自從人類出現以來，建築壹直是人們生活的重要組成部分，但長期以來，壹直使用的是石頭、木頭等。隨著科學技術的發展，新材料的應用越來越廣泛，鋼就是其中之壹。以鋼結構為主體的建築是現代空間結構發展的主流。鋼結構建築與鋼筋混凝土、砌體、木結構建築相比，有壹定的不同。鋼結構建築通常由鋼、鋼管、鋼板制成的鋼梁、鋼柱、鋼桁架組成，有的還由鋼鉸線、鋼繩(束)組成。連接方式為焊接、螺栓連接或鉚接。探討現代鋼結構建築的設計和性能具有重要的意義和價值。
壹、鋼結構建築的發展歷史
最早使用鋼結構建造房屋的國家可以追溯到18世紀末的英國。壹百年後，法國工程師埃菲爾建造了著名的鐵塔，人們開始嘗試建造鋼結構的獨棟房屋。自此，鋼結構建築徹底改變了以往的建築造型模式，建築設計的理念和方法也隨之演變。在早期，鋼結構僅由鑄鐵和熟鐵制成。20世紀80年代，結構鋼的出現加速了建築工程中鋼結構的發展，使鋼結構在60年代實現了理論和實踐的第二次飛躍和創新發展。德國的包豪斯學校是他們理論的發源地。
1949全國解放以來，鋼結構在大跨度重工業廠房、大型公共建築、高層結構中得到了應用。尤其是近20年來，鋼結構在土木工程公共建築中的應用更為廣泛，如沈陽桃仙國際機場的屋面、北京天文館新館工程等。目前，我國不僅能生產各種類型的建築鋼材，而且鋼材生產的新技術、新工藝、新產品也在不斷增加，如生產彩鋼壓型鋼板、彩鋼復合板、彩鋼扣板、拱形廠房、彩鋼制品等，使建築結構充滿了現代感。
二、現代鋼結構的建築特點
(壹)前期工程化程度高，降低建設成本，縮短建設周期。
鋼結構建築模數的協調統壹標準，實現了建築的大規模工業化生產，提高了建築的前期工程化，使不同材料、形狀、制造方法的建築構件具有通用性和互換性。同時，鋼結構建築前期工程集材料加工、安裝於壹體，大大降低了施工成本；並加快了建設速度，使建設周期可以縮短40%以上，從而加快房地產開發商的資金周轉，使大樓更早投入使用。
(B)建築物和構築物的設計和功能壹體化使建築物更具功能性。
在鋼結構建築中，結構成為形象構成的重要因素，結構的形狀、構件和節點在很大程度上引導和制約著建築的形象。只有將建築與結構的設計與功能融為壹體，才能使建築更具功能性，從而使後續的設計環節得以進行，創造出具有科技與藝術的鋼結構建築。北京2008年奧運會國家體育場的投標方案很多，都體現了鋼結構建築的這壹特點。如清華大學建築設計院設計的開合方案，在體育場屋頂中央設置兩個半圓形玻璃頂面，屋頂可同時通過相對旋轉和平行滑動實現開合；再比如中國建築設計研究院的場館方案外觀，就是建築的結構。形象完美純粹，功能與結構達到了完美的統壹；還有日本朱世慧建築事務所設計的折疊方案。屋頂由懸臂鋼架結構支撐，可在30分鐘內開合，確保全年的比賽和活動不受天氣影響。
(C)鋼結構能滿足超高、超大跨度的要求。
鋼結構均勻，接近各向同性的均質體，具有高強度和高彈性模量。密度與強度之比遠小於磚石、混凝土和木材。在相同的應力下，鋼結構的重量小，可以做成大跨度、高高度的結構和柔性結構。現在人類已經有能力建造跨度超過1000米的超大型穹頂和高度超過1000米高達4000米的超高層建築。而且鋼索與膜結構結合形成的索膜結構體系更能滿足建築跨度的要求，使該類型建築成為標誌性建築。例如，日本東京侯元棒球場的屋頂是由鋼索和空氣支承膜組成的索膜結構，面積達28000平方米。標誌性建築倫敦千禧巨蛋(London Millennium Dome)是英國政府為迎接265，438+0世紀而建造的大型綜合性展覽建築，也是索膜結構體系，穹頂直徑320m m..(參考建築中文網)
(D)原材料可以回收利用，有利於環境保護和可持續發展。
鋼結構的發展對於資源和能源十分短缺的我國來說意義重大，因為我國是世界上磚砌體和混凝土建築最大的國家。鋼材是壹種高強度、高效率的材料，具有很高的回收利用價值，廢鋼也是有價值的，不需要建模。目前，舉世矚目的新型住宅產品已引入中國，其環保節能的特點主要體現在兩個方面:
(1)該類型住宅采用全封閉保溫防潮系統，溫度變化小，熱損失低。無論冬夏，都有舒適的居住環境。室外溫度為0攝氏度時，室內溫度仍能保持在17攝氏度以上；當室外溫度達到30攝氏度時，室內溫度只有21攝氏度左右。
(2)與磚混結構住宅相比，節能60%以上，空調設備冬夏節電30%以上，結構廢棄物利用率1，000%。與磚混結構相比，在相同的樓層凈高條件下，鋼結構保持了較小的墻體面積，節省了空調所需的能源，降低了維護成本。
三、鋼結構建築設計及技術性能
鋼結構建築設計成功的關鍵在於技術構思和性能。在方案設計的深化中，需要結構工程師、設備工程師甚至機械工程師的密切配合。這個時候，技術表現是自然而然的事情，無論是空間形態、形式體量還是結構節點，都很重要的影響著它的建築設計和表現。這裏，從幾個方面來闡述這壹點。
(1)鋼結構建築設計的技術表達
建築意象的構思是概念意象的創造過程，是建築創作的難點之壹，也是建築設計的核心問題之壹。回顧工業革命以來建築與科技關系的發展，我們可以清楚地發現，建築對技術變革的反應是緩慢的，這反映了建築在社會文化中的深層地位以及建築與人們生活方式的密切關系。此外，現代方興未艾的信息革命正在廣泛滲透到社會活動的每壹個領域，使得現代科學思維融入到建築設計中，新項目的規劃、建築、景觀設計方法都發生了巨大的變化。建築設計的目的也從單純的追求美轉變為追求問題的合理解決，從根本上改變了人們以往對建築的認識和設計方法，最終影響了人類幾千年來形成的傳統建築觀念。例如，高科技建築是其主要代表，以精致的節點和精細的加工體現高超的技藝，以更高的技術水平設計和“制造”建築。
(2)鋼結構建築的細部設計要求較高。
鋼結構建築設計的復雜程度和精致程度越高，對細節設計的要求就越高。因為細節設計決定了壹個地方最終是否被確認，決定了它的質量。在現代鋼結構建築中，各種金屬結構構件和連接金屬構件的節點細節經常暴露在外，使建築具有強烈的科技感。比如建於1977的巴黎蓬皮杜藝術文化中心，其鋼柱、鋼梁、桁架等結構構件都露了出來，既體現了技術之美，也體現了人的智慧和能力。因此，鋼結構建築對細部質量保持較高的設計要求是非常重要的，在鋼結構建築中應特別註意。
(3)建築規劃也是鋼結構建築設計和性能的影響因素。
因為鋼結構建築設計具有建築設計的壹般屬性，建築師不是隨意設計的，業主的設計任務書對建築師的平面和設計構思起著重要的作用。客戶希望設計師有更好的表現，希望設計師和市場專家在確定自己最終產品的過程中能更高效地參與決策。在這個階段，建設項目強調整體設計，更強調。
專業設計師、市場專家和開發商之間的協調，設計過程包括信息和知識的不斷交流和整合。此外，鋼結構建築的專業化不僅可以提供豐富的設計知識，還可以有效整合設計資源和市場專家負責建築，使設計與業主的商業意圖有效結合，使項目盈利，降低風險。
四、現代鋼結構建築設計面臨的問題
(壹)鋼結構建築設計中的防火
火災是鋼結構建築的最大危害。雖然鋼是不可燃材料，但它不耐火。當溫度達到400度時，鋼的屈服強度會降低到室溫強度的壹半。當溫度達到600度時，鋼將基本上失去所有的強度和剛度。因此，當建築物采用無防火措施的鋼結構時，壹旦發生火災，很容易損壞建築物。比如美國世貿中心大樓外墻是密密麻麻排列的鋼柱，外層面包是銀鋁板。美國911事件中，兩座塔樓被飛機擊中，導致鋼材軟化，最終導致大樓倒塌。從鋼結構建築的火災案例中可以發現兩種現象，壹種是有防火保護的鋼結構在火災中未能達到規定的耐火時間，另壹種是有防火保護的鋼結構超過了預期的耐火時間而沒有被破壞。建築的結構防火在鋼筋混凝土結構中壹般比較容易解決，但在鋼結構建築中需要考慮的因素更多。以下是兩種常見的防火措施:壹是采用新型進口防火板——保安板；二是根據鋼結構的不同部位，分別采用厚型或薄型防火塗料，外露部分加裝飾漆。
(二)建築設計中鋼結構的防腐問題
鋼材如果長期暴露在室外，受到風雨等自然力的侵蝕，必然會生銹老化，自身承載力下降，建築的美觀性也會受到影響。因此，防腐也是鋼結構建築設計中普遍需要解決的問題。目前主要的方法是采用新的防腐和結構材料。在實際的建築設計中，設計師在遇到鋼結構建築時，會對設計的建築提出特殊要求，比如刷防銹塗料，防火塗料屬於塗料。防火塗料壹般做法是刷兩遍紅丹防銹底漆，再刷兩遍鋼結構面漆(面漆顏色由甲方確定)。此外，對鋼結構建築的鋼結構構件施工也有壹定要求，如出廠前在構件上塗紅丹防銹底漆；鋼結構安裝調整後，清理幹凈，然後刷第壹道底漆和第二道面漆。然而，雖然防腐塗料種類繁多，但更有效的防腐塗料需要從國外進口。我想隨著中國綜合國力的增強，中國會產生更多優秀的新型防腐塗料。
(3)鋼結構中的建築物理問題
(1)隔熱。外界環境的熱輻射主要從兩個方面影響建築的熱環境:壹是通過窗戶進入室內，被室內表面吸收，產生加熱效應；二是被建築圍護結構表面吸收，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照進室內，所以室溫上升很快，特別是隨著新型玻璃材料的不斷出現，玻璃的熱性能逐漸提高，建築采光與建築保溫的矛盾也逐漸淡化，“屏蔽”與“阻隔”處於平衡狀態。因此，建築物的隔熱措施主要集中在外圍護結構上，目前有兩種更有效的解決方案:
1)發展和優化保溫材料結構，改善建築熱環境性能。比如在建築物的內外表面或外圍結構的空氣層中，利用高效反射材料可以將大部分紅外線反射回來，使建築物起到保溫隔熱的作用；此外，還可以使用高效節能玻璃、矽氣凝膠、新型節能墻體材料來達到節能的目的。
2)防止保溫材料的外保溫和冷凝水的中間保溫。它可以防止絕熱材料由於蒸汽的滲透和積聚而變濕。內保溫法保溫材料在冬季可能會受潮，而外保溫可以防止主體承重結構受到室外溫度劇烈波動的影響，從而提高其耐久性。外保溫需要在外表面有較高的保護層，而內保溫和中間保溫由於外表面由高強度的致密材料制成，處理起來比較簡單。
(2)吸聲。在壹些建築大廳，尤其是音樂廳，天花板反射器增加的反射聲幾乎同時到達觀眾的耳朵，缺乏側向反射帶來的環繞感。在這類建築的設計中，需要綜合考慮材料的使用，包括吸聲、裝飾、強度、防火、吸濕、加工等。目前聲品質設計和噪聲控制廣泛采用的解決方案是吸聲材料和吸聲結構。
1)吸聲材料:材料本身具有吸聲特性。纖維或多孔材料，如玻璃棉和巖棉，具有良好的吸聲性能。由於空氣的粘滯阻力和空氣分子與孔壁的摩擦，聲能轉化為摩擦熱能吸收聲音。
2)吸聲結構:材料本身可能不具有吸聲特性，但將材料做成壹定的結構產生吸聲。例如穿孔石膏板天花板。
(3)隔音。噪聲與建築密不可分，噪聲汙染的防治已成為建築聲學的重要組成部分。噪聲規劃、噪聲控制等理論逐漸發展起來。人能聽到的所有聲音都屬於聲環境的範疇。人們可以聽到談話聲、鳥鳴聲、音樂、泉水叮咚聲、歌聲等。但也能聽到噪音、機器轟鳴、車輛轟鳴等噪音。而主要是有安靜要求的房間，如錄音棚、工作室、酒店房間、住宅臥室等建築，對隔音、隔振的要求非常高，需要特殊的聲學設計。對於酒店、公共建築和住宅建築來說，人們越來越重視安靜的要求。並且盡量靠近聲源，這樣會提高隔音效果。隔聲室的外墻壹般采用隔聲性能好的材料或結構，如磚、混凝土、石膏板墻等。觀察部分采用隔聲窗，出入口部分采用隔聲門或吸聲迷宮等。
動詞 （verb的縮寫）結論
從上面的討論中，我們可以得出以下三個觀點和結論:
(1)鋼結構建築的設計要針對不同的具體情況。壹個好的建築設計必須融合形象構思和結構構思。
(2)鋼結構建築的科技含量很高，結構本身往往就是建築的表現形式。鋼結構的表現手法和技術不僅是實現形象構思的必要手段，而且對建築形象有著顯著的影響，這就決定了結構構思是形象構思成功的關鍵。
(3)隨著科技的進步和審美標準的改變，鋼結構建築將不斷拓展表達詞匯，尋求發展。我們提倡的是:拋開風格的元素，從結構理性主義出發，從眾多現代和傳統的風格和流派中吸取精華，打造技術與藝術有機融合的精品鋼結構建築。
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