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日志

 
 

2010年07尽现魅力——我国建筑钢结构发展的调查与思考  

2010-07-18 12:05:22|  分类: 【结构力学】 |  标签: |举报 |字号 订阅

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     建筑钢结构产业的发展是我国经济实力和科技水平快速发展的具体体现。近年来,在高层重型钢结构、大跨度空间钢结构、轻钢结构、钢-混凝土组合结构、钢结构住宅的共同发展推动下,我国城市经济快速发展。这些钢结构的广泛运用展示和证明了它的建筑魅力,以及无限的发展空间。
  高层重型钢结构 成为城市的重要标志
  高层钢结构建筑是一个国家经济实力和科技水平的反映,也往往被当作是一个城市的重要标志性建筑。在超高层建筑中往往采用部分钢结构或全钢结构建造,超高层建筑的发展体现了我国建筑科技水平、材料工业水平和综合技术水平的提高。
  从20世纪80年代至今我国已建成和在建高层钢结构达80多幢,总面积约600万平方米,钢材用量60多万吨。高层、超高层建筑的楼板和屋盖具有很大的平面刚度,是竖向钢柱与剪力墙或筒体的平面抗侧力构件,能使钢柱与各竖向构件起到变形协调作用。北京和上海新建和在建高层钢结构房屋数量超过了10幢。如上海环球金融中心101层,高492米,用钢量6.5万吨,中关村金融中心建筑面积11万平方米,高度为150米,用钢量1.5万吨。今后,全国每年将有200万平方米至300万平方米高层钢结构建筑施工,用钢量约45万吨。
  大跨度空间钢结构持续发展
  近年来,以网架和网壳为代表的空间结构继续大量发展,不仅用于民用建筑,而且用于工业厂房、候机楼、体育馆、大剧院、博物馆等。开发空间钢结构的新材料、新结构、新技术、新节点、新工艺,实现大跨度与超大跨度空间钢结构的抗风抗震工程建设。展望未来,应在重点、热点、难点的科技领域开拓和发展各类新型、适用、美观的空间钢结构,并且无论在使用范围、结构型式、安装施工工法等方面均具有中国建筑结构的特色。如杭州、成都、西安、长春、上海、北京、武汉、济南、郑州等地的飞机航站楼、机库、会展中心等建筑,都采用圆钢管、矩型钢管制作为空间桁架、拱架及斜拉网架结构,其新颖和富有现代特色的风格使它们成为所在中心城市的标志性建筑。
  据中国钢结构协会空间结构分会统计:网架和网壳的生产已趋于平稳状态,每年建造1500座,约250万平方米,用钢约7万吨,悬索和膜结构目前处于发展阶段,用量还不大,专家预计每年将以20%的速度增加。随着我国经济建设的蓬勃发展和人民生活水平的不断提高,根据实际需要将在我国研究、设计、制作和安装150米至200米,甚至将大于200米的大跨度与超跨度的空间钢结构。
  揭开轻钢结构新的篇章
  轻钢结构是相对于重钢结构而言的,其类型有门式刚架、拱型波纹钢屋盖结构等,用钢量(不含钢筋用量)一般为每平方米30公斤。门式刚架房屋跨度一般不超过40米,个别达到70多米,单跨或多跨均用,以单层为主,也可用于二层或三层建筑,拱型波纹钢屋盖结构跨度一般为8米,每平方米自重仅为20公斤,每年增长约100万平方米,用钢4万吨。门式刚架和拱型波纹钢屋盖都有相应的设计施工规程、专用软件和通用图集。
  自进入20世纪90年代以来,我国钢结构建筑的发展十分迅速,特别是一些代表城市标志性高层建筑的建成,为钢结构在我国的发展揭开了新的一页。如世界第三高的金茂大厦已竣工,现已投入运营。据了解,世界第一高度的上海浦东环球金融中心,高460米,建筑面积为31万平方米,现正在加紧建设中。由外商投资的大连总统大厦,正在加紧筹建之中,共95层,建成后其高度将名列世界前茅。
  轻钢结构的发展则更是如火如荼,特别在工业厂房的建设中则更为迅猛。从钢结构制造加施工企业数量的大幅增长就可见一斑,如上海市的钢结构制造和施工单位已由原来的几十家发展到现在的400多家,仅上海的宝钢地区就有近百家的钢结构制造厂。
  钢-混凝土组合结构发展迅速
  钢-混凝土组合结构是充分发挥钢材和混凝土两种材料各自优点的合理组合,不但具有优良的静、动力工作性能,而且能大量节约钢材、降低工程造价和加快施工进度,同时,对环境污染也较小,符合我国建筑结构发展的方向。
  钢-混凝土组合结构在我国发展十分迅速,已广泛应用于冶金、造船、电力、交通等部门的建筑中,并以迅猛的势头进入桥梁工程和高层、超高层建筑中。
  我国已采用钢-混凝土组合结构建成了许多大型的公路拱桥,如广州丫鬓沙大桥,桥长360米,重庆万州长江大桥,跨度420米,前者为钢管混凝土拱桥,后者为劲性钢管混凝土骨架拱桥。全国建成的组合结构拱桥已超过300座。在高层建筑方面,建成了全部采用组合结构的超高层建筑——深圳赛格广场大厦,高291.6米,属世界最高的钢-混凝土组合结构。全国已建成的采用组合结构的高层建筑也已超过40幢。
  钢-混凝土组合中的薄壁型钢主要有百叶薄壁型钢和装配式薄壁型钢等形式。其中,许多类型均能与混凝土有效地结合,共同承受外界弯矩和剪力,有的类型为装配式截面,布置较为灵活,可适用于不同截面尺寸的轻钢组合梁,并可作为标准型材批量生产,但在浇混凝土之前必须用框架固定其形状,有的为箱形薄壁型钢截面,与混凝土的粘结性能较差,一般只起到模板的作用。此外,还可根据实际需要,在薄壁型钢混凝土梁中配置一定数量的纵向钢筋,以进一步提高其抗弯刚度和极限承载力。
  钢结构住宅的发展走向
  钢结构住宅具有强度高、自重轻、抗震性能好、施工速度快、结构构件尺寸小、工业化程度高的特点,同时钢结构又是可重复利用的绿色环保材料,因此钢结构住宅符合国家产业政策的推广项目。随着国家禁用实心粘土砖和限制使用空心粘土砖政策的推出,加快住宅产业化进程、积极推广钢结构住宅体系已迫在眉睫。但我国的钢结构住宅尚处于探索起步阶段,这种体系在钢结构防火、梁柱节点做法、楼板形式、配套墙体材料、经济性及市场可接受程度上尚有许多不完善之处。
  因此,发挥钢结构住宅的自身优势,可提高住宅的综合效益:一是用钢结构建造的住宅重量是钢筋混凝土住宅重量的1/2左右,可满足住宅大开间的需要,使用率也比钢筋混凝土住宅提高4%左右。二是抗震性能好,其延性优于钢筋混凝土。从国内外震后调查结果看,钢结构住宅建筑倒塌数量是最少的。三是钢结构构件、墙板及有关部品都在工厂制作,其质量可靠,尺寸精确,安装方便,易与相关部品配合,因此,不仅减少了现场工作量,而且也缩短了施工工期。钢结构住宅工地实质上是工厂产品的组装和集成场所,再补充少量无法在工厂进行的工序项目,符合产业化的要求。四是钢结构住宅是环保型的建筑,可以回收循环利用,污染很少,符合推进住宅产业化和发展节能省地型住宅的国家政策。

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