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淺議國外建筑鋼結構的應用

作者：建筑鋼結構網(wǎng)    
時(shí)間：2009-12-22 20:26:15 [收藏]


    　　[論文關(guān)鍵詞]鋼結構 國外建筑 不銹鋼
    [論文摘要]大跨度鋼結構鋼材不像高層鋼結構那樣突出，但設計方案（包括建筑和結構）經(jīng)常國外中標，這種局面與中央強調建立我們自己的創(chuàng )新體系的號召相距甚遠，應該引起我國建筑界的關(guān)注，是水平低還是其它原因，值得我們深思。

    　　
    　　一、建筑用鋼占總鋼產(chǎn)量的比重
    　　
    　　近數十年來(lái)，前蘇聯(lián)、美國、日本三個(gè)國家一直是世界上鋼產(chǎn)量居前三位的國家，其鋼產(chǎn)量輪流位居世界第一位。因此，這幾個(gè)國家的建筑鋼結構建設事業(yè)蓬勃。而在同一時(shí)期，我國在這方面的發(fā)展則比較緩慢，水平也相對落后。近幾年來(lái)，隨著(zhù)我國改革開(kāi)放政策的實(shí)行和推進(jìn)，我國的建設工作取得了突飛猛進(jìn)的進(jìn)展。在此期間，我國的鋼產(chǎn)量一躍成為世界第一位。因此，為了推動(dòng)我國建筑鋼結構的進(jìn)一步發(fā)展和，我們急需了解國外建筑鋼結構的應用概況。如美國和日本，該項指標均已超過(guò)50%。在我國，鋼在建筑中主要用于建筑用鋼結構，鋼筋混凝土用鋼筋，鋼絞線(xiàn)，鋼絲，門(mén)窗等，而其中鋼結構用鋼只占10%左右，在我國一億噸的鋼產(chǎn)量中，真正用于鋼結構上的也就200～300萬(wàn)噸。
    　　
    　　二、低層、多層建筑鋼結構和輕鋼結構
    　　
    　　美國金屬建筑的主要市場(chǎng)分布：工業(yè)（生產(chǎn)用廠(chǎng)房、倉庫及輔助設施等）、商業(yè)（商場(chǎng)、旅館、展覽館、、辦公大樓等）、社區（私有及公有社區活動(dòng)中心及建筑如學(xué)校、館、圖書(shū)館 、教堂等）、綜合等方面，分別占到46%、31%、14%和9%的份額。
    　　在美國，低層建筑中采用鋼結構還是很普遍的。美國鋼結構學(xué)會(huì )和金屬房屋制造協(xié)會(huì )（AISC和MBMA）聯(lián)合編制了低層建筑的設計指南。所謂低層建筑是指層高低于18m，層數不超過(guò)5層的工業(yè)廠(chǎng)房、倉庫、辦公室及其他的辦公和社區建筑等，其中兩層以下的非居住用樓房建筑占70%。
    　　輕鋼建筑在一些發(fā)達國家已被廣泛應用于工廠(chǎng)、倉庫、體育館、展覽館、超市等建筑。所謂輕鋼是指以彩鋼板作為屋面和墻面，以薄壁型鋼作檁條和圈梁，以焊接“H”型截面做主與梁，現場(chǎng)用螺栓或焊接拼接的門(mén)式剛架為主要結構的一種建筑，再配以零件、扣件、門(mén)窗等形成比較完善的建筑體系，即輕鋼結構體系。這種體系由工廠(chǎng)制作，現場(chǎng)按要求拼裝形成。具有自重輕，建設周期短，適應性強，外表美觀(guān)，造價(jià)低，易維護等特點(diǎn)。由于自重輕，也降低了基礎的造價(jià)。國外輕鋼結構廠(chǎng)商如Butler、BHP、ABC等都已經(jīng)進(jìn)入了中國市場(chǎng)，我國應奮起直追，創(chuàng )造條件積極發(fā)展我國自己的輕鋼結構體系，以適應今后我國建筑鋼結構不斷發(fā)展的要求。
    　　
    　　三、高層及超高層鋼結構
    　　
    　　由于人類(lèi)文化生活不斷提高，對高層、大跨度建筑的要求也就越來(lái)越高。而鋼結構本身具備自重輕，強度高，施工快等獨特優(yōu)點(diǎn)，因此對高層、大跨度，尤其是超高層、超大跨度，采用鋼結構更是非常理想。
    巨型鋼結構為高層或超高層建筑的一種嶄新體系，它是為了滿(mǎn)足特殊功能或綜合功能而產(chǎn)生的。它具有良好的建筑適應性和潛在的高效結構性能，是一種很有的結構。如日本千葉縣43層、高180m的NEC大樓，該建筑內部布置大開(kāi)口和大空間庭院，其巨型結構是由四根巨型結構柱和四個(gè)巨型的空間桁架梁組成的巨型空間桁架體系。這種體系具有極強的抗推剛度。另一例是德國法蘭克福1997年建成的商業(yè)銀行新大樓，63層、高298.74m，也是歐洲最高的一棟超高層建筑。該建筑平面為邊長(cháng)60m的等邊三角形，其結構體系是以三角形頂點(diǎn)的三個(gè)獨立框筒為“巨型柱”，通過(guò)八層樓高的鋼框架為“巨型梁”連接而圍成的巨型筒體系，具有極好的整體效應和抗推剛度，其中“巨響梁”產(chǎn)生了巨大的“螺旋箍”效應。香港匯豐銀行也屬于一巨型鋼結構大廈。
    　　
    　　四、大跨度鋼結構
    　　
    　　大跨度或較大跨度大都采用鋼結構，當然也有用“膜”完成的，但充氣膜由于一些缺點(diǎn)近年來(lái)很少用，張力膜則也需要鋼索和鋼桿的支撐。
    　　大跨度鋼結構多用于多功能場(chǎng)館，會(huì )議展覽中心，博覽館，候機廳，飛機庫等。最早跨度最大的平板網(wǎng)架是60年代美國洛衫磯加里福尼亞大學(xué)體育館91m×122m（正放四角錐）。最大的雙層網(wǎng)殼是70年代也是在美國建造的休斯敦宇宙穹頂（Astrodome，直徑196m）及新奧爾良超級穹頂（Superdome，直徑207m）。90年代在日本名古屋又興建了當今世界上最大跨度的單層網(wǎng)殼，建筑直徑229.6m，結構直徑187.2m，采用三向網(wǎng)格，節點(diǎn)為能承受軸力和彎矩的剛性節點(diǎn)。世界上最大的室內體育館是美國1996年奧運會(huì )的主體育館?亞特蘭大體育館（擬橢圓形平面，186m×235m），采用的是張拉整體體系的屋蓋，主要由索、桿、膜組成，是當今最有發(fā)展前途的一種新型空間結構。當然，從角度講，跨度再大的結構也是有可能實(shí)現的，為此，日本、美國學(xué)者和研究單位都在進(jìn)行研究。在橋梁方面，1000m左右跨度已經(jīng)實(shí)現，世界上跨度最大的斜拉索橋為日本的多多羅大橋全長(cháng)為890m；最大的懸索橋為日本的名石大橋（1991m），公路鐵路兩用最大跨度橋為香港的青馬大橋（懸索橋1377m）。世界最早的雙曲拋物面懸索屋蓋是著(zhù)名的美國雷里競技館。國際上以及我國都在流行一種波浪形曲面，樹(shù)狀支承以及直接交匯的相貫節點(diǎn)的立體桁架體系?？雌饋?lái)雄壯而美觀(guān)。我國深圳機場(chǎng)、首都機場(chǎng)、上海浦東機場(chǎng)就是典型的例子。
    　　
    　　五、我國建筑鋼結構的前景與差距
    　　
    　　從美國、日本、歐洲一些發(fā)達國家的經(jīng)驗看，建筑業(yè)即將成為鋼材的主要市場(chǎng)。而目前我國與之相比還有差距。因此我國的高層建筑鋼材到目前為止還都從國外進(jìn)口，特別是大于50mm的厚鋼板，國產(chǎn)產(chǎn)品的Z向性能尚達不到要求。國外不僅鋼板厚度較大，而且可以滿(mǎn)足各種性能要求。如日本已經(jīng)能夠生產(chǎn)的100mm的厚鋼板，具有以下類(lèi)型：
    　?。?）有高強度低預熱型（以前預熱75℃，現在預熱50℃）的厚鋼板590N/mm2級（HT590級）；（2）抗地震的厚鋼板，主要有低屈服比高強度鋼材（HT590～HT780級）和低屈服點(diǎn)鋼板，這種鋼材日本重點(diǎn)生產(chǎn)，用于次要結構上，當地震時(shí)這種材料先屈服，保證主要結構減少地震損失；（3）防火厚鋼板。有400N/mm2及490N/mm2，當其在600℃時(shí)屈服強度還能達到常溫下的2/3；（4）裝飾用的奧氏體不銹鋼板及鐵素體不銹鋼板（沿海用，優(yōu)于前者）。
    　　目前，國內高層鋼結構鋼材幾乎都從國外進(jìn)口，工程總承包由國外承擔，制造和安裝則由國內廉價(jià)勞動(dòng)力承包，這種局面應從速扭轉，因為這與我國產(chǎn)鋼大國的地位很不相稱(chēng)。大跨度鋼結構鋼材不像高層鋼結構那樣突出，但設計方案（包括建筑和結構）經(jīng)常國外中標，這種局面與中央強調建立我們自己的創(chuàng )新體系的號召相距甚遠，應該引起我國建筑界的關(guān)注，是水平低還是其它原因，值得我們深思。
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