現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)與綠色建筑
點(diǎn)擊次數(shù)：3273 更新時(shí)間：2012-07-06
工控摘要：由于鋼材具有較高的強(qiáng)度，因此，由型鋼（含鋼板）和高強(qiáng)鋼絲等組合連接（焊接、高強(qiáng)螺栓）而成的鋼結(jié)構(gòu)骨架，就具有綠色建筑的特質(zhì)。鋼結(jié)構(gòu)固有的三大核心價(jià)值：zui輕的結(jié)構(gòu)；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(gòu)假想強(qiáng)度受壓高度（節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材），保護(hù)環(huán)境和減少污染，為人們提供健康、適應(yīng)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(gè)健康、舒適的活動(dòng)空間，同時(shí)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(qiáng)螺栓拼裝影響環(huán)境的建筑物。節(jié)約能源；建筑適應(yīng)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(shè)計(jì)觀。
1991年蘭達(dá)·維爾和羅伯特·維爾合著《綠色建筑——為可持續(xù)發(fā)展而設(shè)計(jì)》一書。發(fā)達(dá)國(guó)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(shù)、新設(shè)計(jì)方法、新設(shè)備、新工藝，實(shí)行綜合化設(shè)計(jì)，使建筑在滿足功能時(shí)所耗資源、能源zui少。zui偉大的美國(guó)建筑、結(jié)構(gòu)大師富勒（Fuller）提出結(jié)構(gòu)哲理：少（費(fèi)）多（用）——以zui少的結(jié)構(gòu)提供zui大的承載力（DoingtheMostwiththeLeast）。
鋼結(jié)構(gòu)節(jié)材是綠色建筑zui重要的內(nèi)容，是結(jié)構(gòu)工程師一生追求的光榮事業(yè)，然而我國(guó)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(duì)鋼結(jié)構(gòu)骨架的節(jié)材幾乎閉口不談。這樣，就導(dǎo)致我國(guó)不少大型鋼結(jié)構(gòu)的笨重和怪異。目前，我國(guó)設(shè)計(jì)與施工的現(xiàn)狀是：“設(shè)計(jì)”創(chuàng)造困難，“施工”也要上。優(yōu)良的鋼結(jié)構(gòu)才是綠色建筑，優(yōu)良的鋼結(jié)構(gòu)必須是結(jié)構(gòu)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(dòng)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(gòu)和大跨度鋼屋蓋中，100多年來，先進(jìn)國(guó)家大量采用鋼結(jié)構(gòu)（日本的鋼結(jié)構(gòu)數(shù)量已超過70%），并能基本上實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)固有的三大核心價(jià)值。世界高層全鋼結(jié)構(gòu)前三名都在美國(guó)，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(shè)轉(zhuǎn)換層；吊裝件高三層樓，全部采用高強(qiáng)螺栓現(xiàn)場(chǎng)拼裝，與我國(guó)幾乎*的現(xiàn)場(chǎng)焊接拼裝形成鮮明的對(duì)比。根據(jù)文獻(xiàn)：“結(jié)構(gòu)體系的性與G/P成反比（G—鋼材用量，P—建筑總重），一般是：設(shè)計(jì)G/P=0.2~0.3；平庸設(shè)計(jì)G/P=0.4~0.5；拙劣設(shè)計(jì)G/P=0.6~0.7”。世界的大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)——美國(guó)喬治亞穹頂（GeorgiaDome），1996年第26屆奧運(yùn)會(huì)主場(chǎng)館橢圓平面240.79米×192.02米，（屋頂+外環(huán)）用鋼量達(dá)到先進(jìn)水平。
改革開放以來，我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展迅速。但也產(chǎn)生了不少笨重、怪異的鋼結(jié)構(gòu)，與綠色建筑相佐。沈祖炎院士在《影響中國(guó)——第二屆中國(guó)鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)高峰論壇》的主題報(bào)告中嚴(yán)正指出：“近年來涌現(xiàn)的與輕、快、好、省理念背道而馳的技術(shù)現(xiàn)狀令人擔(dān)擾”。中國(guó)建筑金屬結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)姚兵會(huì)長(zhǎng)在《影響中國(guó)——第二屆中國(guó)鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)高峰論壇》大會(huì)上的講話也指出：“鋼結(jié)構(gòu)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(gòu)建筑建成鋼結(jié)構(gòu)碉堡”。上海浦東機(jī)場(chǎng)是一座的鋼結(jié)構(gòu)建筑，張弦梁（Stringbeam）屬于屋蓋彎矩結(jié)構(gòu)（Moment-ResistingStructures），它的跨度都未超過100米，說明結(jié)構(gòu)方案好。它把結(jié)構(gòu)力度與建筑的空間藝術(shù)美有機(jī)地結(jié)合起來，即袒露具有美學(xué)價(jià)值的結(jié)構(gòu)部分——自然地顯示結(jié)構(gòu)，達(dá)到巧奪天工的震憾效果。成都雙流機(jī)場(chǎng)，也是一個(gè)成功的作品。旅客置身其中，感到輕快，轉(zhuǎn)角處理簡(jiǎn)潔。
現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)zui關(guān)鍵的兩大步驟——正確選擇結(jié)構(gòu)方案和正確估計(jì)結(jié)構(gòu)的截面高度，鋼結(jié)構(gòu)精心設(shè)計(jì)一般有四大步驟：結(jié)構(gòu)方案（概念設(shè)計(jì)）；結(jié)構(gòu)截面高度；構(gòu)件布局（短程傳力、形態(tài)學(xué)與拓樸原理）；結(jié)點(diǎn)（node）小型化。其中，結(jié)構(gòu)方案、結(jié)構(gòu)截面高度極為重要。為了正確選擇結(jié)構(gòu)方案（概念設(shè)計(jì)），必須首先進(jìn)行結(jié)構(gòu)分類。屋蓋空間結(jié)構(gòu)是一種由形狀而產(chǎn)生效益的結(jié)構(gòu)，也叫形效結(jié)構(gòu)（FormativeStructures），這類結(jié)構(gòu)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(gòu)；屋蓋彎矩結(jié)構(gòu)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(chǎng)（桁架）懸臂52.4米，每平方米用鋼量200公斤（屋蓋彎矩結(jié)構(gòu)）；美國(guó)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(gòu)）；國(guó)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(gòu)）；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(gòu)）；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(gòu)）。
1991年蘭達(dá)·維爾和羅伯特·維爾合著《綠色建筑——為可持續(xù)發(fā)展而設(shè)計(jì)》一書。發(fā)達(dá)國(guó)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(shù)、新設(shè)計(jì)方法、新設(shè)備、新工藝，實(shí)行綜合化設(shè)計(jì)，使建筑在滿足功能時(shí)所耗資源、能源zui少。zui偉大的美國(guó)建筑、結(jié)構(gòu)大師富勒（Fuller）提出結(jié)構(gòu)哲理：少（費(fèi)）多（用）——以zui少的結(jié)構(gòu)提供zui大的承載力（DoingtheMostwiththeLeast）。
鋼結(jié)構(gòu)節(jié)材是綠色建筑zui重要的內(nèi)容，是結(jié)構(gòu)工程師一生追求的光榮事業(yè)，然而我國(guó)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(duì)鋼結(jié)構(gòu)骨架的節(jié)材幾乎閉口不談。這樣，就導(dǎo)致我國(guó)不少大型鋼結(jié)構(gòu)的笨重和怪異。目前，我國(guó)設(shè)計(jì)與施工的現(xiàn)狀是：“設(shè)計(jì)”創(chuàng)造困難，“施工”也要上。優(yōu)良的鋼結(jié)構(gòu)才是綠色建筑，優(yōu)良的鋼結(jié)構(gòu)必須是結(jié)構(gòu)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(dòng)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(gòu)和大跨度鋼屋蓋中，100多年來，先進(jìn)國(guó)家大量采用鋼結(jié)構(gòu)（日本的鋼結(jié)構(gòu)數(shù)量已超過70%），并能基本上實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)固有的三大核心價(jià)值。世界高層全鋼結(jié)構(gòu)前三名都在美國(guó)，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(shè)轉(zhuǎn)換層；吊裝件高三層樓，全部采用高強(qiáng)螺栓現(xiàn)場(chǎng)拼裝，與我國(guó)幾乎*的現(xiàn)場(chǎng)焊接拼裝形成鮮明的對(duì)比。根據(jù)文獻(xiàn)：“結(jié)構(gòu)體系的性與G/P成反比（G—鋼材用量，P—建筑總重），一般是：設(shè)計(jì)G/P=0.2~0.3；平庸設(shè)計(jì)G/P=0.4~0.5；拙劣設(shè)計(jì)G/P=0.6~0.7”。世界的大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)——美國(guó)喬治亞穹頂（GeorgiaDome），1996年第26屆奧運(yùn)會(huì)主場(chǎng)館橢圓平面240.79米×192.02米，（屋頂+外環(huán)）用鋼量達(dá)到先進(jìn)水平。
改革開放以來，我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展迅速。但也產(chǎn)生了不少笨重、怪異的鋼結(jié)構(gòu)，與綠色建筑相佐。沈祖炎院士在《影響中國(guó)——第二屆中國(guó)鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)高峰論壇》的主題報(bào)告中嚴(yán)正指出：“近年來涌現(xiàn)的與輕、快、好、省理念背道而馳的技術(shù)現(xiàn)狀令人擔(dān)擾”。中國(guó)建筑金屬結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)姚兵會(huì)長(zhǎng)在《影響中國(guó)——第二屆中國(guó)鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)高峰論壇》大會(huì)上的講話也指出：“鋼結(jié)構(gòu)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(gòu)建筑建成鋼結(jié)構(gòu)碉堡”。上海浦東機(jī)場(chǎng)是一座的鋼結(jié)構(gòu)建筑，張弦梁（Stringbeam）屬于屋蓋彎矩結(jié)構(gòu)（Moment-ResistingStructures），它的跨度都未超過100米，說明結(jié)構(gòu)方案好。它把結(jié)構(gòu)力度與建筑的空間藝術(shù)美有機(jī)地結(jié)合起來，即袒露具有美學(xué)價(jià)值的結(jié)構(gòu)部分——自然地顯示結(jié)構(gòu)，達(dá)到巧奪天工的震憾效果。成都雙流機(jī)場(chǎng)，也是一個(gè)成功的作品。旅客置身其中，感到輕快，轉(zhuǎn)角處理簡(jiǎn)潔。
現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)zui關(guān)鍵的兩大步驟——正確選擇結(jié)構(gòu)方案和正確估計(jì)結(jié)構(gòu)的截面高度，鋼結(jié)構(gòu)精心設(shè)計(jì)一般有四大步驟：結(jié)構(gòu)方案（概念設(shè)計(jì)）；結(jié)構(gòu)截面高度；構(gòu)件布局（短程傳力、形態(tài)學(xué)與拓樸原理）；結(jié)點(diǎn)（node）小型化。其中，結(jié)構(gòu)方案、結(jié)構(gòu)截面高度極為重要。為了正確選擇結(jié)構(gòu)方案（概念設(shè)計(jì)），必須首先進(jìn)行結(jié)構(gòu)分類。屋蓋空間結(jié)構(gòu)是一種由形狀而產(chǎn)生效益的結(jié)構(gòu)，也叫形效結(jié)構(gòu)（FormativeStructures），這類結(jié)構(gòu)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(gòu)；屋蓋彎矩結(jié)構(gòu)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(chǎng)（桁架）懸臂52.4米，每平方米用鋼量200公斤（屋蓋彎矩結(jié)構(gòu)）；美國(guó)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(gòu)）；國(guó)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(gòu)）；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(gòu)）；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(gòu)）。
會(huì)員_a.png)