鋼結(jié)構(gòu)在國(guó)外建筑的應(yīng)用

1、鋼結(jié)構(gòu)在國(guó)外建筑的應(yīng)用-結(jié)構(gòu)理論中國(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 200300萬(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

2、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)

3、、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)

4、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

5、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（91nK122m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

6、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，186mx235m）,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（TheMil

7、leniumDome）, 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)?日本的多多羅大橋（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

8、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（186mx235m索穹頂），2000年澳大利亞悉尼主體育場(chǎng)（11萬(wàn)人， 兩個(gè)220mx70m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)220mx70m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)（2-153mX90m ）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