La construcción ha sido una parte importante en la vida de las personas desde la aparición de la humanidad, pero desde hace mucho tiempo se utiliza la piedra, la madera, etc. Con el desarrollo de la ciencia y la tecnología, se utilizan cada vez más nuevos materiales, y el acero es uno de ellos. Los edificios con estructuras de acero como cuerpo principal son la corriente principal en el desarrollo de estructuras espaciales modernas. Los edificios con estructura de acero son algo diferentes de los edificios con estructura de hormigón armado, mampostería y madera. Los edificios con estructura de acero generalmente se componen de vigas de acero, columnas de acero y vigas de acero, tubos de acero y placas de acero. Algunos también se componen de bisagras de acero y cables de acero (paquetes). El método de conexión es soldadura, atornillado o remachado. Es de gran importancia y valor explorar el diseño y el rendimiento de los edificios modernos con estructura de acero.
1. La historia del desarrollo de los edificios con estructura de acero
El primer país en utilizar estructuras de acero para construir casas se remonta al Reino Unido a finales del siglo XVIII. Cien años después, el ingeniero francés Eiffel construyó la famosa Torre de Hierro y la gente empezó a intentar construir casas unifamiliares con estructuras de acero. Desde entonces, los edificios con estructura de acero han cambiado por completo el modelo de modelado arquitectónico anterior y los conceptos y métodos de diseño arquitectónico también han evolucionado en consecuencia. Al principio, las estructuras de acero se fabricaban únicamente con hierro fundido y forjado. En la década de 1980, la aparición del acero estructural aceleró el desarrollo de las estructuras de acero en proyectos de construcción, lo que permitió que las estructuras de acero lograran un segundo salto y un desarrollo innovador en la teoría y la práctica en la década de 1960. La escuela Bauhaus en Alemania es la cuna de sus teorías.
Desde la liberación del país en 1949, las estructuras de acero se han utilizado en plantas industriales pesadas de gran luz, grandes edificios públicos y estructuras de gran altura. Especialmente en los últimos 20 años, las estructuras de acero se han utilizado más ampliamente en edificios públicos de ingeniería civil, como el techo del Aeropuerto Internacional Shenyang Taoxian y el nuevo proyecto del Planetario de Beijing. En la actualidad, nuestro país no solo puede producir varios tipos de acero para la construcción, sino que también aumentan constantemente las nuevas tecnologías, nuevos procesos y nuevos productos en la producción de acero, como la producción de placas de acero perfiladas de color, placas compuestas de acero de color, placas de acero perfiladas de color, placas de acero compuesto de color, placas de hebilla de acero y placas de acero arqueadas. Edificios de fábricas, productos de acero coloreados, etc., hacen que la estructura del edificio esté llena de modernidad.
2. Características arquitectónicas de las estructuras de acero modernas
(1) Alto grado de ingeniería temprana, reduciendo los costos de construcción y acortando el ciclo de construcción.
Los estándares coordinados y unificados para los módulos de construcción de estructuras de acero han permitido la producción industrial de edificios a gran escala, han mejorado la ingeniería inicial de los edificios y han hecho que los componentes de construcción de diferentes materiales, formas y métodos de fabricación sean universales e interoperables. . Cambiar de sexo. Al mismo tiempo, la ingeniería preliminar del edificio con estructura de acero integra el procesamiento y la instalación del material, lo que reduce en gran medida el costo de construcción y acelera la velocidad de construcción, de modo que el ciclo de construcción se puede acortar en más del 40%, acelerando así; la rotación de capital de los promotores inmobiliarios y la puesta en funcionamiento del edificio antes.
(B) El diseño y la integración funcional de edificios y estructuras hacen que los edificios sean más funcionales.
En los edificios con estructura de acero, la estructura se ha convertido en un factor importante en la composición de la imagen. La forma, los componentes y los nodos de la estructura guían y restringen la imagen del edificio en gran medida. Sólo integrando el diseño y la función de la arquitectura y la estructura el edificio puede ser más funcional, permitiendo realizar vínculos de diseño posteriores y crear un edificio de estructura de acero con tecnología y arte. Hay muchos planes de licitación para el Estadio Nacional de los Juegos Olímpicos de Beijing 2008, y todos reflejan esta característica de los edificios con estructura de acero. Por ejemplo, el plan de apertura y cierre diseñado por el Instituto de Diseño Arquitectónico de la Universidad de Tsinghua establece dos tapas de vidrio semicirculares en el centro del techo del estadio. El techo se puede abrir y cerrar mediante rotación relativa y deslizamiento paralelo al mismo tiempo; Es la apariencia del plano del lugar del Instituto de Diseño Arquitectónico de China, que es la estructura del edificio. La imagen es perfecta y pura, y la función y la estructura han alcanzado una unidad perfecta. También hay un plano plegable diseñado por los arquitectos japoneses Zhu Shihui. El techo está sostenido por una estructura de acero en voladizo que se puede abrir y cerrar en 30 minutos, lo que garantiza que las competiciones y actividades durante todo el año no se vean afectadas por el clima.
(C) La estructura de acero puede cumplir con los requisitos de luz ultraalta y ultragrande.
La estructura de acero es uniforme, cercana a un cuerpo homogéneo isotrópico y tiene alta resistencia y alto módulo elástico. La relación densidad-resistencia es mucho menor que la de la mampostería, el hormigón y la madera. Bajo la misma tensión, la estructura de acero tiene un peso pequeño y se puede convertir en estructuras de gran envergadura y gran altura y estructuras flexibles.
Ahora los humanos tienen la capacidad de construir cúpulas muy grandes con una luz de más de 1.000 metros y edificios de gran altura con una altura de más de 1.000 metros y una altura de 4.000 metros. Además, el sistema de estructura de cable-membrana formado por la combinación de cables de acero y estructuras de membrana puede cumplir mejor con los requisitos de luz del edificio, lo que convierte a este tipo de edificio en un edificio emblemático. Por ejemplo, el techo del estadio de béisbol Houyuan en Tokio, Japón, es una estructura de cable-membrana compuesta de cables de acero y membranas sostenidas por aire, que cubre un área de 28.000 metros cuadrados. El emblemático edificio London Millennium Dome es un edificio de exposiciones integral a gran escala construido por el gobierno británico para dar la bienvenida al siglo XIX. También es un sistema de estructura de cable y membrana con un diámetro de cúpula de 320 m m. (Consulte la Arquitectura china). sitio web)
(D) Las materias primas se pueden reciclar, lo que es beneficioso para la protección del medio ambiente y el desarrollo sostenible.
El desarrollo de estructuras de acero es de gran importancia para mi país, que tiene muy pocos recursos y energía, porque nuestro país es el país con los edificios de ladrillo y hormigón más grandes del mundo. El acero es un material de alta resistencia y alta eficiencia con un alto valor de reciclaje. La chatarra de acero también es valiosa y no requiere modelado. En la actualidad, se ha introducido en China un nuevo tipo de producto residencial que ha atraído la atención mundial. Sus características de protección ambiental y ahorro de energía se reflejan principalmente en dos aspectos:
(1) Este tipo de residencia adopta un. Aislamiento térmico totalmente cerrado y sistema a prueba de humedad, con pequeños cambios de temperatura y baja pérdida de calor. Ya sea invierno o verano, hay un ambiente de vida confortable. Cuando la temperatura exterior es de 0 grados Celsius, la temperatura interior aún se puede mantener por encima de los 17 grados Celsius; cuando la temperatura exterior alcanza los 30 grados Celsius, la temperatura interior es de sólo unos 21 grados Celsius.
(2) En comparación con las casas con estructura de ladrillo y hormigón, ahorra más del 60 % de energía, los equipos de aire acondicionado ahorran más del 30 % de electricidad en invierno y verano, y la tasa de utilización de residuos estructurales es 1.000%. En comparación con la estructura de ladrillo y hormigón, bajo la misma altura libre del piso, la estructura de acero mantiene un área de pared más pequeña, ahorra energía necesaria para el aire acondicionado y reduce los costos de mantenimiento.
3. Diseño de edificios con estructura de acero y rendimiento técnico
La clave del éxito del diseño de edificios con estructura de acero reside en la concepción técnica y el rendimiento. Para profundizar en el diseño del esquema, se requiere una estrecha cooperación entre ingenieros estructurales, ingenieros de equipos e incluso ingenieros mecánicos. En este momento, el desempeño técnico es algo natural, ya sea forma espacial, volumen formal o nodos estructurales, todos tienen un impacto importante en su diseño y desempeño arquitectónico. Aquí, este punto se elabora desde varios aspectos.
(1) Expresión técnica del diseño de edificios con estructura de acero
La concepción de la imagen arquitectónica es el proceso de creación de una imagen conceptual. Es una de las dificultades en la creación arquitectónica y una de las. Cuestiones centrales del diseño arquitectónico. Mirando retrospectivamente el desarrollo de la relación entre arquitectura y tecnología desde la Revolución Industrial, podemos encontrar claramente que la arquitectura ha tardado en responder a los cambios tecnológicos, lo que refleja el profundo estatus de la arquitectura en la cultura social y la estrecha relación entre la arquitectura y las personas. estilos de vida. Además, la creciente revolución de la información moderna está penetrando ampliamente en todos los campos de las actividades sociales, integrando el pensamiento científico moderno en el diseño arquitectónico, y los métodos de planificación, arquitectura y diseño paisajístico de nuevos proyectos han experimentado enormes cambios. El propósito del diseño arquitectónico también ha cambiado de la pura búsqueda de la belleza a la búsqueda de soluciones razonables a los problemas, lo que ha cambiado fundamentalmente la comprensión previa de la gente sobre la arquitectura y los métodos de diseño y, en última instancia, afectó los conceptos arquitectónicos tradicionales formados por la humanidad durante miles de años. . Por ejemplo, la arquitectura de alta tecnología es su principal representante, que incorpora habilidades magníficas con nodos exquisitos y procesamiento fino, y diseña y "fabrica" edificios con un nivel técnico más alto.
(2) Los requisitos de diseño detallado de los edificios con estructura de acero son relativamente altos.
Cuanto mayor sea la complejidad y sofisticación del diseño de un edificio con estructura de acero, mayores serán los requisitos para el diseño detallado. Porque el diseño detallado determina si un lugar es finalmente reconocido y determina su calidad. En los edificios modernos con estructura de acero, a menudo quedan expuestos varios componentes estructurales metálicos y los detalles de los nodos que conectan los componentes metálicos, lo que le da al edificio un fuerte sentido de tecnología. Por ejemplo, el Centro de Arte y Cultura Pompidou de París, construido en 1977, ha expuesto columnas de acero, vigas de acero, vigas y otros componentes estructurales, lo que no sólo refleja la belleza de la tecnología, sino también la sabiduría y la capacidad de las personas. Por lo tanto, es muy importante que los edificios con estructura de acero mantengan altos requisitos de diseño en cuanto a calidad de los detalles, y se debe prestar especial atención a los edificios con estructura de acero.
(3) La planificación arquitectónica también es un factor que influye en el diseño y el rendimiento de los edificios con estructura de acero.
Debido a que el diseño de edificios con estructura de acero tiene los atributos generales del diseño arquitectónico, los arquitectos no diseñan a voluntad, el encargo de diseño del propietario juega un papel importante en el plano y los conceptos de diseño del arquitecto. Los clientes esperan un mejor desempeño de los diseñadores y una participación más eficiente de los diseñadores y expertos en marketing en la toma de decisiones para determinar sus productos finales. En esta etapa, el proyecto de construcción enfatiza el diseño general y más énfasis.
Coordinación entre diseñadores profesionales, expertos del mercado y desarrolladores, el proceso de diseño incluye el continuo intercambio e integración de información y conocimiento. Además, la especialización de los edificios con estructura de acero no sólo puede proporcionar un rico conocimiento de diseño, sino también integrar eficazmente los recursos de diseño y los expertos del mercado para que sean responsables de la construcción, de modo que el diseño pueda combinarse eficazmente con las intenciones comerciales del propietario, haciendo que el proyecto rentables y reduciendo riesgos.
IV. Problemas que enfrenta el diseño moderno de edificios con estructura de acero
(1) Prevención de incendios en el diseño de edificios con estructura de acero
El fuego es el mayor peligro para los edificios con estructura de acero . Aunque el acero es un material incombustible, no es resistente al fuego. Cuando la temperatura alcanza los 400 grados, el límite elástico del acero se reducirá a la mitad de su resistencia a temperatura ambiente. Cuando la temperatura alcanza los 600 grados, el acero esencialmente perderá toda resistencia y rigidez. Por lo tanto, cuando un edificio utiliza una estructura de acero sin medidas de protección contra incendios, es fácil dañar el edificio en caso de incendio. Por ejemplo, las paredes exteriores del edificio del World Trade Center en los Estados Unidos son columnas de acero densamente dispuestas y la capa exterior está hecha de placas de aluminio plateadas. Durante el incidente del 11 de septiembre en Estados Unidos, dos torres fueron impactadas por aviones, lo que provocó que el acero se ablandara y finalmente provocara el colapso del edificio. Se pueden encontrar dos fenómenos en los casos de incendio de edificios con estructura de acero: uno es que la estructura de acero con protección contra incendios no alcanza el tiempo de resistencia al fuego prescrito en el incendio, y el otro es que la estructura de acero con protección contra incendios excede el tiempo esperado. tiempo de resistencia sin ser destruido. La protección estructural contra incendios de los edificios es generalmente más fácil de resolver en estructuras de hormigón armado, pero hay más factores a considerar en estructuras de acero. Las siguientes son dos medidas comunes de prevención de incendios: una es utilizar un nuevo tipo de tablero ignífugo importado: tablero de seguridad, la otra es usar pintura ignífuga gruesa o fina según las diferentes partes de la estructura de acero y agregar pintura decorativa a las expuestas; regiones.
(2) Problemas anticorrosión de las estructuras de acero en el diseño arquitectónico
Si el acero se expone al aire libre durante mucho tiempo y se corroe por el viento, la lluvia y otras fuerzas naturales, inevitablemente se oxidará y envejecerá, y su capacidad de carga disminuirá. La estética del edificio también se verá afectada. Por lo tanto, la anticorrosión también es un problema común que debe resolverse en el diseño de edificios con estructura de acero. El método principal actualmente es el uso de nuevos materiales estructurales y anticorrosivos. En el diseño arquitectónico real, cuando los diseñadores se encuentran con edificios con estructura de acero, plantean requisitos especiales para los edificios diseñados, como la aplicación de revestimientos antioxidantes y revestimientos ignífugos. La práctica general para los recubrimientos retardantes de fuego es aplicar imprimación antioxidante de plomo rojo dos veces y luego aplicar una capa superior de estructura de acero dos veces (el color de la capa superior lo determina la Parte A). Además, existen ciertos requisitos para la construcción de componentes de estructura de acero en edificios con estructura de acero, como aplicar imprimación antioxidante de plomo rojo a los componentes antes de salir de fábrica después de instalar y ajustar la estructura de acero, limpiarla y luego; aplique la primera imprimación y la segunda capa superior. Sin embargo, aunque existen muchos tipos de revestimientos anticorrosión, es necesario importar del extranjero revestimientos anticorrosión más eficaces. Creo que a medida que aumente la fortaleza nacional integral de China, China producirá nuevos recubrimientos anticorrosión más excelentes.
(3) Problemas de física de la construcción en estructuras de acero
(1) Aislamiento térmico. La radiación térmica del ambiente exterior afecta principalmente al ambiente térmico del edificio desde dos aspectos: primero, ingresa a la habitación a través de las ventanas y es absorbida por la superficie interior, produciendo un efecto de calentamiento; segundo, es absorbida por la superficie del edificio; envolvente del edificio, y parte del calor pasa a través de la envolvente del edificio. La conducción de calor ingresa gradualmente a la habitación. Debido a que el vidrio puede permitir que la luz del sol brille directamente en la habitación, la temperatura ambiente aumenta rápidamente. Especialmente con la aparición continua de nuevos materiales de vidrio, el rendimiento térmico del vidrio ha mejorado gradualmente y la contradicción entre la iluminación y el aislamiento de los edificios se ha desvanecido gradualmente. "Bloqueo" y "blindaje" están en equilibrio. Por tanto, las medidas de aislamiento térmico de los edificios se centran principalmente en la estructura exterior de la envolvente. Actualmente existen dos soluciones más efectivas:
1) Desarrollar y optimizar la estructura de los materiales aislantes térmicos para mejorar el comportamiento térmico ambiental de los edificios. .
Por ejemplo, en la capa de aire de las superficies internas y externas del edificio o la estructura periférica, el uso de materiales reflectantes de alta eficiencia puede reflejar la mayoría de los rayos infrarrojos, de modo que el edificio puede desempeñar el papel de aislamiento térmico; Además, también se pueden utilizar vidrio de alta eficiencia que ahorra energía, condensación de vapor de silicio, adhesivos y nuevos materiales de pared que ahorran energía para lograr fines de ahorro de energía.
2) Evitar el aislamiento exterior de los materiales aislantes térmicos y el aislamiento central del agua de condensación. Evita que el aislamiento se moje por la penetración y acumulación de vapor. Los materiales aislantes que utilizan el método de aislamiento interno pueden humedecerse en invierno, mientras que el aislamiento externo puede evitar que la estructura principal de carga se vea afectada por fluctuaciones severas en la temperatura exterior, mejorando así su durabilidad. El aislamiento externo requiere una capa protectora más alta en la superficie exterior, mientras que el aislamiento interior y el aislamiento intermedio son relativamente sencillos de manejar porque la superficie exterior está hecha de materiales densos de alta resistencia.
(2) Absorción acústica. En algunas salas de edificios, especialmente en salas de conciertos, el sonido reflejado, aumentado por los reflectores del techo, llega a los oídos del público casi simultáneamente, sin la sensación envolvente que aportan las reflexiones laterales. En el diseño de este tipo de edificios, es necesario considerar de manera integral el uso de materiales, incluida la absorción acústica, la decoración, la resistencia, la protección contra incendios, la absorción de humedad, el procesamiento, etc. Las soluciones más utilizadas actualmente para el diseño de la calidad del sonido y el control del ruido son los materiales y las estructuras fonoabsorbentes.
1) Material fonoabsorbente: El propio material tiene propiedades fonoabsorbentes. Los materiales fibrosos o porosos, como la lana de vidrio y la lana de roca, tienen buenas propiedades de absorción acústica. Debido a la resistencia viscosa del aire y la fricción entre las moléculas de aire y la pared del agujero, la energía del sonido se convierte en energía térmica por fricción para absorber el sonido.
2) Estructura que absorbe el sonido: el material en sí puede no tener propiedades de absorción del sonido, pero convertir el material en una determinada estructura produce absorción del sonido. Como techos de paneles de yeso perforados.
(3) Aislamiento acústico. El ruido es inseparable de la arquitectura y la prevención y el control de la contaminación acústica se ha convertido en una parte importante de la acústica arquitectónica. Poco a poco se desarrollaron teorías como la planificación y el control del ruido. Todos los sonidos que las personas pueden oír pertenecen a la categoría de entorno acústico. Se pueden escuchar conversaciones, cantos de pájaros, música, tintineo de manantiales, cantos, etc. Pero también se oyen ruidos, rugidos de máquinas, rugidos de vehículos, etc. Principalmente las salas con requisitos silenciosos, como estudios de grabación, estudios, habitaciones de hotel, dormitorios residenciales y otros edificios, tienen requisitos muy altos de aislamiento acústico y de vibraciones, y requieren un diseño acústico especial. En hoteles, edificios públicos y edificios residenciales, la gente presta cada vez más atención a la exigencia de tranquilidad. Y trate de estar lo más cerca posible de la fuente de sonido, lo que mejorará el efecto de aislamiento acústico. Las paredes exteriores de las habitaciones insonorizadas generalmente están fabricadas con materiales o estructuras con buenas propiedades de aislamiento acústico, como ladrillos, hormigón, paredes de placas de yeso, etc. En la parte de observación se utilizan ventanas insonorizadas y en las partes de entrada y salida se utilizan puertas insonorizadas o laberintos fonoabsorbentes.
Conclusión del verbo (abreviatura de verbo)
De la discusión anterior, podemos extraer los siguientes tres puntos de vista y conclusiones:
(1) Estructura de acero Los edificios son diseñado para responder a diferentes situaciones específicas. Un buen diseño arquitectónico debe integrar la concepción de la imagen y la concepción estructural.
(2) Los edificios con estructura de acero tienen un alto contenido tecnológico y la estructura misma es a menudo la expresión del edificio. Las técnicas y tecnologías de expresión de la estructura de acero no sólo son medios necesarios para realizar la concepción de la imagen, sino que también tienen un impacto significativo en la imagen arquitectónica, lo que determina que la concepción estructural sea la clave para el éxito de la concepción de la imagen.
(3) Con el avance de la ciencia y la tecnología y los cambios en los estándares estéticos, los edificios con estructura de acero continuarán ampliando su vocabulario de expresión y buscando desarrollo. Lo que defendemos es: dejar de lado los elementos de estilo, partir del racionalismo estructural, absorber la esencia de muchos estilos y escuelas modernos y tradicionales, y crear edificios con estructura de acero de alta calidad que integren orgánicamente la tecnología y el arte.
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