鋼結構建築設計研究論文
科技不斷進步,新型的材料不斷得被開發和利用,鋼結構材料在建築行業方面不斷得被推廣。下面是小編為大家整理的，供大家參考。
範文一：淺析現代鋼結構建築設計
【摘要】目前從我國的建築結構形式來看，最為常見的建築結構形式主要有混凝土結構與鋼結構，其中鋼結構是一種利用鋼鐵與新型材料相互結合使用而形成的新的建築結構形式，在公共建築、標誌性建築以及臨時性建築中具有廣泛的應用。現本文就針對現代鋼結構建築的設計問題進行分析探討。文章首先分析了現代鋼結構建築設計的特點，繼而探討了當前鋼結構建築設計所面臨的問題及其解決對策。
【關鍵詞】鋼結構;建築設計;特點;問題;對策
現代鋼結構是當前建築結構設計中的主要應用形式。其所使用的主要建築材料為鋼鐵。這是一種不同與傳統砌體結構或者現代混凝土結構的新興建築結構，具有機械化程度高、工程造價低、施工簡單快捷等諸多優點，同時還能夠實現超高度以及大跨度的建築設計，功能作用多樣化，外觀設計更具藝術感。另外鋼結構建築的最大特點是所使用的原材料能夠進行迴圈回收再利用，這對於當前大力提倡節能環保的時代背景下是具有很大應用優勢的。因此鋼結構必將成為未來建築結構設計的主要形式之一。為了能夠進一步提高鋼結建築的使用效能，就必須要不斷的改進和完善其設計方法。以下本文就來談談現代鋼結構建築的設計方法。
1、現代鋼結構的設計特點
在實際的建築結構設計中，鋼結構建築的設計水平高低與設計質量好壞對於鋼結構的最終施工效果是起到決定性作用的。這是因為鋼結構的組成較為簡單，施工技術方法大同小異，而要區分鋼結構建築的施工質量優劣，主要是看其設計是否高階新穎、經濟可行。一般來講，現代鋼結構建築設計主要具備以下幾個特點：
1.1鋼結構建築設計更注重細部設計
由於鋼結構建築的結構組成主要是由各種杆件連線在一起而形成的，因此不可避免的需要出現很多連線節點部位，這些部位相對來講都屬於結構細部。而一個鋼結構建築的品質高低正是體現在這些細部結構的設計實施中。因此，鋼結構建築的細部設計越好，其最終的鋼結構建築質量越高。
1.2要在建築策劃的基礎上進行設計
鋼結構建築作為一種具有很大實用價值的建設內容，其在設計中必須要考慮到設計的經濟性與可行性。與其他結構的建築一樣，鋼結構建築設計雖然較為新穎奇特，但並不代表其能夠完全按照藝術化的設計方式進行建築設計。而還是應當遵循建築的設計要求，根據相應的建築策劃來對設計出業主、施工方都非常滿意的結構設計方案方案。
2、現代鋼結構建築設計所面臨的問題及其相應的解決對策建議
鋼結構建築與混凝土結構等其他建築的設計施工方式不同，應用方式也有很大差異，且其防火性、隔熱保溫性、防腐性、隔音性與吸音性等方面的效能相對較差，這使鋼結構建築的應用發展受到一定的阻礙與限制，為了解決這些問題，必須要在設計中改進設計方式，提高設計質量，來確保現代鋼結構的設計效果能夠滿足各種技術引數的要求。
2.1消防問題
消防問題是每個建築結構設計中都需要充分考慮到的設計內容，也是一項不可忽視的設計環節。對於鋼結構建築來講，火災事故對其所造成的影響要比對其他建築結構所造成的影響更大，危害也相對更大。這是因為儘管鋼材不易燃燒，但其卻是一種良好的熱導體，能夠在發生火災時迅速升溫。而鋼材的強度與剛度是隨著其自身溫度的升高而逐漸降低甚至消失的，這樣的話，一旦發生火災，火勢較大時鋼材會逐漸軟化，導致建築的整體結構倒塌。為此，必須要對鋼結構採取一定的防火措施。一般可以採用新型防火材料進行鋼結構防護或者塗刷防火塗料等方式進行防火設計，並建立一定的消防報警系統，以更好的保證鋼結構建築的防火效能。
2.2防腐問題
鋼材如果長時間暴露在室外受到風雨等自然力的侵蝕，必然會生鏽老化，其自身承載力會下降，建築的美觀也會受影響。因此防腐問題也是鋼結構建築設計需要解決常見問題，目前的做法主要是採用新型防腐和構造材料。在實際建築設計中設計人員在遇到鋼結構建築中對所設計的建築都做出特別的要求，比如塗刷防鏽塗料，防火塗料屬於油漆類。防火塗料一般做法為先刷紅丹防鏽底漆兩度，再刷鋼結構面漆兩度面漆顏色由甲方定。另外對鋼結構建築的鋼結構構件施工也有確定的要求，比如構件出廠前塗紅丹防鏽底漆一道;鋼結構安裝調整後，將其清洗乾淨，然後再刷一度底漆，兩度面漆。然而現在雖然有各種不同型別的防腐塗料但較為有效的防腐塗料還需外國進口，但隨著我國綜合國力的增強，相信未來定將會生產出更優秀的新型防腐塗料。
2.3保溫問題
外部環境對建築的熱輻射主要從兩個方面影響建築的熱環境：一是透過窗戶進入室內，並被室內表面所吸收，產生了加熱的效果;二是被建築的外圍護結構表面吸收，其中一部分熱量通過建築圍護結構的熱傳導逐漸進入室內。由於玻璃可以讓陽光直接射入室內從而迅速升高室溫，特別是隨著新型玻璃材料的不斷出現，玻璃的熱工效能逐步改進，建築採光與建築保溫之間的矛盾已日趨淡化，“遮蔽”與“阻隔”走向平衡。所以對建築的保溫措施主要集中在外圍護結構上，而目前對此解決辦法有兩種較為有效：
2.3.1研製、優化保溫材料的構造，提高建築熱環境效能。例如在建築物得內外表面或者外層結構的空氣層中，採用高效反射材料，可以將大部分的紅外射線反射回去，從而建築物起到保溫和隔熱作用;此外還可運用高效節能玻璃，矽氣凝膠，新型節能牆體材料，達到節能的目的。
2.3.2防止保溫材料凝結水外保溫和中間保溫作法。可防止保溫材料由於蒸汽的滲透積累而受潮。內保溫作法則保溫材料有可能在冬季受潮，外保溫可避免主要承重結構受到室外溫度的劇烈波動影響，從而提高其耐久性。外保溫作法對外表面的保護層要求較高內保溫和中間層保溫則由於外表面是由強度大的密實材料構成，飾面層的處理比較簡單。
2.4吸音問題
在一些建築大廳中，尤其是在音樂廳中頂棚反射板增加的反射聲幾乎同時到達聽眾的雙耳，缺少側向反射帶來的圍繞感。在這類建築的設計中，需要綜合考慮材料的使用，包括吸聲效能以及裝飾性、強度、防火、吸溼、加工等多方面。目前廣泛地應用於音質設計和噪聲控制中的解決途徑是吸聲材料和吸聲結構。
2.5隔音問題
在當前城市人口密集化程度越來越大的今天，各種噪音汙染為題愈發嚴重。為了能夠還人們一個清靜的生活空間， 加強噪聲汙染的防治與治理已經成為建築聲學重要的組成部分。噪聲規劃、噪聲控制等理論也逐漸演化開來。人們可以聽到的聲音都屬於聲環境範疇。人們可以聽到談話、鳥鳴、音樂、泉水叮咚、歌聲等;但也能聽到吵鬧、機器轟鳴、車輛的轟鳴等噪聲。但主要是有安靜要求的房間，如錄音室、演播室、旅館客房、居民住宅臥室等建築對隔聲隔振要求非常高，需要專門的聲學設計。對於旅館、公用建築、民用住宅人們對安靜的要求也越來越重視。並儘量靠近聲源，會提高隔聲效果。一般隔聲間外牆使用隔聲效能較好的材料或結構，如磚、混凝土、紙面石膏板牆等，觀察部分使用隔聲窗，進出部分使用隔聲門或吸聲迷道等。
3、結語
總之，在現代鋼結構建築的設計中，必須要綜合考慮多方面的因素來對其進行設計，包括建設方要求的高度、跨度需求，以及外觀質量要求等。另外還要注意施工設計中重點考慮的細部連線問題、防火防腐問題、保溫隔音問題等等。可以說，現代鋼結構建築的設計是具有很大科技含量的，這需要建築設計人員自身具備較高的設計能力，並充分了解鋼結構的特點以及其設計注意要點，通過精心設計來提高鋼結構的設計水平，保證鋼結構建築的施工質量。
參考文獻：
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範文二：淺析高層建築鋼結構工程設計
【摘 要】目前隨著高層建築的不斷興起，在高層建築的結構中，鋼結構以其強度高、自重輕、抗震性好及材料可回收等諸多優點得以在高層建築中廣泛應用。由於鋼結構在許多方面優於傳統的混凝土結構和砌體結構，其不僅穩定性較好，而且可以在廠房加工完成後再到現場進行裝配，有效的加快了工程建設的速度。目前在高層建築中鋼結構已得到廣泛的應用。本文分析了現代鋼結構的建築特點和鋼結構的設計原則，同時對鋼結構在高層建築中的應用進行了闡述，並進一步對鋼結構設計中應該注意的問題進行了說明。
【關鍵詞】高層建築;鋼結構;設計
1 現代鋼結構的建築特點
1.1 加工和安裝一體化，成本較低，施工速度較快
由於鋼結構建築模數標準統一後，鋼結構可以進行規模化的生產，而且構配件之間具有良好的通用性和互換性，這就加快了鋼結構建築的加工和安裝一體化程序，有效的降低了建設的成本，施工速度加快，有效的縮短了工期，建築企業可能更早的確保經濟效益的實現。
1.2 鋼結構使建築更富功能化
鋼結構的設計與功能一體化後，使鋼結構建築的功能性更有效的突顯出來，可以有效的實現技術和藝術之間的相融性。
1.3 能夠滿足超高度和超跨度的要求
由於鋼結構可以稱為勻質體，無論其強度和彈性都較高，即使在相同的受力條件下，鋼結構由於自身重量較輕，所以其可以做成跨度和高度都強於混凝土和木材等結構形體，目前超高層建築的建設，就是利用鋼結構的大跨度和較高高度的特點。
2 鋼結構工程設計原則
2.1 鋼結構設計的穩定
在進行鋼結構設計中，其中穩定性是一個十分關鍵的問題，一旦設計中沒有把握好穩定性這一關，則會帶來不必要的損失。而導致設計中穩定性問題出現的原因通常都是由於設計人員自身的原因所導致，首先是缺乏相關設計經驗，沒有充分掌握結構和構件的穩定性概念，其次是對於一些新型結構不夠了解，從而導致設計中薄弱環節的出現。
2.2 選擇合適的基礎方案
在進行鋼結構設計時需要對工程的地質條件進行基礎設計，確保所選擇的基礎方案的合理性，所以在設計過程中不僅需要具有詳細的地質勘察報告，而且還需要對地基變形進行驗算，確保基礎方案的經濟合理性。
2.3 結構計算簡圖和計算方法
在進行設計時需要對框架結構進行穩定計算，目前在進行單層和多層框架結構設計時，則只進行框架柱的穩定計算，但在實際施工過程中，框架的種類較多，所以在設計中需要設定典型條件，從而確保設計中的能夠簡化計算工作。
3 鋼結構在高層建築中應用
3.1 安裝佈置和結構的選擇
鋼結構並不是所有建築都適合的，通常情況下平面較為規則的建築則宜採用鋼結構，其他一些較為複雜的軸線、扭轉較大的住宅平面則不適宜採用鋼結構。而在進行鋼結構設計時還需要充分的考慮到建築的負荷量，控制好水平位移，因此在設計時需要對抗側力結構進行充分的考慮，如把樓梯間、電梯間牆體、單元分戶牆、廚房和衛生間的牆體等設計成抗側力結構。
3.2 對變形的設計考慮
抗側力結構可以是鋼結構，也可以是鋼筋混凝土結構。當採用鋼桁架作為抗側力結構組成純鋼結構時，要按照以下規定進行：在風的作用下，層間位移1/400，頂點位移1/500;在地震的作用下，層間位移1/250，頂點位移1/300。因此，採用鋼桁架作抗側力結構就會增加用鋼的數量，增加了工程造價。如果根據鋼結構的限值1/300來控制整個結構的穩定的話，在地震的情況下，鋼筋混凝土剪力牆就會出現損害，這樣的設計考慮還是缺乏規範。若按鋼筋混凝土剪力牆限值有1/800的控制力度時，鋼樑、鋼柱截面會因地震力加大而不斷增加。
3.3 柱網的確定以及柱斷面型式的選擇
柱網的確定主要根據平面的分割情況、結合樑的位置和截面高度、以及鋼樑的隱蔽方法來決定。通過外牆處的柱距可以確定柱網，處理好沿外牆鋼樑和外牆窗上皮的高度關係，柱網就能基本確定。鋼柱的截面型式分為三種：圓管柱、方管箱形柱和H型鋼柱。其中，管柱內灌注混凝土，製作成鋼管混凝土柱，其比鋼筋混凝土的承載力高出很多，同時還能節省用鋼。在節點的構造作法上，方管柱結構簡單科學。但是，管柱在與鋼樑連線上下翼緣部位，需要用橫隔板的形成貫通節點，在一定程度上增加了操作的難度，也增加的工程造價。H型鋼柱，當外包鋼筋混凝土時形成鋼骨混凝土柱。H型鋼柱的加工和使用都比較簡單，只是需要較多的鋼材。
4 鋼結構設計中應該注意哪些問題
4.1 鋼結構的選型和佈置
進行高層建築鋼結構設計時需要充分的考慮建築條件、荷載能力、使用功能、製作安裝和材料使用等因素的影響，而且在確保結構體系具有良好的抗震性和防火性。同時在使用鋼結構進行佈置時還需要根據鋼結構的使用情況及性質來進行綜合的考慮，要在唯鋼結構的剛度的情況，使其受力均勻，減少建築的扭轉效應，同時確保各層的抗側力強度，確保建築的使用功能得以滿足。
4.2 構件的選擇
在鋼結構設計中，設計人員要注意正確選用質量合格的鋼材、連線材料和焊接材料。鋼結構所用的鋼材應該具有抗拉強度、延展強度、伸長度、冷縮度和硫、碳等物質含量的合格證明。在地震頻發區，鋼材除以上要求以外，還要求它們具有合格的衝擊韌性強度。焊接材料的質量直接影響整個鋼結構的安全，所以應該要根據鋼結構的受力效能和焊縫的受力情況，確定焊接材料的等級。
4.3 鋼結構建築的抗震設計
鋼結構建築的抗震設計中，應該要根據設防強度、結構型別和房屋高度，採用不同的抗震結構。首先，鋼結構的剛柔度的選擇應該結合跟那個結構的具體高度、體系和場地條件驚醒綜合性判斷，使鋼結構同時滿足變形和強度的要求。受彎鋼構件的板件區域性穩定要通過限制構件的寬厚比較，達到受彎的極限能力，然後利用其受彎的極限能力達到構件的承載能力。其次，高層鋼結構因該採用全鋼框架，當結構的剛度不足時，可採用中心支撐框架、鋼框筒等結構形式。最後，設計人員要加強各構件之間的連線，保證結構的整體性，抗震支承系統應保證地震時鋼結構的穩定。
4.4 鋼結構建築的抗火設計
在利用鋼結構進行設計時，需要對其抗火設計進行重視。儘管鋼材是非燃燒材，但由於鋼材具有較好的導熱性，而且在高溫下膨脹係數的增長會導致鋼材強度喪失，從而使其在火災中極其脆弱，所以需要對其抗火設計進行加強。
5 結束語
在高層建築施工中，鋼結構設計是整體工程中極其重要的部分，由於其具有其他結構所無法比擬的優點，所以在當前建築行業中得到廣泛的應用。而且隨著設計水平的不斷提升，高層建築鋼結構所存在的問題也將逐漸解決，這就有效的推動建築行業的調整發展，使國民經濟得以快速的增長。
【參考文獻】
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