現(xiàn)代鋼結構與綠色建筑
點擊次數(shù)：3216 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）而成的鋼結構骨架，就具有綠色建筑的特質。鋼結構固有的三大核心價值：zui輕的結構；zui短的工期；的延性。在建筑全壽命周期內，zui大限度地節(jié)約，zui輕的結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、結構大師富勒（Fuller）提出結構哲理：少（費）多（用）——以zui少的結構提供zui大的承載力（DoingtheMostwiththeLeast）。
鋼結構節(jié)材是綠色建筑zui重要的內容，是結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)良的鋼結構才是綠色建筑，優(yōu)良的鋼結構必須是結構骨架節(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，滿足可持續(xù)發(fā)展理念。
在高層全鋼結構和大跨度鋼屋蓋中，100多年來，先進國家大量采用鋼結構（日本的鋼結構數(shù)量已超過70%），并能基本上實現(xiàn)鋼結構固有的三大核心價值。世界高層全鋼結構前三名都在美國，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，我國鋼結構建筑發(fā)展迅速。但也產生了不少笨重、怪異的鋼結構，與綠色建筑相佐。沈祖炎院士在《影響中國——第二屆中國鋼結構產業(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”。中國建筑金屬結構協(xié)會姚兵會長在《影響中國——第二屆中國鋼結構產業(yè)高峰論壇》大會上的講話也指出：“鋼結構不是說體量有多大，或者說要多用鋼，而是說要合理用鋼，并不是把鋼結構建筑建成鋼結構碉堡”。上海浦東機場是一座的鋼結構建筑，張弦梁（Stringbeam）屬于屋蓋彎矩結構（Moment-ResistingStructures），它的跨度都未超過100米，說明結構方案好。它把結構力度與建筑的空間藝術美有機地結合起來，即袒露具有美學價值的結構部分——自然地顯示結構，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，轉角處理簡潔。
現(xiàn)代鋼結構設計zui關鍵的兩大步驟——正確選擇結構方案和正確估計結構的截面高度，鋼結構精心設計一般有四大步驟：結構方案（概念設計）；結構截面高度；構件布局（短程傳力、形態(tài)學與拓樸原理）；結點（node）小型化。其中，結構方案、結構截面高度極為重要。為了正確選擇結構方案（概念設計），必須首先進行結構分類。屋蓋空間結構是一種由形狀而產生效益的結構，也叫形效結構（FormativeStructures），這類結構的用鋼量很少。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構；屋蓋彎矩結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（屋蓋空間結構）；國家大劇院（網殼）橢圓平面212米×143米，每平方米用鋼量292公斤（屋蓋空間結構）；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（屋蓋彎矩結構）；湛江電廠干煤棚（四柱支承平板網架，柱距79.8米）每平方米用鋼量70.3公斤（屋蓋彎矩結構）。
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、結構大師富勒（Fuller）提出結構哲理：少（費）多（用）——以zui少的結構提供zui大的承載力（DoingtheMostwiththeLeast）。
鋼結構節(jié)材是綠色建筑zui重要的內容，是結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)良的鋼結構才是綠色建筑，優(yōu)良的鋼結構必須是結構骨架節(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，滿足可持續(xù)發(fā)展理念。
在高層全鋼結構和大跨度鋼屋蓋中，100多年來，先進國家大量采用鋼結構（日本的鋼結構數(shù)量已超過70%），并能基本上實現(xiàn)鋼結構固有的三大核心價值。世界高層全鋼結構前三名都在美國，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，我國鋼結構建筑發(fā)展迅速。但也產生了不少笨重、怪異的鋼結構，與綠色建筑相佐。沈祖炎院士在《影響中國——第二屆中國鋼結構產業(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”。中國建筑金屬結構協(xié)會姚兵會長在《影響中國——第二屆中國鋼結構產業(yè)高峰論壇》大會上的講話也指出：“鋼結構不是說體量有多大，或者說要多用鋼，而是說要合理用鋼，并不是把鋼結構建筑建成鋼結構碉堡”。上海浦東機場是一座的鋼結構建筑，張弦梁（Stringbeam）屬于屋蓋彎矩結構（Moment-ResistingStructures），它的跨度都未超過100米，說明結構方案好。它把結構力度與建筑的空間藝術美有機地結合起來，即袒露具有美學價值的結構部分——自然地顯示結構，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，轉角處理簡潔。
現(xiàn)代鋼結構設計zui關鍵的兩大步驟——正確選擇結構方案和正確估計結構的截面高度，鋼結構精心設計一般有四大步驟：結構方案（概念設計）；結構截面高度；構件布局（短程傳力、形態(tài)學與拓樸原理）；結點（node）小型化。其中，結構方案、結構截面高度極為重要。為了正確選擇結構方案（概念設計），必須首先進行結構分類。屋蓋空間結構是一種由形狀而產生效益的結構，也叫形效結構（FormativeStructures），這類結構的用鋼量很少。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構；屋蓋彎矩結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（屋蓋空間結構）；國家大劇院（網殼）橢圓平面212米×143米，每平方米用鋼量292公斤（屋蓋空間結構）；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（屋蓋彎矩結構）；湛江電廠干煤棚（四柱支承平板網架，柱距79.8米）每平方米用鋼量70.3公斤（屋蓋彎矩結構）。
