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鋼結構在國外建筑的應用

08-22 13:19:48  瀏覽次數:945次  欄目:結構設計
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    建筑用鋼占總鋼產量的比重 
    中國的建筑用鋼總量約占全部鋼產量的20%~25%,而工業發達的國家則占30%以上。如美國和日本,該項指標均已超過50%。在我國,鋼在建筑中主要用于建筑鋼結構,鋼筋混凝土用鋼筋,鋼絞線,鋼絲,門窗等,而其中鋼結構用鋼只占10%左右,在我國一億噸的鋼產量中,真正用于鋼結構的也就200~300萬噸。 
  根據美國金屬建筑行業分布的一些數據,美國金屬建筑行業的發展和市場的基本情況是:在20世紀50、60、70、80和90年代,以百萬美元計的年銷售額/以萬噸計的年加工量分別為150/30、300/65、1200/110、1500/125和2200/190。從中可以看出,美國的建筑用金屬年銷售額增長很快,估計目前已經超過25億美元,年加工量也已經達到200萬噸以上。 
    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分布:工業(生產用廠房、倉庫及輔助設施等)、商業(商場、旅館、展覽館、醫院、辦公大樓等)、社區(私有及公有社區活動中心及建筑如學校、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,低層建筑中采用鋼結構是很普遍的。所謂低層建筑是指層高低于18m,層數不超過5層的工業廠房、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%。 
  輕鋼建筑在一些發達國家已被廣泛應用于工廠、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"型截面物做主梁,現場用螺栓或焊接拼接的門式鋼架為主要結構的一種建筑,再配以零件、扣件、門窗等形成比較完善的建筑體系,即輕鋼結構體系。這種體系由工廠制作,現場按要求拼裝形成。具有自重輕,建設周期短,適應性強,外表美觀,造價低,易維護等特點。由于自重輕,也降低了基礎的造價。國外輕鋼結構廠商如Butler、BHP、ABC等都已經進入了中國市場。 
    高層及超高層鋼結構 
  由于人類文化生活不斷提高,對高層、大跨度建筑的要求也就越來越高。而鋼結構本身具備自重輕,強度高,施工快等獨特優點,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。目前世界上最高,最大的結構采用的都是鋼結構,而歷屆奧運會的場館也多采用鋼結構。世界上目前已經建成的幾個純鋼結構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的美國紐約帝國大廈;1969年建成的110層、高417m的美國紐約世界貿易中心(南北兩座);1970年建成的110層、高443m的美國芝加哥西爾斯大廈;1996年建成的高450m的馬來西亞雙塔石油大廈等。 
  巨型鋼結構為高層或超高層建筑的一種嶄新體系,它是為了滿足特殊功能或綜合功能而產生的。它具有良好的建筑適應性和潛在的高效結構性能,是一種很有發展的結構。 
    大跨度鋼結構 
  大跨度或較大跨度大多采用鋼結構,當然也有用"膜"完成的,但充氣膜由于一些缺點近年來很少用,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體育場館、會議展覽中心、博覽館、候機廳、飛機庫等。最早跨度最大的平板網架是上世紀60年代美國洛衫磯加里福尼亞大學體育館(91m×122m正放四角錐)。最大的雙層網殼是上世紀70年代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)。上世紀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殼,建筑直徑229.6m,結構直徑187.2m,采用三向網格,節點為能承受軸力和彎矩的剛性節點。世界上最大的室內體育館是美國1996年奧運會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,是當今最有發展前途的一種新型空間結構。1993年日本建成的福岡體育館,直徑222m,是當今最大的開合鋼結構屋頂,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合結構。超過300m的屋蓋結構全部使用鋼板和型鋼組成,并不是最優方案,近年來研究較為成功的是雜交(混合)結構,即桿、索、膜混合使用。 
  最為典型的例子是世紀之交的千年穹頂(TheMilleniumDome),該館位于英國倫敦泰晤士河南岸格林尼治,是當今世界跨度最大的屋蓋,穹頂酷像飛碟,直徑320m。當然,從理論角度講,跨度再大的結構也是有可能實現的,在現實當中能否實現還有待于深入研究,但在橋梁方面,1000m左右跨度已經實現,世界上跨度最大的斜拉索橋為日本的多多羅大橋(全長為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名的美國雷里競技館。 
  另外,歷屆奧運會、博覽會等都可以顯示鋼結構的發展水平。如1972年德國慕尼黑(覆蓋7.48萬m2體育場的索網建筑群),1976年加拿大蒙特利爾,1980年莫斯科,1984年美國洛杉磯,1988年韓國漢城(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(11萬人,兩個220m×70m的雙曲拋物面網殼)。 
  機場和機庫都屬于大跨度結構,在工程中基本上也都采用鋼結構。如英國倫敦希思羅機庫(一、二期)應是規模比較大的工程。而我國近年來建成的首都機庫(2-153m×90m)采用三層斜放四角錐網格、焊接球節點平板網架,其跨度規模之大,在國際上是數一數二的。機場的鋼結構屋蓋由于建筑上的要求比較高,更是絢麗多彩。香港機場、馬來西亞機場都采用大面積單體網殼形式。 
  目前,國際上以及我國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點的立體桁架體系?雌饋硇蹓讯烙^。我國深圳機場、首都機場、上海浦東機場就是典型的例子。
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