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國(guó)外建筑鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用情況

作者:建筑鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)    
時(shí)間:2009-12-22 20:46:58 [收藏]


    1、建筑用鋼占總鋼產(chǎn)量的比重?
      近數(shù)十年來(lái),前蘇聯(lián)、美國(guó)、日本三個(gè)國(guó)家一直是世界上鋼產(chǎn)量居前三位的國(guó)家,其鋼產(chǎn)量輪流位居世界第一位。因此,這幾個(gè)國(guó)家的建筑鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)事業(yè)蓬勃發(fā)展。而在同一時(shí)期, 我國(guó)在這方面的發(fā)展則比較緩慢,水平也相對(duì)落后。近幾年來(lái),隨著我國(guó)改革開放政策的實(shí)行和推進(jìn),我國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)工作取得了突飛猛進(jìn)的進(jìn)展。在此期間,我國(guó)的鋼產(chǎn)量一躍成為世界第一位。1996年,我國(guó)鋼產(chǎn)量首次突破億噸大關(guān);1998年我國(guó)鋼產(chǎn)量已達(dá)11434萬(wàn)t,而且每年增產(chǎn)300萬(wàn)t.鋼產(chǎn)量的增長(zhǎng)為發(fā)展我國(guó)建筑鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)事業(yè)創(chuàng)造了極好的時(shí)機(jī)。但目前,我國(guó)與發(fā)達(dá)國(guó)家相比在許多方面還存在著明顯的差距,因此,為了推動(dòng)我國(guó)建筑鋼結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用,我們急需了解國(guó)外建筑鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用概況。?
      中國(guó)的建筑用鋼總量約占全部鋼產(chǎn)量的20%~25%,而工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家則占30%以上。如美國(guó)和日本,該項(xiàng)指標(biāo)均已超過(guò)50%.在我國(guó),鋼在建筑中主要用于建筑用鋼結(jié)構(gòu),鋼筋混凝土用鋼筋,鋼絞線,鋼絲,門窗等,而其中鋼結(jié)構(gòu)用鋼只占10%左右,在我國(guó)一億噸的鋼產(chǎn)量中,真正用于鋼結(jié)構(gòu)上的也就200~300萬(wàn)噸。?
      根據(jù)1998年中期美國(guó)金屬建筑行業(yè)分布的一些數(shù)據(jù),美國(guó)金屬建筑行業(yè)的發(fā)展和市場(chǎng)的基本 情況是:在20世紀(jì)50、60、70、80和90年代,以百萬(wàn)美元計(jì)的年銷售額/以萬(wàn)噸計(jì)的年加工量分別為150/30、300/65、1200/110、1500/125和2200/190,如以50年代為例相應(yīng)的增長(zhǎng)倍數(shù) 分別達(dá)到1.2/2、2.8/3、7.10/5、7和15/6.3倍。從中可以看出,美國(guó)的建筑用金屬年銷售額增長(zhǎng)很快,估計(jì)目前已經(jīng)超過(guò)25億美元,年加工量也已經(jīng)達(dá)到200萬(wàn)噸以上。?
      2、低層、多層建筑鋼結(jié)構(gòu)和輕鋼結(jié)構(gòu)?
      美國(guó)金屬建筑的主要市場(chǎng)分布:工業(yè)(生產(chǎn)用廠房、倉(cāng)庫(kù)及輔助設(shè)施等)、商業(yè)(商場(chǎng)、旅館 、展覽館、醫(yī)院、辦公大樓等)、社區(qū)(私有及公有社區(qū)活動(dòng)中心及建筑如學(xué)校、體育館、圖書館 、教堂等)、綜合等方面,分別占到46%、31%、14%和9%的份額。?
      在美國(guó),低層建筑中采用鋼結(jié)構(gòu)還是很普遍的。美國(guó)鋼結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)指南。所謂低層建筑是指層高低于18m,層數(shù)不超過(guò)5層的工業(yè)廠房、倉(cāng)庫(kù)、辦公室及其他的辦公和社區(qū)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(dá)國(guó)家已被廣泛應(yīng)用于工廠、倉(cāng)庫(kù)、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,以焊接建筑鋼結(jié)構(gòu)。
      3、高層及超高層鋼結(jié)構(gòu)?
      由于人類文化生活不斷提高,對(duì)高層、大跨度建筑的要求也就越來(lái)越高。而鋼結(jié)構(gòu)本身具備自重輕,強(qiáng)度高,施工快等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn),因此對(duì)高層、大跨度,尤其是超高層、超大跨度,采用鋼結(jié)構(gòu)更是非常理想。目前世界上最高,最大的結(jié)構(gòu)采用的都是鋼結(jié)構(gòu),而歷屆奧運(yùn)會(huì)的場(chǎng)館也多采用鋼結(jié)構(gòu)。世界上目前已經(jīng)建成的幾個(gè)純鋼結(jié)構(gòu)建筑為目前世界上最高的超高層建筑,它們是:?
      1931年建成的102層、高381m的美國(guó)紐約帝國(guó)大廈(1969年以前一直是最高的);?
      1969年建成的110層、高417m的美國(guó)紐約世界貿(mào)易中心(南北兩座);?
      1970年建成的110層、高443m的美國(guó)芝加哥西爾斯大廈;?
      1996年建成的高450m的馬來(lái)西亞雙塔石油大廈(KLCC,號(hào)稱目前世界最高,但美國(guó)的西爾斯大廈有異議);?
      我國(guó)于1997年建成的上海金茂大廈為95層,建筑高度421m,結(jié)構(gòu)高度395m,也躋身于世界最高行列。如果上海浦東環(huán)球金融中心大廈(95層460m)建成,則堪稱世界最高,實(shí)為我國(guó)一大光榮。深圳賽格廣場(chǎng)大廈70層、高279m,為世界上最高的全部采用鋼管混凝土的超高層建筑,這又是我國(guó)的一大光榮。?
      巨型鋼結(jié)構(gòu)為高層或超高層建筑的一種嶄新體系,它是為了滿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(yīng)性和潛在的高效結(jié)構(gòu)性能,是一種很有發(fā)展的結(jié)構(gòu)。如日本千葉縣43層、高180m的NEC大樓,該建筑內(nèi)部布置大開口和大空間庭院,其巨型結(jié)構(gòu)是由四根巨型結(jié)構(gòu)柱和四個(gè)巨型的空間桁架梁組成的巨型空間桁架體系。經(jīng)分析,這種體系具有極強(qiáng)的抗推剛度。另一例是德國(guó)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(zhǎng)60m的等邊三角形,其結(jié)構(gòu)體系是以三角形頂點(diǎn)的三個(gè)獨(dú)立框筒為4、大跨度鋼結(jié)構(gòu)?
      大跨度或較大跨度大都采用鋼結(jié)構(gòu),當(dāng)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(jié)構(gòu)多用于多功能體育場(chǎng)館,會(huì)議展覽中心,博覽館,候機(jī)廳,飛機(jī)庫(kù)等。最早跨度最大的平板網(wǎng)架是60年代美國(guó)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(guó)建造的休斯敦宇宙穹頂(Astrodome,直徑196m)及新 奧爾良超級(jí)穹頂(Superdome,直徑207m)。90年代在日本名古屋又興建了當(dāng)今世界上最大跨度的單層網(wǎng)殼,建筑直徑229.6m,結(jié)構(gòu)直徑187.2m,采用三向網(wǎng)格,節(jié)點(diǎn)為能承受軸力和 彎矩的剛性節(jié)點(diǎn)。世界上最大的室內(nèi)體育館是美國(guó)1996年奧運(yùn)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(dāng)今最有發(fā)展前途的一種新型空間結(jié)構(gòu)。1993年日本建成的福岡體育館,直徑222m,是當(dāng)今最大的開合鋼結(jié)構(gòu)屋頂,而使1989年建成的加拿大多倫多天空穹頂(Skydo me,直徑203m),降為世界第二跨度最大的開合結(jié)構(gòu)。超過(guò)300m的屋蓋結(jié)構(gòu)全部使用鋼板和型鋼組成,并不是最優(yōu)方案,近年來(lái)研究較為成功的是雜交(混合)結(jié)構(gòu),即桿、索、膜混合使用。最為典型的例子就是千禧之年世紀(jì)之交的千年穹頂(The Millenium Dome),1997年6月開始擬建,僅用一年時(shí)間施工,1998年6月舉行升頂儀式,該館位于英國(guó)倫敦泰晤士河南岸格林尼治,是當(dāng)今世界跨度最大的屋蓋,穹頂酷像飛碟,直徑320m。穹頂由12根包括10m支座在內(nèi)的高100m桅桿塔柱(柱本身90m)通過(guò)總長(zhǎng)度70km的鋼纜繩懸掛起來(lái)的,桅桿塔 柱布置在直徑200m圓周上。穹頂網(wǎng)格由72根成對(duì)徑向索和7根環(huán)向索做成。穹頂高50m,中間設(shè)有中心索桁架和70m直徑環(huán),上覆蓋144塊雙層巨幅白色涂以特福隆(Teflon)的玻璃纖維布。工程總面積8萬(wàn)m2,總預(yù)算7.58億英鎊。館內(nèi)將以“標(biāo)新立異時(shí)代”為主題舉行展覽會(huì)以迎接21世紀(jì)的到來(lái)。館內(nèi)設(shè)有“人體探秘”、“時(shí)光課堂”、“金融之窗”、“地球奇跡”、“展望未來(lái)”等12個(gè)展區(qū)。當(dāng)然,從理論角度講,跨度再大的結(jié)構(gòu)也是有可能實(shí)現(xiàn)的,為此,日本、美國(guó)學(xué)者和研究單位都在進(jìn)行研究。如1959年富勒曾提出建造一個(gè)直徑3.22km的短程線網(wǎng)殼,覆蓋紐約市第23-59號(hào)街區(qū),網(wǎng)殼重8萬(wàn)t.日本巴組鐵工所曾提出跨度200m、500m及1000m網(wǎng)殼藍(lán)圖,其中500m為全天候多功能體育娛樂(lè)活動(dòng)廳,1000m為創(chuàng)造理想未來(lái)城市,體現(xiàn)工作、居住、娛樂(lè)一體化的豐富日常生活環(huán)境。雖然這種設(shè)想在現(xiàn)實(shí)當(dāng)中能否實(shí)現(xiàn)還有待于深入研究,但在橋梁方面,1000m左右跨度已經(jīng)實(shí)現(xiàn),世界上跨度最大的斜拉索橋?yàn)槿毡镜亩喽嗔_大橋全長(zhǎng)為890m;最大的懸索橋?yàn)槿毡镜拿髽?(1991m),公路鐵路兩用最大跨度橋?yàn)橄愀鄣那囫R大橋(懸索橋1377m)。世界最早的雙曲拋物 面懸索屋蓋是著名的美國(guó)雷里競(jìng)技館。另外歷屆奧運(yùn)會(huì)、博覽會(huì)等都可以顯示鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展水平。如1972年德國(guó)慕尼黑(覆蓋7.48萬(wàn)m2體育場(chǎng)的索網(wǎng)建筑群),1976年加拿大蒙特利爾,1980年莫斯科,1984年美國(guó)洛杉磯,1988年韓國(guó)漢城(120m直徑體操館及93m直徑擊劍館都是索穹頂),1992年西班牙巴塞羅那圣喬地體育館(128m),1996年美國(guó)亞特蘭大喬治亞穹頂( 186m×235m索穹頂)。2000年澳大利亞悉尼主體育場(chǎng)(11萬(wàn)人,兩個(gè)220m×70m的雙曲拋物面網(wǎng)殼)。機(jī)場(chǎng)和機(jī)庫(kù)都屬于大跨度結(jié)構(gòu),在工程中基本上也都采用鋼結(jié)構(gòu)。如英國(guó)倫敦希思羅機(jī)庫(kù)(一、二期)應(yīng)是規(guī)模比較大的工程。而我國(guó)近年來(lái)建成的首都機(jī)庫(kù)(2-153m×90m)采 用三層斜放四角錐網(wǎng)格、焊接球節(jié)點(diǎn)平板網(wǎng)架,其跨度規(guī)模之大,在國(guó)際上是數(shù)一數(shù)二的,這是我國(guó)在鋼結(jié)構(gòu)方面的又一大殊榮。機(jī)場(chǎng)的鋼結(jié)構(gòu)屋蓋由于建筑上的要求比較高,更是絢麗多彩。香港機(jī)場(chǎng)、馬來(lái)西亞機(jī)場(chǎng)都采用大面積單體網(wǎng)殼形式。目前,國(guó)際上以及我國(guó)都在流行一種波浪形曲面,樹狀支承以及直接交匯的相貫節(jié)點(diǎn)的立體桁架體系??雌饋?lái)雄壯而美觀。我國(guó)深圳機(jī)場(chǎng)、首都機(jī)場(chǎng)、上海浦東機(jī)場(chǎng)就是典型的例子。
      5、我國(guó)建筑鋼結(jié)構(gòu)的前景與差距?
      從美國(guó)、日本、歐洲一些發(fā)達(dá)國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)看,建筑業(yè)即將成為鋼材應(yīng)用的主要市場(chǎng)。而目前 我國(guó)與之相比還有差距。因此我國(guó)的高層建筑鋼材到目前為止還都從國(guó)外進(jìn)口,特別是大于50mm的厚鋼板,國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品的Z向性能尚達(dá)不到要求 .國(guó)外不僅鋼板厚度較大,而且可以滿足各種性能要求。如日本已經(jīng)能夠生產(chǎn)的100mm的厚鋼板,具有以下類型:
     ?、儆懈邚?qiáng)度低預(yù)熱型(以前預(yù)熱75℃,現(xiàn)在預(yù)熱50℃)的厚鋼板590N/mm2級(jí)(HT590級(jí));
     ?、诳沟卣鸬暮皲摪澹饕械颓雀邚?qiáng)度鋼材(HT590~HT780級(jí))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(jié)構(gòu)上,當(dāng)?shù)卣饡r(shí)這種材料先屈服 ,保證主要 結(jié)構(gòu)減少地震損失;
     ?、鄯阑鸷皲摪濉S?00N/mm2及490N/mm2,當(dāng)其在600℃ 時(shí)屈服強(qiáng) 度還能達(dá)到常溫下的2/3;
     ?、苎b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(guó)內(nèi)高層鋼結(jié)構(gòu)鋼材幾乎都從國(guó)外進(jìn)口,工程總承包由國(guó)外承擔(dān),制造和安裝則由國(guó)內(nèi)廉價(jià)勞動(dòng)力承包,這種局面應(yīng)從速扭轉(zhuǎn),因?yàn)檫@與我國(guó)產(chǎn)鋼大國(guó)的地位很不相稱。大跨度鋼結(jié)構(gòu)鋼材不象高層鋼結(jié)構(gòu)那樣突出,但設(shè)計(jì)方案(包括建筑和結(jié)構(gòu))經(jīng)常國(guó)外中標(biāo),這種局面與中央強(qiáng)調(diào)建立我們自己的科技創(chuàng)新體系的號(hào)召相距甚遠(yuǎn),應(yīng)該引起我國(guó)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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