较于传统的建筑材料而言，其耐火性能以及耐腐蚀性能都不尽如人意。例如，高层钢结构建筑发生火灾，外界温度高达150℃时，钢材会产生熔融现象，其承载能力和稳定性能都会大幅度降低，高层建筑的安全性无法保证，严重时可能会发生垮塌。其次，钢材的耐腐蚀性较差，除非处于干燥的空气之中，如果周围存在相应的腐蚀介质，则极易发生锈蚀。在钢材发生锈蚀之后，其内部结构变得疏松，自身的密度变小，强度、硬度、韧性、承载能力等在建筑领域中极为重要的性质都很难保留。

3 现代钢结构建筑的设计要点分析

3.1 防火保护的设计

钢结构虽然有较高的熔点，但在高温情况下，钢结构不可避免的会发生一些五里河化学性质的变化，所以，火灾对钢结构建筑的负面影响远远比想象的要大。当温度达到400度时，钢结构的强度和可承载压力就会降低到平时的二分之一，一旦温度达到600度，那钢结构的内部结构基本遭到完全破坏，失去所有的强度和刚度。所以，在进行钢结构建筑设计时，必须要考虑到火灾情况，对钢结构进行防火保护。对钢结构进行防火保护能够有效的提高钢结构的耐火性，延长钢结构在火灾中坚持的时间，降低火灾对钢结构建筑的破坏，同时也能够避免火灾引起的建筑二次危机。不同于钢结构防火，钢筋混凝土的防火较为简单，其本身的防火性也较好。

3.2 防腐保护的设计

钢结构的防侵蚀一直以来都是建筑行业致力研究的课题。随着建筑使用时间的增加，钢结构不可避免的会暴露于室外，经过风雨等自然力侵蚀必定会发生老化和生锈，不仅建筑的美观度会受到影响，此时钢结构的稳定性和安全性也会大大降低。为了解决这类问题，各种钢结构防腐材料恶化构造材料应运而生。在钢结构表面涂抹防锈、防腐、以及防火蚀涂料是当前钢结构设计中最常见的做法之一。此外，对钢结构构件也有诸多的防腐、放锈措施，一般在钢结构构件出厂前就要进行防锈、防腐蚀涂料以及底料和面料的涂抹。当前使用的防腐、防锈涂料多是从外国进口，成本较高，相信随着我国建筑行业实力的提高，会生产出自己品牌的防腐、防锈涂料。

3.3 污染防护的设计

这里的污染指的是噪音污染、光污染等在建筑中较为常见的污染。噪音污染顾名思义就是指建筑中的各种噪音由于建筑结构的隔音效果不好而导致的噪音传播以及建筑结构设计不合理导致的声音立体和围绕效果不佳；光污染主要指的建筑内部结构设计不合理导致光线影响居民的正常生活，除此之外，不合理的设计还会导致热辐射无法有效进入室内。为了降低这些污染，除了必须有针对性的对钢结构进行设计外，还要对建筑施工建材的材料性质进行仔细筛选，如吸声性、轻度、防火、防腐蚀等。吸声结构和吸声建材是当前建筑结构设计防范噪音污染常用手段之一。建筑噪音防治质量的高低直接决定建筑使用性能的好坏。为了降低噪音污染，相应建筑理论知识和法律规定也不断推出。窗口使用隔音玻璃、外墙使用混合隔音材料，如砖块、混凝土等，进出口使用隔音门，只有这样才能全面保证建筑的隔音效果。

4 钢结构的发展前景

建筑钢结构有着很大的发展优势，主要体现在2方面：(1)钢结构本身的建筑属性使其强度较高，而且应用灵活，与传统的建筑材料相比，可以更大程度地利用建筑空间，并且适合的建筑风格也比较多；(2)钢结构的成本花费也较原来的建筑材料有较大的优势。钢结构建筑施工受到环境、地形、气候等非人为因素的影响较小，大大缩短了工期。同时也减少了建筑垃圾的产生，降低了建筑施工成本，为我国可持续发展战略的开展做出了重要贡献。然而，钢结构建筑也有着自身的缺陷，只有将这些缺点弥补，才能使之更快地发展。钢结构在我国有良好的发展前景已经毋庸置疑，并且我国已经为钢结构的发展提供了较好的外部环境，具体表现在以下几方面：(1)钢材。随着科学技术的不断发展，钢材的产量和质量都得到了大幅度地提升，钢材价格呈下降趋势。这一情况可有效降低钢结构建筑的发展成本，从而促进钢结构建筑的发展。而且与钢结构建筑配套的建筑材料也不断地被研发出来，更是为钢结构建筑的发展创造了良好的条件。(2)钢结构设计和施工技术得到不断的完善和发展，这是钢结构大力发展的根本保障。(3)钢结构建筑专业人才队伍得到不断的发展和壮大，为钢结构建筑的发展奠定了基础，使钢结构建筑更加专业化、标准化、科学化。虽然我国已经为钢结构建筑的发展提供了良好的外部环境，但要想保证钢结构建筑在激烈的市场竞争中立于不败之地，必须加强钢结构建筑的创新能力，时刻保持创新活力。同时，钢结构建筑的发展要与国家发展规划相适应，促进钢结构建筑向海外发展，真正地将钢结构做大做强。

5 结语

综上所述，钢结构以其良好的自身特性在我国的建筑项目中得到越来越广泛的应用。它不仅能够缩短建筑周期、减少施工成本，还具有较强的抗震性能和环保性，使钢结构建筑既符合可持续发展战略的要求，也保证了建筑的安全性、可靠性，有助于企业获得良好的社会效益和经济效益。因此，钢结构建筑在未来的发展过程中具有良好的发展空间和发展前景，我们应加大对钢结构建筑应用的推广力度，促进我国建筑行业平稳、快速的发展。

[1] 张海洋.小议现代钢结构建筑的设计[J].科技与企业，2016，(06)：178.

[2] 薛利辉.钢结构建筑的设计应用[J].中华民居(下旬刊)，2013，(10)：66-67.

[3] 张济宁.预应力技术在现代建筑结构设计中的应用[J].中国科技财富，2009，(04)：38.