二級(jí)專業(yè)結(jié)構(gòu)輔導(dǎo)：現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑表現(xiàn)淺析

二級(jí)專業(yè)結(jié)構(gòu)輔導(dǎo)：現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑表現(xiàn)淺析最早在建筑房屋中使用鋼構(gòu)造的國(guó)家可以追溯到十八世紀(jì)末的英國(guó)，一百年后法國(guó)工程師埃菲爾建筑了的鐵塔，人們也開(kāi)頭嘗試建筑鋼構(gòu)造的獨(dú)戶住宅，從今鋼構(gòu)造建筑徹底轉(zhuǎn)變了以往建筑造型的模式，建筑設(shè)計(jì)的理念與方法亦隨之嬗變。早期的鋼構(gòu)造僅是局部構(gòu)件、配件用鑄鐵、熟鐵制成，到了19世紀(jì)80年月構(gòu)造型鋼的消失加快了鋼構(gòu)造在建筑工程中的進(jìn)展，使鋼構(gòu)造建筑在20世紀(jì)60年月實(shí)現(xiàn)了其其次次理論和實(shí)踐的飛躍與創(chuàng)新的進(jìn)展，德國(guó)包豪斯學(xué)派就是其理論的發(fā)源地。

我國(guó)自1949年全國(guó)解放后，鋼構(gòu)造就在大跨重型工業(yè)廠房、大型公共建筑和高聳構(gòu)造中得到了應(yīng)用。尤其是近20年來(lái)，鋼構(gòu)造更加廣泛應(yīng)用于土木工程的公共建筑中，比方沈陽(yáng)桃仙國(guó)際機(jī)場(chǎng)屋蓋，北京天文館新館工程等，我國(guó)目前不僅能生產(chǎn)各種類型的建筑鋼材，同時(shí)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)，使建筑構(gòu)造布滿現(xiàn)代化時(shí)代氣息，實(shí)際證明鋼構(gòu)造建筑在我國(guó)更具有寬闊的進(jìn)展前景。

二、現(xiàn)代鋼構(gòu)造的建筑特點(diǎn)

（一）預(yù)工程化程度高，建立本錢降低，工期縮短

鋼構(gòu)造建筑模數(shù)協(xié)調(diào)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)實(shí)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、不同外形和不同制造方法的建筑構(gòu)配件具有肯定的通用性和互換性。同時(shí)鋼構(gòu)造建筑的預(yù)工程化使材料加工和安裝一體化，大大降低了建立本錢；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(kāi)發(fā)商的資金周轉(zhuǎn)速度，使建筑能更早投入使用。

（二）建筑與構(gòu)造的設(shè)計(jì)與功能一體化,使建筑更富有功能化

在鋼構(gòu)造建筑中，構(gòu)造成為形象構(gòu)成的重要因素，構(gòu)造的形體，構(gòu)件，節(jié)點(diǎn)從很大程度上導(dǎo)致并制約著建筑的形象。建筑與構(gòu)造的設(shè)計(jì)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(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)進(jìn)展下去，制造出技術(shù)與藝術(shù)融為一體的鋼構(gòu)造建筑。北京2022年奧運(yùn)會(huì)國(guó)家體育場(chǎng)投標(biāo)方案中有很多方案都表達(dá)了鋼構(gòu)造建筑的這一特點(diǎn)。例如清華大學(xué)建筑設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的可開(kāi)合式方案，在體育場(chǎng)大屋面的中心設(shè)置兩個(gè)半圓型的玻璃頂面，同時(shí)相對(duì)旋轉(zhuǎn)、平行滑動(dòng)完成大屋面的開(kāi)合；又如中國(guó)建筑設(shè)計(jì)討論院場(chǎng)館方案外觀即為建筑的構(gòu)造，形象完善純潔，功能與構(gòu)造到達(dá)了完善的統(tǒng)一；還有日本朱式會(huì)設(shè)建筑事務(wù)所設(shè)計(jì)的折疊式方案，屋頂由懸臂的鋼架構(gòu)造支承，可在30分鐘內(nèi)完成開(kāi)閉的動(dòng)作，確保全年競(jìng)賽的及活動(dòng)不受天氣影響。

（三）鋼構(gòu)造建筑能夠滿意超高度和超跨度的要求

鋼材組織勻稱，接近于各向同性勻質(zhì)體，強(qiáng)度高，彈性模量亦高。其密度與強(qiáng)度的比值遠(yuǎn)小于磚石，混凝土，木材，在同樣受力狀況下鋼構(gòu)造自重小，從而可以做成跨度較大和高度較高的構(gòu)造以及敏捷的構(gòu)造形體?，F(xiàn)在人類已具有建筑跨度超過(guò)1000米的超大穹頂與高度超過(guò)1000米至4000米的超高層建筑的力量。并且鋼索與膜構(gòu)造相結(jié)合形成索膜構(gòu)造體系更能滿意建筑對(duì)跨度的要求，使這類型建筑成為標(biāo)志性建筑，比方日本東京后樂(lè)園棒球場(chǎng)屋蓋是鋼索與氣承膜組成的索膜構(gòu)造，面積達(dá)28000平方米，英國(guó)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構(gòu)造體系，其穹頂直徑到達(dá)320m。

（四）原材料可以循環(huán)使用，有助于環(huán)保和可持續(xù)進(jìn)展

進(jìn)展鋼構(gòu)造對(duì)于資源，能源都特別短缺的我國(guó)意義尤為重大，由于中國(guó)是世界上的磚砌體建筑與混凝土建筑大國(guó)。鋼材是一種高強(qiáng)度高效能的材料，具有很高的再循環(huán)價(jià)值，邊角料也有價(jià)值，不需要制模施工。目前國(guó)際上引人矚目的新型住宅產(chǎn)品已引入我國(guó)，其環(huán)保節(jié)能的特點(diǎn)主要表達(dá)在兩個(gè)方面：

（1）該類型住宅采納全封閉式保溫隔熱防潮系統(tǒng)，溫度變化小，熱損失低。不管冬夏，都具有舒適當(dāng)居住環(huán)境。室外0攝氏度時(shí)，室內(nèi)仍可以保持17攝氏度以上；在室外溫度到達(dá)30攝氏度的狀況下，室內(nèi)溫度僅為21攝氏度左右。

（2）與磚混構(gòu)造住宅相比，可節(jié)能60％以上，冬夏季空調(diào)設(shè)備可節(jié)省耗電30％以上，構(gòu)造的廢舊利用為100％，與磚混構(gòu)造比擬，同樣樓層凈高條件下，鋼構(gòu)造維護(hù)墻風(fēng)光積小，節(jié)省空調(diào)所需能源，減小維護(hù)費(fèi)用。

三、鋼構(gòu)造建筑設(shè)計(jì)與技術(shù)表現(xiàn)

鋼構(gòu)造建筑設(shè)計(jì)的構(gòu)思勝利關(guān)鍵所在是技術(shù)構(gòu)思與表現(xiàn)，在方案設(shè)計(jì)的深化中，需要同構(gòu)造工程師，設(shè)備工程師，甚至包括機(jī)械工程師親密協(xié)作。此時(shí)技術(shù)表現(xiàn)是自然而然的事情，無(wú)論是空間形式，形式體量還是構(gòu)造節(jié)點(diǎn)對(duì)其建筑設(shè)計(jì)與表現(xiàn)影響都是很重要的，下面就分別從幾個(gè)方面來(lái)闡述這一點(diǎn)。

（1）鋼構(gòu)造建筑設(shè)計(jì)的技術(shù)表現(xiàn)

建筑形象的構(gòu)思是一個(gè)概念形象的創(chuàng)作過(guò)程，是建筑創(chuàng)作的難點(diǎn)之一，也是建筑設(shè)計(jì)中備受關(guān)注的核心問(wèn)題之一?；貞浌I(yè)革命以來(lái)建筑與科學(xué)技術(shù)關(guān)系的進(jìn)展，可以明顯地發(fā)覺(jué)建筑對(duì)技術(shù)變革反響的遲滯性，這從一個(gè)側(cè)面反映了建筑學(xué)在社會(huì)文化當(dāng)中的深層地位，以及建筑學(xué)與人的生活方式的親密聯(lián)系。另外現(xiàn)代方興未艾的信息革命正在廣泛地滲透并涉及社會(huì)活動(dòng)的每個(gè)領(lǐng)域，使現(xiàn)代科學(xué)思維被融入到建筑設(shè)計(jì)中，新工程的規(guī)劃、建筑和景觀設(shè)計(jì)方法發(fā)生了巨大的變化。建筑設(shè)計(jì)的宗旨也從單純的追求美進(jìn)展到追求問(wèn)題的合理解決，從根本上轉(zhuǎn)變了人們以往對(duì)建筑的熟悉和設(shè)計(jì)方式，并最終影響了人類千百年來(lái)形成的傳統(tǒng)建筑觀，比方高技派建筑就是其主要代表，其以精巧的節(jié)點(diǎn)和精細(xì)的加工來(lái)表達(dá)超群的技藝，以更高的工藝水平來(lái)設(shè)計(jì)和“制造”建筑。

（2）鋼構(gòu)造建筑細(xì)部設(shè)計(jì)有較高要求

鋼構(gòu)造建筑設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單化與精巧度要求越高，對(duì)細(xì)部設(shè)計(jì)的要求也越高。由于細(xì)部設(shè)計(jì)打算一個(gè)地方最終是否得到確認(rèn)及其質(zhì)量。在現(xiàn)代鋼構(gòu)造建筑中，各種金屬構(gòu)造桿件，連接金屬桿件的節(jié)點(diǎn)細(xì)部，經(jīng)常暴露在外，使建筑帶有劇烈的科技感，比方建于1977年法國(guó)的巴黎蓬皮杜藝術(shù)與文化中心，它的鋼柱、鋼梁、桁架等構(gòu)造構(gòu)件都*露在外，從中不僅表達(dá)出技術(shù)美，而且表達(dá)出人的才智和力量。因而，對(duì)鋼構(gòu)造建筑來(lái)說(shuō)細(xì)部質(zhì)量保持較高的設(shè)計(jì)要求是特別重要的，在鋼構(gòu)造建筑中應(yīng)受到特殊重視。

（3）建筑籌劃也是鋼構(gòu)造建筑設(shè)計(jì)與表現(xiàn)的影響因素

由于鋼構(gòu)造建筑設(shè)計(jì)具有建筑設(shè)計(jì)的一般屬性，建筑師不是隨心所欲在作設(shè)計(jì)，業(yè)主設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)對(duì)建筑師的平面和設(shè)計(jì)構(gòu)思等發(fā)生的作用是重大的?？蛻襞瓮O(shè)計(jì)師有更好的業(yè)績(jī)，而且盼望在其最終產(chǎn)品確實(shí)定過(guò)程中，設(shè)計(jì)師和市場(chǎng)專家都能更高效的參加決策。在這個(gè)階段，建立工程更強(qiáng)調(diào)整體設(shè)計(jì)、更強(qiáng)調(diào)專業(yè)設(shè)計(jì)師、市場(chǎng)專家及開(kāi)發(fā)商之間的協(xié)調(diào)，設(shè)計(jì)過(guò)程包括了持續(xù)的信息和學(xué)問(wèn)的溝通與整合。另外，鋼構(gòu)造建筑的專業(yè)化不但能供應(yīng)豐富的設(shè)計(jì)學(xué)問(wèn)而且能有效的整合設(shè)計(jì)資源和市場(chǎng)專家共同對(duì)建筑負(fù)責(zé)，使設(shè)計(jì)和業(yè)主的經(jīng)營(yíng)意圖有效的結(jié)合起來(lái)，使工程獲利和削減風(fēng)險(xiǎn)。

四、現(xiàn)代鋼構(gòu)造中建筑設(shè)計(jì)所面臨的問(wèn)題

（一）鋼構(gòu)造中建筑設(shè)計(jì)的防火問(wèn)題

火災(zāi)是對(duì)鋼構(gòu)造建筑的危害，鋼材雖為非燃燒材料，但鋼不耐火，溫度為400度時(shí)，鋼材的屈服強(qiáng)度將降至室溫下強(qiáng)度的一半，溫度到達(dá)600度時(shí)，鋼材根本損失全部強(qiáng)度和剛度，因此當(dāng)建筑采納無(wú)防火愛(ài)護(hù)措施的鋼構(gòu)造時(shí)，一旦發(fā)生火災(zāi)，很簡(jiǎn)單使建筑損壞，比方美國(guó)世貿(mào)中心大樓外墻是排列很密的鋼柱，外面包以銀色鋁板，在美國(guó)911大事中兩個(gè)塔樓分別受飛機(jī)撞擊后所產(chǎn)生的大火使鋼材軟化，最終導(dǎo)致大樓倒塌。從發(fā)生的鋼構(gòu)造建筑火災(zāi)案例可以發(fā)覺(jué)兩類現(xiàn)象，一類為防火愛(ài)護(hù)的鋼構(gòu)造在火災(zāi)中沒(méi)有到達(dá)規(guī)定的耐火時(shí)間而破壞，另一類防火愛(ài)護(hù)的鋼構(gòu)造在火災(zāi)中超過(guò)了預(yù)期的耐火時(shí)間而并沒(méi)有破壞。建筑的構(gòu)造防火問(wèn)題一般在鋼筋混凝土構(gòu)造上較易解決，而在鋼構(gòu)造建筑上則需考慮更多的因素，以下為兩種常用防火措施：.一是采納進(jìn)口的新型防火板——保全板；二是依據(jù)鋼構(gòu)造的部位不同分別采納厚型或薄型的防火涂料，并在露明部位加涂裝飾漆。

（二）鋼構(gòu)造中建筑設(shè)計(jì)的防腐問(wèn)題

鋼材假如長(zhǎng)時(shí)間暴露在室外受到風(fēng)雨等自然力的侵蝕，必定會(huì)生銹老化，其自身承載力會(huì)下降，建筑的美觀也會(huì)受影響。因此防腐問(wèn)題也是鋼構(gòu)造建筑設(shè)計(jì)需要解決常見(jiàn)問(wèn)題，目前的做法主要是采納新型防腐和構(gòu)造材料。在實(shí)際建筑設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)人員在遇到鋼構(gòu)造建筑中對(duì)所設(shè)計(jì)的建筑都做出特殊的要求，比方涂刷防銹涂料，防火涂料屬于油漆類。防火涂料一般做法為先刷紅丹防銹底漆兩度，再刷鋼構(gòu)造面漆兩度（面漆顏色由甲方定）。另外對(duì)鋼構(gòu)造建筑的鋼構(gòu)造構(gòu)件施工也有確定的要求，比方構(gòu)件出廠前涂紅丹防銹底漆一道；鋼構(gòu)造安裝調(diào)整后，將其清洗潔凈，然后再刷一度底漆，兩度面漆。然而現(xiàn)在雖然有各種不同類型的防腐涂料但較為有效的防腐涂料還需外國(guó)進(jìn)口，我想隨著中國(guó)綜合國(guó)力的增加，中國(guó)將會(huì)生產(chǎn)出更優(yōu)秀的新型防腐涂料。

（三）鋼構(gòu)造中建筑物理問(wèn)題

（1）保溫。外部環(huán)境對(duì)建筑的熱輻射主要從兩個(gè)方面影響建筑的熱環(huán)境：一是透過(guò)窗戶進(jìn)入室內(nèi)，并被室內(nèi)外表所汲取，產(chǎn)生了加熱的效果；二是被建筑的外圍護(hù)構(gòu)造外表汲取，其中一局部熱量通過(guò)建筑圍護(hù)構(gòu)造的熱傳導(dǎo)漸漸進(jìn)入室內(nèi)。由于玻璃可以讓陽(yáng)光直接射入室內(nèi)從而快速上升室溫，特殊是隨著新型玻璃材料的不斷消失，玻璃的熱工性能逐步改良，建筑采光與建筑保溫之間的沖突已日趨淡化，“遮擋”與“阻隔”走向平衡。所以對(duì)建筑的保溫措施主要集中在外圍護(hù)構(gòu)造上，而目前對(duì)此解決方法有兩種較為有效：

1）研制、優(yōu)化保溫材料的構(gòu)造，提高建筑熱環(huán)境性能。例如在建筑物得內(nèi)外外表或者外層構(gòu)造的空氣層中，采納高效反射材料，可以將大局部的紅外射線反射回去，從而建筑物起到保溫柔隔熱作用；此外還可運(yùn)用高效節(jié)能玻璃，硅氣凝膠，新型節(jié)能墻體材料，到達(dá)節(jié)能的目的。

2）防止保溫材料凝聚水外保溫柔中間保溫作法。可防止保溫材料由于蒸汽的滲透積存而受潮。內(nèi)保溫作法則保溫材料有可能在冬季受潮，外保溫可避開(kāi)主要承重構(gòu)造受到室外溫度的猛烈波動(dòng)影響，從而提高其耐久性。外保溫作法對(duì)外外表的愛(ài)護(hù)層要求較高內(nèi)保溫柔中間層保溫則由于外外表是由強(qiáng)度大的密實(shí)材料構(gòu)成，飾面層的處理比擬簡(jiǎn)潔。

（2）吸音。在一些建筑大廳中，尤其是在音樂(lè)廳中頂棚反射板增加的反射聲幾乎同時(shí)到達(dá)聽(tīng)眾的雙耳，缺少側(cè)向反射帶來(lái)的圍繞感。在這類建筑的設(shè)計(jì)中，需要綜合考慮材料的使用，包括吸聲性能以及裝飾性、強(qiáng)度、防火、吸濕、加工等多方面。目前廣泛地應(yīng)用于音質(zhì)設(shè)計(jì)和噪聲掌握中的解決途徑是吸聲材料和吸聲構(gòu)造。

1）吸聲材料：材料本身具有吸聲特性。如玻璃棉、巖棉等纖維或多孔材料具有良好的吸聲性能，由于空氣的粘滯阻力、空氣分子與孔隙壁的摩擦，使聲能轉(zhuǎn)化為摩擦熱能而吸聲。

2）吸聲構(gòu)造：材料本身可以不具有吸聲特性，但材料制成某種構(gòu)造而產(chǎn)生吸聲。如穿孔石膏板吊頂。

（3）隔音。噪聲于建筑密不行分，噪聲污染的防治與治理已經(jīng)成為建筑聲學(xué)重要的組成局部。噪聲規(guī)劃、噪聲掌握等理論也漸漸演化開(kāi)來(lái)。人們可以聽(tīng)到的聲音都屬于聲環(huán)境范疇。人們可以聽(tīng)到談話、鳥(niǎo)鳴、音樂(lè)、泉水叮咚、歌聲等；但也能聽(tīng)到吵鬧、機(jī)器轟鳴、車輛的轟鳴等噪聲。但主要是有寧?kù)o要求的房間，如錄音室、演播室、旅館客房、居民住宅臥房等建筑對(duì)隔聲隔振要求特別高，需要特地的聲學(xué)設(shè)計(jì)。對(duì)于旅館、公用建筑、民用住宅人們對(duì)寧?kù)o的要求也越來(lái)越重視。并盡量靠近聲源，會(huì)提高隔聲效果。一般隔聲間外墻使用隔聲性能較好的材料或構(gòu)造，如磚、混凝土、紙面石膏板墻等，觀看局部使用隔聲窗，進(jìn)出局部使用隔聲門或吸聲迷道等。

由本文以上爭(zhēng)論可以得出下面三點(diǎn)看法和結(jié)論：

（1）鋼構(gòu)造建筑設(shè)計(jì)應(yīng)依據(jù)不同詳