建筑工程管理畢業(yè)設計-現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑的美學表現(xiàn)研究(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 ，此外不銹鋼也在現(xiàn)代剛結(jié)構(gòu)中廣泛應用。 從結(jié)構(gòu)體系方面講，大跨度空間結(jié)構(gòu)體系是結(jié)構(gòu)方面近 50年來最活躍的研究領域，其結(jié)構(gòu)形式經(jīng)歷了由傳 統(tǒng)的梁肋體系、膜結(jié)構(gòu)體系、析架體系、薄殼空間體系，到現(xiàn)代的網(wǎng)架、霹殼、懸索、懸掛 (斜拉 )、充氣結(jié)構(gòu)、索膜結(jié)構(gòu)、各種雜交結(jié)構(gòu)、可伸展結(jié)構(gòu)、可折疊結(jié)構(gòu)以及張拉集成結(jié)構(gòu)等。 高層及超高層結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展雖不如大跨度空間體系的發(fā)展那么活躍，但也出現(xiàn)不少新的體系，從傳統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)體系、框架支撐體系 (框架一抗剪析架、框架一剪、框架一核心筒等 )到框筒結(jié)構(gòu)體系 (內(nèi)框筒、外框筒、筒中筒、束簡等 )、巨構(gòu)體系 (巨型析架、巨型框架等 )以及蒙皮結(jié)構(gòu)體系等。 此外，由于新的結(jié)構(gòu)體系總是產(chǎn)生新的建筑形式，從西方建筑發(fā)展史可以看 出任何一種結(jié) 構(gòu)體系與基于此結(jié)構(gòu)體系的建筑形式間的關(guān)系都存在一個如下所示的演變過程 :結(jié)構(gòu)作為建筑一結(jié)構(gòu)產(chǎn)生建筑形式一經(jīng)過裝飾的結(jié)構(gòu)一結(jié)構(gòu)被接受 ~結(jié)構(gòu)作為裝飾物一結(jié)構(gòu)被忽視。對于鋼結(jié)構(gòu)的建筑美學表現(xiàn)，亦不出此列。 鋼結(jié)構(gòu)建筑在當代雖然呈現(xiàn)出了異常繁榮的景象，但由于一些特殊的原因，尚存在以下問題 : (1)在材料的美學表現(xiàn)上，過多依賴于玻璃幕墻、石材幕墻等幕墻材料，而忽略了一些特殊用途結(jié)構(gòu)鋼和不銹鋼在現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑中的材料表現(xiàn)所呈現(xiàn)效果 。 (2)在節(jié)點的美學表現(xiàn)上，建筑師對節(jié)點的構(gòu)造關(guān)注較多，對節(jié)點 與構(gòu)件 的尺 對比，以及在弱化節(jié)點體量以與構(gòu)件的尺度相匹配上缺乏嘗試 。此外，從鋼結(jié)構(gòu)的節(jié)點構(gòu)成的“點系”出發(fā)探討鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點所表現(xiàn)出的美學缺乏深入研究 。 (3)在構(gòu)件的美學表現(xiàn)上，建筑師過多地傾向于構(gòu)件形狀所表現(xiàn)出來的美學 特征，有時甚至不惜提高結(jié)構(gòu)造價的代價增大結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺寸，有時則不惜犧牲結(jié)構(gòu)安全性采用較為纖細的構(gòu)件以表現(xiàn)構(gòu)件的力度美 。 (4)在體系的美學表現(xiàn)上，單一的結(jié)構(gòu)體系或組合的結(jié)構(gòu)體系己不能滿足 建族師越來越高的美學表現(xiàn)欲望，如何把各種結(jié)構(gòu)體系雜交或創(chuàng)造出新的結(jié)構(gòu)體系，是擺在當代建筑師面前的一個非常重要的 課題。 就我國而言，盡管改革開放以來，我國鋼結(jié)構(gòu)建筑創(chuàng)作十分繁榮，不少優(yōu)秀 作品相繼問世，但應該看到，我們在材料、工藝、設計手段等方面與世界先進水平相比，還存在著不的差距，特別是在建筑設計技術(shù)表現(xiàn)方面，更是一直處于較為落后的狀態(tài)。這一方面是由于我國建筑創(chuàng)作相對來說受文化思潮的影響較大，體現(xiàn)高科技建筑材料和新施工工藝的應用也較少，許多建筑形象流于表面，缺少時代特性，不免令人為之遺憾 。另一個重要的原因是由于長期以來，建筑設計與結(jié)構(gòu)設計和設備設計相脫節(jié)，使得發(fā)揮材料特性的結(jié)構(gòu)表現(xiàn)變得非常困難。 第三章 現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑的美學表現(xiàn)理論 材料是影響建筑形式與風格變革的第一要素 。 在漫長的建筑發(fā)展歷程中，建筑的形式與風格的每一次大的的變遷，無不伴 隨著相應的材料技術(shù)變革。可見，材料的變革無疑是左右建筑發(fā)展的最根本因素，會給建筑的各個層面帶來革新。建筑師只有掌握材料的相關(guān)技術(shù)、材料的物理、化學特性以及它們的制作工藝，才能隨心所欲的使用它?，F(xiàn)代建筑大師密斯氣凡德羅在談到材料對于建筑的意義時這樣說到，“每一種材料都有著具體的自己特征，如果要使用它，我們就必須去仔細理解它?，這一點對鋼材和混 凝土是千真萬確的 (木材、磚和石頭也不例外 )。我們必須記住的是任何建筑依賴于我們?nèi)绾稳ダ貌牧希皇遣牧纤约簳鯓??。新的材料不一定就優(yōu)越。每一種材料只不過是我們怎樣去生產(chǎn)了它??。我們必須像對建筑的功能了解那樣去熟悉每一種材料”。密斯還說 :“只有通過材料的特性來提取其精華時，他們 (建筑師 )才能使對比、節(jié)奏、平衡、比例、尺度等抽象因素變?yōu)楝F(xiàn)實 。這些因素只有以適當?shù)姆绞皆谀切┎牧现斜憩F(xiàn)出來，并且與作用在它們上面的各種力量取得和諧時，這些因素才能存在”。由此可見，對鋼材特性的準確把握，是建構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)建筑的美學 表現(xiàn)的基石，建筑師只有進一步探索和豐富對鋼材特性的了解程度，才有在鋼結(jié)構(gòu)建筑中實現(xiàn)建筑美的表現(xiàn)的可能性。 結(jié)構(gòu)鋼的種類和牌號 對建筑師而言，為了能完美地表達鋼結(jié)構(gòu)建筑的美，合理選擇實現(xiàn)建筑美的鋼材，其不但要準確把握鋼材的特性，還需要熟悉鋼的種類和牌號。 鋼的種類是指按表 (一般指鋼錠 )進行分類而得的鋼的類別，每一種分類方法都把鋼產(chǎn)品分為若干種類的鋼。 鋼的牌號簡稱鋼號，是對每一種具體鋼產(chǎn)品所取的名稱，是人們了解鋼的一共同語言。我國現(xiàn)行國家標準《鋼鐵產(chǎn)品牌號表示方法》 (GB/T221一 2020)規(guī) :鋼 鐵產(chǎn)品牌號的表示，一般采用漢語拼音字母，化學元素符號和阿拉伯數(shù) 字 相結(jié)合的方法表示，即 : (l)鋼號中化學元素采用國際化學符號表示，例如 Si， Mn， Cr??等?；旌舷⊥猎赜谩?RE” (或“ Xi，’ )表示。 (2)產(chǎn)品名稱、用途、冶煉和澆注方法等，一般采用漢語拼音的縮寫字母表示。 (3)鋼中主要化學元素含量 (%)采用阿拉伯數(shù)字表示。 需要指出的是，對于每一種具體鋼產(chǎn)品，表示其種類的牌號是不同的鋼的分類方法的綜合體現(xiàn)。例如 :Q235AF鋼是碳素鋼、沸騰鋼 、普通鋼、結(jié)構(gòu)鋼。 我國現(xiàn)行結(jié)構(gòu)鋼的國家標準有 :《碳素結(jié)構(gòu)鋼》 (GB汀 700一 2020)和《低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼 ))(GB汀 1591一 2020)。 國家標準《碳素結(jié)構(gòu)鋼》 (GB/T7OO一 2020)包含的結(jié)構(gòu)鋼有 4種，即 Q195鋼、 QZ巧鋼、 Q235鋼和 Q275鋼。碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號由代表屈服強度的字母、屈服強度數(shù)值、質(zhì)量等級符號、脫氧方法符號等 4個部分按順序組成。例如 :Q235AF。碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號中的符號含義為 : Q一鋼的屈服強度“屈”字漢語拼音首位字母 。 A、 B、 C、 D一分別為質(zhì)量等級，由 A到 D表示質(zhì)量由 低到高。 A級鋼只保證抗拉強度、屈服強度、伸長率凡，必要時尚可附加冷彎試驗的要求 。B、 C、 D級鋼均保證抗拉強度、屈服強度、伸長率占 冷彎和沖擊韌性等力學性能 。碳、硫、磷、硅和錳(A級鋼的碳、錳含量可不作為交貨條件 )等化學成分的含量必須符合相關(guān)國家標準的規(guī)定。 F一沸騰鋼“沸”字漢語拼音首位字母 。 Z一鎮(zhèn)靜鋼“鎮(zhèn)”字漢語拼音首位字母 。 TZ‘特殊鎮(zhèn)靜鋼“特鎮(zhèn)”兩字漢語拼音首位字母。 在牌號組成表示方法中，“ Z’，、“ TZ’，符號可以省略 國家標準《低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼》 (GB汀 1591一 2020)包含的結(jié)構(gòu)鋼有 8種， 即 Q345鋼、 Q390鋼、 Q420鋼、 Q460鋼、 Q500鋼、 Q550鋼、 Q620鋼、 Q690 鋼。低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼的牌號由代表屈服強度的字母、屈服強度數(shù)值、質(zhì)量等 級符號三個部分按順序組成。例如 :Q345D。低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼的牌號中的符 號含義為 : Q一鋼的屈服強度“屈”字漢語拼音首位字母 。 345一屈服強度數(shù)值，單位 MPa。 D一質(zhì)量等級為 D級 。 當需方要求鋼板具有厚度方向性能時，則在上述規(guī)定的牌號后加上代表厚度方向 (Z向 )性能級別的符號，例如 :Q345Dzzs。 對于上述 12種結(jié)構(gòu)鋼，我國現(xiàn)行國家標準《鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》 (GB50017一 2020)中僅推薦使用碳素結(jié)構(gòu)鋼 Q235和低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼 Q34 Q390和 Q420。 除了上述的碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼作為建筑材料用在鋼結(jié)構(gòu)建筑中外，還有一些特殊用途結(jié)構(gòu)鋼也可在鋼結(jié)構(gòu)建筑中使用，如我國現(xiàn)行國家標準《焊接結(jié)構(gòu)用耐候鋼 })(GB/T4172一 2020)中的 Q235NH鋼、 Q295NH鋼、 Q355NH鋼和 Q460NH鋼， ((高耐候結(jié)構(gòu)鋼 ))(GB/T4171 2020)中的 Q295GNH鋼、 Q295GNHL鋼、 Q345GNH鋼、Q345GNHL鋼和 Q39OGNH鋼以及 ((船體用結(jié)構(gòu)鋼》 (GB712一 2020)中的一般強度鋼和高強度鋼。 此外，不銹鋼作為建筑材料正日益廣泛。使用越來越廣泛有著多方面的原因， 其中包括對材料更好的了解、企圖更新某些設計，設想生產(chǎn)出一種既耐久又無需 維護的結(jié)構(gòu)材料等。 結(jié)構(gòu)鋼 的物理性質(zhì) 結(jié)構(gòu)鋼作為建筑材料，首先是其具有優(yōu)良的力學性能。鋼的力學性能主要由 下列指標衡量 : (l)抗拉強度認 ):表示鋼材斷裂前所能承受的最大應力，是鋼材抵抗脆性斷裂和大量變形后抗拉能力的最大指標 。 (2)屈服點鑄 ):是衡量鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力和確定其強度設計值的重要指標，設計中常以其作為鋼材強度的設計值 。 (3)屈強比吠 /壽 ):是衡量鋼材延性的標志，通常認為當其值大于 ，鋼材具有足夠的延性 。 (4)伸長率 (6):是衡量鋼材塑性性能和鋼材承受巨大變形時抵抗斷裂能力的一個指標，通常規(guī)定 65不得小于 10%，此時認為鋼材具有足夠的延性，其中伸長率和試件標距的長短有關(guān)，當試件長度與試件直徑之比為 5時，以占 5表示伸長率 。 (5)冷彎性能 :是衡量鋼材的塑性、焊接性能和冷加工性能的一個綜合性 指標，對冷彎型鋼而言，影響更為直接。 (6)沖擊韌性 :是衡量鋼材抵抗脆性破壞的一個指標。 除以上關(guān)于結(jié)構(gòu)鋼的力學性能外，結(jié)構(gòu)鋼還有可焊性的要求。鋼的可焊性是 指 焊接鋼材在采用一定的焊接工藝方法、工藝參數(shù)、焊接材料以及結(jié)構(gòu)型式等 條件下 獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度。用同一種鋼材，采用不同的焊接方法或 焊接材料， 者在不同的結(jié)構(gòu)型式下，其可焊性往往差別很大。 結(jié)構(gòu)鋼的物理性能還表現(xiàn)在其質(zhì)地和色澤上。結(jié)構(gòu)鋼質(zhì)硬而帶有銀白色的金 屬光澤 而過了不久以后，鐵和水中的氧開始化合，形成氧化鐵，即鐵銹。水滴將變成微紅色， 鐵銹則懸浮在水中。當水滴蒸發(fā)的時候，鐵銹留在表面上，形成了微紅色的銹層。這種結(jié)構(gòu)鋼的表面與大氣中的氧、水分及其酸、堿、鹽等物質(zhì)發(fā)生化學作用或電化學作用后的變色或腐蝕稱為銹蝕。鐵銹是一種松脆多孔的物質(zhì) (圖 )，它不能保護里層的鐵不被銹蝕，因此時間久了，鋼鐵制品就可能銹蝕成一堆無用的廢品。尤其嚴重的是，鋼鐵在含有酸氣、氯氣的水蒸氣中，或接觸電解質(zhì)溶液時，銹蝕得特別快。據(jù)統(tǒng)計，每年世界上都有幾千萬噸鋼鐵變成了鐵銹，而鋼鐵制品遭破壞而引起的停工減產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量下降、環(huán)境污染、危害人體健康，甚至造成嚴重事故的損失是 無法估量的。所以鋼結(jié)構(gòu)建筑的防腐問題一直以來被鋼結(jié)構(gòu)從業(yè)人員倍加關(guān)注。 圖 當溫度升高時，結(jié)構(gòu)鋼的屈服強度、抗拉強度和剛度 (彈性模量 )等均趨于 降低當溫度在 150℃以下時，結(jié)構(gòu)鋼的這些力學性能的變化不大 。當溫度在 250℃左右時，鋼材的抗拉強度反而有較大的提高，但伸長率和沖擊韌性變差，鋼材在此溫度范圍內(nèi)呈脆性破壞特征，這種現(xiàn)象稱為“藍脆” (表面氧化膜呈現(xiàn)藍色 )當溫度超過 300℃ 、時，鋼材的屈服強度、抗拉強度和彈性模量開始顯著下降，而伸長率明顯增大，鋼材產(chǎn)生徐變 。當溫度超過 400℃時，鋼 材的強度和彈性模量都開始急劇降低 。當溫度達到 600℃時其強度幾乎完全喪失。 正是由于結(jié)構(gòu)鋼較容易發(fā)生銹蝕以及高溫對結(jié)構(gòu)鋼力學性能的影響較大，鋼結(jié)構(gòu)建筑中通常要在構(gòu)件和部件表面涂刷防腐涂料和防火涂料，圖 鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件為涂刷了鋼結(jié)構(gòu)防腐漆后的構(gòu)件，淺色的鋼