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[置顶]论幕墙设计---作者:谢士涛郑金峰
Posted by pire 2006-6-25 0:59:00

[摘  要  从“幕墙设计”到“建筑幕墙设计”,两字之差体现了由点到面,由局部到整体的转变。文章通过对幕墙设计工作的进一步认识,分析了幕墙设计工作的重点与发展方向,对幕墙设计的管理与体系建立提出了看法。
    关键词 幕墙设计  建筑设计 建筑幕墙

    1.概  述
    我国建筑幕墙工业从1978年开始起步,经过二十多年的发展,特别是九十年代的高速发展,到今天,已发展成世界第一幕墙生产大国和使用大国。国内企业已能为各种不同的建筑提供所需的各种类型的幕墙,国内企业在国内市场中占有约90%左右的市场份额。不少企业已成功走出国门,参与到国际市场的幕墙建设中去。二十多年来,幕墙设计在国内已取得长足的进步,但是总的来讲,国内幕墙产品仿制的多创新的少,幕墙技术还没有达到相应的国际水准。
    纵观国际幕墙技术的发展,每次幕墙新技术的突破都来自建筑师的一些看似不合理的要求。在国内建筑设计市场上,由于种种原因,幕墙设计与建筑设计的协作还远没有形成。国内大多数项目的建筑设计图中的幕墙部分还停留在“由幕墙公司完成”阶段,幕墙公司的幕墙设计也只是按照现有的幕墙产品进行套用,幕墙技术的发展创新缺乏应有的机制。
因而,重新认识幕墙设计,分析幕墙设计的发展方向,为建立科学完善的幕墙设计工作体系,对提高国内幕墙设计水平乃至国内的建筑设计水平具有很大的意义。
    2.引导国内幕墙设计发展的三个文件
    自从建筑幕墙在国内使用以来,国家建设行政主管部门针对幕墙工程的管理文件中,涉及到幕墙设计的有三个重要的文件。它们对国内幕墙设计的发展起到了很好的推动作用。
    建设部1994年12月20日发布建监[1994]776号文,“关于确保玻璃幕墙质量与安全的通知”中对玻璃幕墙的设计作了明确规定,原文为:“负责幕墙设计的建筑设计单位与玻璃幕墙制作图设计单位应协同配合并明确设计责任。鉴于玻璃幕墙设计涉及多环节、多专业的特点,建筑设计单位和制作厂家不应单独承担,需协同完成。建筑设计单位在玻璃幕墙设计中负责选型、提出设计要求。幕墙制作图设计单位根据建筑设计单位提出的设计要求具体负责玻璃幕墙的技术设计,确定幕墙材料、选择制作厂家及施工单位,全面负责制作加工、施工安装工程的质量,它是玻璃幕墙设计的专项负责单位。”
    本文件的发布时间是国内玻璃幕墙发展较快的时期,处于玻璃幕墙工程由境外总承包转向国内独立承包阶段。当时还没有颁布相关的标准与规范。从文件的用词来看,当时对幕墙的认识仅为“玻璃幕墙”,对幕墙设计的认识为“制作图设计”,幕墙工程质量的责任单位是“幕墙的设计单位”。发文的目的是强调玻璃幕墙工程的质量与安全的问题,侧面反映了幕墙设计的重要性。
    第二个文件是建设部在1997年7月8日发布的建建[1997] 167号文,“关于印发《加强建筑幕墙工程管理的暂行规定》的通知”,文中对幕墙设计的管理又有了更进一步明确的规定,原文如下:
    第五条  各级人民政府建设行政主管部门在对建筑工程项目扩初设计或施工图设计审查时,应将建筑工程中的建筑幕墙作为主要审查内容。
    第六条  承担采用各类建筑幕墙工程的建设项目的建筑设计单位与建筑幕墙工程施工企业要做好协同配合工作。建筑设计单位主要应考虑幕墙工程的防火、防雷、光环境污染和连接预埋件的结构安全等因素,并对建筑幕墙工程提出具体设计要求并负相应的设计责任。
    建筑幕墙工程施工企业应根据设计要求提出有关施工安装的技术要求并对幕墙材料、幕墙结构设计和加工制作部件等的工程质量负责。
文件将幕墙设计纳入建筑设计的主要审查内容之一,其出台背景主要是针对当时反映强烈的“光污染”问题。文件的发布时间是在行业标准确《建筑幕墙》(JG3035)与《玻璃幕墙工程技术规范》(JGJ102)颁布实施之后。“建筑幕墙”、“幕墙结构设计”的用词,体现了此阶段幕墙外延的延伸与幕墙设计对结构安全性的关注。
    第三个文件是2000年6月30日建设部发布的建设[2000]126号文,即“关于印发《轻型房屋钢结构工程设计专项资质管理暂行办法》和《建筑幕墙工程设计专项资质管理暂行办法》的通知”。文件是针对幕墙设计专项资质申报的,表明国家建筑行政主管理部门对幕墙设计的认识提升到一个专业的高度,幕墙设计被作为建筑设计领域的一个专项而独立存在。
    从上述三个文件不难看出,对建筑幕墙设计工作的认识与要求是随着我国建筑工程对建筑幕墙广泛使用,而逐步深入的。从“制作图设计”到“建筑幕墙结构设计”,再到发放专项的设计资质,经历了短短的五年半的时间,也表明了我国建筑幕墙行业发展的速度。但从2000年的126号文至今四年半的时间已经过去,我国幕墙行业又有了飞速的发展,加上国内建筑市场的国际化的深入,幕墙设计的发展与管理又有了新的要求,建筑设计与幕墙设计的协作关系,幕墙设计新的管理与运作体系还有待与时俱进,还需要我们去更好地探索,以利于建筑设计与幕墙设计更加科学。
    3.国内幕墙设计的现状与存在的问题
    国内幕墙设计的现状主要可以概括为三点:一是具备幕墙设计资质的单位都是幕墙施工单位,也就是幕墙设计由幕墙施工单位完成。二是幕墙设计工作开展一般在建筑设计完成,建筑施工开始以后。三是大部分幕墙工程的设计与施工同时招标。
    随着建筑个性化发展要求,建筑对幕墙的要求也越来越多、越来越高。幕墙设计的现状与建筑设计需求间的矛盾也越来越突出,存在的主要问题有:
    一.对幕墙设计重要性的认识问题,大部分的建筑设计单位、建设单位对幕墙设计在建筑工程设计中的重要性认识不足。哪些由幕墙设计完成,哪些由建筑设计单位完成目前尚无明确界定,建筑设计单位为了省事,将诸如幕墙的钢结构、金属屋面等在建筑图上常常是“由幕墙公司完成”几个字代替。建设单位往往在工程已经开工需要预埋时才进行幕墙招标,待招标完成幕墙设计开始介入时,往往主体施工早已开始,由于幕墙设计滞后造成增加结构梁柱、降低选用产品档次的现象时有发生。此举不仅造成建筑成本的增加,也给幕墙系统增加不安全因素。
针对这一问题,建议有关部门在制定或修订相关规定时,充分考虑幕墙设计的重要性,对幕墙设计工作的范围与设计工作的展开进行规定。建设单位在签订设计合同时,要充分地考虑到幕墙工程的特殊性,提前进行相关的招标工作。
    二. 幕墙设计与施工一体化机制,不利于幕墙工程建设与幕墙技术的进步。幕墙设计依附于施工单位依赖于施工单位,设计为施工服务设计为施工“让路”已是不争的事实,幕墙工程的质量安全在目前没有专业幕墙监理的前况下让人堪忧。幕墙招标过程中,残酷的市场竞争与低价的市场取向往往使技术含量最低的幕墙产品占尽优势,幕墙新技术新产品的应用与开发失去了应有的动力。
    建议相关部门制定相关法规,对相当规模的幕墙工程采用专项设计、专项监理。幕墙招标时采取设计与施工分开招标的方式,由幕墙设计中标单位与建筑设计单位配合完成幕墙的设计工作并对幕墙技术负责,并规定设计中标单位不得参与施工投标,以利于施工招标的公正性。适时制定相关法规,促进幕墙设计与施工的分离。
    三. 幕墙设计限于结构与构造设计,缺少对建筑设计的理解与贯彻。建筑设计由原来的“适用、经济、美观”的基本要求发展到“安全、绿色、可持续发展”的更高级的要求,对幕墙设计的认识发展也应从“制作图设计”“幕墙结构设计”发展到“建筑幕墙设计”。即幕墙设计应有整个建筑的大局观念。幕墙设计需将建筑外观、建筑功能、建筑效能有效地联系起来。这一问题,是幕墙设计水平的问题,对幕墙设计师提出了更高的要求, 需要大家不懈的努力去提高。
    4.幕墙设计的工作分析
    4.1.幕墙设计工作范围与责任
    建设部勘察设计司《建筑幕墙工程设计专项资质分级标准》(暂行)中规定:“本标准适用于建筑外围护结构的玻璃幕墙、金属幕墙、石材幕墙、组合幕墙以及采光顶建筑幕墙工程。其他类型的建筑幕墙可参照本规定执行。”
    不难看出幕墙设计资质对幕墙设计的范围定为建筑外围护结构中的建筑幕墙与采光顶部分。但从实际工程中,幕墙设计的工作已远远超出本范围,如建筑门窗、遮阳系统、金属墙面、金属屋面、玻璃屋面、隔断、各种装饰架构等。表明建筑幕墙设计的范围已大大加宽,建筑幕墙资质的含盖范围需要重新修订。
    建设部2000年126号文《建筑幕墙工程设计专项资质管理暂行办法》中第五条“建筑幕墙设计单位应依据建筑主体设计单位提供的建筑物基本性能从事幕墙的总体设计,同时要与建筑主体设计单位协作,明确双方的分工、义务和责任,并与其积极配合共同完成工程设计任务。”表明幕墙设计工作需幕墙设计单位与主建筑主体设计单位共同完成,责任为双方协作时明确。但基于目前的幕墙市场供大于求的状况,一般为幕墙设计单位承担了全部的责任。
    4.2.幕墙设计的原则
    4.2.1.服从于建筑设计,服务于建筑设计
    幕墙是从室内空间到室外空间的过渡层,是可供观赏的外表,是体现建筑设计外观,传达建筑设计理念的基础,所以幕墙在建筑设计中理应倍受重视。可以说,幕墙设计的成败直接影响到建筑设计的成败。幕墙设计服从于建筑设计的意义也就不言而喻了。
    世界著名的法国罗浮宫玻璃金字塔就是幕墙服务建筑的经典之作。罗浮宫最初的设计备受争议,很多人认为在罗浮宫这座古代宫殿建筑的中心位置,建一个钢架玻璃的入口显得不伦不类,有损罗浮宫的古典风格。但是,当这座金字塔外型完全用玻璃罩盖的入口大厅和完备的配套设施展示在人们面前的时候,人们赞叹不已,赞赏有加。可以说是建筑师的大胆构思与幕墙技术的创新成就了建筑的经典,体现了幕墙与建筑的完美结合。
    服从于建筑设计,服务于建筑设计是幕墙设计的根本。不难想象,将建筑设计放在一边,大量生硬地套用各类幕墙产品的建筑,会成为一座什么样的建筑。而将幕墙设计完全放任,仅仅只单纯地追求建筑外观而忽视建筑的整体,这样建筑只能成为一件艺术品,它永远也成不了建筑精品。
4.2.2.服从法规规范要求
    幕墙除了要服从于建筑设计的要求,满足建筑设计的各项性能外,作为一种外围护结构,与混凝土结构、钢结构一样,其结构安全性也是设计应关注的重点。国家颁布实施的《工程建设标准强制性条文》,以及幕墙相关的国家标准行业标准,都是我们幕墙设计过程中需遵守的基本原则。目前国内幕墙技术标准已形成了一个较完整的标准化体系,正确地理解和应用规范,遵守规范要求是幕墙设计的责任。
    5.幕墙设计的发展方向
    5.1.国外幕墙设计体系
    众所周知,国内幕墙新技术新产品大都来源于国外建筑技术发达的欧美国家,除了幕墙在国外起步早有关外,还有一个很重要的原因就是他们的幕墙设计体系较我们科学健全。
    从建筑项目国际招标的情况来看,国外建筑设计中标的项目与国内设计项目有三大区别:一是在投标阶段,建筑师在进行建筑方案设计的构思时会专门征询幕墙顾问的意见,也就是在建筑方案阶段幕墙设计就已经开始介入;二是建筑设计深化阶段都有幕墙顾问的参与,有较完善的幕墙设计方案图;三是幕墙施工单位必须完全服从幕墙顾问的设计要求。
    另据了解,在建筑师的培养方面,国外部分国家已将建筑幕墙纳入教科书的一个章节,作为建筑师的必修课,让建筑师在基础的学习阶段对幕墙就有较深刻的认识。

5.2.国内幕墙设计发展方向
    随着国内建筑市场的国际化,建筑设计与国际的接轨必然导致幕墙设计向国际贯例靠拢。随着对建筑幕墙认识的深入,对幕墙设计的新要求会促进幕墙设计工作的新变化。这些变化将体现在:
    一. 更加注重与建筑设计的整体配合。幕墙作为建筑结构的一个重要元素,与建筑设计中的通风、节能(采暖、空调)、采光、防火、电力配置等都有着密切的关系,随着建筑设计向着节能、环保与可持续发展的方向,建筑幕墙必然成为关注的焦点,建筑师对幕墙的关注与要求将超过以往,幕墙设计也将更加注重与建筑设计的配合。
    二. 幕墙方案设计将由幕墙顾问完成。国内建筑设计市场的成熟,以及人们对幕墙认识的提高,幕墙图纸将是建筑图的一个不可缺少的部分。目前幕墙设计单位与施工一体的现状,以及大多数建筑设计院不具备幕墙设计能力的情况下,幕墙方案设计将由幕墙顾问公司承担。监于国内幕墙咨询业务尚未展开,国外幕墙咨询公司将在国内大行其道。国内从事幕墙设计的施工单位其设计的工作重点将是幕墙的施工图深化与制作图设计。
    三. 幕墙设计师参与建筑方案设计。随着国内建筑师对幕墙在建筑中的作用的充分认识,建筑师对幕墙设计师的依赖感将增加,建筑方案的设计过程中他们开始主动地征询幕墙设计的意见。为便于相互沟通,建筑师开始学习幕墙,幕墙设计师开始学习建筑。
    6.促进幕墙设计发展的呼唤
    6.1.创造幕墙设计的独立工作环境
    幕墙设计的发展方向要求我们的幕墙设计必须有一个相对独立的工作环境,与施工理不清的恩恩怨怨,与建筑设计、施工监理、业主没完没了的纠缠不清对建筑项目本身来讲是不负责任的,因此,我们呼唤:还幕墙设计一个独立的工作环境,让幕墙设计轻装上阵。
    首先在当前情况下,幕墙设计的单独招标,在建筑设计施工图开始前招标是必要的,其次幕墙设计中标单位不参加施工投标,对维护招投标的公平公正也是必须的。承认幕墙设计的专业性重要性,分阶段分步骤地将幕墙设计与施工有条不紊地分开,设计与施工各司其责各负其职,使我国的建筑幕墙事业健康发展。
    6.2.加强幕墙技术与知识的普及
    幕墙设计目前存在的问题表明,我们的相关专业人员对幕墙知识的缺乏。我们应加强与相关协会,如建筑学会、勘察设计协会、房地产业协会等的沟通与交流,让我们的业主、监理、建筑师都对幕墙有所了解。同时我们还应有针对性地编写适合教育的幕墙专业普及和专业教材,让业界仝人能够从学校教育开始就能学习幕墙知识。另外,对幕墙各工种的从业人员的继续教育工作也应规范性地展开。相信随着大家广泛地学习,对幕墙设计工作的认可会促进幕墙设计水平的大幅提高。
    7. 结束语
    幕墙是实现建筑外观、建筑功能以及建筑效能的直接载体,幕墙设计是幕墙实施的基础。建筑设计的发展与幕墙技术的创新是相辅相成的,正确地认识和把握幕墙设计,在现代建筑设计快速发展的今天具有更加深远的意义。
    面对越来越多外国建筑师的作品在中国大陆上展现,人们在感叹中国建筑“殖民化”的同时也应包含了幕墙设计的问题。国内建筑师们在与国外建筑师合作、交流、抗争中已悄然长大,在一些项目中已开始暂露头脚。而我们的幕墙设计师们在与国外公司“师徒关系”式的合作中也渐渐提高,但却未能广泛地为建筑设计提供良好的服务,促进建筑设计与幕墙技术的共同进步。
    因此,面对当前国内建筑市场高速发展的机遇,我们要以更高的责任感和紧迫感来重新认识幕墙设计。以求建立健全幕墙设计的完善体系,从建筑师幕墙设计师的培养、建筑设计的管理入手,让幕墙设计发挥出其应有的价值,来创造建筑设计的真正完美。

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[置顶]高层建筑钢结构的施工
Posted by pire 2006-5-30 12:44:12

高层钢结构建筑在国外已有110多年的历史,1883年最早一幢钢结构高层建筑在美国芝加哥拔地而起,到了二次世界大战后由于地价的上涨和人口的迅速增长,以及对高层及超高层建筑的结构体系的研究日趋完善、计算技术的发展和施工技术水平的不断提高,使高层和超高层建筑迅猛发展。钢筋混凝土结构在超高层建筑中由于自重大,柱子所占的建筑面积比率越来越大,在超高层建筑中采用钢筋混凝土结构受到质疑;同时高强度钢材应运而生,在超高层建筑中采用部分钢结构或全钢结构的理论研究与设计建造可说是同步前进。 
    
超高层建筑的发展体现了发达国家的建筑科技水平、材料工业水平和综合技术水平,也是建设部门财力雄厚的象征。 
    
我国的高层与超高层钢结构建筑自改革开放以来已有20年的历史,并在设计和施工中积累了不少经验,已有我国自行编制的《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99-98 
    
东南网架集团的“东南科技研发中心”的初步设计已于2003920日在萧山宾馆通过专家的论证和区政府领导的审查。这是一幢地下二层,地上二十六层,层高3.6m,集研发、设计、培训、检测为一体的多功能智能大楼。建筑物为总高度100m、建筑总面积4.0万平方米的全钢结构超高层建筑,建筑造型新颖、美观、大方,充分展示了钢结构的特性和现代建筑风格。 
    
全钢结构超高层建筑,国内为数不多,在杭州市乃至浙江省属于首创,这体现了东南网架集团对建设部授予“钢结构产业化基地”的荣誉和责任。 
    
东南网架集团已设计、制作、安装了4000多项难度大、造型复杂钢结构工程,如广州新体育馆主场馆、广州新白云国际机场、广州国际会展中心、黄龙体育中心、河南省体育场、杭州大剧院、宁波新桥化工办公楼、厦门气象局综合楼等工程,在钢结构方面已经积累了丰富的设计、制作、安装经验。为了进一步提高广大员工在超高层钢结构上的技术水平,从结构体系、材料选用、制作与安装等方面加以阐述。 
二、高层及超高层结构体系 
    
对于高层及超高层建筑的划分,建筑设计规范、建筑抗震设计规范、建筑防火设计规范没有一个统一规定,一般认为建筑总高度超过24m为高层建筑,建筑总高度超过60m为超高层建筑。 
    
对于结构设计来讲,按照建筑使用功能的要求、建筑高度的不同以及拟建场地的抗震设防烈度以经济、合理、安全、可靠的设计原则,选择相应的结构体系,一般分为六大类:框架结构体系、剪力墙结构体系、框架—剪力墙结构体系、框—筒结构体系、筒中筒结构体系、束筒结构体系。 
    
高层和超高层建筑在结构设计中除采用钢筋混凝土结构(代号RC)外,还采用型钢混凝土结构(代号SRC),钢管混凝土结构(代号CFS)和全钢结构(代号SSS)。 
东南科技研发中心,建筑高度100m,柱网为8.4m,抗震设防烈度为6度,采用框架—剪力墙或框—筒结构体系较为经济合理,这种结构体系的剪力墙或筒体是很好的抗侧力构件,常常承担了大部分的风载和地震荷载产生的水平侧力,总体刚度大,侧移小,且满足玻璃幕墙的外装饰要求。 
三、材料的选用 
    
钢结构有很多优点,但其缺点是导热系数大,耐火性差。随着冶金技术的提高,耐火钢的研究成功并投入生产,为钢结构的进一步发展创造了条件。 
    
目前宝钢投入生产的有B400RNQB490RNQ两种型号的耐火钢,其物理力学指标、化学性能及抗冲击韧性和可焊性,都能达到结构钢的要求。普通钢材当达到600℃的高温时已完全丧失承载能力,宝钢生产的这两个品种钢材当达到600℃时其屈服强度还有150220Mpa 
    
一般高层和超高层建筑当采用框—剪、框—筒结构体系时的经济性统计为:钢结构造价=钢材费用(约占40%+制作安装费用(约占30%+防火涂料费用(约占30%),防火涂料所占总造价的比重较大。如果使用高强度耐火钢虽价格略有上升,但防火涂料价格有较大幅度下降,可望部分抵消由此带来的成本上升,而且可靠度及安全性有了一定的保障。 
    
高强度耐火钢的应用在高层及超高层建筑中,也展示了东南集团在采用新材料、新技术上的重大创举。 
四、制作与安装 
    (
)统一测量仪器和钢尺量具 
    
建造一幢超高层大楼,涉及到土建、钢结构、玻璃幕墙和各类设备的安装,使用的测量仪器和使用的钢尺必须由国家法定的同一计量部门由同一标准鉴定。 
    
高层、超高层建筑施工周期较长,尚需定期对测量仪器和钢尺量具进行定期校验以保证建筑物各项指标符合规定的指标。 
    
一般以土建部门的测量仪器和钢尺量具为准。 
    (
)定位轴线、标高和地脚螺栓 
    
钢柱的定位轴线可根据场地的宽窄,在建筑物外部或内部设置控制轴线。本工程高度在100m,设置二个控制桩,以供架设经纬仪或激光仪控制桩的位置,要求以能满足通视、可视为原则。 
    
钢柱的长度以满足起重量的大小和运输的可能性,一般为23层为一节,对每一节柱子安装不得使用下一节柱子的定位轴线,应从地面控制轴线引到高空,以保证每节柱子安装正确无误,避免产生累积误差。 
    
柱脚与钢筋混凝土基础的连接,一般采用埋入式刚性柱脚,地脚螺栓是在安装就位第一节钢柱时,控制平面尺寸和标高的临时固定措施。 
    (
)钢柱的制作与安装 
    
钢柱是高层、超高层建筑决定层高和建筑总高度的主要竖向构件,在加工制造中必须满足现行规范的验收标准。 
    100m
高的超高层钢柱一般分为812节构件,钢柱在翻样下料制作过程中应考虑焊缝的收缩变形和竖向荷载作用下引起的压缩变形,所以钢柱的翻样下料长度不等于设计长度,即使只有几毫米也不能忽略不计。而且上下两节钢柱截面完全相等时也不允许互换,要求对每节钢柱应编号予以区别,正确安装就位。 
    
矩形或方形钢柱内的加劲板的焊接应按现行规范要求采用熔嘴电渣焊,不允许采用其他如在箱板上开孔、槽塞焊等形式。 
    
钢柱标高的控制一般有二种方式: 
     1. 
按相对标高制作安装。钢柱的长度误差不得超过3mm,不考虑焊缝收缩变形和竖向荷载引起的压缩变形,建筑物的总高度只要达到各节柱子制作允许偏差总和及钢柱压缩变形总和就算合格,这种制作安装一般在12层以下,层高控制不十分严格的建筑物。 
     2. 
按设计标高制作安装。一般在12层以上,精度要求较高的层高,应按土建的标高安装第一节钢柱底面标高,每节钢柱的累加尺寸总和应符合设计要求的总尺寸。每一节柱子的接头产生的收缩变形和竖向荷载作用下引起的压缩变形应加到每节钢柱加工长度中去。 
    
无论采用何种安装方式,都应在翻样下料制作过程中充分表达出来,并应符合设计要求的总高度。 
    (
)框架梁的制作与安装 
    
高层、超高层框架梁一般采用H型钢,框架梁与钢柱宜采用刚性连接,钢柱为贯通型,在框架梁的上下翼缘处在钢柱内设置横向加劲肋。 
    
框架梁应按设计编号正确就位。 
    
为保证框架梁与钢柱连接处的节点域有较好的延性以及连接可靠性和楼层层高的精确性,在工厂制造时,在框架梁所在位置设置悬臂梁(短牛腿),悬臂梁上下翼缘与钢柱的连接采用剖口熔透焊缝,腹板采用贴角焊缝。框架梁与钢柱的悬臂梁(短牛腿)连接,上下翼缘的连接采用衬板(兼引弧板)全熔透焊缝,腹板采用高强螺栓连接。 
    
由于钢筋混凝土施工允许偏差远远大于钢结构的精度要求,当框架梁与钢筋混凝土剪力墙或钢筋混凝土筒壁连接时,腹板的连接板可开椭圆孔,椭圆孔的长向尺寸不得大于2d0d0为螺栓孔径),并应保证孔边距的要求。 
    
框架梁的翻样下料长度同样不等于设计长度,需考虑焊接收缩变形。焊接收缩变形可用经验公式计算再按实际加工之后校核,确定其翻样下料的精确长度。 
    
框架梁上下翼缘的连接可采用高强螺栓连接或焊接连接,目前大部分采用带衬板的全熔透焊接连接。施工时先焊下翼缘再焊上翼缘,先一端点焊定位,再焊另一端。

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[置顶]现代钢结构建筑设计与表现浅析
Posted by pire 2006-5-30 12:43:21

论文作者:符 
建筑自人类产生以来都是人们生活的重要组成部分,但在很长时间里运用的都是石材,木材等。随着科技的发展新型材料的运用越来越广泛,其中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,钢结构建筑与钢筋混凝土,砌体,木结构建筑相比有一定的差别,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(束)组成,其连接方式采用焊缝、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。 

一、钢结构建筑的发展历史 

  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。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,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的发展,德国包豪斯学派就是其理论的发源地。 

  我国自1949年全国解放后,钢结构就在大跨重型工业厂房、大型公共建筑和高耸结构中得到了应用。尤其是近20年来,钢结构更加广泛应用于土木工程的公共建筑中,比如沈阳桃仙国际机场屋盖,北京天文馆新馆工程等,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。 

二、现代钢结构的建筑特点 

  (一)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。 

  (二)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,形象完美纯净,功能与结构达到了完美的统一;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,确保全年比赛的及活动不受天气影响。 

  (三)钢结构建筑能够满足超高度和超跨度的要求 

  钢材组织均匀,接近于各向同性匀质体,强度高,弹性模量亦高。其密度与强度的比值远小于砖石,混凝土,木材,在同样受力情况下钢结构自重小,从而可以做成跨度较大和高度较高的结构以及灵活的结构形体。现在人类已具有建造跨度超过1000米的超大穹顶与高度超过1000米最高至4000米的超高层建筑的能力。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

  (四)原材料可以循环使用,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,因为中国是世界上最大的砖砌体建筑与混凝土建筑大国。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: 

  (1)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。 

  (2)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。 

三、钢结构建筑设计与技术表现 

  钢结构建筑设计的构思成功关键所在是技术构思与表现,在方案设计的深化中,需要同结构工程师,设备工程师,甚至包括机械工程师密切配合。此时技术表现是自然而然的事情,无论是空间形式,形式体量还是构造节点对其建筑设计与表现影响都是很重要的,下面就分别从几个方面来阐述这一点。 

  (1)钢结构建筑设计的技术表现 

  建筑形象的构思是一个概念形象的创作过程,是建筑创作的难点之一,也是建筑设计中备受关注的核心问题之一。回顾工业革命以来建筑与科学技术关系的发展,可以明显地发现建筑对技术变革反应的迟滞性,这从一个侧面反映了建筑学在社会文化当中的深层地位,以及建筑学与人的生活方式的密切联系。另外现代方兴未艾的信息革命正在广泛地渗透并涉及社会活动的每个领域,使现代科学思维被融入到建筑设计中,新项目的规划、建筑和景观设计方法发生了巨大的变化。建筑设计的宗旨也从单纯的追求美发展到追求问题的合理解决,从根本上改变了人们以往对建筑的认识和设计方式,并最
1)钢结构建筑设计的技术表现 

  建筑形象的构思是一个概念形象的创作过程,是建筑创作的难点之一,也是建筑设计中备受关注的核心问题之一。回顾工业革命以来建筑与科学技术关系的发展,可以明显地发现建筑对技术变革反应的迟滞性,这从一个侧面反映了建筑学在社会文化当中的深层地位,以及建筑学与人的生活方式的密切联系。另外现代方兴未艾的信息革命正在广泛地渗透并涉及社会活动的每个领域,使现代科学思维被融入到建筑设计中,新项目的规划、建筑和景观设计方法发生了巨大的变化。建筑设计的宗旨也从单纯的追求美发展到追求问题的合理解决,从根本上改变了人们以往对建筑的认识和设计方式,并最终影响了人类千百年来形成的传统建筑观,比如高技派建筑就是其主要代表,其以精致的节点和精细的加工来体现高超的技艺,以更高的工艺水平来设计和“制造”建筑。 

  (2)钢结构建筑细部设计有较高要求 

  钢结构建筑设计的复杂化与精致度要求越高,对细部设计的要求也越高。因为细部设计决定一个地方最终是否得到确认及其质量。在现代钢结构建筑中,各种金属结构杆件,连接金属杆件的节点细部,常常暴露在外,使建筑带有强烈的科技感,比如建于1977年法国的巴黎蓬皮杜艺术与文化中心,它的钢柱、钢梁、桁架等结构构件都裸露在外,从中不仅体现出技术美,而且体现出人的智慧和能力。因而,对钢结构建筑来说细部质量保持较高的设计要求是非常重要的,在钢结构建筑中应受到特别重视。 

  (3)建筑策划也是钢结构建筑设计与表现的影响因素 

  因为钢结构建筑设计具有建筑设计的一般属性,建筑师不是随心所欲在作设计,业主设计任务书对建筑师的平面和设计构思等发生的作用是重大的。客户希望设计师有更好的业绩,而且希望在其最终产品的确定过程中,设计师和市场专家都能更高效的参与决策。在这个阶段,建设项目更强调整体设计、更强调 

  专业设计师、市场专家及开发商之间的协调,设计过程包括了持续的信息和知识的交流与整合。另外,钢结构建筑的专业化不但能提供丰富的设计知识而且能有效的整合设计资源和市场专家共同对建筑负责,使设计和业主的经营意图有效的结合起来,使项目获利和减少风险。

四、现代钢结构中建筑设计所面临的问题 

  (一)钢结构中建筑设计的防火问题 

  火灾是对钢结构建筑的最大危害,钢材虽为非燃烧材料,但钢不耐火,温度为400度时,钢材的屈服强度将降至室温下强度的一半,温度达到600度时,钢材基本损失全部强度和刚度,因此当建筑采用无防火保护措施的钢结构时,一旦发生火灾,很容易使建筑损坏,比如美国世贸中心大楼外墙是排列很密的钢柱,外面包以银色铝板,在美国911事件中两个塔楼分别受飞机撞击后所产生的大火使钢材软化,最终导致大楼倒塌。从发生的钢结构建筑火灾案例可以发现两类现象,一类为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,另一类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。建筑的构造防火问题一般在钢筋混凝土结构上较易解决,而在钢结构建筑上则需考虑更多的因素,以下为两种常用防火措施:.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)钢结构中建筑设计的防腐问题 

  钢材如果长时间暴露在室外受到风雨等自然力的侵蚀,必然会生锈老化,其自身承载力会下降,建筑的美观也会受影响。因此防腐问题也是钢结构建筑设计需要解决常见问题,目前的做法主要是采用新型防腐和构造材料。在实际建筑设计中设计人员在遇到钢结构建筑中对所设计的建筑都做出特别的要求,比如涂刷防锈涂料,防火涂料属于油漆类。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。然而现在虽然有各种不同类型的防腐涂料但较为有效的防腐涂料还需外国进口,我想随着中国综合国力的增强,中国将会生产出更优秀的新型防腐涂料。 

  (三)钢结构中建筑物理问题 

  (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:一是透过窗户进入室内,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。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外围护结构上,而目前对此解决办法有两种较为有效: 

  1)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。 

  2)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。在这类建筑的设计中,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是吸声材料和吸声结构。 

  1)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。 

  2)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。 

 结论 

  由本文以上讨论可以得出下面三点看法和结论: 

  (1)钢结构建筑设计应根据不同具体条件的不同而有所侧重,一个好的建筑设计,必须做到形象构思与结构构思的一体化。 

  (2)钢结构建筑的科技含量很高,结构本身往往就是建筑表现,钢结构的表现与工艺不仅是实现形象构思的必要手段,而且对建筑形象的影响极为显著,这就决定了结构构思是形象构思成功与否的关键所在。 

  (3)科学技术的进步,审美观的改变必然使得钢结构建筑不断地去扩展自身的表达语汇而寻求发展。我们所提倡的是:抛开风格要素,从结构理性主义出发,从现代的和传统的众多风格流派中吸取精华,创造出技术和艺术有机融合的钢结构精品建筑。 

 

[置顶]钢结构在住宅中应用的优势
Posted by pire 2006-5-30 12:42:01

 钢结构体系建筑的空白,标志着我国住宅的开发和建设已步人了住宅钢结构体系时代。钢结构住宅代表了未来的住宅发展新模式,它与传统的砖混结构和钢筋混凝土框架结构相比,在使用功能、设计、施工、综合经济效益等方面具有明显的优势。
一、钢结构重量轻、抗震性能好
    
钢结构住宅是以工厂化生产的钢梁、钢柱为骨架,同时配以轻质墙板等新型材料作为围护结构和内隔墙建造而成。它与同面积的建筑楼层相比,钢结构住宅楼的重量可减轻近30%。同时,由于钢材具有较强的延展性,能较好地消除地震波力,防震性能好,尤其适用于高层建筑。
二、钢结构建筑占地面积小,具有良好的空间感
    
越来越多的投资者开始意识到开放的空间比有承重墙占据的空间更有价值,没有人可以预测未来10年里住户的需要。但是投资者为了确保投资住宅楼的100%人住率,就必须考虑到住宅楼空间利用的灵活性,因此,除尽最大可能减少占地面积以外,楼内空间的灵活性以及自由发挥度也是今天和未来理性投资者必须考虑的问题。
三、钢结构住宅的综合效益高于传统的住宅体系
    
无论是混凝土还是钢材,结构材料成本在总成本中所占的比例还不到10%,也就是说,用钢材还是用混凝土对整个建筑造价的影响并不大。然而从投资回报以及节约空间、增加空间利用灵活性的角度来看,可以大大地降低其综合造价。首先,投资者都希望尽可能长久地产生利润,尽可能快地收回投资成本,尤其在一些大城市的中心地带,单位面积的租金持续不断地上升,每平方厘米的空地都是黄金,可以说是寸土寸金!尽可能增加可利用面积,甚至不惜掏取被结构柱子所占据的空间,这是设计师们必须考虑的问题。其次,钢结构住宅工期短,可以加快资金周转;自重轻,可以减少基础部分的投资;建筑地基费用少,施工机械化程度高等因素,都使钢结构住宅的发展具有极强的竞争力和良好的市场前景。
四、钢结构建筑以其特有的环保优势而备受青睐
    
钢结构建筑现场作业量小、无噪声、不污染周围环境。传统建筑用的实心粘土砖,因大量浪费土地资源、污染环境已被限时禁止使用。相反,由于钢结构住宅易于实现工业化生产、标准化制作,可以采用节能、环保的新型墙体材料与之配套,因而健康、环保、抗震的钢结构住宅,符合我国住宅产业化和可持续发展的要求,是我国现代化住宅建筑发展的必然趋势。
    
钢结构建筑在世界上已得到普遍应用,全世界的超高层建筑中,纯钢结构的约占50%,而且国外60%以上的高档住宅都采用了钢结构。由于我国钢结构住宅目前处于发展的启动阶段,还没有完全成熟的成套技术及产品,从钢结构住宅所走过的路和经历的事来说,应注意以下问题。
    
第一,我国目前还没有钢结构体系住宅专门的技术规范,使用时仅能参考已有的钢结构设计规程、高层民用建筑钢结构设计规程、建筑防火设计规程、住宅建筑设计规范等。技术水平及标准参差不齐,需进一步研究开发并设计出经济合理的具有广泛推广价值的钢结构体系。
    
第二,市场需求没有达到产业化程度,相关产品功能性单一,工业化程度还不够高,产品质量还不能满足住宅产业化的标准要求。
    
第三,建筑用钢的耐腐蚀性和耐火性要求较高,有资料显示,无任何防护的普通钢材一旦遭遇腐蚀和火烧,15~20rain内便会软化。美国的9•11事件,让人们越发关注钢结构建筑的防火性能。
    
住宅产业化是我国住宅业发展的必由之路,也必将成为推动我国经济发展新的增长点。尽管我国年钢产量已高达1.2亿t,但是钢材在建筑钢结构中的使用量所占比例却不到1%。因此,我国政府提出,到2005年建筑钢结构用材要达到全国钢材总产量的3%,到2010年达到5%。国家建设部及有关部门成立了建筑用钢领导小组,其主要任务就是促进在建筑上用钢的比例。同时,国家建设部已经把钢结构住宅列入全国重点推广项目,北京、上海、天津等地,都相继兴建了一批钢结构住宅示范、试点工程。随着生产力的发展,人们对生活质量要求的提高,钢结构住宅建筑将是我国重点发展的对象,在未来的工程建设中担当主角。 
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