钢结构的发展现状概要.ppt

钢结构材料与构造,钢结构的发展现状,一、钢结构在我国的发展,钢结构工程是以钢材制作为主的结构，是主要的建筑结构类型之一。钢结构是现代建筑工程中较普通的结构形式之一。我国是最早用铁制造承重结构的国家，远在秦始皇时代(公元前246-219年)，就已经用铁做简单的承重结构，而西方国家在17世纪才开始使用金属承重结构。公元3-6世纪，聪明勤劳的我国人民就用铁链修建铁索悬桥，著名的四川泸定大渡河铁索桥，云南的元江桥和贵州的盘江桥等都是我国早期铁体承重结构的例子。,一、钢结构在我国的发展,泸定桥该桥始建于清康熙44年，建成于康熙45年（1706年）桥身由13根碗口粗的铁链组成，左右两边各根，算是桥栏，底下并排根，铺上木板，就算是桥面。每根铁链由862至997个由熟铁手工打造的铁环相扣，总重量达21吨多。底链上满铺木板，扶手与底链之间用小铁链相连接，这样就13根链为一个整体；桥台为固定地龙桩和卧龙桩的基础,一、钢结构在我国的发展,直到19世纪末，我国才开始采用现代化钢结构。新中国成立后，钢结构的应用有了很大的发展，不论在数量上或质量上都远远超过了过去。在设计、制造和安装等技术方面都达到了较高的水平，掌握了各种复杂建筑物的设计和施工技术，在全国各地已经建造了许多规模巨大而且结构复杂的钢结构厂房、大跨度钢结构民用建筑及铁路桥梁等，我国的人民大会堂钢屋架，北京和上海等地的体育馆的钢网架，陕西秦始皇兵马佣陈列馆的三铰钢拱架和北京的鸟巢等。,二、重型高层钢结构,高层钢结构建筑是往往当作一个城市标志性建筑。80年代至今已建成和在建高层钢结构达100多幢，总面积约800万平方米，钢材用量80多万吨。北京、上海在建和新建成的高层钢结构就达到十余幢。如：上海中心大厦（在建、632米）、上海环球金融中心(101层、高492米、用钢量6.5万吨)；北京电视中心(建筑面积18.3万，高度为41层，227.05m，用钢量3.8万吨)；国贸中心三期(建筑面积54万、高度为330m)；央视新大楼等(建筑面积5万、高度为234m、用钢量12.8万吨)。全国每年有200-300万高层钢结构建筑施工，用钢量约45万吨。,二、重型高层钢结构,1、厂房行车起吊重量：25吨。2、每平米用钢量：50KG/M2。如：石化厂房设施、电厂厂房、大跨度的体育场馆、展览中心，高层或超高层钢结构。,二、重型高层钢结构,上海中心大厦（在建、632米）建成后效果图,上海环球金融中心(101层、高492米、用钢量6.5万吨),二、重型高层钢结构（广州塔）,广州塔塔身设计的最终方案为椭圆形的渐变网格结构，其造型、空间和结构由两个向上旋转的椭圆形钢外壳变化生成，一个在基础平面，一个在假想的450米高的平面上，两个椭圆彼此扭转135度，两个椭圆扭转在腰部收缩变细。格子式结构底部比较疏松，向上到腰部则比较密集，腰部收紧固定了，像编织的绳索，呈现“纤纤细腰”，再向上格子式结构放开，由逐渐变细的管状结构柱支撑。平面尺寸和结构密度是由控制结构设计的两个椭圆控制的，它们同时产生了不同效果的范围。整个塔身从不同的方向看都不会出现相同的造型。部更开放的结构产生了透明的效果可供瞭望，建筑腰部较为密集的区段则可提供相对私密的体验。塔身整体网状的漏风空洞，可有效减少塔身的笨重感和风荷载。塔身采用特一级的抗震设计，可抵御烈度7.8级的地震和12级台风，设计使用年限超过100年。,二、重型高层钢结构（广州塔）,三、大跨度空间钢结构,近年来，以网架和网壳为代表的空间结构继续大量发展，不仅用于民用建筑，而且用于工业厂房、机库、候机楼、体育馆、展览中心、大剧院、博物馆等。钢结构用量较大的工业厂房如曹妃甸钢铁基地、上海江南造船基地等，代表性场馆如2008北京奥运会国家体育场（馆）、2010上海世博会场(钢结构用量达30多万吨)、2010年亚运会(广州)、济南全运会、深圳大运会及南阳全国农民运动会等城市兴建的体育场馆。据中国钢结构协会空间结构分会统计：网架和网壳近年生产已处于趋平稳状态，每年1500座，约250万平方米，用钢约7万吨，钢结构选用的钢材呈现品种多、规格杂、用量大、强度高的特点，主要品种有：Q235C、Q345C、390D（用于地下预埋的桩柱）、Q345GJ、Q420、Q460等。,三、大跨度空间钢结构,随着悬索和膜的张拉结构研究开发深入和工程应用的推广。预应力空间结构开始得到应用。杭州雷峰塔、海南千年塔、广州新电视塔(高度610米、用钢量4.0万吨)和昆明世博园艺术广场膜结构等一大批新型钢结构建筑和构筑物不断涌现。悬索和膜结构目前处于发展阶段，用量不大，国内已有多家膜结构工程公司，承担很多体育场馆、机场、公园和街道景观的设计和施工。目前高中挡膜材仍需进口(如PTFE、ETFE)。,三、大跨度空间钢结构（鸟巢）,2008年北京奥运会主场馆,三、大跨度空间钢结构（鸟巢）,鸟巢”外形结构主要是由巨大的门式钢架组成，共有24根桁架柱。国家体育场建筑顶面呈鞍形，长轴为332.3米，短轴为296.4米，最高点高度为68.5米，最低点高度为42.8米。体育场外壳采用可作为填充物的气垫膜，使屋顶达到完全防水的要求，阳光可以穿过透明的屋顶满足室内草坪的生长需要。比赛时，看台是可以通过多种方式进行变化的，可以满足不同时期不同观众量的要求，奥运期间的20，000个临时座席分布在体育场的最上端，且能保证每个人都能清楚的看到整个赛场。入口、出口及人群流动通过流线区域的合理划分和设计得了完美得到的解决。,四、轻钢结构,轻钢结构是相对于重钢结构而言，其类型有门式刚架、拱型波纹钢屋盖结构等，主要用于轻型的工业厂房棉花和粮食仓库、码头和保税区仓库、农产品、建材、家具等各类交易市场、体育场馆、展览厅及活动房屋、加层建筑等。用钢量一般30-40kg左右(不含钢筋用量)。全国每年新建轻钢房屋800万平方米、用钢约20万吨。,轻型钢结构厂房,四、轻钢结构,判定结构为重钢与轻钢结构确实没有一个统一的标准，很多有经验的设计师或项目经理也常常不能完全说明白，但我们可以以一些数据综合考虑并加以判断：1、厂房行车起吊重量：大于等于25吨，可以认为为重钢结构了。2、每平米用钢量：大于等于50KG/M2，可认为是重钢结构。3、主要构件钢板厚度：大于等于10MM，轻钢结构用的较少。另外，还有一些参考值：如每平米造价，最大构件重量，最大跨度，结构形式，檐高等，以上这些在判断厂房是否为重钢或轻钢时可以提供经验数据，当然现在很多建筑都是轻、重钢都有。但有一些我们可以较肯定的说是重钢：如：石化厂房设施、电厂厂房、大跨度的体育场馆、展览中心，高层或超高层钢结构。,五、钢-混凝土组合结构,钢-混凝土组合结构是充分发挥钢材和混凝土两种材料各自优点的合理组合，不但具有优异的静、动力工作性能，而且能大量节约钢材、降低工程造价和加快施工进度，对环境污染较少，符合我国建筑结构发展方向。在我国的发展十分迅速，已广泛应用于冶金、造船、电力、交通等部门的建筑中，并以迅猛的势头进入了桥梁工程和高层与超高层建筑中。在高层建筑方面，建成了全部采用组合结构的超高层建筑深圳赛格广场大厦，高291.6m，属世界最高的钢-混凝土组合结构。全国已建成的采用组合结构的高层建筑超过40幢之多。组合结构拱桥已建成的也已超过300座。,六、钢结构住宅,用钢结构建造的住宅重量是钢筋混凝土住宅的1/2左右，可满足住宅大开间的需求，使用面积比钢筋混凝土住宅提高4%左右。钢材可以回收，建造和拆除时对环境污染较少，符合推进住宅产业化发展节能省地型住宅的国家政策。我国目前是最大的建筑市场，平均每年房屋建筑建设约20亿平方米（2009年房屋施工面积达32亿平方米），其中钢结构约占2-3%，绝大多数是钢筋混凝土结构和砖混凝土结构，还有少量木结构、砖石结构及土坯房屋。近8亿平方米/年的城镇居民住宅亦如此。钢结构建筑在我国整个建筑行业中所占的比重还不到5%，而发达国家已达50%以上，住宅钢结构的潜在发展空间非常大。目前，在在北京、上海、天津、河北、武汉、青岛等地建了低层、多层、高层钢结构住宅试点示范工程，已建成500多万平方米，用钢约20万t。宝钢在钢结构住宅产业化方面投入大量资金和研究人员，在武汉、沈阳等地设计建设了多处钢结构示范住宅项目，2007年在武汉汉阳区建成了钢结构示范住宅项目赛博园经济适用房小区，达到了世界钢协有关“国际民用建筑用钢项目”的技术要求。此外，针对提供给四川地震灾区作为过渡期安置房的60余万套活动板房，宝钢完成了板房材料利用的试点项目。,七、桥梁钢结构,各大城市将桥梁等交通基础设施建设作为经济发展的重要基础。使用钢结构较多的有斜拉桥,主要在钢箱、缆索、桥塔等部位，600米以上的特大桥梁均为钢结构桥梁“十一五”前三年平均新建桥梁3万座/年，年平均用钢量1300万吨。据统计，目前在建高速公路混凝土桥梁中可实施改用钢结构桥梁3480座，改用钢结构后可净增加钢材用量546万吨。截至2008年底，全国59万座桥梁中钢结构桥梁不足1%。与美国60万座桥梁中钢结构桥梁占33%、日本13万座桥梁钢结构桥梁占41%相比，差距较大。中国第一座全钢结构桥塔的桥是南京三桥,仅桥塔用钢量即达1.44万吨香港昂船洲大桥（长1018米）和苏通长江大桥（长1088米）占据世界最大斜拉桥的前两名，到2015年,中国要建5座跨海峡大桥,总用钢量为625万吨。,七、桥梁钢结构,南京三桥位于现南京长江大桥上游约19公里处的大胜关附近，横跨长江两岸，南与南京绕城公路相接，北与宁合高速公路相连，全长约15.6公里，其中跨江大桥长4.744公里，主桥采用主跨648米的双塔钢箱梁斜拉桥，桥塔采用钢结构，为国内第一座钢塔斜拉桥，也是世界上第一座弧线形钢塔斜拉桥。,八、结构用钢现状,1、各地区钢结构产量各地区钢结构产量由大到小的排序为：浙江、上海、安徽、山东、江苏、湖北、广东、四川、北京等地。上海、浙江均占总量的20%左右。2、消耗钢材品种用量2009年度钢板消耗占64%，其次是热轧型钢占15%，钢管10%，冷弯型钢及其他品种用量均在10%以下。,八、结构用钢现状,3.消耗钢材强度等级情况Q345占总用钢量的53%，Q235占35%，Q390占7%，用量较少的是Q420、Q4604.钢结构在建筑房屋领域的总体应用现状据钢结构协会2009年对钢结构重点企业的调查统计：建筑钢结构（厂房、多高层、公共建筑）为581.5万吨，占应用比例的54%，说明房屋建筑为钢结构构件最主要应用领域。以下依次为非标钢结构246.8万吨，桥梁95.7万吨、其它80万吨，塔桅72.1万吨。其中，建筑钢结构中厂房应用量居首为290.2万吨，占49%，应用情况依次为公共建筑、高层钢结构、多层钢结构，占的比例分别是：21%、17%、13%。,八、结构用钢现状,5.主要加工制造企业目前从事钢结构制造加工企业全国约1万家左右,但有固定生产场所并具备一定规模的企业仅4000-5000家。目前最大的装备制造企业上海振华重工（集团）股份有限公司，2009年产量达1