國外建筑鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用情況

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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。1996年，我國鋼產(chǎn)量首次突破億噸大關(guān)；1998年我國鋼產(chǎn)量已達(dá)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(dá)國家相比在許多方面還存在著明顯的差距，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(dá)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200～300萬噸。?

　　根據(jù)1998年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(jì)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，如以50年代為例相應(yīng)的增長倍數(shù) 分別達(dá)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(dá)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(dá)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年以前一直是最高的）；?

　　1969年建成的110層、高417m的美國紐約世界貿(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（KLCC，號稱目前世界最高，但美國的西爾斯大廈有異議）；?

　　我國于1997年建成的上海金茂大廈為95層，建筑高度421m，結(jié)構(gòu)高度395m，也躋身于世界最高行列。如果上海浦東環(huán)球金融中心大廈（95層460m）建成，則堪稱世界最高，實為我國一大光榮。深圳賽格廣場大廈70層、高279m，為世界上最高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1997年建成的商業(yè)銀行新大樓，63層、高298.74m，也是歐洲最高的一棟超高層建筑。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為

　　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。最早跨度最大的平板網(wǎng)架是60年代美國洛衫磯加里福尼亞大學(xué)體育館91m×122m（正放四角錐）。 最大的雙層網(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)點為能承受軸力和 彎矩的剛性節(jié)點。世界上最大的室內(nèi)體育館是美國1996年奧運會的主體育館棗亞特蘭大體育館（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（Skydo me，直徑203m），降為世界第二跨度最大的開合結(jié)構(gòu)。超過300m的屋蓋結(jié)構(gòu)全部使用鋼板和型鋼組成，并不是最優(yōu)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。最為典型的例子就是千禧之年世紀(jì)之交的千年穹頂（The Millenium Dome），1997年6月開始擬建，僅用一年時間施工，1998年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)今世界跨度最大的屋蓋，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?。═eflon）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)新立異時代”為主題舉行展覽會以迎接21世紀(jì)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1959年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(lán)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，1000m左右跨度已經(jīng)實現(xiàn)，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(jié)構(gòu)的發(fā)展水平。如1972年德國慕尼黑（覆蓋7.48萬m2體育場的索網(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(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（2-153m×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、我國建筑鋼結(jié)構(gòu)的前景與差距?

　　從美國、日本、歐洲一些發(fā)達(dá)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(dá)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：

　?、儆懈邚姸鹊皖A(yù)熱型（以前預(yù)熱75℃，現(xiàn)在預(yù)熱50℃）的厚鋼板590N/mm2級（HT590級）；

　?、诳沟卣鸬暮皲摪?，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)卣饡r這種材料先屈服 ，保證主要 結(jié)構(gòu)減少地震損失；

　　③防火厚鋼板。有400N/mm²及490N/mm²，當(dāng)其在600℃ 時屈服強 度還能達(dá)到常溫下的2/3；

　　④裝飾用的奧氏體不銹鋼板及鐵素體不銹鋼板（沿海用，優(yōu)于前者 ）。?

　　目前，國內(nèi)高層鋼結(jié)構(gòu)鋼材幾乎都從國外進口，工程總承包由國外承擔(dān)，制造和安裝則由國內(nèi)廉價勞動力承包，這種局面應(yīng)從速扭轉(zhuǎn)，因為這與我國產(chǎn)鋼大國的地位很不相稱。大跨度鋼結(jié)構(gòu)鋼材不象高層鋼結(jié)構(gòu)那樣突出，但設(shè)計方案（包括建筑和結(jié)構(gòu)）經(jīng)常國外中標(biāo)，這種局面與中央強調(diào)建立我們自己的科技創(chuàng)新體系的號召相距甚遠(yuǎn)，應(yīng)該引起我國建筑界的關(guān)注，是水平低還是其它原因，值得我們深思。