浅析现代钢结构建筑特点及问题-建筑设计论文发表

早在十八世纪末,英国建造了著名钢结构建筑水晶宫，而一百年后法国的埃菲尔铁塔更是轰动世界。住宅中应用钢结构的尝试，从而使钢结构建筑的建筑造型模式彻底改变，人们对建筑认识亦随之嬗变。早期的钢结构仅是部分构件、配件用铸铁、熟铁制成，到了19世纪80年代结构型钢的出现加快了钢结构在建筑工程中的发展，德国包豪斯学派的理论创立与发展，更使钢结构建筑在20世纪60年代实现了其第二次理论和实践的飞跃与创新。
　　我国自1949年钢结构得到一些应用以来，特别是近10年，钢结构更加广泛应用于大型公共建筑中，比如沈阳桃仙国际机场屋盖，水立方、鸟巢等奥运工程等，我国目前不仅能生产各种类型的建筑钢材，同时钢材生产的新技术、新工艺、新产品日益也增多，如彩钢压型板、彩钢复合板、彩钢扣板、拱形厂房及彩钢制品等的生产，使建筑结构充满现代化时代气息，实际证明钢结构建筑在我国更具有广阔的发展前景。
钢结构大量应用于现代工业建筑、大形公共建筑和各中标志性建筑，以及住宅建筑等等，钢结构建筑有许多特点，也有一些问题：

二、高度的预工程化，较低的建设成本，大大缩短的工期

钢结构建筑模数协调统一标准实现了建筑工业化大规模生产，提高了建筑预工程化，使不同材料、不同形状和不同制造方法的建筑构配件具有一定的通用性和互换性。同时钢结构建筑的预工程化使材料加工和安装一体化，降低了建设成本，加快了施工速度，使工期能够缩短40％以上，从而大大缩短工期，使建筑能更早投入使用，为大量的现代工业建筑所用。

　三、建筑中结构与功能一体化,使建筑更富有功能化，更富有表现力

　　在钢结构建筑中，结构成为形象构成的重要因素，结构的形体、构件、节点从很大程度上导致并制约着建筑的形象。建筑中结构与功能只有做到一体化，才能使建筑更富有功能化以便随后在各个环节进行中，创造出技术与艺术融为一体的钢结构建筑。北京2008年奥运会国家体育场项目中就有体现钢结构建筑这一特点的建筑。例如奥雅纳贡程顾问公司及中国建筑设计研究院联合体设计国家体育场（鸟巢），体育场钢结构由24榀门式刚架柱绕着体育场碗状看台区旋转而成，“结构即外观”，钢结构组件宛如金属树枝编织而成的椭圆形“鸟巢”，空间灵活实用，外形富有表现力；又如中建设计联合体设计的国家游泳中心（水立方），钢结构与外层膜结构建成的场馆外观即为建筑的结构，形象完美纯净，灵活空间，使结构与功能、结构与外观达到了完美的统一；还有日本朱式会设建筑事务所设计的折叠式方案，屋顶由悬臂的钢架结构支承，可在30分钟内完成开闭的动作，确保全年比赛及活动不受天气影响，又有生动建筑形象。

四、钢结构建筑能够满足超高度和超跨度的要求,为现代超大形建筑和世界各地标志性建筑所应用

　　钢材材质均匀，接近于各向同性匀质体，更是高强度及弹性模量。其密度与强度的比值远小于砖石，混凝土，木材，在同样自重下能受更大的力，从而能建跨度更大和高度较高以及灵活空间结构的建筑。现在人类的能力可建造跨度超过1000米的超大穹顶与高度超过1000米最高至4000米的超高层建筑。无论是北京奥运建筑，广州亚运建筑，还是迪拜的大量建筑无不是钢结构建筑。并且钢索与膜结构相结合形成索膜结构体系更能满足建筑对跨度的要求，使这类型建筑成为标志性建筑，比如日本东京后乐园棒球场屋盖是钢索与气承膜组成的索膜结构，面积达28000平方米，英国政府为迎接21世纪而兴建的标志性建筑伦敦千年穹顶――大型综合性展览建筑也是索膜结构体系，其穹顶直径达到320m。

五、钢材的循环使用，有助于环保和可持续发展

　　发展钢结构对于资源、能源都非常短缺的我国意义尤为重大，为我国减少使用高能耗的砖砌体建筑与混凝土建筑，有助于环保和可持续发展。钢材是一种高强度高效能的材料，具有很高的再循环价值，边角料也有价值，不需要制模施工。目前国际上引人瞩目的新型住宅产品已引入我国，其环保节能的特点主要体现在两个方面：
　　（一）该类型住宅采用全封闭式保温隔热防潮系统，温度变化小，热损失低。不论冬夏，都具有舒适当居住环境。室外0摄氏度时，室内仍可以保持17摄氏度以上；在室外温度达到30摄氏度的情况下，室内温度仅为21摄氏度左右。
（二）与砖混结构住宅相比，可节能60％以上，冬夏季空调设备可节约耗电30％以上，结构的废旧利用为100％，与砖混结构比较，同样楼层净高条件下，钢结构维护墙体面积小，节约空调所需能源，减小维护费用。

六、现代钢结构建筑主要问题有防火、防腐，以及保温、吸音和隔音

（一）钢结构建筑中的防火问题
　　非燃烧材料的钢材，但不耐火，钢材在温度400度时，其屈服强度将降至室温下强度的一半，在温度达到600度时，其强度和刚度基本损失，所以火灾对钢结构建筑危害最大，因此钢结构建筑应需采用有效的防火保护措施，否则一旦发生火灾，就很容易使建筑损坏，“911”事件中的美国世贸中心大楼就是这样，其外墙是排列很密的钢柱，外面包以银色铝板，当两个塔楼分别受飞机撞击后，产生的大火使钢材软化，最终导致大楼倒塌。从钢结构建筑发生火灾的大量案例，可以发现有些防火保护的钢结构在火灾中没有达到规定的耐火时间而破坏，而另一些防火保护的钢结构在火灾中超过了预期的耐火时间而并没有破坏。因此在钢结构建筑上需考虑更多的因素，建筑的构造防火一般采用混凝土作为钢结构防火措施，其它两种常用防火措施为：.一是采用进口的新型防火板——保全板；二是根据钢结构的部位不同分别采用厚型或薄型的防火涂料，并在露明部位加涂装饰漆。
（二）钢结构建筑中的防腐问题
　　钢材暴露在室外，易受风雨等自然力的侵蚀而生锈老化，其自身承载力下降，建筑的美观大受影响。而解决钢结构建筑防腐问题的主要做法是采用新型防腐和构造材料。在实际建筑中采用涂刷防锈涂料，防火涂料是属于油漆类。防火涂料一般做法为先刷红丹防锈底漆两度，再刷钢结构面漆两度（面漆颜色由甲方定）。另外对钢结构建筑的钢结构构件施工也有确定的要求，比如构件出厂前涂红丹防锈底漆一道；钢结构安装调整后，将其清洗干净，然后再刷一度底漆，两度面漆。而在各种不同类型的防腐涂料中,较为有效的防腐涂料还需进口，随着我国科学技术的进步，综合国力的增强，将会生产出更优秀的国产新型防腐涂料。
　　（三）钢结构建筑中的保温、吸音和隔音问题
　　（1）保温：外部环境对建筑的热辐射主要从两个方面影响建筑的热环境：一是透过门窗洞进入室内，并被室内表面所吸收，产生了加热的效果；二是被建筑的外围护结构表面吸收，其中一部分热量通过建筑围护结构的热传导逐渐进入室内。三是钢材热传导性能好，必须做好有效的断桥隔热构造。由于玻璃可以让阳光直接射入室内从而迅速升高室温，特别是随着新型玻璃材料的不断出现，玻璃的热工性能逐步改进，建筑采光与建筑保温之间的矛盾已日趋淡化，“遮蔽”与“阻隔”走向平衡。所以对建筑的保温措施主要集中在提高建筑外围护结构的热工性能上。首先是研制、优化保温材料的构造，提高建筑热环境性能。例如在建筑物得内外表面或者外层结构的空气层中，采用高效反射材料，可以将大部分的红外射线反射回去，从而建筑物起到保温和隔热作用；此外还可运用高效节能玻璃，硅气凝胶，新型节能墙体材料，达到节能的目的。其次是防止保温材料凝结水。外保温和中间保温作法可防止保温材料由于蒸汽的渗透积累而受潮。内保温作法则保温材料有可能在冬季受潮，外保温可避免主要承重结构受到室外温度的剧烈波动影响，从而提高其耐久性。外保温作法对外表面的保护层要求较高内保温和中间层保温则由于外表面是由强度大的密实材料构成，饰面层的处理比较简单。
　　（2）吸音：在一些建筑大厅中，尤其是在音乐厅中顶棚反射板增加的反射声几乎同时到达听众的双耳，缺少侧向反射带来的围绕感。在这类建筑中，需要综合考虑材料的使用，包括吸声性能以及装饰性、强度、防火、吸湿、加工等多方面。目前广泛地应用于音质设计和噪声控制中的解决途径一是吸声材料：材料本身具有吸声特性。如玻璃棉、岩棉等纤维或多孔材料具有良好的吸声性能，由于空气的粘滞阻力、空气分子与孔隙壁的摩擦，使声能转化为摩擦热能而吸声。二是吸声结构：材料本身可以不具有吸声特性，但材料制成某种结构而产生吸声。如穿孔石膏板吊顶。
（3）隔音：噪声于建筑密不可分，噪声污染的防治与治理已经成为建筑声学重要的组成部分。噪声规划、噪声控制等理论也逐渐演化开来。人们可以听到的声音都属于声环境范畴。人们可以听到谈话、鸟鸣、音乐、泉水叮咚、歌声等；但也能听到吵闹、机器轰鸣、车辆的轰鸣等噪声。但主要是有安静要求的房间，如录音室、演播室、旅馆客房、居民住宅卧室等建筑对隔声隔振要求非常高，需要专门的声学设计。对于旅馆、公用建筑、民用住宅人们对安静的要求也越来越重视。并尽量靠近声源，会提高隔声效果。一般隔声间外墙使用隔声性能较好的材料或结构，如砖、混凝土、纸面石膏板墙等，观察部分使用隔声窗，进出部分使用隔声门或吸声迷道等。

七、结束语

现如今钢结构建筑在国外已有几百年发展史，出现了大量精品钢结构建筑。而我国资源、能源都非常短缺，又大力提倡环保、节能建筑，钢结构大有用武之地，在我国现代化建设进程中，钢结构建筑肯定会广泛为人们接受。