为什么钢结构在建筑结构中的应用如此广泛?它的设计最好的方法是什么？

【图片拍摄于新天地钢构工厂】

首先，钢结构的力学性能出类拔萃。钢材具备极高的强度，相较于传统的混凝土结构，在承受相同荷载时，其构件截面尺寸更小。以迪拜的（Burj Khalifa Tower）哈利法塔为例，这座高约828米楼层总数162层的世界奇迹建筑，所采用钢结构来支撑这自身庞大的重量，抵御高空中的强风与地震作用。较小的构件不仅能够节省宝贵的建筑空间设计，使内部的布局更为灵活，同时还彰显着现代建筑对空间形式的美感。而且钢材韧性十足，延展性优良，当地震、强风等动力荷载发生时，它能够通过自身变形吸收大量动能量，如同给建筑安装了 "减震缓冲器”。多次地震后的实地调研表明，钢结构建筑往往能在灾害中维持较好的主体结构稳定性，为逃生时争取关键生命线。

【9栋世界最高已建塔楼-图片来源于网络】

从施工角度来看，钢结构优势显著。其构件大多都是在工厂预制完成，借助先进数控设备与自动化的生产线，精准的去高质量制造出钢梁、钢柱等结构部件。工厂化生产能够保障构件的高精度与一致性，对现场的施工减去了极大的误差。预制构件运输抵达现场后，先需将启用大型起重机辅助，按流程拼接组装即可。相较于传统的混凝土漫长浇筑、养护周期，钢结构施工现场的速度更为快速。面对一些紧急的灾后重建项目，或是大型赛事前夕临时所需搭建的场馆，钢结构能迅速完成主体架构并快速投入使用。
材料本身特性也是钢结构受重用的关键。钢材内部材质均匀，各方向力学性能稳定，方便工程师精确计算出内力分布与变形情况，有效降低设计时所带来的风险。 同时，在如今的环保备受关注的情况下，钢结构的优势愈发凸显，具有很强的回收性在拆除后，90% 的钢材都具有回收加工利用性，制造成新建筑构件或工业产品，有效减少建筑垃圾与可持续发展理念不谋而合。

在实现建筑功能的强大可靠上，钢结构更是表现卓越。商业建筑业态多变，客户对空间需求各异，钢结构凭借灵活的连接方式，可轻松挪移、拆除隔断，随时重塑空间。对于展览馆、体育馆这类对空间要求苛刻的公共建筑，大跨度网架、悬索等钢结构形式能够打造出宽敞无柱的空间，满足大型展览、赛事等需求。而且钢材的可塑性强，在复杂曲线、异面造型皆能驾驭，如（Oslo Opera House）奥斯陆歌剧院独特的不规则外形，靠钢结构得以完美呈现，彰显建筑的整体艺术魅力。

【图源来自网络】

谈到钢结构设计，在最初的概念设计阶段，要依据建筑功能、规模、场地条件合理选型布局。如办公楼选用钢结构混凝土高层，大跨度厂房用标准化门式刚架；布局注重对称均匀，减少地震扭转效应。

钢结构的设计流程：

1. 初步估算自振周期，侧向位移等性能指标，其次是在力学计算时需严谨对待荷载取值；
2. 依据钢材和构件截面特性，仔细验算强度、稳定性与刚度；
3. 选定焊接、螺栓连接或者混合连接方式，依据受力情况和施工的需求，精细设计焊接焊缝、螺栓间距与边距等构造细节，保证节点的可靠性；
4. 根据耐火等级挑选合适的防火涂料、防火板、制定涂漆，确保钢结构能够经久耐用。

流程服务：https://www.xtdsteel.com/engineering/

往期博客：钢结构报价构成全解析：报价构成及规划指南

 

总结，钢结构凭借自身多重优势在建筑界领域内站稳脚跟，力学性能上，强度与韧性上表现出色，施工时预制与现场组装的结合能够减少工期时间并且更为安全，同时材料特性优良易于回收利用。在设计时，合理选择连接方式并对节点的细节科学规划，妥善挑选防火、腐材料措施，保障钢结构质量耐用性，为钢结构建筑行业助推持续发展。