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1、网络教育学院本科生毕业论文（设计）题目： 现代钢结构建筑设计原理浅析 学习中心： 慈溪奥鹏 层次： 专升本 专业： 土木工程 入学批次： 0803 学院学号： 081090303005 学生姓名： 胡斌冰 指导教师： 侯东序 完成日期： 2010年3月8日 内容摘要现代建筑设计中，公共建筑和标志性建筑采用钢结构的越来越多。建筑自人类产生以来都是人们生活的重要组成部分，随着科技的发展新型材料的运用越来越广泛，钢材是其中普遍采用的一种。而以钢结构为主体的建筑是现代空间结构发展的主流，钢结构建筑通常由型钢、钢管、钢板等制成的钢梁、钢柱、钢桁架等构件组成，有的还用钢铰线、钢丝绳组成，其连接方式采用焊缝
2、、螺栓或铆钉连接，探讨现代钢结构建筑设计与表现具有重要的意义和价值。本文阐述了钢结构建筑所具有的优越性，探讨了我国现阶段大力开发推广钢结构技术的可行性，并从建筑设计与表现的角度研究了钢结构建筑的特征。关键词：钢结构；优越性；特征；设计开发目 录1 绪 论11.1钢结构建筑的发展历史11.2钢结构建筑在我国的发展前景11.2.1物质基础11.2.2技术政策21.2.3市场需求22 钢结构的优越性32.1 材料性能优越32.2 制造周期短 、施工速度快32.3 符合可持续发展政策32.4 造型美观、可塑性强43 现代钢结构的建筑特点53.1空间特征63.2形态特征63.3与结构、设备密切结合的特征
3、63.4 预工程化程度高，建设成本降低，工期缩短73.5 建筑与结构的设计与功能一体化,使建筑更富有功能化73.6 钢结构建筑能够满足超高度和超跨度的要求83.7 原材料可以循环使用，有助于环保和可持续发展84 钢结构建筑设计与技术表现104.1钢结构建筑设计的技术表现104.2钢结构建筑细部设计有较高要求114.3建筑策划也是钢结构建筑设计与表现的影响因素115 现代钢结构中建筑设计所面临的问题125.1钢结构中建筑设计的防火问题125.2钢结构中建筑设计的防腐问题125.3钢结构中建筑物理问题135.3.1保温135.3.2吸音145.3.3隔音14结 论16参考文献171 绪 论1.1钢
4、结构建筑的发展历史世界建筑发展的轨迹进入了21世纪，我们注意到了这样一个变化钢结构建筑正在建筑领域扮演着越来越重要的角色，“石头写成的历史”已成为过去，而钢结构被人们越来越多地用来记录时代的文明和成就，承载社会生活的内涵。近年来国际上广受赞誉的优秀作品中，钢结构技术被大量地运用，建筑师们显示出了驾驭钢结构技术令人赞叹的娴熟技艺，表现出钢结构建筑一股强劲的发展势头。最早在建造房屋中使用钢结构的国家可以追溯到十八世纪末的英国，一百年后法国工程师埃菲尔建造了著名的铁塔，人们也开始尝试建造钢结构的独户住宅，从此钢结构建筑彻底改变了以往建筑造型的模式，建筑设计的理念与方法亦随之嬗变。1.2钢结构建筑在我
5、国的发展前景根据我国现阶段情况，大力推广钢结构技术、发展钢结构建筑将是大势所趋，面临着极好的历史机遇：1.2.1物质基础改革开放以来，我国的钢铁工业持续发展，钢产量到1999年已达到1.3亿吨，成为世界第一钢铁大国，发达国家的建筑用钢量为钢产量的45一55，而我国建筑用钢量仅占钢总产量的20左右，如按此比例推算，则我国有4000万吨左右的发展空间，因此已具备了推广应用钢结构坚实的物质基础。1.2.2技术政策长期以来由于我国经济发展起步较晚，造成我国建筑界形成了“只要能用钢筋混凝土结构，不用钢结构”的观念。如今，政府已开始高度重视钢结构建筑的发展，在1998年把钢结构技术列为重点推广的新技术，1
6、999年建设部、国家冶金工业局联台成立了建筑用钢技术协调组，协调国家的相关部门在建筑用钢的生产和推广应用方面的工作，大力推动钢结构的发展。这说明钢结构在我国已具备了非常好的发展大环境。1.2.3市场需求随着国外的钢结构新技术、新产品不断地被引进和应用，人们对钢结构旧的观念逐渐转化目前经济发达地区新建工业厂房已基本采用钢结构取代钢筋混凝土结构，成熟的钢结构建筑作品不断出现，会增强投资者和建设者的信心，把钢结构作为一种认真考虑的选择、大胆地进行尝试。钢结构的市场需求将越来越大。轻钢结构住宅体系产业化极具潜力，在使用功能、设计、施工及综合经济方面具有优势，是今后推广应用钢结构的一个重要领域。钢结构建
7、筑是建筑领域中较先进的建筑技术，代表着先进的生产力，因此应坚定不移地加以提倡、推广。2 钢结构的优越性2.1材料性能优越钢结构轻质高强、力学性能良好、承受动荷载的能力强、抗震性能优越等特性，使之得以在建筑领域充分地发挥，符合高层、大跨建筑的结构要求。据研究，人类已具有建造高度超过1000m最高至4000m的超高层建筑与跨度超过1000m的超大型穹顶的能力。因此，钢结构率先广泛应用于高层建筑、大跨度公共建筑和工业厂房等类型，并逐步向更广的领域扩展，包括轻钢结构住宅的研究推广。2.2 制造周期短 、施工速度快 钢结构大部分构件在工厂生产，运往现场通过焊接或螺栓进行整体组装，可全天候作业。同时，由于
8、钢结构本身可作为劲性结构承担结构荷载和施工菏载，施工时不必支横、拆模 ，由此降低成本 ，大大加快施工速度。2.3 符合可持续发展政策 钢结构是一项绿色环保建筑产业，相对于砼结构和混凝土结构而言，钢结构对资源、能源的利用相对合理，对环境破坏相对较少，是解决环境问题的突破口：1）钢材是一种高强、高效能的材料，具有很高的再循环价值，边角料也可回收利用，对同样规模的建筑物，钢结构建造过程中有害气体排放量只相当于混凝土结构的65。 2）工厂化生产，现场施工周期短，最大限度地减少了施工工地对环境的影响，钢结构工程一半以上是工艺是工厂加工制作，现场工期可以缩短50以上，同时工地很少使用砂、石、土和水泥等散料
9、，又无须钢木模板，从根本上避免了尘土飞扬、染环境、废物堆积和噪声等问题。3）钢结构体系可以带动其它“节能环保”型建筑材料的推广应用。钢结构休系由于连接的灵活性，各种轻质高强高效墙体材料都可以采用，并将节能、防水、隔热、门窗等先进的成品集合在一起 ，实现墙体改革和综合成套应用。2.4 造型美观、可塑性强 相当于其它形式而言，钢结构建筑可以极大程度地超越结构的束缚，创造多种形式的空问和形象，产生轻盈、灵巧、通透的效果。另外，斜线、曲线在钢结构建筑中作为一种常见的造型手段创造出许多新奇、优美的建筑形象。其强大的造型潜力是砖混结构形式建筑所难以企及的。3 现代钢结构的建筑特点目前，制约我国钢结构发展和
10、推广应用的最大问题是设计力量薄弱。这里不仅是结构设计工程师对钢结构设计不熟悉，国内建筑师对于钢结构也缺乏应有的了解。这样在方案的初设计阶段往往便把钢结构排除在外，习惯性地选择自己所熟悉的砖混或混凝土结构思路上这样便失去了通过结构方案的变化寻求创新的可能。另外在采用钢结构的设计中，常存在节点构造粗糙与砖混结构部分衔接不好、外立面交接处理生硬等问题，归其原因，就是对钢结构建筑设计缺乏学习和训练对钢结构建筑的设计特点研究不够。笔者认为，钢结构建筑设计有其不同于混凝土结构的特征，应作大量性的研究工作。可从钢结构建筑以下几个方面的特征人手：3.1空间特征(1)空间形态多样化：钢结构建筑可充分利用其结构灵
11、活性和表现力，创造出多种形式的空间形态，它可以引入斜面、曲面等变化的形式，组合出各种新奇、有趣、富有戏剧性的空间，从而打破了单纯的矩形空间组合。如多伦多汤姆逊音乐厅。(2)线性构件，界面通透：钢结构靠杆件传力，构件多呈线性且由于钢材的高强高效特性，结构构件小，且通透性好，所以设计中有屋面采光时常采用钢结构形式作为顶界面，以使顶部开敞明亮，尽量多地引入天光，侧界面采用钢结构也多开敞通透的手法处理。(3)巨型空间，二次划分：钢结构构筑出大跨度的巨型空问，然后再次进行立体划分，形成灵活的空间体系，开合自如虚实结合，层次感强，这是当前流行的一种大型公共建筑的空间布局模式，也有利于需要功能调整时的改建工
12、程。3.2形态特征(I)与混凝土结构和砖混结构的建筑造型有明显差异，钢结构建筑表现的不是厚重、雄伟、强烈的实体感而常常是轻盈、舒展、精美的现代感。设计惯用曲线造型，顶面、侧面没有明确的分界线，体型生动流畅，这样也有利于力的传递。因此，钢结构适合创造独特、新颖的标志性建筑形象。(2)钢结构建筑可采用多种技法和材料来表现如钢结构暴露在外，表现构造节点的工艺性技术细节的“高技派”手法；应用金属复合板或塑铝板表现光洁、精美的现代材料质感；和通过外挂大面积透明与镀膜玻璃表现建筑的轻盈通透的形象。(3)钢结构建筑一个重要的形象要素就是精细的节点构造设计，结构性节点在此经过精心推敲，成为装饰构件，表现出现代
13、建筑的技术美、工艺美这其中包括建筑各部位的细节，如钢架支座、钢结构与砖混结构的结音部位、钢柱的断面形式、钢架天窗构造和金属遮阳板等。3.3与结构、设备密切结合的特征钢结构建筑形象取决于结构形式与构造节点等的精细加工工艺，这有赖于建筑师、结构工程师和机械工程设计师的统一协作，有机结合。另外，钢结构建筑往往暴露设备，这些暴露的设备会成为建筑内部、外部形象的组成部分、且设备管线与主体结构及墙体穿插交接处都需要对其构造进行精细设计，这便要求建筑师同设备工程师密切协作。唯如此，钢结构建筑才能达到较高水准。福斯特曾提出“设计开发”的概念，有丰富的含义，它包含了建筑师的独特要求，专业工厂内对构件特定的工艺性
14、加工各专业的协同配合，对建筑全方位的开发设计。现代工业文明和科技成果在这里得到充分地应用，建筑学的内涵太大丰富了。这即是对传统建筑的观念变革，又是传统建筑学精髓的延续，正是靠着这种精神，世界建筑才得如今天这样绚丽多彩。3.4 预工程化程度高，建设成本降低，工期缩短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，大大降低了建设成本；并且加快了施工速度，使工期能够缩短40以上，从而加快了房地产开发商的资金周转速度，使建筑能更早投入使用。3.5 建筑与结构的设计与功能一体化,使建筑更富有功能化在钢结构建筑中，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。建筑与结构的设计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的各个设计环节进行下去，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投标方案中有许多方案都体现了钢结构建筑的这一特点。例如清华大学建筑设计院设计的可开合式方案，在体育场大屋面的中央设置两个半圆型的玻璃顶面，同时相对旋转、平行滑动完成大屋面的开合；又如中国建筑设计研究院场馆方案外观即为建筑的结构，形象
