國(guó)外建筑鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用概況

1、國(guó)外建筑鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用概況1建筑用鋼占總鋼產(chǎn)量的比重近數(shù)十年來(lái)，前蘇聯(lián)、美國(guó)、日本三個(gè)國(guó)家一直是世界上鋼產(chǎn)量居前三位的國(guó)家，其鋼產(chǎn)量輪流位居世界第一位。因此，這幾個(gè)國(guó)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(shí)期，我國(guó)在這方面的發(fā)展則比較緩慢，水平也相對(duì)落后。近幾年來(lái)，隨著我國(guó)改革開(kāi)放政策的實(shí)行和推進(jìn)，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)工作取得了突飛猛進(jìn)的進(jìn)展。在此期間，我國(guó)的鋼產(chǎn)量一躍成為世界第一位。1996年，我國(guó)鋼產(chǎn)量首次突破億噸大關(guān)；1998年我國(guó)鋼產(chǎn)量

2、已達(dá)11434萬(wàn)t，而且每年增產(chǎn)300萬(wàn)t。鋼產(chǎn)量的增長(zhǎng)為發(fā)展我國(guó)建筑鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)事業(yè)創(chuàng)造了極好的時(shí)機(jī)。但目前，我國(guó)與發(fā)達(dá)國(guó)家相比在許多方面還存在著明顯的差距，因此，為了推動(dòng)我國(guó)建筑鋼結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用，我們急需了解國(guó)外建筑鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用概況。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用鋼結(jié)構(gòu)，鋼筋混凝土用鋼筋，鋼絞線(xiàn)，鋼絲，門(mén)窗

3、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)上的也就200～300萬(wàn)噸。根據(jù)1998年中期美國(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(xiāo)售額以萬(wàn)噸計(jì)的年加工量分別為15030、30065、1200110、1500125和2200190，如以50年代為例相應(yīng)的增長(zhǎng)倍數(shù)分別達(dá)到1、222、837、1057和156.3

4、倍。從中可以看出，美國(guó)的建筑用金屬年銷(xiāo)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。2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(chǎng)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(shū)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)還是很普遍的。美國(guó)鋼結(jié)構(gòu)學(xué)會(huì)和

5、金屬房屋制造協(xié)會(huì)(AISC和MBMA)聯(lián)合編制了低層建筑的設(shè)計(jì)指南。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(chǎng)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(chǎng)、倉(cāng)庫(kù)、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“型截面做主與梁，現(xiàn)場(chǎng)用螺栓或焊接拼接的門(mén)式剛架為主要結(jié)構(gòu)的一種建筑，再配以零件、扣件、門(mén)

6、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(chǎng)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(chǎng)商如Butler、BHP、ABC等都已經(jīng)進(jìn)入了中國(guó)市場(chǎng)，我國(guó)企業(yè)應(yīng)奮起直追，創(chuàng)造條件積極發(fā)展我國(guó)自己的輕鋼結(jié)構(gòu)體系，以適應(yīng)今后我國(guó)建筑鋼結(jié)構(gòu)不斷發(fā)展的要求。3高層及超高層鋼結(jié)構(gòu)MilleniumDome)，1997年6月開(kāi)始擬建，僅用一年時(shí)間施

7、工，1998年6月舉行升頂儀式，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。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(guò)總長(zhǎng)度70km的鋼纜繩懸掛起來(lái)的，桅桿塔柱布置在直徑200m圓周上。穹頂網(wǎng)格由72根成對(duì)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(wàn)m２，

8、總預(yù)算7.58億英鎊。館內(nèi)將以“標(biāo)新立異時(shí)代“為主題舉行展覽會(huì)以迎接21世紀(jì)的到來(lái)。館內(nèi)設(shè)有“人體探秘“、“時(shí)光課堂”、“金融之窗”、“地球奇跡”、“展望未來(lái)”等12個(gè)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(shí)現(xiàn)的，為此，日本、美國(guó)學(xué)者和研究單位都在進(jìn)行研究。如1959年富勒曾提出建造一個(gè)直徑3.22km的短程線(xiàn)網(wǎng)殼，覆蓋紐約市第2359號(hào)街區(qū)，網(wǎng)殼重8萬(wàn)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

9、500m為全天候多功能體育娛樂(lè)活動(dòng)廳，1000m為創(chuàng)造理想未來(lái)城市，體現(xiàn)工作、居住、娛樂(lè)一體化的豐富日常生活環(huán)境。雖然這種設(shè)想在現(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)槿毡镜亩喽嗔_大橋全長(zhǎng)為890m；最大的懸索橋?yàn)槿毡镜拿髽?1991m)，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)

10、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(186m235m索穹頂)。2000年澳大利亞悉尼主體育場(chǎng)(11萬(wàn)人，兩個(gè)220m70m的雙曲拋物面網(wǎng)殼)。機(jī)場(chǎng)和機(jī)庫(kù)都屬于大跨

11、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)(2153m90m)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，這是我國(guó)在鋼結(jié)構(gòu)方面的又一大殊榮。機(jī)場(chǎng)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(jī)場(chǎng)、馬來(lái)西亞機(jī)場(chǎng)都采用大面積單體網(wǎng)殼形式。目前，國(guó)際上以及我國(guó)都在流行一種波浪形曲面，樹(shù)狀支承以及直接交匯的相貫節(jié)點(diǎn)的立體桁架

12、體系?？雌饋?lái)雄壯而美觀。我國(guó)深圳機(jī)場(chǎng)、首都機(jī)場(chǎng)、上海浦東機(jī)場(chǎng)就是典型的例子。5我國(guó)建筑鋼結(jié)構(gòu)的前景與差距從美國(guó)、日本、歐洲一些發(fā)達(dá)國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)看，建筑業(yè)即將成為鋼材應(yīng)用的主要市場(chǎng)。而目前我國(guó)與之相比還有差距。因此我國(guó)的高層建筑鋼材到目前為止還都從國(guó)外進(jìn)口，特別是大于50mm的厚鋼板，國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品的Z向性能尚達(dá)不到要求。國(guó)外不僅鋼板厚度較大，而且可以滿(mǎn)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(lèi)型：①有高強(qiáng)度低預(yù)熱型(以前

13、預(yù)熱75℃，現(xiàn)在預(yù)熱50℃)的厚鋼板590Nmm２級(jí)(HT590級(jí))；②抗地震的厚鋼板，主要有低屈服比高強(qiáng)度鋼材(HT590～HT780級(jí))和低屈服點(diǎn)鋼板，這種鋼材日本重點(diǎn)生產(chǎn)，用于次要結(jié)構(gòu)上，當(dāng)?shù)卣饡r(shí)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400Nmm２及490Nmm２，當(dāng)其在600℃時(shí)屈服強(qiáng)度還能達(dá)到常溫下的23；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(guó)內(nèi)高層鋼結(jié)構(gòu)鋼材幾乎都從國(guó)外進(jìn)口