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鋼結(jié)構(gòu)在國(guó)外建筑的應(yīng)用

2009-11-04 13:23    【  【打印】【我要糾錯(cuò)】

  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)的也就200~300萬(wàn)噸。

  根據(jù)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.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。

  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(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(guó),低層建筑中采用鋼結(jié)構(gòu)是很普遍的。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“H”型截面物做主梁,現(xiàn)場(chǎng)用螺栓或焊接拼接的門式鋼架為主要結(jié)構(gòu)的一種建筑,再配以零件、扣件、門窗等形成比較完善的建筑體系,即輕鋼結(jié)構(gòu)體系。這種體系由工廠制作,現(xiàn)場(chǎng)按要求拼裝形成。具有自重輕,建設(shè)周期短,適應(yīng)性強(qiáng),外表美觀,造價(jià)低,易維護(hù)等特點(diǎn)。由于自重輕,也降低了基礎(chǔ)的造價(jià)。國(guó)外輕鋼結(jié)構(gòu)廠商如Butler、BHP、ABC等都已經(jīng)進(jìn)入了中國(guó)市場(chǎng)。

  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)西亞雙塔石油大廈等。

  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)。

  大跨度鋼結(jié)構(gòu)

  大跨度或較大跨度大多采用鋼結(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)架是上世紀(jì)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)殼是上世紀(jì)70年代在美國(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)。上世紀(jì)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(kāi)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(Skydome,直徑203m)降為世界第二跨度最大的開(kāi)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。

  最為典型的例子是世紀(jì)之交的千年穹頂(TheMilleniumDome),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.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,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髽颍?991m),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1萬(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。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(shù)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。

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