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1、结构工程师辅导：国外建筑钢结构应用情 况1、建筑用钢占总钢产量的比重？近数十年来，前苏联、美国、日本三个国家一直是世界上钢产量居前 三位的国家，其钢产量轮流位居世界第一位。因此，这几个国家的建 筑钢结构建设事业蓬勃发展。而在同一时期，我国在这方面的发展则 比较缓慢，水平也相对落后。近几年来，随着我国改革开放政策的实 行和推进，我国的经济建设工作取得了突飞猛进的进展。在此期间， 我国的钢产量一跃成为世界第一位。 ，我国钢产量首次突破亿吨大关 我国钢产量已达11434万t，而且每年增产300万t.钢产量的增长为 发展我国建筑钢结构建设事业创造了极好的时机。 但目前，我国与发 达国家相比在许多方面还
2、存在着明显的差距， 因此，为了推动我国建 筑钢结构的进一步发展和应用， 我们急需了解国外建筑钢结构的应用 概况。 ?中国的建筑用钢总量约占全部钢产量的 20%25%,而工业发达的国 家则占 30%以上。如美国和日本，该项指标均已超过 50%.在我国， 钢在建筑中主要用于建筑用钢结构,钢筋混凝土用钢筋,钢绞线,钢丝，门窗等，而其中钢结构用钢只占10%左右，在我国一亿吨的钢产量中，真正用于钢结构上的也就 200300万吨。？根据中期美国金属建筑行业分布的一些数据，美国金属建筑行业的发展和市场的基本情况是：在 20世纪50、60、70、80和90年代，以 百万美元计的年销售额/以万吨计的年加工量分别
3、为150/30、300/65、1200/110、1500/125和2200/190,如以50年代为例相应的增长倍数 分别达到1.2/2、2.8/3、7.10/5、7和15/6.3倍。从中可以看出，美国的建筑用金属年销售额增长很快，估计目前已经超过25 亿美元，年加工量也已经达到 200万吨以上。 ?2、低层、多层建筑钢结构和轻钢结构 ? 美国金属建筑的主要市场分布：工业 （生产用厂房、仓库及辅助设施 等）、商业 （商场、旅馆、展览馆、医院、办公大楼等 ）、社区（私有及 公有社区活动中心及建筑如学校、体育馆、图书馆、教堂等）、综合等方面，分别占到 46%、31%、14%和 9%的份额。 ? 在美
4、国，低层建筑中采用钢结构还是很普遍的。 美国钢结构学会和金 属房屋制造协会（AISC和MBMA）联合编制了低层建筑的设计指南。所 谓低层建筑是指层高低于18m，层数不超过5层的工业厂房、仓库、办公室及其他的办公和社区建筑等，其中两层以下的非居住用楼房建筑占70%?轻钢建筑在一些发达国家已被广泛应用于工厂、仓库、体育馆、展览 馆、超市等建筑。所谓轻钢是指以彩钢板作为屋面和墙面，以薄壁型 钢作檩条和圈梁，以焊接建筑钢结构。3、高层及超高层钢结构？由于人类文化生活不断提高，对高层、大跨度建筑的要求也就越来越 高。而钢结构本身具备自重轻，强度高，施工快等独特优点，因此对 高层、大跨度，尤其是超高层、超
5、大跨度，采用钢结构更是非常理想。 目前世界上， 的结构采用的都是钢结构， 而历届奥运会的场馆也多采 用钢结构。世界上目前已经建成的几个纯钢结构建筑为目前世界上的 超高层建筑，它们是： ?1931年建成的 102层、高 381m 的美国纽约帝国大厦 （以前一直是 的）;?建成的110层、高417m的美国纽约世界贸易中心（南北两座）;？建成的 110 层、高 443m 的美国芝加哥西尔斯大厦 ;?建成的高450m的马来西亚双塔石油大厦（KLCC号称目前世界，但美 国的西尔斯大厦有异议）；?？我国于建成的上海金茂大厦为95层，建筑高度421m,结构高度395m, 也跻身于世界行列。如果上海浦东环球金
6、融中心大厦（95层460m）建成，则堪称世界，实为我国一大光荣。深圳赛格广场大厦70层、高279m，为世界上的全部采用钢管混凝土的超高层建筑，这又是我国 的一大光荣。？巨型钢结构为高层或超高层建筑的一种崭新体系， 它是为了满足特殊 功能或综合功能而产生的。 它具有良好的建筑适应性和潜在的高效结 构性能，是一种很有发展的结构。如日本千叶县43层、高180m的NEC大楼，该建筑内部布置大开口和大空间庭院，其巨型结构是由四 根巨型结构柱和四个巨型的空间桁架梁组成的巨型空间桁架体系。 经 分析，这种体系具有极强的抗推刚度。 另一例是德国法兰克福建成的 商业银行新大楼，63层、高298.74m,也是欧洲
7、的一栋超高层建筑。 该建筑平面为边长 60m 的等边三角形，其结构体系是以三角形顶点 的三个独立框筒。4、大跨度钢结构 ?大跨度或较大跨度大都采用钢结构，当然也有用“膜”完成的，但充 气膜由于一些缺点近年来很少用，张力膜则也需要钢索和钢杆的支 撑。?大跨度钢结构多用于多功能体育场馆，会议展览中心，博览馆，候机厅，飞机库等。最早跨度的平板网架是 60年代美国洛衫矶加里福尼 亚大学体育馆91mx 122m（正放四角锥）。的双层网壳是70年代也是 在美国建造的休斯敦宇宙穹顶（Astrodome,直径196m）及新奥尔良超 级穹顶（Superdome,直径207m）。90年代在日本名古屋又兴建了当今
8、世界上跨度的单层网壳，建筑直径 229.6m，结构直径187.2m，采用 三向网格, 节点为能承受轴力和弯矩的刚性节点。 世界上的室内体育 馆是美国奥运会的主体育馆 ?亚特兰大体育馆 （拟椭圆形平面， 186m x 235m），采用的是张拉整体体系的屋盖，主要由索、杆、膜组成， 是当今最有发展前途的一种新型空间结构。日本建成的福冈体育馆， 直径222m，是当今的开合钢结构屋顶，而使建成的加拿大多伦多天 空穹顶（Skydome,直径203m）,降为世界第二跨度的开合结构。超过 300m 的屋盖结构全部使用钢板和型钢组成，并不是方案，近年来研 究较为成功的是杂交 （混合）结构，即杆、索、膜混合使用
9、。最为典型 的例子就是千禧之年世纪之交的千年穹顶 （TheMilleniumDome）， 6月 开始拟建，仅用一年时间施工， 6月举行升顶仪式，该馆位于英国伦 敦泰晤士河南岸格林尼治，是当今世界跨度的屋盖，穹顶酷像飞碟， 直径320m。穹顶由12根包括10m支座在内的高100m桅杆塔柱(柱本身90m)通过总 长度70km的钢缆绳悬挂起来的，桅杆塔柱布置在直径200m圆周上。 穹顶网格由72根成对径向索和7根环向索做成。穹顶高50m,中间 设有中心索桁架和70m直径环，上覆盖144块双层巨幅白色涂以特 福隆(Teflon)的玻璃纤维布。工程总面积8万m2,总预算7.58亿英镑。 馆内将以“标新立
10、异时代”为主题举行展览会以迎接21世纪的到来。馆内设有“人体探秘”、“时光课堂”、“金融之窗”、“地球奇迹”、“展 望未来”等 12 个展区。当然，从理论角度讲，跨度再大的结构也是 有可能实现的，为此，日本、美国学者和研究单位都在进行研究。如 富勒曾提出建造一个直径 3.22km 的短程线网壳，覆盖纽约市第 23-59 号街区，网壳重8万t.日本巴组铁工所曾提出跨度 200m、500m及 1000m网壳蓝图，其中500m为全天候多功能体育娱乐活动厅，1000m 为创造理想未来城市，体现工作、居住、娱乐一体化的丰富日常生活 环境。虽然这种设想在现实当中能否实现还有待于深入研究， 但在桥 梁方面，
11、 1000m 左右跨度已经实现， 世界上跨度的斜拉索桥为日本的 多多罗大桥全长为890m;的悬索桥为日本的名石大桥（m），公路铁路 两用跨度桥为香港的青马大桥（悬索桥1377m）。世界最早的双曲抛物 面悬索屋盖是的美国雷里竞技馆。 另外历届奥运会、 博览会等都可以 显示钢结构的发展水平。如德国慕尼黑（覆盖7.48万m2体育场的索 网建筑群 ），加拿大蒙特利尔，莫斯科，美国洛杉矶，韩国汉城 （120m 直径体操馆及 93m直径击剑馆都是索穹顶），西班牙巴塞罗那圣乔地体育馆（128m）,美 国亚特兰大乔治亚穹顶（186m x 235m索穹顶）。澳大利亚悉尼主体育 场（11万人，两个220mx 70
12、m的双曲抛物面网壳）。机场和机库都属 于大跨度结构，在工程中基本上也都采用钢结构。如英国伦敦希思罗 机库（一、二期）应是规模比较大的工程。而我国近年来建成的首都机库（2-153mX 90m）采用三层斜放四角锥网格、焊接球节点平板网架， 其跨度规模之大，在国际上是数一数二的，这是我国在钢结构方面的 又一大殊荣。 机场的钢结构屋盖由于建筑上的要求比较高， 更是绚丽 多彩。香港机场、马来西亚机场都采用大面积单体网壳形式。目前， 国际上以及我国都在流行一种波浪形曲面， 树状支承以及直接交汇的 相贯节点的立体桁架体系。看起来雄壮而美观。我国深圳机场、首都 机场、上海浦东机场就是典型的例子。5、我国建筑钢
13、结构的前景与差距 ?从美国、日本、 欧洲一些发达国家的经验看，建筑业即将成为钢材应 用的主要市场。 而目前我国与之相比还有差距。 因此我国的高层建筑 钢材到目前为止还都从国外进口， 特别是大于 50mm 的厚钢板， 国产 产品的 Z 向性能尚达不到要求 .国外不仅钢板厚度较大，而且可以满 足各种性能要求。如日本已经能够生产的 100mm 的厚钢板，具有以 下类型：K有高强度低预热型（以前预热75C，现在预热50C）的厚钢板 590N/mm2 级（HT590级）; 抗地震的厚钢板，主要有低屈服比高强度钢材 （HT590- HT780级）和低屈服点钢板，这种钢材日本重点生产，用于次要结构上，当地震 时这种材料先屈服，保证主要结构减少地震损失； 防火厚钢板。有400N/mm2及490N/mm2 ,当其在600C时屈服强度还能达到常温下的2/3;装饰用的奥氏体不锈钢板及铁素体不锈钢板 （沿海用，优于前者 ）。? 目前，国内高层钢结构钢材几乎都从国外进口， 工程总承包由国外承 担，制造和安装则由国内廉价劳动力承包，这种局面应从速扭转，因 为这与我国产钢大国的地位很不相称。 大跨度钢结构钢材不象高层钢 结构那样突出，但设计方案 （包括建筑和结构 ）经常国外中标，这种局 面与中央强调建立我们自己的科技创新体系的号召相距甚远， 应该引
