建筑结构形式的发展.docx

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建筑结构形式的发展

摘要I

第1章绪论1

1.1课题背景1

第2章分析建筑结构形式的发展趋势2

2.1木结构2

2.2砌体结构2

2.3混凝土结构2

2.4钢结构3

第3章分析钢结构的发展空间4

3.1钢结构的常识4

3.2钢结构相比传统结构形式的优势4

3.3钢结构发展存在的问题7

3.4针对钢结构存在问题采取的防范措施8

第4章钢结构发展分析8

4.1钢铁行业的大力发展推动了钢结构的发展8

4.2环保建筑的提倡9

4.3钢结构产业化9

结论11

参考文献12

致谢14

第1章绪论

1.1课题背景

绿色建材和节能设施，最大限度利用有效空间且强度高，结构尺寸小，自重轻，抗震性能好及工业化程度高等都是钢结构的应用在我国有悠久的历史。

钢结构建筑发展大体可分为三个阶段：

一是初盛时期（50年代~60年代初期），二是低潮时期（60年代中后期~70年代），三是发展时期（80年代至今）。

50年代以苏联156个援建项目为契机，取得了卓越的建设成就。

60年代国家提出在建筑业节约钢材的政策，执行过程中又出现了一些误区，限制了钢结构建筑的合理使用与发展。

80年代沿海地区引进轻钢建筑，国内各种钢结构的厂房、奥运会等一大批钢结构体育馆的建设以及多栋高层钢结构建筑的建成是中国钢结构发展的第一次高潮。

目前，我国钢结构建筑的发展出现了未曾有过的兴旺现象。

第2章分析建筑结构形式的发展趋势

建筑结构是指在建筑物（包括构筑物）中，由建筑材料做成用来承受各种荷载或者作用，以起骨架作用的空间受力体系。

建筑结构因所用的建筑材料不同，可分为木结构、砌体结构、混凝土结构、钢结构等。

2.1木结构

在中国古代建筑惯用木构架作房屋的承重结构。

木结构是单纯由木材或主要由木材承受荷载的结构，通过各种金属连接件或榫卯手段进行连接和固定。

中国是最早应用木结构的国家之一。

木结构约在西元前的春秋时期已初步完备，在唐朝形成一套严整的制作方法到了汉代发展得更为成熟。

现今社会成片的木结构房屋需要大量的木材，需要砍伐大量的树木，在中国，随着“天保”工程的实施，大部分地区已严禁砍伐树林，针对长期以来我国天然林资源过度消耗而引起的生态环境恶化的现实所以木结构并不适合在我国长期发展。

2.2砌体结构

解放以后砌体结构在我国应用很广泛。

砌体结构是由块材和砂浆砌筑而成的墙,柱作为建筑物主要受力构件的砌体为主制作的结构称为砌体结构，它包括砖结构、石结构和其它材料的砌块结构。

砌体结构是最古老的一种建筑结构，在我国也有着悠久的历史和辉煌的纪录，例如历史上举世闻名的万里长城，它是两千多年前用“秦砖汉瓦”建造的世界上最伟大的砌体工程之一。

在1949年中华人民共和国成立后，砌体结构得到很大的发展和广泛是的应用，住宅建筑、多层民用建筑大量采用砖墙承重。

中小型单层工业建筑和多层轻工业建筑也常采用砖墙承重。

但是与钢和混凝土相比，砌体的强度较低，因而构件的截面尺寸较大，材料用量多，自重大，并且砌体的砌筑基本上是手工方式，需要大量的劳动力而砌体的抗拉、抗剪强度都很低，因而抗震较差，在使用上受到一定限制。

2.3混凝土结构

混凝土结构，以混凝土为主制作的结构。

包括素混凝结构、钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构等。

从现代人类的工程建设史上来看，相对于砌体结构、木结构而言，混凝土结构是一种新兴结构，它的应用也不过一百多年的历史。

在19世纪末20世纪初，我国开始有了钢筋混凝土建筑物，如上海市的外滩、广州市的沙面等，但工程规模很小，建筑数量也很少。

解放以后，我国在落后的国民经济基础上进行了大规模的社会主义建设。

经过近十几年我国工程建设的快速发展及国家进一步的改革开放，混凝土结构在我国各项工程建设中得到迅速的发展和广泛的应用。

但混凝土结构施工工序复杂，周期较长，且受季节和气候的影响较大，如遇损伤，则修复比较困难。

2.4钢结构

钢结构是用钢板和热轧冷弯或焊接型材（工字钢型钢压型钢板等）通过连接件（螺栓高强螺栓等）连接而成的能承受荷载传递荷载的结构形式。

建筑钢结构行业具体又可以细分为空间钢、重钢轻钢等领域主要用于建造大跨度和超高、超重型的建筑物特别适宜。

20世纪90年代后期随着国民经济的发展和钢铁工业跨越式发展，在学习吸收了国外先进的技术和理念后，整体水平已有了很大的提高，国内钢结构产业也呈现了从未有过的兴旺景象。

但是与发达国家钢结构行业发展水平相比，我国的钢结构发展水平仍然较低，仍有较大的发展空间。

第3章分析钢结构的发展空间

3.1钢结构的常识

3.1.1空间钢结构

空间钢结构建筑是指空间跨度较大的钢结构建筑，目前在建筑领域主要的结构形式有网架、网壳、桁架、门式刚架、拉索结构及以上几种结构的组合。

空间钢结构能适应不同跨度、不同支承条件的各种建筑要求，形状上也能适应正方形、矩形、多边形、圆形、扇形、三角形以及由此组合而成的各种形状的建筑平面，同时，又有建筑造型轻巧、美观、便于建筑处理；主要应用于厂房、体育场馆、汽（火）车站、飞机场、大型会议室等需要比较大空间的公共、运动场所。

在国内空间钢结构的主要标志性建筑就是“水立方”和“鸟巢。

在2008年北京奥运会之后出现了钢结构建筑热潮，加之2010年上海世博会多个展馆均高水平地运用了空间钢结构，形成了强劲的市场需求，加大推动钢结构建筑迅猛发展，建成了一大批诸如武汉火车站、北京会议展览中心、首都机场四机位机库等美轮美奂的空间钢结构工程。

3.1.2重钢结构和轻钢结构

判定结构为重钢与轻钢结构确实没有一个统一的标准，实际上国家规范和技术文件都并没有重钢一说，为区别轻型房屋钢结构，也许称一般钢结构为“普钢”更合适。

因为普通钢结构的范围很广，可以包含各种钢结构，不管荷载大小，甚至包括轻型钢结构的许多内容，轻型房屋钢结构技术规程只是针对其“轻”的特点而规定了一些更具体的内容，而且范围只局限在单层门式刚架。

轻钢也是一个比较含糊的名词，一般可以有两种理解。

一种是现行《钢结构设计规范》（GBJ17－88）中第十一章“圆钢、小角钢的轻型钢结构”，是指用圆钢和小于L45*4和L56*36*4的角钢制作的轻型钢结构。

由此可见，轻钢与重钢之分不在结构本身的轻重，而在所承受的围护材料的轻重，而在结构设计概念上还是一致的。

3.2钢结构相比传统结构形式的优势

3.2.1钢结构的自重较轻

钢结构的自重较轻这是由于钢材的重力密度比是混凝土的3倍，强度比是混凝土的14倍以上，墙体一般采用轻质复合墙板，每平方米建筑面积的质量远小于钢筋混凝土结构的自重。

一栋六层轻钢住宅的重量仅相当于一栋四层砖混结构的重量,建筑物自重轻了对地耐力要求就低，适用于软弱地基，因此钢结构住宅降低了基础工程的施工难度。

3.2.2钢材的塑性和韧性好

塑性好，使钢结构一般不会因为偶然超载或局部超载而突然断裂破坏。

韧性好，则使钢结构对动力荷载的适应性较强，且具有优良的抗震抗风性能，尤其在遭遇地震、台风等自然灾害的情况下，能够避免建筑物的倒塌性破坏，地震作用还可降低30%—40%。

，在2008年512汶川大地震中有90%的房屋都倒塌了，原因就是农村民居土木结构的房屋抗震性能特别差，如今我国大部分城市的房屋多为砖混结构，以6到10层楼多见，因为用砖量大，脆性强，抗震性能依旧不强其次是底框架结构，即底层是框架结构，用作临街商业网点，开间大，2层以上是砖混结构，因为两种材质刚性不同，头重脚轻，发生地震后底层容易坍塌。

相对结实抗震的是框架结构，在10层以上楼房多见；好些的是框架剪力墙结构，更好的是纯剪力墙结构。

还有一种最结实的就是钢结构，多用在商场、客运站等建筑，在日本等国家也大量使用，柔性好，能吸附地震力量。

这些性能对钢结构的安全性可靠性提供了充分的保证。

3.2.3钢材的材质均匀，接近各向同性，和力学计算的假定较符合

钢材的内部组织比较均匀，非常接近匀质和各向同性体，在一定的应力幅度内几乎是完全弹性的。

这些性能和力学计算中的假定较符合，所以钢结构的计算结果较符合实际受力情况。

3.2.4钢结构制造简便，施工质量好，施工安装周期短

钢结构由各种型材组成，制作简便。

大量的钢结构都在专业化的金属结构制造厂中制造，精确度高，由于钢结构中构件的工业化、产业化生产，钢结构的施工周期较传统建筑可以缩短50%，此外，构件在工厂制作生产，制成的构件运输到工地现场拼装，通过焊接或螺栓、铆钉进行整体组装，可以准确快速地装配，施工作业受天气及季节影响较少，工厂构件制作与现场构件安装可以平行作业，甚至一些标准化的住宅体系，可以随订货，随建造，大大缩短建筑周期和资金占用时间。

例如一栋1000平米的建筑物五个工人，只需20天方可完工。

3.2.5钢结构的保温性较好

钢结构的气密性和水密性较好，容易做成密封结构。

外墙体一般采用轻质复合墙板，与梁柱的连接方式，主要采用外挂式。

外墙墙体材料的品种主要有：

聚氨酯板（PU板）、聚异氰脲酸酯板（PIR板）等。

内墙材料一般可采用聚氨酯板（PU板）、聚异氰脲酸酯板（PIR板）、聚氨酯水泥夹芯板等。

（1）聚氨酯硬泡具有以下方面的性能：

①、高效节能、环保：

保温隔热性好，导热系数0.017-0.022W/m·k，经过测试，每20mm厚度聚氨酯保温板相当于50mm厚EPS聚苯乙烯保温板、175mm厚的木材、1075厚的砖墙的保温效果。

与其他材料相比，聚氨酯的保温性能最好，所需的板材厚度也最薄从而大大增加建筑实用面积也积极响应了国家建设节能省地型建筑的号召。

②、整体密封、无空腔无缝粘结，适应各种形状基面。

③、密度≥35㎏/m3,抗压强度＞400Kpa,有很强大抗风揭性，可承受外饰面30㎏㎡的重量不会脱落。

④、阻燃性好：

聚氨酯是热固型材料，离火3s自熄碳化，它不熔也不形成燃烧熔融滴落物，避免建筑物应用中，产生连续点燃物体。

（2）以上性能决定喷涂聚氨酯硬泡保温的不可比拟的优势。

此外，聚氨酯硬泡同EPS、XPS保温材料相比，具有一下特点：

①、保温性能：

聚氨酯硬泡导热系数0.022W/m·k,EPS为0.041 k W/m·k，XPS为0.028 W/m·k。

②、密封性：

EPS、XPS为有缝有空腔粘结，外界空气很容易通过缝隙、空腔流通，影响保温性能。

就太原地区而言，24cm轻体砌块墙体体形系数＞0.3，达到节能65%，墙体的传热系数为0.57，若采用PU保温，保温层厚度30毫米，EPS80毫米，XPS60毫米厚（考虑到空腔有缝隙的因素）。

③、环保性能：

PU的发泡剂可用无氟或半氟发泡,而XPS、EPS很难做到大都采用氟利昂发泡气体挥发破坏臭氧层造成污染大气层，而岩棉和玻璃丝棉的粉化尘更是对人体呼吸系统造成严重危害。

采有这种板材，其造型相当美观，可以节省30%～40%的采暖运行费。

3.2.6钢结构有效提高住宅的使用面积，能够合理布置功能区间

钢结构住宅可以利用钢材强度高的特点,采用大开间柱网布置,使建筑平面分隔灵活,既为建筑师提供了设计的回旋余地,又给用户提供了根据不同用途改变结构的可能,可以利用非承重墙体灵活分隔室内空间,形成开放式住宅。

同时,利用钢结构连接简单的特点,在垂直平面内比传统结构能更好地应用错层、跃层结构。

由于钢结构住宅的构件截面尺寸小,户内有效使用面积可提高约6％。

3.2.7建筑结构的综合造价低

钢结构承载力高,可以实现结构的大开间布置,构件截面小,与砼结构和砖混结构相比,自重比较轻,地基的处理比较容易,可以采用天然基础型式。

由于基础在工程造价中占有比重比较大,上部结构重量轻可以降低基础的造价,从而减少整个项目的投资。

钢结构施工机械化高的特点,从另一方面减少了人工费用和模板等其它辅助材料费用。

钢结构住宅的工程造价是个很敏锐的问题，从目前的情况看，钢结构住宅的造价要略高于钢筋砼剪力墙住宅。

有专家测算，小高层住宅钢结构用钢量可控制在每平方米50公斤以下，工程造价增幅即可控制在10％左右，但综合效益十分可观