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海南鋼鐵網;鋼結構建筑的前世今生

   日期:2024-06-15     瀏覽:37    評論:0    
核心提示:隨著我國建筑業和鋼材的發展,鋼結構建筑日益增多。鋼結構體系因其本身所具有的自重輕、強度高、施工快等優點,與鋼筋混凝土結構相比,更具有在高、大、輕三個方面發展的獨特優勢。因此在高層建筑、大型工廠、大跨度空間結構、交通能源工程、住宅建筑中更能發揮鋼結構的自身優勢。隨著國家經濟的快速發展,節能環保不斷出現在各大會議中,被譽為綠色建筑的鋼結構建筑的快速發展,鋼結構的應用與良好發展已成國際上的大勢所趨。世界
 隨著我國建筑業和鋼材的發展,鋼結構建筑日益增多。鋼結構體系因其本身所具有的自重輕、強度高、施工快等優點,與鋼筋混凝土結構相比,更具有在高、大、輕三個方面發展的獨特優勢。因此在高層建筑、大型工廠、大跨度空間結構、交通能源工程、住宅建筑中更能發揮鋼結構的自身優勢。

隨著國家經濟的快速發展,節能環保不斷出現在各大會議中,被譽為綠色建筑的鋼結構建筑的快速發展,鋼結構的應用與良好發展已成國際上的大勢所趨。

世界上成熟運用鋼結構建筑的歷史也是十分悠久,建造完成于1889年的法國巴黎埃菲爾鐵塔就是比較早的大型鋼結構建筑,由此也帶來了鋼結構建筑發展的熱潮。

我國發展鋼結構建筑的時間相對較晚,直到上個世紀80年代,隨著鋼鐵產能的飛速增長,一大批高層鋼結構建筑被設計建造出來,相關的行業標準也得到制定和不斷完善.

 

80年代的高層鋼結構建筑

步入21世紀后,我國大型鋼結構建筑更是不斷涌出,比較有代表性有:08年北京奧運會鳥巢體育場、新中央電視臺"大褲衩"、北京新國展以及最近聞名于世的北京大興國際機場等等.

用型鋼或鋼板制成基本構件,根據使用要求,通過焊接或螺栓連接等方法,按照一定規律組成的承載機構叫鋼結構。鋼結構在各項工程建設中的應用極為廣泛,如鋼橋、鋼廠房、鋼閘門、各種大型管道容器、高層建筑等.

鋼結構建筑根據結構受力特點大致可分為門式剛架結構、空間桁(héng)架結構、張弦梁結構、弦支穹頂結構、網架結構和多高層結構.

1. 門式剛架結構:

 

在單層和多層房屋和一般構筑物中,以熱軋型鋼、焊接型鋼、冷彎薄壁型鋼、壓型鋼板和薄壁鋼管等作為主要受力構件組成的,并采用輕型屋面和墻面的鋼結構。門式剛架是輕鋼結構中最常見一種結構形式。

門式剛架的主結構構件主要是H型鋼,可根據受力部位設計為變截面,若受力較大還可采用格構式柱或屋面桁架等組合構件;

門式剛架一般高度較小,構件較輕,現場都是采用螺栓連接,因此該類工程安裝都相對較簡單;

2. 空間桁(héng)架結構

 

空間桁(héng)架是由鋼管組成,截面承載能力強,跨度大,截面可彎曲為曲線造型,外型優美,內部空間簡潔,常用于公共建筑;

空間桁架跨度大,構件重,用作公共建筑如機場、會展一般都是在樓面上施工,大型機械不能進入,其它類型空間結構施工基本上都會受場地條件限制,因此施工較復雜,現場吊裝、焊接工作量大;

3. 張弦梁結構

 

張弦梁結構在近代是由日本大學M.Saitoh教授明確提出,是一種區別于傳統結構的新型雜交屋蓋體系。張弦梁結構是一種由剛性構件上弦、柔性拉索、中間連以撐桿形成的混合結構體系,其結構組成是一種新型自平衡體系,是一種大跨度預應力空間結構體系,也是混合結構體系發展中的一個比較成功的創造。張弦梁結構體系簡單、受力明確、結構形式多樣、充分發揮了剛柔兩種材料的優勢,并且制造、運輸、施工簡捷方便,因此具有良好的應用前景。

例子:地鐵高架站站房屋架

4. 弦支穹頂結構

 

弦支穹頂結構與張弦梁結構類似,都是利用索的張力產生一個對梁的支撐力以達到減小梁的受力的目的,但兩者之間還是有顯著的區別:張弦梁索是直線張拉,弦支穹頂索是環形張拉;

弦支穹頂索環形張拉因此這種結構體系適合做類似圓形的屋蓋,如北京自行車館、安徽大學體育館等;

5. 網架結構

 

 

網架結構是一種較成熟的體系,它是由單根構件通過球體連接成為一個整片的結構,具有用鋼量省、空間剛度大、整體性好、施工速度快的優點;但桿件過多顯得委很零亂,不如桁架結構美觀;

網架是一種高次超靜定結構,施工時桿件初始應力不好控制,所以會出現實際受力與計算不符情況,容易出現質量問題;

網架按結構體系可分為平面桁架系和角錐體系。平面桁架系網架:兩向正交正放網架、兩向正交斜放網架;角錐體系網架:四角錐體網架、三角錐網架;

網架的連接可采用螺栓球和焊接球連接,螺栓球一般適合較小跨度網架,焊接球適合大跨度網架;

6. 多高層結構

 

新中央電視臺

(1)框架結構

由柱和梁組成框架,承受豎向力和側向力;

剛框架抗側力性能較差,結構側向變形大,一般適合20層以下結構;

柱子一般采用箱型鋼柱或鋼管混凝土柱;

鋼管混凝土柱是在圓管柱或箱型柱中灌入混凝土,既具有鋼結構的優點,又充分利用了混凝土抗壓好的特性。

(2)框架支撐結構

由柱和梁組成框架,在柱間設有支撐用于抵抗側向力;

剛框架抗側力性能較較好,結構側向變形較大,一般適合40層以下結構;

(3)框架剪力墻結構

與框架支撐結構類似,只是支撐換成剪力墻用于抵抗側向力;

剪力墻一般為混凝土板或鋼板,或鋼混組合結構,比支撐具有更好的抗側剛度,布置更靈活,可適合更高的建筑結構。

(4) 框筒結構

此種結構體系一般是由鋼筋混凝土核心筒與外圈鋼框架組合而成;

核心筒主要是由四片以上的鋼筋混凝土墻體圍成的方形、矩形或多邊形筒體,內部設置一定數量的縱、橫向鋼筋混凝土隔墻。當建筑很高時,核心筒墻體內可能設置一定數量的型鋼骨架;

外圈鋼框架是由鋼柱與鋼梁剛接而成;

建筑的側向變形主要由核心筒來抵抗,這是高層中最常用的一種結構體系。

1. 高層鋼結構的抗側力措施----伸臂桁(héng)

 

伸臂桁架是減小高層建筑側向變形的一項重要措施;

伸臂桁架一般設在設備層或避難層,寬度貫通房屋全寬、高度為一層或兩層樓高,一般在整個樓層高度上設置三到四道;

伸臂桁架的作用原理是當建筑側向變形時外圍鋼柱的拉壓軸向力對伸臂桁架施加一個反向的力矩,從而達到減小側向變形的目的。

2. 高層鋼結構的抗側力措施----大型支撐

 

框筒是用于高層的一種高效抗側力構件,然而其框架所固有的剪力滯后效應,削弱了它的抗推剛度和抗傾覆能力;

貫通房屋全寬的斜桿與柱組成大型支撐體系,使外框形成一個支撐筒體,具有很好的抗側剛度。

例子:新中央電視臺的大褲衩結構.

3. 樓承板

 

高層鋼結構一般都使用樓承板以突出鋼結構施工速度快的優勢;

使用樓承板不需要搭設腳手架支撐和模板,樓承板可作永 久性模板,施工速度快,還可部分取代樓板配筋;

樓承板通常有開口型、閉口型、桁架式幾種。

1.耐火性

 

鋼材雖為非燃燒材料,但不耐火,溫度為400度時,鋼材的屈服強度將降至室溫的一半, 溫度達到600度時,鋼材基本喪失全部強度和剛度。當建筑采用無防火保護措施的鋼結構時一旦發生火災,結構很容易遭到破壞甚至倒塌,所以,鋼結構一方面要進行結構的抗火設計另一方面要采用防火保護措施。一般不加保護的鋼結構耐火極限僅為10-20min 。為提高鋼結構的抗火性能,需采取防火措施,使鋼構件達到規定的耐火極限要求。鋼結構的防火保護措施有三種:一是緊貼包裹法。采用防火涂料,緊貼鋼構件的外露表面,將鋼構件包裹起來。防火涂料分為膨脹型和非膨脹型兩大類,膨脹型防火涂料,耐火 極限可達0.5-1.5h ,非膨脹型防火涂料,耐火極限可達0.5-3h 。二是空心包裹法。采用防火板或耐火磚,沿鋼構件的外圍邊界,將鋼構件包裹起來。三是實心包裹法。采用混凝土將鋼構件澆注在其中。

2. 防腐

 

鋼結構耐銹蝕性較差,產生銹蝕后,會使構件截面減少,降低承載能力影響結構的使用壽命特別 是對輕型鋼結構影響更大。鋼結構設計規范規定除有特殊需要外,設計中一般不應因考慮銹蝕而加大鋼材截面或厚度。為此,需采取措施防止鋼結構腐蝕。非金屬涂層保護,是鋼結構防腐最常用的一種方法。在鋼材表面涂以非金屬保護層,使鋼材不受空氣中有害介質的侵蝕。目前,我國涂料品種多,價格便宜,施工方便。鋼結構除必須采取防銹措施外,尚應在構造上盡量避免出 現難于檢查、清刷和油漆之處以及能積留濕氣和大量灰塵的死角或凹槽。這些構造措施雖沒有直接防銹的作用,但它可為減緩鋼結構的銹蝕速度創造一個良好的環境,對鋼結構的防銹起著積極的作用,在從事鋼結構的設計時這些構造防腐措施不可忽視。

1. 新法律法規

20162月,中共中央國務院《關于進一步加強城市規劃建設管理工作的若干意見》(中發〔20166)提出發展新型建造方式,指出大力推廣裝配式建筑,積極穩妥推廣鋼結構建筑。

中華人民共和國住房和城鄉建設部公告第1418號批準《裝配式鋼結構建筑技術標準》GB/T51232-2016,自201761日起實施。

2.專業性的設計實驗軟件

目前,我國鋼結構設計常用軟件有:PM系列鋼結構CAD軟件、鋼結構設計與繪圖軟件、智能鋼結構詳圖設計系統、三維鋼結構設計與分析計算軟件、多高層鋼結構設計系統件系統等等。建筑工程BIMBuilding Information Modeling)技術的大規模應用.完備的鋼結構建筑設計軟、硬件手段,必將進一步促進鋼結構綠色建筑的蓬勃發展海南鋼鐵網

 
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