王文輝

(濰坊昌大建設(shè)集團(tuán)有限公司 山東 濰坊 261061)

與其他建筑材料和結(jié)構(gòu)相比,鋼材和鋼結(jié)構(gòu)具有材質(zhì)性能穩(wěn)定均勻、硬度高、抗壓強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、防震、可二次回收利用等特點(diǎn),一方面使建筑工程施工周期大大縮短,加快了施工進(jìn)度,同時還能確保建筑物的質(zhì)量,提高了建筑的安全性、牢固性和抗震防災(zāi)的能力;另一方面,由于其價格低、不廢料、質(zhì)量輕、還能二次回收利用的特性,完全可以取代其他材料,節(jié)省建筑材料消耗和損耗,符合綠色環(huán)保建筑設(shè)計(jì)理念,也成為綠色建筑設(shè)計(jì)發(fā)展重要的助力。鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用于綠色建筑設(shè)計(jì)中,有利于我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)現(xiàn),推動我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級,向生態(tài)文明型社會發(fā)展。

1 綠色建筑設(shè)計(jì)和鋼結(jié)構(gòu)建筑簡介

1.1 綠色建筑設(shè)計(jì)理念和特性介紹

將環(huán)保生態(tài)概念引入建筑設(shè)計(jì)和施工過程中,使建筑物與周遭生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)一致,和諧共處,在推動建筑行業(yè)發(fā)展進(jìn)步的同時,保護(hù)生態(tài)環(huán)境,并為人們提供健康舒適的生活環(huán)境,這就是綠色建筑設(shè)計(jì)理念。綠色建筑設(shè)計(jì)理念是順應(yīng)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和低碳環(huán)保生活思想而提出的新型建筑理念,更加符合現(xiàn)代人居住和生活需求。貫徹綠色建筑設(shè)計(jì)理念的建筑物,除了能滿足人們?nèi)諠u提高的物質(zhì)生活需求,還能滿足不斷增長的精神世界需求,使居住者感受到生活的美好,大自然的美麗,實(shí)現(xiàn)人與自然和諧相處。綠色建筑設(shè)計(jì)理念的關(guān)鍵核心是節(jié)能減排,減少資源使用和浪費(fèi),減少建筑物和建筑過程對生態(tài)環(huán)境的傷害,并且在先進(jìn)科技的加持下,對房屋的供暖、通風(fēng)、采光等方面的設(shè)計(jì)都盡可能通過科學(xué)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和自然環(huán)境因素加以實(shí)現(xiàn),例如通過太陽能、自然風(fēng)和地理氣候的利用,減少空調(diào)和電暖的使用,從而節(jié)省電力資源的使用與損耗。

1.2 鋼結(jié)構(gòu)建筑概述

鋼結(jié)構(gòu)建筑,顧名思義就是以鋼材作為主要材料的一種建筑結(jié)構(gòu)類型。因鋼材具有強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、抗壓強(qiáng)度高等特性,以此為主要材料的鋼結(jié)構(gòu)建筑也具備承重能力高、建筑完整性強(qiáng)、安全性高等優(yōu)點(diǎn)。并且相比于其他建筑材料和結(jié)構(gòu),鋼結(jié)構(gòu)建筑由于鋼材質(zhì)量輕、性質(zhì)均勻的特點(diǎn),在建筑施工過程中更加方便快捷,降低了施工工程量,縮減了工程周期,從而大大節(jié)省了資源使用量,也減少了污染物的排放總量。

鋼結(jié)構(gòu)建筑的韌性也極高,對沖擊、震動都有著極強(qiáng)的緩沖作用,因此提高了建筑物的抗震能力,增加了建筑物的可靠性和安全性。鋼結(jié)構(gòu)建筑的連接技術(shù)主要有焊接連接、螺栓連接、鉚釘連接,通過這些連接技術(shù)能夠使鋼結(jié)構(gòu)之間緊密連接,增加整個建筑的完整性。鋼結(jié)構(gòu)主要構(gòu)建組成包括鋼材質(zhì)的框架、排架、屋架、鋼架、網(wǎng)架等,這些構(gòu)建能夠靈活搭配拼接,使施工過程進(jìn)一步簡化,因而成為各行各業(yè)首選的建筑材料和結(jié)構(gòu)。除此之外,鋼結(jié)構(gòu)能夠融合各種新型技術(shù),例如隔熱保溫、防火隔音等技術(shù),大大節(jié)省了在傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)為了達(dá)成保溫隔音等要求而額外消耗的大量材料資源。并且,鋼結(jié)構(gòu)建筑除了拆除階段,其余階段幾乎不會產(chǎn)生建筑垃圾,排放廢水廢氣,真正做到了節(jié)能、減耗、綠色、環(huán)保。

2 鋼結(jié)構(gòu)建筑的優(yōu)點(diǎn)

2.1 鋼制材料的優(yōu)點(diǎn)

鋼結(jié)構(gòu)的主要組成材料是鋼制材料,通過冷熱加工將鋼材壓制成鋼板,再通過裁切、焊接等程序加工成各類建筑構(gòu)建。與傳統(tǒng)的建筑材料相比,鋼材本身的特性更加符合現(xiàn)代社會綠色環(huán)保的發(fā)展要求。首先,鋼材的強(qiáng)度硬度與韌性、可延展性完美相融,這些特性都和諧統(tǒng)一地展現(xiàn)在鋼材上。強(qiáng)度硬度高使鋼結(jié)構(gòu)能夠承受更多建筑構(gòu)建的負(fù)荷,提高了建筑物的安全性能。韌性高、可塑性強(qiáng)使鋼結(jié)構(gòu)能夠消化吸收更多的沖擊力,因此使建筑本身的抗震防災(zāi)能力大幅度提升。其次,鋼制材料內(nèi)部的多種性能和組織成分都處在均衡統(tǒng)一的狀態(tài),呈現(xiàn)出極高的穩(wěn)定性和統(tǒng)一性,這使得外部環(huán)境對鋼結(jié)構(gòu)的影響減弱,鋼結(jié)構(gòu)不會因外部濕度、溫度、日照等自然因素而輕易改變性能或發(fā)生結(jié)構(gòu)變形,這使建筑物本體更加穩(wěn)定。

2.2 建筑造價低、施工周期縮短、提高建筑工程化程度

鋼結(jié)構(gòu)建筑材料的生產(chǎn)制造相較于傳統(tǒng)的建筑材料更加綠色環(huán)保,例如木材結(jié)構(gòu)需要砍伐大量樹木,對自然環(huán)境造成了嚴(yán)重破壞,且生產(chǎn)加工流程復(fù)雜,無法實(shí)現(xiàn)大批量的生產(chǎn),因此造價成本高,并不經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。通過先進(jìn)的科學(xué)技術(shù),鋼結(jié)構(gòu)材料已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了大批量生產(chǎn),提高生產(chǎn)效率的同時也降低了生產(chǎn)成本,并且通過機(jī)械自動加工,能夠保證鋼結(jié)構(gòu)建材的穩(wěn)定,標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范統(tǒng)一,極大地推動了建筑行業(yè)的工程化進(jìn)度。由于鋼結(jié)構(gòu)建筑材料的生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化、統(tǒng)一化,使建筑零部件具備了互通性、可替換性。當(dāng)建筑過程中,某組織結(jié)構(gòu)的零部件丟失時,能夠快速找到替代品,或者立刻生產(chǎn)加工出新的零部件,避免延誤工時。鋼結(jié)構(gòu)還因其能夠縮短施工周期的優(yōu)點(diǎn),獲得了大量建筑企業(yè)的認(rèn)可和青睞,被廣泛應(yīng)用于房屋建造中。

2.3 鋼結(jié)構(gòu)建筑高度、跨度都相對較高

鋼結(jié)構(gòu)因其自重輕、延伸可塑性強(qiáng)等特性,能夠滿足一些更高度、跨度更大的建筑設(shè)計(jì)要求,被廣泛應(yīng)用于超高度和超跨度的建筑結(jié)構(gòu)中。例如,北京奧運(yùn)會的鳥巢建筑,就是利用了鋼結(jié)構(gòu)這一特性的典型例子。鳥巢建筑的鋼結(jié)構(gòu)是由大量的鋼板焊接而成,實(shí)現(xiàn)了這一大跨度的建筑結(jié)構(gòu)造型設(shè)計(jì),這是其他傳統(tǒng)建材無法做到的,如木質(zhì)建材、混凝土建材等就無法實(shí)現(xiàn)如此高跨度的建筑要求。鋼結(jié)構(gòu)憑借著自身重量輕、內(nèi)部材質(zhì)成分均勻穩(wěn)定的特性,能夠做到大部分材料無法做到的彎曲、變形,同時發(fā)生斷裂的可能性極低,從而搭配更加靈活多變,能夠最大程度地實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)師的創(chuàng)意想法。

3 鋼結(jié)構(gòu)符合綠色建筑設(shè)計(jì)理念的體現(xiàn)

3.1 鋼結(jié)構(gòu)建筑強(qiáng)調(diào)“概念設(shè)計(jì)”

概念設(shè)計(jì)是建筑設(shè)計(jì)師必須具備的設(shè)計(jì)理念和方式,若在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中不足夠重視概念設(shè)計(jì)思想,將影響到后期的施工過程和建筑質(zhì)量。但現(xiàn)在大部分的建筑設(shè)計(jì)師都在這一方面上有所欠缺,過分依賴設(shè)計(jì)程序、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范守則,缺乏自己的設(shè)計(jì)思路和創(chuàng)意想法,對建筑設(shè)計(jì)也缺乏整體全面的獨(dú)立思考。而且過分信賴計(jì)算機(jī)計(jì)算的結(jié)果,就很難察覺到其中的不合理之處。鋼結(jié)構(gòu)建筑對于“概念設(shè)計(jì)”要求相對較高,推動著建筑設(shè)計(jì)師不得不重視結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì),提高自身的概念設(shè)計(jì)能力。首先鋼結(jié)構(gòu)對結(jié)構(gòu)選擇和布置要求極高,必須從全局的角度來思考結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì),要求設(shè)計(jì)符合各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,充分考慮到工程具體特點(diǎn)。其次,要加強(qiáng)對材料數(shù)額的管控,提高鋼材的使用率,減少材料損失,清楚了解每件材料的性能特點(diǎn),做到物盡其用,避免因不合理的使用而導(dǎo)致材料報廢。

3.2 實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、自動化工廠生產(chǎn)

鋼結(jié)構(gòu)的材質(zhì)生產(chǎn)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、自動化生產(chǎn),這大大減少了鋼材的生產(chǎn)成本,使得鋼結(jié)構(gòu)建筑的性價比提升。并且引進(jìn)自動化生產(chǎn)線,用全自動機(jī)器代替人工操作,能夠加快生產(chǎn)速度,確保生產(chǎn)質(zhì)量,使產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一規(guī)范。除此之外,隨著互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的不斷進(jìn)步,鋼結(jié)構(gòu)建筑信息化程度也不斷提高,憑借信息化系統(tǒng),鋼結(jié)構(gòu)建筑能夠從數(shù)據(jù)庫中調(diào)取以往各建筑設(shè)計(jì)方案、結(jié)構(gòu)信息、部件生產(chǎn)數(shù)據(jù),便于與現(xiàn)在的建筑工程進(jìn)行比對,以此獲得最標(biāo)準(zhǔn)的鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)。

4 綠色建筑設(shè)計(jì)中鋼結(jié)構(gòu)的技術(shù)應(yīng)用

4.1 防火技術(shù)的應(yīng)用

盡管鋼結(jié)構(gòu)材料具有較高的耐熱性,能夠在150攝氏度以下的環(huán)境中,保持自身結(jié)構(gòu)性能的穩(wěn)定。但一旦超過這個溫度,鋼結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)性能就會發(fā)生改變,例如強(qiáng)度、硬度會下降。溫度高達(dá)四百攝氏度時,鋼結(jié)構(gòu)的抗壓能力和承受能力就會顯著下降,只有正常環(huán)境下的一半。當(dāng)溫度高達(dá)六百攝氏度以上時,鋼結(jié)構(gòu)的性能幾乎消失殆盡,自身結(jié)構(gòu)也會被完全破壞。因此,必須要提升鋼結(jié)構(gòu)的耐高溫和防火技術(shù),在鋼材料中加入防火材料和隔熱板加以保護(hù)[1]。

4.2 防腐技術(shù)的應(yīng)用

鋼結(jié)構(gòu)的耐腐蝕性差一直是建筑行業(yè)科研人員極為頭疼苦惱的問題,也是急需解決的問題。鋼結(jié)構(gòu)建筑長期暴露在外部環(huán)境中,遭受風(fēng)吹雨打,極易被腐蝕生銹,這對鋼結(jié)構(gòu)建筑的強(qiáng)度,硬度,穩(wěn)固程度都有著極大的破壞,甚至可能出現(xiàn)鋼梁等結(jié)構(gòu)斷裂的問題,嚴(yán)重威脅著居民的生命安全。因此鋼材料防腐技術(shù)逐漸發(fā)展起來,致力于提高鋼材的防銹防腐性能。目前鋼材建筑主要的防腐技術(shù)是在鋼材表面鍍鋅或涂抹防水材料,同時,還要注重建筑后期的除銹維護(hù)工作[2]。

4.3 防污染技術(shù)的應(yīng)用

在建筑行業(yè)中主要需要防范的噪音污染和光污染這兩類污染問題。前者主要是由于建筑材料選擇不合適,或建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)不合理,從而造成隔音減噪效果差,建筑外環(huán)境的噪音嚴(yán)重干擾居住者的日常生活起居,如交通噪音。室內(nèi)光污染問題主要表現(xiàn)有兩方面。一是建筑材料和建筑內(nèi)部涂料選擇不恰當(dāng),燈光設(shè)計(jì)不合理,導(dǎo)致光線過分刺眼,嚴(yán)重影響人們睡眠質(zhì)量,甚至傷害到居住者的視力。二是房屋朝向設(shè)置不對,采光效果差,導(dǎo)致室內(nèi)光線昏暗。嚴(yán)重的光污染可能會影響居住者的身心健康,影響正常生活質(zhì)量。因此鋼結(jié)構(gòu)建筑要加強(qiáng)噪音污染和光污染的防范措施設(shè)計(jì),在鋼結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上加入隔音材料,科學(xué)規(guī)劃建設(shè)選址、室內(nèi)結(jié)構(gòu)和房屋朝向,確保鋼結(jié)構(gòu)建筑符合綠色建筑設(shè)計(jì)的要求,為人們提供舒適的居住環(huán)境。

4.4 鋼結(jié)構(gòu)綠色建筑設(shè)計(jì)流程

首先要判斷該建筑是否適用鋼結(jié)構(gòu),鋼結(jié)構(gòu)是否滿足建筑用途、場地選址等各方面的要求。

(1)其次貫徹“概念設(shè)計(jì)”這一原則,從全局的角度來思考結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì),要求設(shè)計(jì)符合各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,并且充分考慮建筑本身的用途和特點(diǎn),合理規(guī)劃布局結(jié)構(gòu),盡可能地規(guī)避掉可能存在的隱患和不確定因素。

(2)針對不同的結(jié)構(gòu)應(yīng)采用不同的鋼結(jié)構(gòu)材料,因此建筑設(shè)計(jì)師要對建筑整體結(jié)構(gòu)和細(xì)節(jié)之處進(jìn)行認(rèn)真仔細(xì)地調(diào)查測量。

(3)設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)各組件的尺寸、形狀和材料選擇。例如需要強(qiáng)度稍高、韌性強(qiáng)、延展性好的建筑構(gòu)件,在材料方面就可以優(yōu)先考慮Q235B.Q235B 是一種低碳鋼,具有一定的延展性和強(qiáng)度,并且可塑性高,能夠根據(jù)實(shí)際需求通過沖壓加工調(diào)整形態(tài)。還比如Q345這類低合金鋼,綜合性能好,適用范圍更廣。總而言之,鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)必須充分考慮各類鋼材的特性,根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇,充分發(fā)揮每種鋼材的作用[3]。

5 結(jié)語

鋼結(jié)構(gòu)無論是生產(chǎn)過程還是在建筑過程中的實(shí)際使用,所表現(xiàn)出來的性能和特點(diǎn)都符合綠色建筑設(shè)計(jì)的理念和要求。我國建筑行業(yè)對“保護(hù)生態(tài)環(huán)境、推動行業(yè)可持續(xù)發(fā)展”的重視不能只停留在語言宣傳層面,要做出實(shí)際行動,大力推進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型升級。通過推廣鋼結(jié)構(gòu)建筑,減少過度使用資源,杜絕浪費(fèi)問題,降低建筑物和建筑過程對生態(tài)環(huán)境的傷害,為保護(hù)生態(tài)環(huán)境,構(gòu)建綠色環(huán)保家園作出真正努力。