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我國建筑鋼結構的發展概況

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我國建筑鋼結構的發展概況


             ——寫在“2003年中國(上海)鋼結構住宅產業與住宅科技博覽會”之前


  鋼結構在國民經濟建設的應用范圍很廣,可以說遍及各個行業,其中鋼結構建筑工程是我國建筑行業中蓬勃發展的一項既古老又嶄新的行業,是綠色環保產品,是推動傳統建筑業向高新技術發展的重要排頭兵。

  現在我們要談的是建筑鋼結構在住宅產業化中的應用與發展以及輕鋼住宅的發展前景,但首先我們應了解建筑鋼結構發展的幾個時期和鋼結構的其它幾個主要分支。

  一、解放后鋼結構發展的四個歷史時期

  1.20世紀5060年代初盛時期在國民經濟恢復時期,由蘇聯援建的156項新建和擴建項目中,有很大一部分鋼結構廠房主要是由鋼柱和鋼桁架組成的單層廠旁。同時成立了一大批設計院,建立了一批鋼結構制造廠和安裝公司,也培養出一批鋼結構技術人才。

  在民用建筑方面,也建成一批鋼結構房屋,從1954年建成的57米跨度兩鉸拱結構的北京體育館、1956年建成的52米跨度的圓柱面聯方網殼的天津體育館、到1959年建成的北京人民大會堂部分鋼結構等等。50年代中期,開始研究預應力鋼結構。

  2.20世紀60年代中后期和70年代的低潮時期。

  在這個時期,因為鋼的生產總量少,國家提出在建筑業節約鋼材的政策。再加上執行中、理解上出現的偏差,某些人認為節約鋼材就是不用鋼材。鋼結構工程少了,設計、制造、安裝隊伍也逐步萎縮,但還是建成幾幢有意義的大型建筑和橋梁。在此時期,還研究開發了由圓鋼和小角鋼組成的輕鋼屋蓋、用于小跨度的廠房。

  3.20世紀80年代和90年代的發展時期1979年后,隨著改革開放政策的實施,以經濟建設為中心的工作步入正軌,鋼結構的應用逐漸增長。

  4.一九九六年后,我國建筑鋼結構發展的春天。

  在鋼產量超過一億噸后,我國政府及時提出在建筑業中提倡使用鋼結構,在組織上采取了一些措施,并且調整了政策,出臺了一系列的積極發展的方針,也編制了一些相應的規范、規程及計算軟件。

  二、下面就建筑鋼結構的幾個主要分支簡述如下:

  1.網架結構平板鋼架在6070年代得到廣泛應用,但近年來已經趨緩,在此工程領域逐漸有被輕鋼結構代替之趨勢。并在80年代初期,就制定了的“網架結構設計與施工規程”JGJ7-91,編制了網架結構標準化,系列化工業化生產的   成套圖紙,形成了成熟的技術,促進其迅速發展,發展之快、其規模之大,為國際少見。

  網架結構適用于塔架結構,(如大連電視塔)小型裝飾塔、塑像骨架(如九華山佛像、高99.9米)等。

  2.高層建筑鋼結構

 。1)改革開放以后,我國的高層建筑得到快速發展。80年代初期,在這個時期國內結構工程師通過參與數十棟高層建筑鋼結構的設計、安裝、制造,已經取得了一定的經驗。通過和國外企業的合作,引進、吸收了國外的技術,并根據我國國情進行一系列的重大科研項目的研究,國內高層建筑鋼結構的技術已經發展到一個較高的水平。

 。2)鋼結構的優越性及綜合經濟效益無論是結構性能、使用功能還是經濟效益上,鋼結構都具有一定的優越性。
 、黉摬牡目估、抗壓、抗剪強度相對來說較高,鋼結構構件結構斷面小、自重輕。一般情況下,高層鋼筋混凝土建筑物的自重在1.5-2.0噸/m2左右,高層建筑鋼結構自重大都在1噸/m2以下,甚至有的辦公樓只有0.5-0.6噸/m2。
 、阡摻Y構有較好的延性,抗震性能好,尤其在高烈度震區,使用鋼結構就更為有利,鋼筋混凝土結構延性的保證在于結構的應力不太高,而鋼結構的延性在于使部分構件進入塑性。
 、劢Y構占有面積(或稱為結構平面密度)小,實際上是增加了使用面積。高層建筑鋼結構的結構占有面積只是同類鋼筋混凝土建筑面積的28%。采用鋼結構可以增加使用面積4%-8%。這實際上是增加建筑物的使用價值,增加經濟效益。
 、苁┕に俣瓤。采用鋼結構可為施工提供較大的空間和較寬敞的施工作業面。鋼結構工程的柱子一般取3-4層為一個施工段,在現場一次吊裝。而且柱子的吊裝、鋼框架的安裝、鋼筋混凝土核心筒的澆筑、組合樓蓋的施工等,可以實行立體交叉作業。有時在上部安裝柱、框架的同時,下部可以進行內部裝飾、裝修工程。因此,在保證技術、供應、管理等方面的條件下,可以提前投入使用。
 、蒌摻Y構的質量容易保證。鋼結構構件一般都在工廠里制造、加工、精度高。
 、掬摻Y構建筑在使用過程中易于改造,如加固、接高、擴大樓面等內部分割、變動比較容易、靈活。一些發達國家認為,鋼結構建筑是環保型建筑,可以重復利用,減少礦產資源的開采。
 、咪摻Y構可以做成大跨度、大空間。開敞式的大平面辦公室,60年代后得到較大的發展,有的國家稱之為“園林化辦公室”。這種辦公室要求較大尺寸的柱網布置,并且柱子斷面越小越合適。采用12-15m的柱網已經很普遍。鋼結構正適合這種要求,因為它可以形成較寬敞的無柱空間,便于內部靈活布置。
 、喙芫布置方便。在鋼結構的結構空間中,有許多孔洞與空腔,而且鋼梁的腹板也允許穿越小于一定直徑的管線,這樣使管線的布置較為方便,也增加了建筑凈高,而且管線的更換、修理都為方便。

 。3)、鋼結構建筑造價并不高。鋼結構的造價與許多因素有關,如鋼鐵的生產量、加工水平、鋼材品種、規格、設計技術水平、計算造價的方法等等。

  根據目前掌握的數據和資料,對于多層建筑,包括多層居住建筑,鋼結構的造價,略高于磚混結構,而與鋼筋砼結構持平,不會高于后者的造價,如果從綜合效益看,則完全低于傳統的建筑。

  3.懸索和斜拉結構我國應用懸索結構比較早,但在建成北京工人體育館和浙江體育館后,幾乎停頓下來,到90年代又開始采用。如山東淄博54米跨單層平行索的體育館。它采用了加荷載方法,使鋼索與鋼筋混凝土形成具有抗彎剛度的預應力懸掛薄殼。

  4、網殼網殼結構在大跨度和超大跨度時有很大優點,從50年代就開始用于體育館和公共會堂中。

  網殼型式很多,像柱面、球面、雙曲拋物面、扭面及雙曲扁殼等。除鋼網殼外,還有多層網殼和與屋面共同工作的組合網殼。在建筑工程采用鋁合金的有1998年建成的上海國際體操中心館,直徑68m,穹頂,采用單屋鋁合金球面網殼,共有12圈。鋁合金結構對減輕結構自重,降低基礎造價起到了很好的作用。

  5.膜和索膜結構膜和索膜結構由于它適用性比較廣,因此大量用于體育建筑,展覽建筑、娛樂建筑及設施、演出建筑、機場建筑和各類海濱娛樂休閑建筑及設施。最大的膜結構是上海八萬人體育館挑蓬,平面投影為288.4m×74.4m,由64榀徑向懸挑鋼管桁架和2-4道環向次桁架組成的大跨度空間結構,屋蓋呈馬鞍形,由57個傘狀索膜單元組成。

  6.單層廠房框架結構改革開放以來,又新建一批重型工業廠房,大部份都采用的是鋼結構框架承重體系。

  上海寶山鋼鐵廠的1、2期鋼結構建設面積達到105萬平方米。廠房結構基本上是單層框架或排架體條。一期工程主要由日本設計制造,二期工程主要由國內設計施工。它的特點在于廠房高度大,有的柱高50米,吊車起重量有的達到450噸。廠房的圓護結構,采用輕型的彩色涂層壓型鋼板或鋁合金壓型鋼板。

  這個時期,各地建了單層廠房不少,但仍然沿用的是過去形成的體系,有的采用鋼筋砼桅,鋼屋架,也有部份為鋼柱(焊接H型或其它型式鋼屋架的,仍屬于重鋼形成。但是因為有部份的廠房與日本、美國、意大利等國家的公司合作,將國外的設計思想帶到國內,國外的設計比較靈活多樣。
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