¿Un breve análisis del diseño y rendimiento de los edificios modernos con estructura de acero?

El siguiente es el contenido relevante sobre el diseño y el rendimiento de los edificios modernos con estructura de acero que Zhongda Consulting le ofrece para su referencia.

La arquitectura ha sido una parte importante en la vida de las personas desde el surgimiento de la humanidad, pero durante mucho tiempo se utilizó la piedra, la madera, etc. Con el desarrollo de la ciencia y la tecnología, se utilizan cada vez más nuevos materiales, entre los cuales el acero es uno de los materiales más utilizados. Los edificios con estructuras de acero como cuerpo principal son la corriente principal del desarrollo moderno de estructuras espaciales. Los edificios con estructura de acero son algo diferentes de los edificios con estructura de hormigón armado, mampostería y madera, que generalmente están hechos de acero, tubos de acero, placas de acero, etc. Se compone de vigas de acero, columnas de acero, vigas de acero y otros componentes, y algunos también se componen de bisagras de acero y cables de acero (paquetes). Los métodos de conexión son soldaduras, pernos o remaches. El diseño y el rendimiento de los edificios modernos con estructura de acero y su valor.

1. La historia del desarrollo de los edificios con estructura de acero

El primer país en utilizar estructuras de acero en la construcción de 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 también comenzó a intentar construir casas unifamiliares con estructuras de acero. Desde entonces, los edificios con estructura de acero han cambiado por completo los patrones de modelado arquitectónico anteriores, así como los conceptos y métodos. del diseño arquitectónico también han evolucionado en consecuencia. En los primeros días, solo algunos componentes y accesorios de las estructuras de acero estaban hechos de hierro fundido y hierro forjado. En la década de 1880, la aparición del acero estructural aceleró el desarrollo de las estructuras de acero en los proyectos de construcción, lo que permitió que los edificios con estructura de acero alcanzaran sus objetivos. En la década de 1960, el segundo salto en la teoría y la práctica y el desarrollo de la innovación, la escuela alemana Bauhaus es la cuna de su teoría.

Desde la liberación de nuestro país en 1949, las estructuras de acero se han utilizado en plantas industriales pesadas de gran envergadura, edificios públicos de gran escala 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, el nuevo proyecto del Planetario de Beijing, etc. Nuestro país no solo puede producir varios tipos de acero para la construcción, Al mismo tiempo, las nuevas tecnologías, nuevos procesos y nuevos productos en la producción de acero también aumentan día a día, como la producción de placas perfiladas de acero de colores, paneles compuestos de acero de colores, placas de hebilla de acero de colores, talleres arqueados y acero de colores. productos, haciendo que la estructura del edificio esté llena de modernidad. En realidad, demuestra que los edificios con estructura de acero tienen amplias perspectivas de desarrollo en nuestro país.

2. Características arquitectónicas de las estructuras de acero modernas

(1) Alto grado de preingeniería, costos de construcción reducidos y período de construcción más corto

Coordinación de la estructura de acero módulos de construcción Los estándares unificados logran la producción industrializada en masa de edificios, mejoran la preingeniería de los edificios y hacen que los componentes de construcción de diferentes materiales, formas y métodos de fabricación tengan un cierto grado de versatilidad e intercambiabilidad. Al mismo tiempo, la preingeniería de edificios con estructura de acero integra el procesamiento y la instalación de materiales, lo que reduce en gran medida los costos de construcción y también acelera la velocidad de construcción, acortando el período de construcción en más del 40%, acelerando así la rotación de capital; promotores inmobiliarios y hacer que el edificio sea más eficiente y se ponga en uso tempranamente.

(2) El diseño y la función del edificio y la estructura se integran para hacer que el edificio sea más funcional.

En los edificios con estructura de acero, la estructura se convierte en un factor importante en la composición de la imagen. y la forma de la estructura, componentes y nodos guían y restringen la imagen del edificio en gran medida. Sólo integrando el diseño y las funciones de los edificios y estructuras puede el edificio ser más funcional para que se puedan llevar a cabo vínculos de diseño posteriores, creando un edificio con estructura de acero que integre tecnología y arte. Muchos de los planes de licitación para el Estadio Nacional para los Juegos Olímpicos de Beijing 2008 reflejan esta característica de los edificios con estructura de acero. Por ejemplo, la solución que se puede abrir y cerrar diseñada por el Instituto de Diseño Arquitectónico de la Universidad de Tsinghua establece dos tapas de vidrio semicirculares en el centro del gran techo del estadio, que simultáneamente giran y se deslizan en paralelo para completar la apertura y el cierre del gran techo; es la sede del Instituto de Diseño Arquitectónico de China. La apariencia del plano 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 la Oficina de Arquitectura Zhu Shikai de Japón. El techo está sostenido por una estructura de acero en voladizo y se puede completar en 30 minutos. La acción de apertura y cierre garantiza que las competiciones y actividades durante todo el año no se vean afectadas por el clima.

(3) Los edificios con estructura de acero pueden cumplir con los requisitos de ultraaltura y ultraluz.

El acero tiene una estructura uniforme, cerca de un cuerpo homogéneo isotrópico, alta resistencia y alto módulo elástico. . La relación entre su densidad y resistencia es mucho menor que la de la mampostería, el hormigón y la madera. Bajo las mismas condiciones de tensión, la estructura de acero tiene un peso propio pequeño, por lo que se puede convertir en estructuras con luces más grandes y alturas más altas. así como formas estructurales flexibles. Ahora los humanos tienen la capacidad de construir cúpulas supergrandes con una luz de más de 1.000 metros y edificios muy altos con una altura de más de 1.000 metros y hasta 4.000 metros. Además, la combinación de cables de acero y estructuras de membrana para formar un sistema de estructura de cable-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 Korakuen en Tokio. Japón está compuesto por cables de acero y membranas portadoras de aire, con una superficie de 28.000 metros cuadrados. El London Millennium Dome, un edificio emblemático construido por el gobierno británico para dar la bienvenida al siglo XXI, es una exposición integral a gran escala. edificio, es también un sistema de estructura cable-membrana, con un diámetro de cúpula de 320m. (Consulte "Red China de Arquitectura")

(4) Las materias primas se pueden reciclar, lo que favorece la protección del medio ambiente y el desarrollo sostenible

El desarrollo de estructuras de acero en mi país es muy escasa de recursos y energía. Esto es particularmente significativo porque China es el mayor productor mundial de edificios de ladrillo y hormigón. El acero es un material de alta resistencia y alto rendimiento con un alto valor de reciclaje. Los desechos también son valiosos y no requieren construcción de moldes. En la actualidad, se han introducido en nuestro país nuevos productos residenciales de atractivo internacional, y sus características de protección ambiental y ahorro de energía se reflejan principalmente en dos aspectos:

(1) Este tipo de residencia adopta un diseño totalmente Aislamiento térmico cerrado y sistema a prueba de humedad. Pequeños cambios y baja pérdida de calor. No importa el invierno o el verano, tiene un ambiente de vida confortable. Cuando la temperatura exterior es de 0 grados Celsius, la temperatura interior aún puede permanecer 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, puede ahorrar más del 60% de energía, los equipos de aire acondicionado pueden ahorrar más del 30% del consumo de electricidad en invierno y verano, y la utilización de residuos de la estructura es 100% en comparación con la estructura de ladrillo y hormigón, la misma red de piso. En condiciones elevadas, la estructura de acero mantiene un área de pared pequeña, lo que ahorra energía necesaria para el aire acondicionado y reduce los costos de mantenimiento.

3. Diseño de edificios con estructura de acero y desempeño técnico.

La clave del éxito del diseño de edificios con estructura de acero es la concepción y el desempeño técnicos. En la profundización del diseño del esquema, es necesario. trabajar con ingenieros estructurales. Los ingenieros de equipos e incluso los ingenieros mecánicos trabajan en estrecha colaboración. En este momento, el desempeño técnico es algo natural, ya sea forma espacial, volumen formal o nodos estructurales, es muy importante influir en su diseño y desempeño arquitectónico. Este punto se desarrollará desde varios aspectos a continuación.

(1) Rendimiento técnico del diseño de edificios con estructura de acero

La concepción de la imagen arquitectónica es un proceso de creación de imágenes conceptuales. Es una de las dificultades en la creación arquitectónica y también es un proceso altamente complejo. Tema valorado en el diseño arquitectónico. Uno de los principales temas de preocupación. Mirando hacia atrás en el desarrollo de la relación entre la arquitectura y la ciencia y la tecnología desde la Revolución Industrial, se puede ver claramente que la arquitectura ha tardado en responder a los cambios tecnológicos. Esto refleja desde un aspecto el profundo estatus de la arquitectura en la cultura social y la sociedad. Relación entre la arquitectura y el estilo de vida de las personas. Además, la creciente revolución de la información moderna está penetrando ampliamente e involucrando a todos los campos de las actividades sociales, permitiendo que el pensamiento científico moderno se integre en el diseño arquitectónico, y los métodos de planificación, diseño arquitectónico y paisajístico de nuevos proyectos han experimentado cambios tremendos. El propósito del diseño arquitectónico también ha evolucionado 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 las personas y los métodos de diseño de la arquitectura y, en última instancia, afectó los conceptos arquitectónicos tradicionales formados por la humanidad durante miles de años. , como la arquitectura Gao Jipai es su principal representante, que encarna habilidades magníficas con nodos exquisitos y procesamiento fino, y diseña y "fabrica" ​​edificios con un mayor nivel de artesanía.

(2) El diseño detallado de edificios con estructura de acero tiene requisitos más altos

Cuanto mayores sean los requisitos de complejidad y sofisticación del diseño de edificios con estructura de acero, mayores serán los requisitos para el diseño detallado. Porque el diseño detallado determina el reconocimiento final de un lugar y su calidad.

En los edificios modernos con estructura de acero, a menudo quedan expuestas varias varillas estructurales de metal y los detalles de los nodos que conectan las varillas de metal, lo que le da al edificio un fuerte sentido de tecnología. Por ejemplo, el Centro de Arte y Cultura Pompidou en París, Francia, fue construido en. 1977., sus columnas de acero, vigas de acero, vigas y otros componentes estructurales están expuestos, lo que no solo refleja la belleza técnica, sino que también refleja 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 como lo deseen los propietarios. El resumen de diseño juega un papel importante en el plan y los conceptos de diseño del arquitecto. Los clientes esperan un mejor desempeño de los diseñadores y esperan que tanto los diseñadores como los expertos en marketing puedan participar de manera más eficiente en la toma de decisiones durante el proceso de determinación del producto final. En esta etapa, el proyecto de construcción enfatiza el diseño general y la coordinación entre diseñadores profesionales, expertos del mercado y desarrolladores. El proceso de diseño incluye el intercambio continuo y la integración de información y conocimiento. Además, la especialización de los edificios con estructura de acero no solo puede proporcionar una gran cantidad de conocimientos de diseño, sino también integrar eficazmente los recursos de diseño y los expertos del mercado para que sean responsables del edificio, de modo que el diseño y las intenciones comerciales del propietario se puedan combinar de manera efectiva, haciendo el proyecto sea rentable y Reduzca el riesgo.

IV. Problemas que enfrenta el diseño arquitectónico en estructuras de acero modernas

(1) Problemas de protección contra incendios en el diseño arquitectónico de estructuras de acero

El fuego es una seria amenaza para Edificios con estructura de acero El mayor peligro es que, aunque el acero es un material no combustible, no es resistente al fuego cuando la temperatura es de 400 grados, el límite elástico del acero disminuirá a la mitad de la resistencia a temperatura ambiente. La temperatura alcanza los 600 grados, el acero básicamente perderá toda su 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. El edificio del World Trade Center en los Estados Unidos son columnas de acero densamente dispuestas cubiertas con placas de aluminio plateadas. Dos de ellas se utilizaron en el incidente del 11 de septiembre en los Estados Unidos. Los incendios provocados por impactos separados de aviones en las torres ablandaron el acero, provocando finalmente. el edificio se derrumbe. Se pueden encontrar dos tipos de fenómenos en los casos de incendios de edificios con estructuras de acero. Un tipo es que la estructura de acero con protección contra incendios no alcanzó el tiempo de resistencia al fuego prescrito y fue destruida en el incendio. El otro tipo de estructura de acero con protección contra incendios lo superó. la resistencia al fuego esperada en el momento del incendio sin daños. Los problemas estructurales de protección contra incendios de los edificios son generalmente más fáciles de resolver en estructuras de hormigón armado, pero es necesario considerar más factores en edificios con estructura de acero. Las siguientes son dos medidas de protección contra incendios de uso común: primero, utilizar nuevos tableros ignífugos importados; El segundo es utilizar recubrimientos ignífugos gruesos o finos según las diferentes partes de la estructura de acero y agregar pintura decorativa a las partes expuestas.

(2) Problemas anticorrosión en el diseño arquitectónico de estructuras de acero

Si el acero se expone al aire libre durante mucho tiempo y es corroído por el viento, la lluvia y otras fuerzas naturales, inevitablemente se oxidará y envejecerá, y su propia capacidad de carga disminuirá, la belleza del edificio también se verá afectada. Por lo tanto, los problemas anticorrosión también son problemas comunes que deben resolverse en el diseño de edificios con estructura de acero. El enfoque actual es principalmente utilizar nuevos materiales estructurales y anticorrosión. En el diseño arquitectónico actual, los diseñadores tienen requisitos especiales para los edificios que diseñan cuando se encuentran con edificios con estructura de acero, como la aplicación de revestimientos antioxidantes y revestimientos ignífugos que pertenecen a la categoría de pintura. La práctica general para los recubrimientos retardantes de fuego es aplicar primero la imprimación antioxidante de plomo rojo dos veces y luego aplicar la 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. Por ejemplo, los componentes deben pintarse con una capa de imprimación antioxidante de plomo rojo antes de salir de fábrica después de instalar y ajustar la estructura de acero; , se debe limpiar y luego pintar con una capa de imprimación y dos capas de capa superior. Sin embargo, aunque existen varios tipos de recubrimientos anticorrosión, los recubrimientos anticorrosión más eficaces aún deben importarse del extranjero. Creo que a medida que aumente la fuerza nacional integral de China, China producirá recubrimientos anticorrosión nuevos y mejores.

(3) Problemas de física de la construcción en estructuras de acero

(1) Aislamiento.

La radiación térmica del ambiente externo al edificio afecta principalmente el ambiente térmico del edificio desde dos aspectos: primero, ingresa a la habitación a través de las ventanas y es absorbida por la superficie interior, lo que produce un efecto de calentamiento; segundo, es absorbida; Por la superficie de la envolvente exterior del edificio, parte del calor ingresa gradualmente a la habitación a través de la conducción de calor de la envolvente del edificio. Dado que el vidrio puede permitir que la luz del sol brille directamente en la habitación y elevar rápidamente la temperatura ambiente, 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 diluido cada vez más. y "sombrear" Hacia el equilibrio con "bloqueo". Por tanto, las medidas de aislamiento de los edificios se centran principalmente en la estructura de la envolvente exterior, y actualmente existen dos soluciones más efectivas a este problema:

1) Desarrollar y optimizar la estructura de los materiales aislantes para mejorar el rendimiento térmico del ambiente. del edificio. Por ejemplo, el uso de materiales reflectantes de alta eficiencia en las superficies interior y exterior de un edificio o en la capa de aire de la estructura exterior puede reflejar la mayoría de los rayos infrarrojos, de modo que el edificio desempeña un papel en la preservación del calor y el aislamiento; Además, el vidrio de alta eficiencia y ahorro de energía también se puede utilizar para lograr el propósito de ahorrar energía. El aerogel de silicona, un nuevo tipo de material de pared que ahorra energía.

2) Evitar la condensación de los materiales aislantes del aislamiento exterior y del aislamiento intermedio. Puede evitar que el material aislante se humedezca debido a la penetración y acumulación de vapor. El aislamiento interno significa que el material aislante puede humedecerse en invierno, mientras que el aislamiento externo puede evitar que la estructura principal de carga se vea afectada por fluctuaciones violentas de la temperatura exterior, mejorando así su durabilidad. El método de aislamiento externo requiere una capa protectora más alta en la superficie exterior. El aislamiento interno y el aislamiento de capa intermedia requieren un procesamiento relativamente simple de la capa de revestimiento porque la superficie exterior está hecha de materiales densos con alta resistencia.

(2) Absorción acústica. En algunas salas de edificios, especialmente en salas de conciertos, el sonido reflejado añadido por los reflectores del techo llega a los oídos del oyente casi al mismo tiempo, sin la sensación envolvente que aportan las reflexiones laterales. En el diseño de este tipo de edificios, el uso de materiales debe considerarse de manera integral, incluido el rendimiento de absorción acústica y las propiedades decorativas, la resistencia, la protección contra incendios, la absorción de humedad, el procesamiento y otros aspectos. Las soluciones actualmente muy utilizadas en el diseño de la calidad del sonido y el control del ruido son los materiales fonoabsorbentes y las estructuras fonoabsorbentes.

1) Material fonoabsorbente: El propio material tiene propiedades fonoabsorbentes. Las fibras o materiales 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 las paredes de los poros, la energía sonora se convierte en energía térmica por fricción y absorbe el sonido.

2) Estructura absorbente de sonido: el material en sí no tiene por qué tener propiedades de absorción acústica, pero el material se convierte en una estructura determinada para producir absorción acústica. Como el techo de placas de yeso perforadas.

(3) Aislamiento acústico. El ruido es inseparable de los edificios y la prevención y el tratamiento de la contaminación acústica se ha convertido en una parte importante de la acústica arquitectónica. Teorías como la planificación y el control del ruido también han evolucionado gradualmente. Los sonidos que la gente puede oír pertenecen a la categoría de entorno acústico. Las personas pueden oír conversaciones, cantos de pájaros, música, agua de manantial, cantos, etc., pero también pueden oír ruidos, máquinas rugiendo, vehículos rugiendo y otros ruidos. Pero son principalmente las habitaciones con requisitos silenciosos, como estudios de grabación, estudios, habitaciones de hotel, dormitorios residenciales y otros edificios, los que tienen requisitos muy altos de aislamiento acústico y de vibraciones y requieren un diseño acústico especial. La gente presta cada vez más atención a los requisitos silenciosos para hoteles, edificios públicos y edificios residenciales. Y trate de acercarse lo más posible a la fuente de sonido para mejorar el efecto de aislamiento acústico. Generalmente, las paredes exteriores de las salas de aislamiento acústico están hechas de materiales o estructuras con buenas propiedades de aislamiento acústico, como paredes de ladrillo, hormigón y placas de yeso, en la parte de observación se utilizan ventanas de aislamiento acústico y puertas de aislamiento acústico o laberintos fonoabsorbentes. Se utilizan en las partes de entrada y salida.

V. Conclusión

Las siguientes tres opiniones y conclusiones se pueden extraer de la discusión anterior en este artículo:

(1) El diseño de edificios con estructura de acero. debe basarse en diferentes condiciones específicas. El diferente énfasis depende de los diferentes aspectos. Un buen diseño arquitectónico debe lograr la integración de la concepción de la imagen y la concepción estructural.

(2) El contenido tecnológico de los edificios con estructura de acero es muy alto. La estructura en sí es a menudo la expresión arquitectónica. La expresión y la artesanía de la estructura de acero no solo son medios necesarios para realizar la concepción de la imagen. También tienen un impacto muy significativo en la imagen arquitectónica. Esto determina que la concepción estructural sea la clave del éxito de la concepción de la imagen.

(3) El avance de la ciencia y la tecnología y los cambios en la estética inevitablemente harán que los edificios con estructura de acero sigan ampliando su propio vocabulario de expresión y busquen el desarrollo.

Lo que defendemos es: dejar de lado los elementos de estilo, partir del racionalismo estructural, absorber la esencia de muchas escuelas de estilo moderno y tradicional y crear edificios con estructura de acero de alta calidad que integren orgánicamente la tecnología y el arte.

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