现代钢结构与绿色建筑

　　工控摘要：由于钢材具有较高的强度，因此，由型钢（含钢板）和高强钢丝等组合连接（焊接、高强螺栓）而成的钢结构骨架，就具有绿色建筑的特质。钢结构固有的三大核心价值：zui轻的结构；zui短的工期；的延性。在建筑全寿命周期内，zui大限度地节约，zui轻的结构假想强度受压高度（节能、节地、节水、节材），保护环境和减少污染，为人们提供健康、适应和的使用空间，与自然和谐共生的建筑。绿色建筑为人类提供一个健康、舒适的活动空间，同时zui率地利用能源、zui低限度地zui短的工期工厂焊接、工地高强螺栓拼装影响环境的建筑物。节约能源；建筑适应气候；材料资源的再生利用；尊重用户；尊重地理环境；整体的设计观。
　　
　　1991年兰达·维尔和罗伯特·维尔合著《绿色建筑——为可持续发展而设计》一书。发达国家探索可持续建筑之路，名为“绿色建筑挑战”，即采用新材料、新技术、新设计方法、新设备、新工艺，实行综合化设计，使建筑在满足功能时所耗资源、能源zui少。zui伟大的美国建筑、结构大师富勒（Fuller）提出结构哲理：少（费）多（用）——以zui少的结构提供zui大的承载力（DoingtheMostwiththeLeast）。
　　
　　钢结构节材是绿色建筑zui重要的内容，是结构工程师一生追求的光荣事业，然而我国所谓的绿色建筑政策，仅指建筑墙体的节能、太阳能利用等，而对钢结构骨架的节材几乎闭口不谈。这样，就导致我国不少大型钢结构的笨重和怪异。目前，我国设计与施工的现状是：“设计”创造困难，“施工”也要上。优良的钢结构才是绿色建筑，优良的钢结构必须是结构骨架节材，墙体节能，zui大限度地满足功能，zui低限度地影响环境，为人们提供健康，舒适的活动空间。并能在建筑全寿命周期内，满足可持续发展理念。
　　
　　在高层全钢结构和大跨度钢屋盖中，100多年来，先进国家大量采用钢结构（日本的钢结构数量已超过70%），并能基本上实现钢结构固有的三大核心价值。世界高层全钢结构前三名都在美国，其中，有座建筑的箱形柱截面仅450毫米×450毫米，厚度7.5毫米~12.5毫米；下面柱距加大，未设转换层；吊装件高三层楼，全部采用高强螺栓现场拼装，与我国几乎*的现场焊接拼装形成鲜明的对比。根据文献：“结构体系的性与G/P成反比（G—钢材用量，P—建筑总重），一般是：设计G/P=0.2~0.3；平庸设计G/P=0.4~0.5；拙劣设计G/P=0.6~0.7”。世界的大跨度屋盖结构——美国乔治亚穹顶（GeorgiaDome），1996年第26届奥运会主场馆椭圆平面240.79米×192.02米，（屋顶+外环）用钢量达到先进水平。
　　
　　改革开放以来，我国钢结构建筑发展迅速。但也产生了不少笨重、怪异的钢结构，与绿色建筑相佐。沈祖炎院士在《影响中国——第二届中国钢结构产业高峰论坛》的主题报告中严正指出：“近年来涌现的与轻、快、好、省理念背道而驰的技术现状令人担扰”。中国建筑金属结构协会姚兵会长在《影响中国——第二届中国钢结构产业高峰论坛》大会上的讲话也指出：“钢结构不是说体量有多大，或者说要多用钢，而是说要合理用钢，并不是把钢结构建筑建成钢结构碉堡”。上海浦东机场是一座的钢结构建筑，张弦梁（Stringbeam）属于屋盖弯矩结构（Moment-ResistingStructures），它的跨度都未超过100米，说明结构方案好。它把结构力度与建筑的空间艺术美有机地结合起来，即袒露具有美学价值的结构部分——自然地显示结构，达到巧夺天工的震憾效果。成都双流机场，也是一个成功的作品。旅客置身其中，感到轻快，转角处理简洁。
　　
　　现代钢结构设计zui关键的两大步骤——正确选择结构方案和正确估计结构的截面高度，钢结构精心设计一般有四大步骤：结构方案（概念设计）；结构截面高度；构件布局（短程传力、形态学与拓朴原理）；结点（node）小型化。其中，结构方案、结构截面高度极为重要。为了正确选择结构方案（概念设计），必须首先进行结构分类。屋盖空间结构是一种由形状而产生效益的结构，也叫形效结构（FormativeStructures），这类结构的用钢量很少。因此，大跨度屋盖（直径D或跨度L≥100米）必须采用屋盖空间结构；屋盖弯矩结构的用钢量按跨度的平方成正比增加，只能用于中、小跨度中。广东奥林匹克体育场（桁架）悬臂52.4米，每平方米用钢量200公斤（屋盖弯矩结构）；美国乔治亚体育馆（索穹顶）椭圆240.79米×192.02米，每平方米用钢量30公斤（屋盖空间结构）；国家大剧院（网壳）椭圆平面212米×143米，每平方米用钢量292公斤（屋盖空间结构）；深圳宝安体育馆辐射桁架，D=101.4米，悬臂48.295米每平方米用钢量68公斤（屋盖弯矩结构）；湛江电厂干煤棚（四柱支承平板网架，柱距79.8米）每平方米用钢量70.3公斤（屋盖弯矩结构）。