結(jié)構(gòu)工程師輔導(dǎo)國外建筑鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用情況

1、結(jié)構(gòu)工程師輔導(dǎo)：國外建筑鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用情 況1、建筑用鋼占總鋼產(chǎn)量的比重？近數(shù)十年來，前蘇聯(lián)、美國、日本三個國家一直是世界上鋼產(chǎn)量居前 三位的國家，其鋼產(chǎn)量輪流位居世界第一位。因此，這幾個國家的建 筑鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)事業(yè)蓬勃發(fā)展。而在同一時期，我國在這方面的發(fā)展則 比較緩慢，水平也相對落后。近幾年來，隨著我國改革開放政策的實 行和推進，我國的經(jīng)濟建設(shè)工作取得了突飛猛進的進展。在此期間， 我國的鋼產(chǎn)量一躍成為世界第一位。 ，我國鋼產(chǎn)量首次突破億噸大關(guān) 我國鋼產(chǎn)量已達11434萬t，而且每年增產(chǎn)300萬t.鋼產(chǎn)量的增長為 發(fā)展我國建筑鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)事業(yè)創(chuàng)造了極好的時機。 但目前，我國與發(fā) 達國家相比在許多方面還

2、存在著明顯的差距， 因此，為了推動我國建 筑鋼結(jié)構(gòu)的進一步發(fā)展和應(yīng)用， 我們急需了解國外建筑鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用 概況。 ?中國的建筑用鋼總量約占全部鋼產(chǎn)量的 20%25%,而工業(yè)發(fā)達的國 家則占 30%以上。如美國和日本，該項指標(biāo)均已超過 50%.在我國， 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，在我國一億噸的鋼產(chǎn)量中，真正用于鋼結(jié)構(gòu)上的也就 200300萬噸。？根據(jù)中期美國金屬建筑行業(yè)分布的一些數(shù)據(jù)，美國金屬建筑行業(yè)的發(fā)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

3、為150/30、300/65、1200/110、1500/125和2200/190,如以50年代為例相應(yīng)的增長倍數(shù) 分別達到1.2/2、2.8/3、7.10/5、7和15/6.3倍。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(jīng)超過25 億美元，年加工量也已經(jīng)達到 200萬噸以上。 ?2、低層、多層建筑鋼結(jié)構(gòu)和輕鋼結(jié)構(gòu) ? 美國金屬建筑的主要市場分布：工業(yè) （生產(chǎn)用廠房、倉庫及輔助設(shè)施 等）、商業(yè) （商場、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

4、國，低層建筑中采用鋼結(jié)構(gòu)還是很普遍的。 美國鋼結(jié)構(gòu)學(xué)會和金 屬房屋制造協(xié)會（AISC和MBMA）聯(lián)合編制了低層建筑的設(shè)計指南。所 謂低層建筑是指層高低于18m，層數(shù)不超過5層的工業(yè)廠房、倉庫、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)達國家已被廣泛應(yīng)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，對高層、大跨度建筑的要求也就越來越 高。而鋼結(jié)構(gòu)本身具備自重輕，強度高，施工快等獨特優(yōu)點，因此對 高層、大跨度，尤其是超高層、超

5、大跨度，采用鋼結(jié)構(gòu)更是非常理想。 目前世界上， 的結(jié)構(gòu)采用的都是鋼結(jié)構(gòu)， 而歷屆奧運會的場館也多采 用鋼結(jié)構(gòu)。世界上目前已經(jīng)建成的幾個純鋼結(jié)構(gòu)建筑為目前世界上的 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 （以前一直是 的）;?建成的110層、高417m的美國紐約世界貿(mào)易中心（南北兩座）;？建成的 110 層、高 443m 的美國芝加哥西爾斯大廈 ;?建成的高450m的馬來西亞雙塔石油大廈（KLCC號稱目前世界，但美 國的西爾斯大廈有異議）；?？我國于建成的上海金茂大廈為95層，建筑高度421m,結(jié)構(gòu)高度395m, 也躋身于世界行列。如果上海浦東環(huán)球金

6、融中心大廈（95層460m）建成，則堪稱世界，實為我國一大光榮。深圳賽格廣場大廈70層、高279m，為世界上的全部采用鋼管混凝土的超高層建筑，這又是我國 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，這種體系具有極強的抗推剛度。 另一例是德國法蘭克福建成的 商業(yè)銀行新大樓，63層、高298.74m,也是歐洲

7、的一棟超高層建筑。 該建筑平面為邊長 60m 的等邊三角形，其結(jié)構(gòu)體系是以三角形頂點 的三個獨立框筒。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(jié)構(gòu)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。最早跨度的平板網(wǎng)架是 60年代美國洛衫磯加里福尼 亞大學(xué)體育館91mx 122m（正放四角錐）。的雙層網(wǎng)殼是70年代也是 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）。90年代在日本名古屋又興建了當(dāng)今

8、世界上跨度的單層網(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)點為能承受軸力和彎矩的剛性節(jié)點。 世界上的室內(nèi)體育 館是美國奧運會的主體育館 ?亞特蘭大體育館 （擬橢圓形平面， 186m x 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)。日本建成的福岡體育館， 直徑222m，是當(dāng)今的開合鋼結(jié)構(gòu)屋頂，而使建成的加拿大多倫多天 空穹頂（Skydome,直徑203m）,降為世界第二跨度的開合結(jié)構(gòu)。超過 300m 的屋蓋結(jié)構(gòu)全部使用鋼板和型鋼組成，并不是方案，近年來研 究較為成功的是雜交 （混合）結(jié)構(gòu)，即桿、索、膜混合使用

9、。最為典型 的例子就是千禧之年世紀之交的千年穹頂 （TheMilleniumDome）， 6月 開始擬建，僅用一年時間施工， 6月舉行升頂儀式，該館位于英國倫 敦泰晤士河南岸格林尼治，是當(dāng)今世界跨度的屋蓋，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)通過總 長度70km的鋼纜繩懸掛起來的，桅桿塔柱布置在直徑200m圓周上。 穹頂網(wǎng)格由72根成對徑向索和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m2,總預(yù)算7.58億英鎊。 館內(nèi)將以“標(biāo)新立

10、異時代”為主題舉行展覽會以迎接21世紀的到來。館內(nèi)設(shè)有“人體探秘”、“時光課堂”、“金融之窗”、“地球奇跡”、“展 望未來”等 12 個展區(qū)。當(dāng)然，從理論角度講，跨度再大的結(jié)構(gòu)也是 有可能實現(xiàn)的，為此，日本、美國學(xué)者和研究單位都在進行研究。如 富勒曾提出建造一個直徑 3.22km 的短程線網(wǎng)殼，覆蓋紐約市第 23-59 號街區(qū)，網(wǎng)殼重8萬t.日本巴組鐵工所曾提出跨度 200m、500m及 1000m網(wǎng)殼藍圖，其中500m為全天候多功能體育娛樂活動廳，1000m 為創(chuàng)造理想未來城市，體現(xiàn)工作、居住、娛樂一體化的豐富日常生活 環(huán)境。雖然這種設(shè)想在現(xiàn)實當(dāng)中能否實現(xiàn)還有待于深入研究， 但在橋 梁方面，

11、 1000m 左右跨度已經(jīng)實現(xiàn)， 世界上跨度的斜拉索橋為日本的 多多羅大橋全長為890m;的懸索橋為日本的名石大橋（m），公路鐵路 兩用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(jié)構(gòu)的發(fā)展水平。如德國慕尼黑（覆蓋7.48萬m2體育場的索 網(wǎng)建筑群 ），加拿大蒙特利爾，莫斯科，美國洛杉磯，韓國漢城 （120m 直徑體操館及 93m直徑擊劍館都是索穹頂），西班牙巴塞羅那圣喬地體育館（128m）,美 國亞特蘭大喬治亞穹頂（186m x 235m索穹頂）。澳大利亞悉尼主體育 場（11萬人，兩個220mx 70

12、m的雙曲拋物面網(wǎng)殼）。機場和機庫都屬 于大跨度結(jié)構(gòu)，在工程中基本上也都采用鋼結(jié)構(gòu)。如英國倫敦希思羅 機庫（一、二期）應(yīng)是規(guī)模比較大的工程。而我國近年來建成的首都機庫（2-153mX 90m）采用三層斜放四角錐網(wǎng)格、焊接球節(jié)點平板網(wǎng)架， 其跨度規(guī)模之大，在國際上是數(shù)一數(shù)二的，這是我國在鋼結(jié)構(gòu)方面的 又一大殊榮。 機場的鋼結(jié)構(gòu)屋蓋由于建筑上的要求比較高， 更是絢麗 多彩。香港機場、馬來西亞機場都采用大面積單體網(wǎng)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(jié)點的立體桁架體系。看起來雄壯而美觀。我國深圳機場、首都 機場、上海浦東機場就是典型的例子。5、我國建筑鋼

13、結(jié)構(gòu)的前景與差距 ?從美國、日本、 歐洲一些發(fā)達國家的經(jīng)驗看，建筑業(yè)即將成為鋼材應(yīng) 用的主要市場。 而目前我國與之相比還有差距。 因此我國的高層建筑 鋼材到目前為止還都從國外進口， 特別是大于 50mm 的厚鋼板， 國產(chǎn) 產(chǎn)品的 Z 向性能尚達不到要求 .國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：'K有高強度低預(yù)熱型（以前預(yù)熱75C，現(xiàn)在預(yù)熱50C）的厚鋼板 590N/mm2 級（HT590級）; 抗地震的厚鋼板，主要有低屈服比高強度鋼材 （HT590- HT780級）和低屈服點鋼板，這種鋼材日本重點生產(chǎn)，用于次要結(jié)構(gòu)上，當(dāng)?shù)卣?時這種材料先屈服，保證主要結(jié)構(gòu)減少地震損失； 防火厚鋼板。有400N/mm2及490N/mm2 ,當(dāng)其在600C時屈服