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現(xiàn)代鋼結(jié)構與綠色建筑
點擊次數(shù):3655 更新時間:2012-07-06
  工控摘要:由于鋼材具有較高的強度,因此,由型鋼(含鋼板)和高強鋼絲等組合連接(焊接、高強螺栓)而成的鋼結(jié)構骨架,就具有綠色建筑的特質(zhì)。鋼結(jié)構固有的三大核心價值:zui輕的結(jié)構;zui短的工期;的延性。在建筑全壽命周期內(nèi),zui大限度地節(jié)約,zui輕的結(jié)構假想強度受壓高度(節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材),保護環(huán)境和減少污染,為人們提供健康、適應和的使用空間,與自然和諧共生的建筑。綠色建筑為人類提供一個健康、舒適的活動空間,同時zui率地利用能源、zui低限度地zui短的工期工廠焊接、工地高強螺栓拼裝影響環(huán)境的建筑物。節(jié)約能源;建筑適應氣候;材料資源的再生利用;尊重用戶;尊重地理環(huán)境;整體的設計觀。
  
  1991年蘭達·維爾和羅伯特·維爾合著《綠色建筑——為可持續(xù)發(fā)展而設計》一書。發(fā)達國家探索可持續(xù)建筑之路,名為“綠色建筑挑戰(zhàn)”,即采用新材料、新技術、新設計方法、新設備、新工藝,實行綜合化設計,使建筑在滿足功能時所耗資源、能源zui少。zui偉大的美國建筑、結(jié)構大師富勒(Fuller)提出結(jié)構哲理:少(費)多(用)——以zui少的結(jié)構提供zui大的承載力(DoingtheMostwiththeLeast)。
  
  鋼結(jié)構節(jié)材是綠色建筑zui重要的內(nèi)容,是結(jié)構工程師一生追求的光榮事業(yè),然而我國所謂的綠色建筑政策,僅指建筑墻體的節(jié)能、太陽能利用等,而對鋼結(jié)構骨架的節(jié)材幾乎閉口不談。這樣,就導致我國不少大型鋼結(jié)構的笨重和怪異。目前,我國設計與施工的現(xiàn)狀是:“設計”創(chuàng)造困難,“施工”也要上。優(yōu)良的鋼結(jié)構才是綠色建筑,優(yōu)良的鋼結(jié)構必須是結(jié)構骨架節(jié)材,墻體節(jié)能,zui大限度地滿足功能,zui低限度地影響環(huán)境,為人們提供健康,舒適的活動空間。并能在建筑全壽命周期內(nèi),滿足可持續(xù)發(fā)展理念。
  
  在高層全鋼結(jié)構和大跨度鋼屋蓋中,100多年來,先進國家大量采用鋼結(jié)構(日本的鋼結(jié)構數(shù)量已超過70%),并能基本上實現(xiàn)鋼結(jié)構固有的三大核心價值。世界高層全鋼結(jié)構前三名都在美國,其中,有座建筑的箱形柱截面僅450毫米×450毫米,厚度7.5毫米~12.5毫米;下面柱距加大,未設轉(zhuǎn)換層;吊裝件高三層樓,全部采用高強螺栓現(xiàn)場拼裝,與我國幾乎*的現(xiàn)場焊接拼裝形成鮮明的對比。根據(jù)文獻:“結(jié)構體系的性與G/P成反比(G—鋼材用量,P—建筑總重),一般是:設計G/P=0.2~0.3;平庸設計G/P=0.4~0.5;拙劣設計G/P=0.6~0.7”。世界的大跨度屋蓋結(jié)構——美國喬治亞穹頂(GeorgiaDome),1996年第26屆奧運會主場館橢圓平面240.79米×192.02米,(屋頂+外環(huán))用鋼量達到先進水平。
  
  改革開放以來,我國鋼結(jié)構建筑發(fā)展迅速。但也產(chǎn)生了不少笨重、怪異的鋼結(jié)構,與綠色建筑相佐。沈祖炎院士在《影響中國——第二屆中國鋼結(jié)構產(chǎn)業(yè)高峰論壇》的主題報告中嚴正指出:“近年來涌現(xiàn)的與輕、快、好、省理念背道而馳的技術現(xiàn)狀令人擔擾”。中國建筑金屬結(jié)構協(xié)會姚兵會長在《影響中國——第二屆中國鋼結(jié)構產(chǎn)業(yè)高峰論壇》大會上的講話也指出:“鋼結(jié)構不是說體量有多大,或者說要多用鋼,而是說要合理用鋼,并不是把鋼結(jié)構建筑建成鋼結(jié)構碉堡”。上海浦東機場是一座的鋼結(jié)構建筑,張弦梁(Stringbeam)屬于屋蓋彎矩結(jié)構(Moment-ResistingStructures),它的跨度都未超過100米,說明結(jié)構方案好。它把結(jié)構力度與建筑的空間藝術美有機地結(jié)合起來,即袒露具有美學價值的結(jié)構部分——自然地顯示結(jié)構,達到巧奪天工的震憾效果。成都雙流機場,也是一個成功的作品。旅客置身其中,感到輕快,轉(zhuǎn)角處理簡潔。
  
  現(xiàn)代鋼結(jié)構設計zui關鍵的兩大步驟——正確選擇結(jié)構方案和正確估計結(jié)構的截面高度,鋼結(jié)構精心設計一般有四大步驟:結(jié)構方案(概念設計);結(jié)構截面高度;構件布局(短程傳力、形態(tài)學與拓樸原理);結(jié)點(node)小型化。其中,結(jié)構方案、結(jié)構截面高度極為重要。為了正確選擇結(jié)構方案(概念設計),必須首先進行結(jié)構分類。屋蓋空間結(jié)構是一種由形狀而產(chǎn)生效益的結(jié)構,也叫形效結(jié)構(FormativeStructures),這類結(jié)構的用鋼量很少。因此,大跨度屋蓋(直徑D或跨度L≥100米)必須采用屋蓋空間結(jié)構;屋蓋彎矩結(jié)構的用鋼量按跨度的平方成正比增加,只能用于中、小跨度中。廣東奧林匹克體育場(桁架)懸臂52.4米,每平方米用鋼量200公斤(屋蓋彎矩結(jié)構);美國喬治亞體育館(索穹頂)橢圓240.79米×192.02米,每平方米用鋼量30公斤(屋蓋空間結(jié)構);國家大劇院(網(wǎng)殼)橢圓平面212米×143米,每平方米用鋼量292公斤(屋蓋空間結(jié)構);深圳寶安體育館輻射桁架,D=101.4米,懸臂48.295米每平方米用鋼量68公斤(屋蓋彎矩結(jié)構);湛江電廠干煤棚(四柱支承平板網(wǎng)架,柱距79.8米)每平方米用鋼量70.3公斤(屋蓋彎矩結(jié)構)。
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