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各种高层钢结构

【钢结构设计】钢结构设计的前景如何?看到这篇文章你就明白钢结构设计的前景了。

by 邵工——建筑结构工程师 Structural Engineer |2017年12月25日 | 成长记录, 经验分享
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我读书的时候,研究的方向是钢结构。我个人觉得,相对来说,做精的话,钢结构设计的前景是很不错的。
我师傅曾经说过,钢结构设计转混凝土设计很容易,但是混凝土设计转钢结构设计就有一些难度此外,因为钢结构可以做出各种异型建筑造型,所以也赢得了建筑师的亲睐。
这几年的发展来看,我国的建筑中钢结构已经逐渐取代了传统的砖混结构,而且钢结构在实际运用中还有很多的优点,成本低、抗震性强、易安装、装配化程度高、污染小。这也与国家一直以来提倡绿色建筑和装配式建筑的理念是一致的。
下面,我结合我的个人经验来和各位知友分享一下钢结构的特点和钢结构设计的前景。

一、钢结构背景概述

我国使用钢铁建筑结构的历史可以追溯到西汉时期的铁索桥。建国前,我国建筑钢行业一度落后,之道1909年詹天佑自主建造的京张铁路桥开辟了我国铁路钢桥的新纪元
建国后国家重视与发展钢铁工业生产和建筑,涌现了一大批自主设计、施工的钢结构建筑,建筑钢施工技术和结构设计都得到了长足的发展。

改革开放后,建筑业进入飞速发展的新时期,建筑钢的应用范围不断扩大,尤其是大跨度钢结构、轻型钢结构、高层钢结构、超高层钢结构建筑的兴起,现如今钢结构在建筑业发挥着不可替代的作用。

詹天佑自主建造的京张铁路桥

詹天佑自主建造的京张铁路桥

二、钢结构的特点

在工程建筑中,目前广泛应用的是钢结构建设,特别是在我国的工业厂房建筑中,钢结构运用的更多。
在实际施工时候钢结构虽然成本比一般的工程成本要高,但是由于钢材结构匀称,在建筑中可以被作为很好的建筑材料,因此,在工程建设中钢结构也是最重要的一种结构类型,被普遍的应用。
而实践研究也证明,在受力方面,钢结构的理论计算与实际受力几乎不存在差距。并且,钢结构还具有比较好的韧性和塑性,对冲击和振动有很好的承受效果。
运用钢结构,还可以很好的实现工程制造和生产的流水线化,而且钢结构结构匀称也适合安装,在建筑工程中使用起来也比较方便。所以,应用钢结构可以很好的促进工程提高施工速度和施工效率,让工程可以尽快的投入到使用当中。
钢结构建筑的优势主要有以下三点
  1. 与混凝土结构相比较,钢结构具备较高的抗震能力,加上钢结构本身的重量比较轻,所以大幅降低了基底反力。
  2. 钢结构的安装速度比较快,而且其组成零件和部件等已经实现了批量生产,其焊接、开孔等作业的质量控制措施和技术措施等已经比较成熟,所以可在一定程度上缩短施工周期。
  3. 钢结构的强度比较高,钢材属于强度比较高的材料,这就决定了钢结构的建设成本较低,而且可以重复利用,有效避免了材料的浪费,属于环保材料。
    常见的钢结构建筑

    常见的钢结构建筑

三、建筑钢结构的应用现状

由于钢结构不但污染轻,还具有强度高、自重轻、抗震性好、易安装的优势。所以,传统砌体与混凝土结构长期占据建筑业主体的格局伴随着建筑钢的应用正悄然改变

3.1 高层钢结构的应用

高层钢结构一般应用于现代高层、超高层的建筑中。高层建筑钢结构在我国发展迅速,目前,全国100m 以上的公共建筑仅就上海就有160多座。钢结构技术也日新月异,从薄壳结构到网架、网壳结构再到张拉结构,这些采用建筑钢结构的房屋,外形美,空间大,工期短,性能好,为人们所青睐。

各种高层钢结构

各种高层钢结构

3.2 轻钢结构应用

虽然轻钢结构建筑是新兴发展起来的技术,但却得到国家的大力扶持与推广,将其开发和应用作为国家重点技术创新项目。现在公共建筑、低层住宅等领域有较为广泛的应用。

各种轻钢结构

各种轻钢结构

3.3 空间钢结构应用

空间钢结构运用于跨度较大的建筑,通常运用于需要较大空间的场所,如停车场、会议厅、火车站等。目前采用的技术结构形式主要有网架结构、网壳结构、门式刚架、拉索结构及以上不同结构的组合。

各种空间钢结构

各种空间钢结构

当然,邵工参与的上海新天地圣诞树项目也是一个空间钢结构啦!

邵工在现场

邵工在现场

3.4 钢结构住宅

钢结构住宅是以钢结构作为房屋承重的建筑结构,其空间大、重量轻、可靠性好

我国在钢结构运用于住宅方面因钢材价格和技术短板等因素,范围低于美国、瑞典等其他国家。但伴随技术的不断成熟、人工成本的大幅度上升和国家的大力推广,目前,其运用具有广阔的前景和潜力。

各种钢结构住宅

各种钢结构住宅

四、钢结构设计的现状

从大范围的角度看,国家在鼓励钢结构的广泛应用,有从业人员也打出了“藏钢于民”的口号,但是目前行业的从业人员也开始慢慢饱和了。
记得几年前行业好的时候,上海很多学机械设计的都大量涌入钢结构设计行业。但是需要承认的是,即便是现在,西部和中部的设计院也很难找到大量很有经验的钢结构设计人才。
钢结构设计的现状是:

4.1高端的设计人才还是缺乏

有经验的设计师永远是值钱的。

不仅国内需要这样的人才,一带一路的相关项目也需要这样的人才。目前,大量的设计人员设计的作品仍然存在结构概念不清晰,用钢量过大,结构布置不合理等问题,甚至引发了灾难。

各种钢结构倒塌案例

各种钢结构倒塌案例

4.2 设计师的成本概念不足

建筑设计必须充分考虑成本造价高低、多少,这是决定企业收益大小的关键。
钢结构的设计方案基本上决定了后期施工的成本投资,成本控制失效是设计常见的弊病。例如钢结构工业厂房在空间结构设计上不科学,厂房使用性能不达标引起返工、返修次数增加现象等。

4.3钢结构中的防火设计考虑不足

钢结构建筑具有较差的防火能力。
在 100℃以上的受热温度针对于钢材时,温度若不断升高,钢材在抗拉的强度上就会逐渐降低,增大塑性的现象也会出现。
如果达到 250℃以上的温度时,钢材还会产生徐变的现象。如果达到 500℃以上的温度时,会立刻变成最低的钢材强度。
因此我们有必要按照相应的建筑设计中的防火规范,将钢结构建筑发生火灾的危险性等级有效确定,以这样的方式让钢结构能够符合耐火极限的相关要求。
并且,专业的设计人员在设计的过程中,要把保护钢结构放在首位

五、钢结构设计的前景

由上面的分析可以看出,钢结构的设计目前来看在现代化的计算理念的深度应用上还有很大的进步空间,对于设计人员的基本知识及能力要求还是很高的。
目前我国和周边国家的经济发展在不断进步,国内外也需要更多的轻钢厂房、钢结构建筑等。所以,钢结构的应用前景也是十分光明的。
目前比较典型的轻钢结构以其 100%可回收的优势、简单快捷的安装和轻便经济的用钢量受到了行业的青睐。此外,轻型钢结构由于更好的经济性、设计施工的规范性、良好的美观效果、环保节能,以较高的增长率快速发展。 由于环境的不断恶化,我们今天更加注重环保,提倡绿色建筑。绿色建筑是指在建筑的全寿命周期内,最大限度地节约资源(节能、节地、节水、节材)、保护环境和减少污染,为人们提供健康、适用和高效的使用空间,与自然和谐共生的建筑。钢材作为一种可以回收加以重复利用的环保建筑材料,无论是与传统的材料木材及砖石,还是现在应用范围最广的钢筋混凝土材料相比都有很大的优势,其能在全周期内很好的满足绿色建筑的要求。因此从各方面可以看出,钢结构在设计上即将会有一个全新的、更为广阔的发展。

六、总结:

随着我国可持续发展战略的实施,耗能低、效率高的新型环保材料将逐步取代耗能高、效率低、危害环境的建筑材料。所以,钢结构材料的应用中越来越广泛。
但是在钢结构设计中仍存在很多问题,如何根据实际需求,优化钢结构的设计方案,提高钢结构的安全性、稳定性,降低建设成本,是需要我们不断学习的。
我师傅说,任何一个行业,只要你学精,走到前列,都有很多机会。
问题就看你能不能做到前几名。

一起努力吧。

一起加油

一起加油

参考资料:
【1】郑文轩. 浅谈我国建筑钢结构产业的现状与发展[J]. 福建质量管理, 2016(17).
【2】刘杰. 浅谈我国钢结构住宅建筑及其产业化[D]. 青岛理工大学, 2014.
【3】胡军安. 工业厂房钢结构设计的现状及发展前景[J]. 四川水泥, 2015(7):98-98.

邵工——建筑结构工程师 Structural Engineer

建筑一网(www.jianzhu1.com)是一群同济大学毕业建筑和土木相关专业毕业的研究生和博士组成的技术团体。我们自2011年始即开始从事结构设计和研究工作, 积累了大量的研究成果和创新技术,并整理了对中国规范、FIDIC合同、欧洲规范和美国规范的总结笔记。此外, 团队还在结构产品领域有所研究,并推出了超薄夹层、板桁架、无檩网架、装配式厂房和装配式酒店等相关装配式产品。

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