杰达拱形彩钢结构具有施工速度快、用料省、跨越能力大、防水防腐性好、色泽艳丽、造型美等诸多优点。目前可实现大跨度为40m,而所用的钢板厚仅为1.5mm,用钢量约为22kg/m2。由于在制作、安装过程中的各个环节均通过机械操作完成,因而施工速度非常快,一般情况下一个台班可制作安装500~800m2拱形彩钢,1万m2的拱形彩钢结构可在20天内完成。这种结构艳丽的色彩来源于材料的彩色涂层,同一建筑可选用多种颜色的彩板进行组合。因受结构成型工艺的制约,这种结构主要为圆弧外形,但与国内常见的平屋顶及人字形屋顶相比不失为一种新的变化。另外不同曲率的圆弧,以及对圆弧拱壳进行切割或相贯处理,可实现更为优美的建筑造型。
拱形屋顶的由来:在上个世纪40年代,美国的一些结构师们从自然界植物表皮纹理的结构造型中受到启发,开始寻求用极薄的材料通过波纹加劲,从而作成较大跨度金属波纹钢屋盖结构的方法。他们以薄钢板为材料,建立力学模型,在理论上分析出合理的结构形式。在实现这种结构的道路上,结构师与机械师走到了一起,结构构造要求指引着机械师研制出了能生产带波纹薄壁结构的机组,这便是金属拱形屋顶成型机。
1955年,美国将这种屋顶用于军事(战斗机库、营房等)。低廉的造价,神奇的施工速度、良好的施工效果使无梁拱吸引了越来越多的研究者和范围越来越广的用户。拱形屋面发展的很快,特别是计算机数控的引入更使金属拱形屋顶这金属波纹钢屋盖的设计制作简便快速。但是由于种种原因(如经济等),这种结构的科研及成型机组的研制、生产仅限于美国、英国等国的几家大公司(如美国的MIC公司)。
所以国际上无梁拱的市场亦为这几家公司垄断。这对于拱形屋顶的发展及进一步普及推广极为不利。 我国于上个世纪80年代末曾派员到美国进行考察,但完全引进国外技术难度很大:首先是拱形彩钢设备造价极为昂贵;其次,国外技术没有考虑到我国的综合技术水准(如材料、荷载等)。而且在结构分析的关键技术上,国外还是有所保留的。
但也应该看到结构也有其自身难以克服的缺点,如造型单一、截面形式固定等。另外从结构受力角度来看,这种结构的圆弧外形并非理想形式,因为常规荷载作用下,圆弧拱轴不是受力合理的拱轴;对于一定特定的成型设备而言,只能轧制截面形式一定的一种槽板。这种结构沿整个跨度方向是等截面的,从受力角度看这也是不合理的。另外由于采用一定材料及一定板型的一定跨度的拱形彩钢,其承载力取决于拱高和钢板厚度,而研究表明在常用的钢板厚度及拱高范围内,变化这两个参数对提高结构承载力的意义并不大,因此对于荷载较大或跨度较大的建筑,这种结构留给设计人员可供选择的余地很小。
钢结构的发展历程
中国虽然早期在无梁拱方面有卓越的成就,但长期停留于铁制建筑物的水平。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。轻钢结构的楼面由冷弯薄壁型钢架或组合梁、楼面OSB结构板,支撑、连接件等组成。所用的材料是定向刨花板,水泥纤维板,以及胶合板。在这些轻质楼面上每平方米可承受316~365公斤的荷载。
钢结构建筑的多少,标志着一个国家或一个地区的经济实力和经济发达程度。进入2000年以后,我国国民经济显著增长,国力明显增强,钢产量成为世界大国,在建筑中提出了要“积极、合理地用钢”,从此甩掉了“限制用钢”的束缚,钢结构建筑在经济发达地区逐渐增多。特别是2008年前后,在奥运会的推动下,出现了钢结构建筑热潮,强劲的市场需求,推动钢结构建筑迅猛发展,建成了一大批钢结构场馆、机场、车站和高层建筑,其中,有的钢结构建筑在制作安装技术方面具有世界一流水平,如奥运会国家体育场等建筑。
奥运会后,钢结构建筑得到普及和持续发展,钢结构广泛应用到建筑、铁路、桥梁和住宅等方面,各种规模的钢结构企业数以万计,世界先进的钢结构加工设备基本齐全,如多头多维钻床、钢管多维相贯线切割机、波纹板自动焊接机床等。并且现在数百家钢结构企业的加工制作水平具有世界先进水平,如钢结构制作特级和一级企业。近几年,钢产量每年多达6亿多吨,钢材品种完全能满足建筑需要。钢结构设计规范、钢结构材料标准、钢结构工程施工质量验收规范、以及各种专业规范和企业工法基本齐全。
钢结构下游行业对钢结构行业的发展具有较大的牵引和驱动作用,它们的需求变化直接决定了行业未来的发展状况。
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