现代钢结构发展

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资源描述

钢结构发展我国自1949年全国解放后,钢结构就在大跨重型工业厂房、大型公共建筑和高耸结构中得到了应用。尤其是近20年来,钢结构更加广泛应用于土木工程的公共建筑中,比如沈阳桃仙国际机场屋盖,北京天文馆新馆工程等,我国目前不仅能生产各种类型的建筑钢材,同时钢材生产的新技术、新工艺、新产品日益也增多,如彩钢压型板、彩钢复合板、彩钢扣板、拱形厂房及彩钢制品等的生产,使建筑结构充满现代化时代气息,实际证明钢结构建筑在我国更具有广阔的发展前景。近年来空间钢结构得到了迅速发展,促进空间钢结构发展的因素主要有钢产量的提高、政府部门的引导和支持、设计水平的提高和设计软件的开发、制作和安装水平的提高、加工和试验设备的改进、建筑设计方案艺术水平的提高、体育和文化事业的发展等。特别是2002年以后,一些奥运场馆、大型会展中心、剧院、航站楼等建筑方案的逼真和艺术性使大量的业主和业内人士产生了浓厚兴趣,同时也给设计和分析带来了新的挑战,大力推动了空间钢结构的发展和应用。空间钢结构的建筑特点预工程化程度高,建设成本降低,工期缩短,建筑与结构的设计与功能一体化,使建筑更富有功能化,钢结构建筑能够满足超高度和超跨度的要求,原材料可以循环使用,有助于环保和可持续发展。空间钢结构是一种仿生结构,具有自重轻、空间大、多样性、复杂性、经济性和艺术性等优点,这些优点使空间钢结构有了更高的应用价值和美好的发展前景,空间钢结构展示着轻盈优美的造型,为人类工作和体育文化生活创造了舒适的环境。空间钢结构的技术特点和结构形式平板网架主要的结构形式有:平面桁架系组成的网架结构;四角锥体组成的网架结构;三角锥体组成的网架结构;六角锥体组成的网架结构。空间工作,传力途径简捷;重量轻、刚度大、抗震性能好;施工安装简便;网架杆件和节点便于定型化、商品化,可在工厂中成批生产,有利于提高生产效率;网架的平面布置灵活,屋盖平整,有利于吊顶、安装管道和设备安装;网架的建筑造型轻巧、美观、大方,便于建筑处理和装饰。网壳结构主要的结构形式有:球面网壳;双曲面网壳;圆柱面网壳;双曲抛物。网壳结构兼有杆系结构和薄壳结构的主要特性,杆件比较单一,受力比较合理;结构的刚度大、跨越能力大,比如嘉兴电厂干煤棚跨度达103.5m;可以用小型构件组装成大型空间,小型构件和连接节点可以在工厂预制;安装简便,不需大型机具设备,综合经济指标好;造型丰富多彩。悬索结构主要的结构形式有:单向单层悬索结构;辐射式单层悬索结构;双向单层悬索结构;单向双层预应力悬索结构;辐射式预应力悬索结构;双向双层预应力悬索结构。悬索结构的受力特点是仅通过索的轴向拉伸来抵抗外荷载的作用,结构中不出现弯矩和剪力效应,可充分利用钢材的强度;悬索结构形式多样,布置灵活,并能适应多种建筑平面;由于钢索的自重很小,屋盖结构较轻,安装不需要大型起重设备,但悬索结构的分析设计理论与常规结构相比,比较复杂,限制了它的广泛应用,仍需要专业技术人员不断研究和讨论。薄壳结构主要的结构形式有:旋转壳;移动壳。壳体结构具有良好的承载性能,能以较小的厚度承受相当大的荷载。壳体结构的强度和刚度主要是利用了其几何形状的合理性,以材料直接受压来代替弯曲内力,充分发挥材料的强度,因此壳体结构是一种强度高、刚度大、材料省的既经济又合理的结构形式。2007年7月完工的国家大剧院是世界最大的薄壳结构建筑,是我国现代建筑业中薄壳结构发展的里程碑,对薄壳结构的发展和应用起到了很大的推动作用。膜结构主要的结构形式有:空气支承膜结构;张拉式膜结构;骨架支承膜结构。膜结构是由多种高强薄膜材料(PVC或Teflon)及加强构件(钢架、钢柱或钢索)通过一定方式使其内部产生一定的预张应力,以形成具有一定刚度、能够覆盖大空间,并能承受一定的外荷载作用的一种空间结构形式,这种结构自重轻、跨度大,建筑造型自由丰富,施工方便,具有良好的经济性和较高的安全性,透光性和自洁性好,但膜材料的耐久性较差,一般在10年~15年要维护或更换。2007年10月完工的2008年北京奥运会场馆国家游泳中心(水立方)是一种多面体空间刚架结构,是典型的膜结构工程,也是世界上最大的膜结构工程,是我国现代建筑业中膜结构发展的里程碑。折叠结构折叠结构是近年来应用越来越广泛的一种可展开结构形式,有杆系折叠结构、索杆系折叠结构、板式折叠结构。折叠结构的运动特性必须采用非线性理论来描述,这是这种结构计算的难点所在,必须做出大量的努力去研究和探讨。张拉整体结构、开合结构、折叠结构更能满足自重轻、空间大的需求,达到很好的经济效果,但技术难点和实际问题仍然限制着这几种结构的发展,需要在理论分析、施工技术、建筑材料等方面进行定性和定论研究,促进它们的发展和应用。开合结构开合结构的出现与人类体育和文化事业的发展密切相关,是人们对体育比赛场馆功能的要求日益完善的结果。由于开合结构设计难度大、造价高、施工难度大、围护管理要求很高,所以在大跨度建筑中这种结构用得很少。2005年建成的南通体育场是我国第一个采用巨型活动开启式屋盖的体育场,在业界产生了轰动效应,是体现开合结构的一座标志性建筑,将对开合结构的发展和应用起到推动作用。开合结构的开合方式有水平移动、重叠方式、折叠方式及前三种开合方式组合成的混合方式。张拉整体结构张拉整体结构是一组不连续的受压构件与一套连续的受拉单元组成的自支承、自应力的空间网格结构。张拉整体结构的刚度由受拉和受压单元之间的平衡预应力提供,在施加预应力之前,结构几乎没有刚度,并且初始预应力的大小对结构的外形和结构的刚度起着决定性作用。近些年来,钢结构发展很快,取得不少的成就。在钢结构的设计理念上,我们要加快发展,我国的重点工程面向世界招标,往往国外的设计方案中标,这就要求我国的建筑师和设计师要努力,争取设计出符合我国特点又具有国际化以及现代化的方案。在大型设计方案方面,国外比我国占优势。钢结构在材料工艺上虽然比过去有很大的进步,但规格和品种还很欠缺,比如,H型钢,方钢管,圆钢管等规格品种很不全。现在钢制品的品种研究开发还比较滞后,制作和安装技术不太完善,在管理和自动化方面还很落后,归根到底是缺乏这方面的人才。钢结构行业最缺乏的就是人才,不光是技术和设计方面的人才,还缺乏很多具体操作的人才。一个好的钢结构产品,除了管理以外,具体操作人员的水平也要求比较高。过去,学校重点培养的是混凝土结构,对钢结构涉及的比较少,这些设计人员在向钢结构转型时需要一个过程。对钢结构的设计要求掌握的不是特别熟练。总的来讲,钢结构有很大的进步,但是与日本,美国相比,在管理上,产品质量上都有很大差距。

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