中国著名钢结构建筑及其结构体系与设...
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中国著名钢结构建筑及其结构体系与设...相关专题推荐新型建筑结构体系浅谈
&【 论文 关键词】：建筑结构体系；钢一混凝土混合结构；张拉整体结构；膜结构&
【论文摘要】：随着 科学 技术、结构设计理论、高强材料的迅速 发展 ，为建筑师们提供了丰富的想象空间，同时也为新颖结构体系自寺出现创造了条件。文章主要介绍近年来应用越来越多的几种新型建筑结构体系。&
随着科学技术、结构设计理论、高强材料的迅速发展。人们对建筑造型、建筑设计和跨度的要求越来越高。对建筑结构的要求更高。为了解决这些问题，涌现出了一些新的结构体系。包括：钢一混凝土混合结构、巨型结构体系、张拉整体结构、膜结构等。&
1.钢一混凝土混合结构&
钢一混凝土混合结构是我国目前在高层建筑领域里应用较多的一种结构形式。钢结构和混凝土结构各有所长，前者具有重量轻、强度高、延性好、施工速度快、建筑物内部净空高度大等优点；而后者刚度大、耗钢量少、材料费省、防火性能好。综合利用这两种结构的优点为高层建筑的发展开辟了一条新途径。统计分析表明，高层建筑采用钢一混凝土混合结构的用钢量约为钢结构的70％，而施工速度与全钢结构相当，在综合考虑施工周期、结构占用使用面积等因索后。混合结构的综合 经济 指标优于全钢结构和混凝土结构的综合经济指标。&
钢一混凝土混合结构最早于1972年用于芝加哥的GatewayI]IBuilding(36层137m)。我国至20世纪80年代才将钢结构用于高层建筑，目前已建成或在建的高层建筑(约有40余幢)中．有一半以上采用的是钢一混凝土混合结构，其中的典型建筑是上海金茂大厦。钢一一混凝土混合结构在高层办公楼、学校、 医院 及住宅等建筑中将有更广泛的应用。&
2.巨型结构体系&
巨型结构是由大型构件(巨型梁、巨型柱和巨型支撑)组成的，主结构与常规结构构件组成的次结构共同工作的一种结构体系。&
巨型结构按主要受力体系形式可分为巨型桁架结构、巨型框架结构、巨型悬挂结构和巨型分离式结构；按材料可分为巨型钢筋混凝土结构、巨型钢骨混凝土结构、巨型钢一钢筋混凝土混合结构及巨型钢结构。&
巨型结构的特点：从平面整体上看。巨型结构的材料使用正好满足了尽量开展的原则，可以充分发挥材料性能；从结构角度看，巨型结构是一种超常规的具有巨大抗侧刚度及整体工作性能的大型结构，是一种非常合理的超高层结构形式；从建筑角度看。巨型结构可以满足许多具有特殊形态和使用功能的建筑平立面要求。使建筑师们的许多天才想象得以实施。&
巨型结构作为高层或超高层建筑的一种崭新体系。由于其自身的优点及特点，已越来越被人们重视，并越来越多地应用于工程实际，是一种很有发展的结构形式。香港汇丰银行属于巨型钢结构体系。是诺尔曼·福尔特设计的。&
膜结构是张力结构体系的一种，它是用多种高强薄膜材料(常见的有PVC类、PTFE类及有机硅类)及辅助结构(常见的有钢索、钢桁架或钢柱等)通过一定的方式使其内部产生一定的预张应力。并形成应力控制下的某种空间形态。作为覆盖结构或建筑物主体，并具有足够的刚度以抵御外部荷载作用的一种空问结构形式。其中基材织物。主要决定膜材的力学性质。提供材料的抗拉强度、抗撕裂强度等；涂层。主要解决膜材的物理性质，提供材料的耐火、耐久性及防水、自洁性等。&
膜结构具有如下特点：①多变的支撑结构和柔性膜材使建筑物造型更加多样化，新颖美观。同时体现结构之美。且色彩丰富；膜建筑屋面重量仅为常规钢屋面的1／30，这就降低了墙体和基础的造价，同时膜建筑奇特的造型和夜景效果有明显的&建筑可识性&和商业效应，其价格效益比更高；②膜工程中所有加工和制作依设计均可在工厂内完成，在现场只进行安装作业，与传统建筑的施工周期相比，它几乎要快一倍；③膜材有较高的反射性及较低的光吸收率，并且热传导性较低，这极大程度上阻止太阳能进入室内。另外。膜材的半透明性可以充分利用 自然 光；④由于自重轻，膜建筑可以不需要内部支撑面大跨度覆盖空间，这使人们可以更灵活、更有创意地设计和使用建筑空间。&
膜结构由以下三种形式：①充气式膜结构：通过空气压力支撑膜体来覆盖建筑空间。它形体单一，运用较少；②张拉式膜结构：通过钢索与膜材共同受力形式稳定曲面来覆盖建筑空间，它是索膜建筑的代表和精华，具有高度的形体可塑性和结构灵活性；③骨架式膜结构：通过自身稳定的骨架体系支撑膜体来覆盖建筑空间，骨架体系决定建筑形体，膜体为覆盖物。同国际先进水平相比， 中国 在膜结构方面有相当大的差距。但近年来在理论研究方面已做了不少工作。也开始出现一些实际的工程项目。如上海八万人 体育 场的看台挑篷是用钢骨架支承的膜结构。是我国首次在大型建筑上采用膜结构，但所用膜材是进口的，设计、施工安装也由外国公司进行。&
4.高效预应力结构体系&
高效预应力结构是指用高强度材料、 现代 设计方法和先进的施工工艺建筑起来的预应力结构，是当今技术最先进、用途最广、最有发展前途的一种建筑结构型式之一。目前。世界上几乎所有的高大精尖的土木建筑结构都采用了高效预应力技术，如大型公共建筑、大跨重载 工业 建筑、高层建筑、大中跨度桥梁、大型特种结构、电视塔、核电站安全壳、海洋平台等几乎全部采用了这一技术。&
与传统预应力相结构相比，高效预应力结构具有以下一些特点：①广泛采用高强度材料：目前国内预应力混凝土结构中常用的混凝土强度等级从CA0～C80。甚至达到C100以上；②按照现代设计理论设计。大大改善了高效预应力结构的抗震性能、正常使用性能等；③近年来开发了先进的施工工艺为高效预应力结构的大规模推广应用提供了技术基础。如高吨位、大冲程千斤顶的应用和多种锚固体系等；④高效预应力结构适用范围广。可适用于大跨和超大跨度以及使用性能高的结构，并可拓展到高层结构转换层、钢结构、基础、路面等结构领域。&
近年来。高效预应力技术在我国发展迅速，已制定专门的预应力结构设计、施工规程、工程中应用的预应力结构体系也很丰富。典型工程有面积最大的单体预应力工程一首都国际机场新航站楼工程。可以预计，随着高性能预应力材料(高强混凝土、高强预应力筋、新型纤维塑料筋等)的推广应用以及结构设计理论和设计的不断发展。新型、高效应力结构体系将在我国21lit纪大规模基本建设中发挥越来越大的作用。&
5.开合屋盖结构&
开合屋盖结构是一种在很短时间内部分或全部屋盖结构可以移动或开合的结构形式，它使建筑物在屋顶开启和关闭两个状态下都可以使用。它是将屋盖系统分成若干个可动和固定单元，通过可动单元按一定轨迹移动、转动，使之各单元之间搭接、迭放来实现屋盖的开合。&
开合屋盖结构的特点：①将屋盖开启使人感觉回归自然，心情舒畅；②遇有雨雪天气，可将屋盖关闭，从而使室内活动不受气候影响；依据结构体系，开合屋盖结构可分为；③柔性结构的索膜和钢结构膜屋面开合结构；④空间刚性网格屋盖单元开合结构；⑤可展开的开合结构；⑥气膜开合结构。 开合屋盖结构不仅用于 体育 馆。而且广泛用于飞机库、商场、厂房及需要晾晒的仓储建筑。到目前为止，世界上面积超过10000m的大型开合屋盖结构已超过10座。这些大规模的开合结构的建成产生了非常好的 经济 、社会效益，其应用会越来越广。&
6.张拉整体结构&
张拉整体结构是由一组连续的拉杆和连续的或不连续的压杆组合而成的自应力、自支撑的空间网格结构。其中&不连续的压杆&的含义是压杆的端部互不接触，即一个节点上只连接一个压杆。张拉整体结构是美国建筑师R．B．Fuller首先提出的一种结构思想，他认为宇宙的运行就是按照张拉整体的原理进行的，即万有引力是一个平衡的张力网。各个星球是这个网中的一个个孤立点。这种结构体系中的索网就相当于宇宙中的万有引力，独立的受压杆。张拉整体结构符合 自然 &规律 ，可以最大限度地利用材料和截面的特性，因而可以用尽量少的钢材建造超大跨度建筑。&
7.折叠结构&
折叠结构是将剪式杆单元或伸缩式单元与张力膜融为一体，具有可重复使用，折叠后体积小，便于运输、施工等特点。&
在日常生活中我们常见的折叠帐篷和折叠雨伞都属于折叠结构。&
折叠结构包括折叠网架、折叠穹顶。&
8.玻璃结构&
玻璃被作为建筑材料用于建筑物已有很长的 历史 ，但多用于门、窗、采光带等。近年来随着玻璃性能的不断改善，以及人们对玻璃特性认识的不断深入，玻璃已被越来越多的作为承重材料用于建筑结构。&
玻璃结构的特点：①玻璃结构明亮华丽，从采光这个角度上说，是一种节能结构；②玻璃在力学性能上有点像混凝土，是一种脆性材料，抗压性能好、抗拉性能差，应力应变关系表现为线性，弹性模最在70GPa～73GPa之间，约为钢材弹性模量的1，3。钢化玻璃的抗弯强度高于70MPa，淬火玻璃的抗弯强度则可超过120MPa。甚至可达到200MPa，而玻璃的自重为2500kg／，所以玻璃的强重比要优于普通钢材，玻璃结构能给人一种轻巧的感觉；③玻璃的热膨胀系数为9×10～，与钢材的相近。这使得钢材和玻璃能够用于同一结构，发挥各自特长；④玻璃的耐腐蚀性能很强，可抵抗强酸的侵蚀，因此玻璃结构的防腐费用较低。因此越来越多的建筑师和结构工程师在工程中利用玻璃来实现建筑物更亮、更轻、更美的高科技效果，增强城市的 现代 化气息。玻璃结构从形式上可分为：全玻璃结构、玻璃一金属结构。&
由于力学上的局限性。玻璃在结构中一般与钢、铝等抗粒材料共同工作，应用于全玻璃房屋、幕墙、屋顶、楼梯、雨篷等结构中。&
文章主要介绍了几种新型建筑结构体系。包括：钢一一混凝土混合结构、巨型结构、张拉整体结构、膜结构、高效预应力结构、开合屋盖结构、折叠结构和玻璃结构等随着 科学 技术、结构设计理论、高强材料的迅速 发展 ，以及人们对建筑造型、建筑设计等的要求越来越高，这些结构体系势必会越来越广泛应用于建筑工程中。&
&参考 &文献 &
[1]刘锡良.大跨度开合空间结构,钢结构,1998.&
[2]陈麟,张耀春.巨型结构体系及发展趋势．哈尔滨 工业 大学学报，2003.&
[3]刘大海，杨翠如.高层建筑结构方案选优． 中国 建筑工业出版社,1996．
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探讨钢结构建筑的设计特点
2013年8期目录
&&&&&&本期共收录文章20篇
　　【摘 要】伴随着全球经济的飞速发展，城市化建设的也不断创新。目前在城市化建筑中，钢结构为主的建筑逐渐成为建筑业最为热点的设计。钢结构建筑的设计中，对钢结构在建筑上的应用及其稳定性的设计进行分析，本文分浅要析了钢结构建筑的稳定设计，要钢结构建筑稳定特点及重点考虑的原则和特点。 中国论文网 /2/view-4327422.htm　　【关键词】钢结构；稳定性；钢结构设计； 　　目前，我国社会的不断发展，建筑业水平的不断提高，具有跨度大、空间大、耗材量少、工期短、建筑施工易安装、环保、可回收利用、以及建筑物造型美观简洁等优点的钢结构建筑却成为了一颗建筑业里耀眼的“明星”，在仓库、工业厂房、博物馆等民用建筑与工业建筑中得到广泛的发展和应用。钢结构的稳定性在建筑建设项目设计中，应遵循钢结构构件的稳定性，避免在设计施工的过程中产生失稳损失。钢结构建筑不仅可给社会带来经济价值并且还节能、环保优化城市环境。 　　一、钢结构建筑的设计 　　1.钢结构建筑的基本原则。 　　钢结构的建筑设计，要严格符合钢结构一定的原则，来保障钢结构设计的安全可靠与合理。 　　（1）钢结构建筑的设计，要尽量的节省钢结构材料，来减少钢结构的重量；尽量减少安装施工建设时间，方便运输、降低成本，方便维护； 　　（2）钢结构建筑的设计，一定要符合建筑物的施工建筑和使用要求，要有足够的稳定性、刚度和强度，要具有良好的使用耐久性； 　　（3）要注意外形与整体的美观，外露结构要符合一定的建筑美学的要求。 　　二、钢结构建筑设计过程 　　1.收集相关的资料：钢结构建筑的设计过程，建筑前期的准备工作，第一，要收集钢结构建筑的相关资料，包括施工工地周遭的环境资料、钢结构建筑的相关标准和规范等等，例如：我国目前发布并要求实施的《钢结构设计规范》。第二，要分析了解钢结构建筑的设计方法和习惯做法，根据一些优秀的结构建筑设计经验，设计出最适合该工程建筑的设计方案。 　　2.研究并确定结构体系：该体系主要要确定考虑的两个方面：纵向结构系统和横向结构系统。纵向系统，基本由相关的材料构件，如：车梁、桁架或制动梁、支撑、墙梁、压架等组成。柱网，需要根据建筑的使用要求、建筑美观的要求来设计。经济跨度及柱距，另外一些方面的设计还包括要考虑跨度、制作安装和造价。横向系统，要考虑建筑使用的综合要求、结构受力要求、刚度要求、选用材料等具体的情况来确定； 　　三、钢结构建筑稳定性设计 　　钢结构建筑的稳定性，在各种类型的钢结构建筑的设计中，因为钢结构失稳，在建筑红造成的事故发生较为普遍。为了减少事故，所以要有效的改善钢结构稳定设计中材料的不失稳，确保建筑工程使用安全和工程质量，要详细研究钢结构的稳定性。 　　钢结构失稳、强度小都会造成钢结构的破坏，但是稳定和强度有着不一样的概念。稳定是变形的问题，材料的构件受结构内部的抵抗力和外部荷载间是不稳定的，重点要找出平衡状态的不稳定性，防止急剧增长变形而导致的失稳破坏。 强度是应力问题，是指单个的构件或者结构，在稳定平衡情况下的荷载，会引起最大的内力或应力。超过钢材料屈服点、建筑材料的极限强度与否，来作为极限的强度。 　　四、应遵守的原则 　　1.在进行钢结构设计时，选用的草图一定要与结构设计的简图相符，这是为了确保结构框架稳定设计的重点条件。目前，有很多钢结构设在计中对多层和单层结构框架设计时，框架稳定分析是用框架柱的稳定计算来代替的。此种方法，应先用框架整体稳定分析，取得框架柱稳定时，采用长度系数，最终才可以使柱稳定计算等效于框架稳定。根据框架给出的系数长度，要设定一下基本的假定条件，如“各柱一起达到临界荷载时，框架中所有柱子就会同时失去稳定”。假设这个假定成立，计算钢结构框架的稳定参数是否稳定时，一般都会简化典型情况或者经过条件当作依据。所以，这样就需要了解所设计的钢结构和充分熟悉是否符合典型条件或者简化标准。所以，在采用各种计算方法设计时，简化计算的假定前提要与具体的实际设计对象应该相符。 　　2.要确保设计构件的稳定性与设计结构的细部构造之间的一致性。在钢结构建筑设计中，要注重使构造设计于计算设计结构互相一致。对其中的许多节点连接，要区分其不传递弯矩还是传递弯矩，并要具有针对性的设计其它足够的柔度和刚度，在设计桁架节时，应重点要多考虑减少杆件偏心，因为这都是属于对细部构造的处理和设计，一定要重点研究。 　　3.钢结构建筑的整体设计一定要考虑整个体系和各个组成部分对钢结构的稳定性特有的要求。我国目前的一些钢结构设计中很多的出发点都是平面体系。如：在设计框架与设计桁架中都是如此。要想此类平面结构防止发生平面失稳事故，那么，一定要从其钢结构设计的整体布局来当做出发点，必须要具有针对性构件支撑的设计。一定确保平面稳定计算和平面构件结构的布置结构之间的一致性。如，由平面桁架组成的塔架，就要在杆件的稳定与横隔设置之间多多注意。 　　五、钢结构建筑的优缺点 　　1.钢结构的缺点。 　　近几年，大量发展钢结构住宅，住宅产业化的高速发展，特别是钢结构在建筑施工使用过程中，不但环保性能好，还是可持续发展的建筑资源，具有良好的综合效益。但是，钢结构材料也存在着它特有不足。例如：钢结构材料的耐火性与耐腐蚀性差，所以，使用钢结构建筑设计时，需要进行非常严格的防护设计，但是防护钢结构材料时的费用要比钢筋混凝土的结构高。钢结构材料虽然有一定的耐热性，但是温度要达150℃以上的时候，就需要加以保护，要对钢结构材料加隔热层。钢结构材料耐火性能差，要着重注意钢结构必须要采取防火措施。钢结构材料的强度高，所做的建筑构件很多都是截面较小并且壁薄，受到压力时，为在稳定与强度之间取得最优，一般都符合了稳定的要求，而强度却不会充分的发挥作用等。 　　2.在建筑上应用钢结构的优势 　　与传统的结构想要较大开间所需要“肥梁胖柱”才能建造出的效果相比，钢结构具有高强轻质，所以简约中就可实现复杂与大跨的几何结构，设计建筑开放式的住宅。 由于钢结构材料的延性好并且自重轻，所以，钢结构建筑的抗震性能非常好，因为钢结构的总质量小，所以地震力的效应相对也小。并且钢结构良好的延性也可以在地震发生时起到缓冲作用。而混凝土在建筑施工时，需要在梁底下通过管道时占用空间会很大，这样就会导致楼层净高的减少。而钢结构就可以在梁腹处打孔并穿行管道，所以，在建筑施工中，在建筑同样的楼层高度时选用钢结构建筑材料，可以达到对楼层净高提高的效果。 　　结语： 　　钢结构由于具有强度高、工业化程度高等优点，在城市化建筑工程和工业建筑工程中被广泛的应用。钢结构建筑的特点是高效、节能的循环经济资源，还符合可持续发展战略。钢结构建筑的广泛应用及发展，对提高城市建设水平奠定了坚实的基础。钢结构建筑在设计中，要着重考虑钢材料的优缺点，综合钢结构材料各方面的因素，对其结构的局部稳定、整体稳定和平面外稳定的特点，克服钢结构存在的缺陷，科学的开发钢结构应用领域，有效的提高发展。 　　参考文献： 　　[1]王俐杰：王艳艳.论高层建筑钢结构的设计步骤及思路【J】.民营科技.2010. 　　[2]黄友江，钢结构的稳定设计分析[J].黑龙江科技信息，2009 　　[3]李春颜；芦英俊.钢结构的优点及建筑钢结构的设计【J】.民营科技，2010. 　　[4]陈淑燕，提高钢结构设计稳定性的有效策略[J].2012
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