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        二手鋼構

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        鋼結構的優點與缺點

        2019-11-28 15:27

        和其它材料的結構相比,鋼結構具有以下特點:
        一、鋼結構重量輕
        鋼結構的容重雖然較大,單與其它建筑材料相比,它的強度卻高很多,因而當承受的荷載和條件相同時,鋼結構要比其它結構輕,便于運輸和安裝,并可跨越更大的跨度。
        二、鋼材的塑性和韌性好
        塑性好,使鋼結構一般不會因為偶然超載或局部超載而突然斷裂破壞。韌性好,則使鋼結構對動力荷載的適應性較強。鋼材的這些性能對鋼結構的安全可靠提供了充分的保證
        三、鋼材更接近于勻質和各向同性體
        鋼材的內部組織比較均勻,非常接近勻質和各向同性體,在一定的應力幅度內幾乎是完全彈性的。這些性能和力學計算中的假定比較符合,所以鋼結構的計算結果較符合實際的受力情況。
        四、鋼結構制造簡便,易于采用工業化生產,施工安裝周期短
        鋼結構由各種型材組成,制作簡便。大量的鋼結構都在專業化的金屬結構制造廠中制造;精確度高。制成的構件運到現場拼裝,采用螺栓連接,且結構輕,故施工方便,施工周期短。此外,已建成的鋼結構也易于拆卸、加固或改造。
        五、鋼結構的密封性好
        鋼結構的氣密性和水密性較好。
        六、鋼結構的耐熱性好,但防火性能差
        鋼材耐熱而不耐高溫。隨著溫度的升高,強度就降低。當周圍存在著輻射熱,溫度在150度以上時,就應采取遮擋措施。如果一旦發生火災,結構溫度達到500度以上時,就可能全部瞬時崩潰。為了提高鋼結構的耐火等級,通常都用混凝土或磚把它包裹起來。
        七、鋼材易于銹蝕,應采取防護措施
        鋼材在潮濕環境中,特別是處于有腐蝕介質的環境中容易銹蝕,必須刷涂料或鍍鋅,而且在使用期間還應定期維護
        拱形屋頂
        一、概述  
        在這實際的三維世界里,任何結構物本質上都是空間性質的,只不過出于簡化設計和建造的目的,人們在許多場合把它們分解成一片片平面結構來進行構造和計算。與此同時,無法進行簡單分解的真正意義上的空間體系也始終沒有停止其自身的發展,而且日益顯示出一般平面結構無法比擬的豐富多彩和創造潛力,體現出大自然的美麗和神奇??臻g結構的卓越工作性能不僅僅表現在三維受力,而且還由于它們通過合理的曲面形體來有效抵抗外荷載的作用。當跨度增大時,空間結構就愈能顯示出它們優異的技術經濟性能。事實上,當跨度達到一定程度后,一般平面結構往往已難于成為合理的選擇。從國內外工程實踐來看,大跨度建筑多數采用各種形式的空間結構體系。  
        近二十余年來,各種類型的大跨空間結構在美、日、歐等發達國家發展很快。建筑物的跨度和規模越來越大,目前,尺度達150m以上的超大規模建筑已非個別;結構形式豐富多彩,采用了許多新材料和新技術,發展了許多新的空間結構形式。例如1975年建成的美國新奧爾良“超級穹頂”(Superdome),直徑207m,長期被認為是世界上最大的球面網殼;現在這一地位已被1993年建成夏徑為222m的日本福岡體育館所取代,但后者更著名的特點是它的可開合性:它的球形屋蓋由三塊可旋轉的扇形網殼組成,扇形沿圓周導軌移動,體育館即可呈全封閉、開啟1/3或開啟2/3等不同狀態。1983年建成的加拿大卡爾加里體育館采用雙曲拋物面索網屋蓋,其圓形平面直徑135m,它是為1988年冬季奧運會修建的,外形極為美觀,迄今仍是世界上最大的索網結構。70年代以來,由于結構使用織物材料的改進,膜結構或索-膜結構(用索加強的膜結構)獲得了發展,美國建造了許多規模很大的氣承式索-膜結構;1988年東京建成的“后樂園”棒球館,也采用這種結構技術尤為先進,其近似圓形平面的直徑為204m;美國亞特蘭大為1996年奧運會修建的“佐治亞穹頂”(GeogiaDome,1992年建成)采用新穎的整體張拉式索一膜結構,其準橢圓形平面的輪廓尺寸達192mX241m。許多宏偉而富有特色的大跨度建筑已成為當地的象征性標志和著名的人文景觀。  
        由于經濟和文化發展的需要,人們還在不斷追求覆蓋更大的空間,例如有人設想將整個街區、整個廣場、甚至整個山谷覆蓋起來形成一個可人工控制氣候的人聚環境或休閑環境;為了發掘和保護古代陵墓和重要古跡,也有人設想采用超大跨度結構物將其覆蓋起來形成封閉的環境。目前某些發達國家正在進行尺度為300m以上的超大跨度空間結構的設計方案探討。  
        可以這樣說,大跨空間結構是最近三十多年來發展最快的結構形式。國際《空間結構》雜志主編馬考夫斯基(Z.S.Makowski)說:在60年代“空間結構還被認為是一種興趣但仍屬陌生的非傳統結構,然而今天已被全世界廣泛接受。”從今天來看,大跨度和超大跨度建筑物及作為其核心的空間結構技術的發展狀況已成為代表一個國家建筑科技水平的重要標志之一。  
        世界各國為大跨度空間結構的發展投入了大量的研究經費。例如,早在20年前美國土木工程學會曾組織了為期10年的空間結構研究計劃,投入經費1550萬美元。同一時期,西德由斯圖加特大學主持組織了一個“大跨度空間結構綜合研究計劃”,每年研究經費100萬馬克以上。這些研究工作為各國大跨度建筑的蓬勃發展奠定了堅實的理論基礎和技術條件。國際殼體和空間結構學會(IASS)每年定期舉行年會和各種學術交流活動,是目前最受歡迎的著名學術團體之一。  
        我國大跨度空間結構的基礎原來比較薄弱,但隨著國家經濟實力的增強和社會發展的需要,近十余年來也取得了比較迅猛的發展。工程實踐的數量較多,空間結構的類型和形式逐漸趨向多樣化,相應的理論研究和設計技術也逐步完善。以北京亞運會(1990)、哈爾濱冬季亞運會(1996)、上海八運會(1997)的許多體育建筑為代表的一系列大跨空間結構——作為我國建筑科技進步的某種象征在國內外都取得了一定影響。  
        種種跡象說明,我國雖然尚是一個發展中國家,但由于國大人多,隨著國力的不斷增強,要建造更多更大的體育、休閑、展覽、航空港、機庫等大空間和超大空間建筑物的需求十分旺盛,而且這種需求量在一定程度上可能超過許多發達國家。這是我國空間結構領域面臨的巨大機遇。  
        但與國際先進水平相比,我國大跨空間結構的發展仍存在一定差距。主要表現在結構形式還比較拘謹,較少大膽創新之作,說明新穎的建筑構思與先進的結構創造之間尚缺乏理想的有機結合,尤其是150m以上的超大跨度空間結構的工程實踐還比較少;結構類型相對地集中于網架和網殼結構,懸索結構用得比較少,而一些有巨大前景的新穎結構形式如膜結構和索-膜結構、整體張拉結構、可開合結構等在國外已有不少成功的工程實踐,在我國則還處于空白或艱難起步階段。情況看來是,我國空間結構的發展經過十余年來在較為平坦的草原上的馳騁之后,似乎遇上了一個需要努力躍上的新臺階。這一新臺階包含材料和生產條件等技術問題,也包含尚未很好解決的一些理論問題。為促進我國空間結構進一步的更高層次的發展,有待科技工作者和企業家努力創造條件,以求得這些技術問題和理論問題較快較好地解決。  
        大跨空間結構的類型和形式十分豐富多彩,習慣上分為如下這些類型:鋼筋混凝土薄殼結構;平板網架結構;網殼結構;懸索結構;膜結構和索-膜結構;近年來國外用的較多的“索穹頂”(CableDome)實際上也是一種特殊形式的索-膜結構;混合結構(HybridStructure),通常是柔性構件和剛性構件的聯合應用。  
        在上述各種空間結構類型中,鋼筋混凝土薄壁結構在50年代后期及60年代前期在我國有所發展,當時建造過一些中等跨度的球面殼、柱面殼、雙曲扁殼和扭殼,在理論研究方面還投入過許多力量,制定了相應的設計規程。但這種結構類型日前應用較少,主要原因可能是施工比較費時費事。平板網架和網殼結構,還包括一些未能單獨歸類的特殊形式,如折板式網架結構、多平面型網架結構、多層多跨框架式網架結構等,總起來可稱為空間網格結構。這類結構在我國發展很快,且持續不衰。懸索結構、膜結構和索-膜結構等柔性體系均以張力來抵抗外荷載的作用,可總稱為張力結構。這類結構富有發展前景。下面按這兩個大類簡要介紹我國空間結構的發展狀況。  
        二、空間網格結構  
        網殼結構的出現早于平板網架結構。在國外,傳統的肋環型穹頂已有一百多年歷史,而第一個平板網架是1940年在德國建造的(采用Mero體系)。中國第一批具有現代意義的網殼是在50和60年代建造的,但數量不多。當時柱面網殼大多采用菱形“聯方”網格體系,1956年建成的天津體育館鋼網殼(跨度52m)和l961年同濟大學建成的鋼筋混凝土網殼(跨度40m)可作為典型代表。球面網殼則主要采用助環型體系,1954年建成的重慶人民禮堂半球形穹頂(跨度46.32m)和1967年建成的鄭州體育館圓形鋼屋蓋(跨度64m)習能是僅有的兩個規模較大的球面網殼。自此以后直到80年代初期,網殼結構在我國沒有得到進一步的發展。  
        相對而言自第一個平板網架(上海師范學院球類房,31.5mx40.5m)于1964年建成以來,網架結構一直保持較好發展勢頭。1967年建成的首都體育館采用斜放正交網架,其矩形平面尺寸為99mx112m,厚6m,采用型鋼構件,高強螺栓連接,用鋼指標65kg每平米(1kg每平米≈9.8pa)。1973年建成的上海萬人體育館采用圓形平面的三向網架凈架110m,厚6m,采用圓鋼管構件和焊接空心球結點,用鋼指標47kg每平米。當時平板網架在國內還是全新的結構形式,這兩個網架規模都比較大,即使從今天來看仍然具有代表性,因而對工程界產生了很大影響。在當時體育館建設需求的激勵下,國內各高校、研究機構和設計部門對這種新結構投入了許多力量,專業的制作和安裝企業也逐漸成長,為這種結構的進一步發展打下了較堅實的基礎。改革開放以來的十多年里是我國空間結構快速發展的黃金時期而平板網架結構就自然地處于捷足先登的優先地位。甚至80年代后期北京為迎接1990年亞運會興建的一批體育建筑中,多數仍采用平板網架結構。在這一時期,網架結構的設計已普遍采用計算機,生產技術也獲得很大進步,開始廣泛采用裝配式的螺栓球結點,大大加快了網架的安裝。  
        但事物總是存在兩個方面。在平板網架結構一枝獨秀地加快發展的同時,隨著經濟和文化建設需求的擴大和人們對建筑欣賞品位的提高,在設計日益增多的各式各樣大跨度建筑時,設計者越來越感覺到結構形式的選擇余地有限,無法滿足日益發展的對建筑功能和建筑造型多樣化的要求。這種現實需求對網殼結構、懸索結構等多種空間結構形式的發展起了良好的刺激作用。由于網殼結構與網架結構的生產條件相同,國內已具備現成的基礎,因而從80年代后半期起,當相應的理論儲備和設計軟件等條件初步完備,網殼結構就開始了在新的條件下的快速發展。建造數量逐年增加,各種形式的網殼,包括球面網殼、柱面網殼、鞍形網殼(或扭網殼)、雙曲扁網殼和各種異形網殼,以及上述各種網殼的組合形式均得到了應用;還開發了預應力網受、斜拉網殼(用斜拉索加強網殼)等新的結構體系。近幾年來建造了一些規模相當宏大的網殼結構。例如1994年建成的天津體育館采用肋環斜桿型(Schwedler型)雙層球面網殼,其圓形平面凈跨108m,周邊伸出13.5m,網殼厚度3m,采用圓鋼管構件和焊接空心球結點,用鋼指標55kg每平米。1995年建成的黑龍江省速滑館用以覆蓋400m速滑跑道,其巨大的雙層網殼結構由中央柱面殼部分和兩端半球殼部分組成,輪廓尺寸86.2mx191.2m,覆蓋面積達15000平米,網殼厚度2.1m,采用圓鋼管構件和螺栓球結點,用鋼指標50kg每平米。1997年剛建成的長春萬人體育館平面呈桃核形,由肋環型球面網殼切去中央條形部分再拼合而成,體型巨大,如果將外伸支腿計算在內,輪廓尺寸達146mx191.7m,網殼厚度2.8m,其桁架式“網片”的上、下弦和腹桿一律采用方(矩形)鋼管,焊接連接,是我國第一個方鋼管網殼。這一網殼結構的設計方案是由國外提出的,施工圖設計和制作安裝由國內完成。  
        在網殼結構的應用日益擴大的同時,平板網架結構并未停止其自身的發展。這種目前來看已比較簡單的結構有它自己廣泛的使用范圍,跨度不拘大??;而已近幾年在一些重要領域擴大了應用范圍。例如在機場維修機庫方面,廣州白云機場80m機庫(199年)、成都機場140m機庫(1995年)、首都機場2Zmx150m機庫(1996年)等大型機庫都采用平板網架結構。這些三邊支承的平板網架規模巨大,且需承受較重的懸掛荷載,常采用較重型的焊接型鋼(或鋼管)結構,有時需采用三層網架;其單位面積用鋼指標可達到一般公用建筑所用網架的一倍或更多。單層工業廠房也是近幾年來平板網架獲得迅速發展的一個重要領域。為便于靈活安排生產工藝,廠房的柱網尺寸有日益擴大的趨向,這時平板網架結構就成為十分經濟適用的理想結構方案。1991年建成的第一汽車制造廠高爾夫轎車安裝車間面積近8萬平米(189.2mx421.6m),柱網21mx12m,采用焊接球結點網架,用鋼指標31kg每平米。該廠房是目前世界上面積最大的平板網架結構。1992年建成的天津無縫鋼管廠加工車間面積為6萬平米(108mx564m),柱網36mx18m,采用螺栓球結點網架,用鋼指標32kg每平米,與傳統的平面鋼桁架方案比較,節省了47%。鑒于這類廠房的巨大圓積,它們確實為平板網架結構的發展提供了廣闊的新領域。十分明顯,包括網架和網殼在內的空間網格結構是我國近十余年來發展最快,應用最廣的空間結構類型。這類結構體系整體剛度好,技術經濟指標優越,可提供豐富的建筑造型,因而受到建設者和設計者的喜愛。我國網架企業的蓬勃發展也為這類結構提供了方便的生產條件。據估計,近幾年我國每年建造的網架和網殼結構達800萬平方米建筑面積,相應鋼材用量約20萬t。這么大的數字是任何其它國家無法比擬的,無愧于“網架王國”這一稱號,難怪國外有關企業對這一巨大市場垂涎欲滴。  
        如此大的發展勢頭自然也會帶采一些問題。與國際水平相比,我國目前網架生產的工藝水平和質量管理水平尚有一定距離。尤其是在市場需求帶動下,大量小型網架企業雨后春筍般成立起來,難免良莠不齊,設計也非總由有經驗人士擔任。因而大力加強行業管理,切實把握住設計制作和安裝質量,是促進我國空間結構進一步健康發展的重要課題。  

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