欢迎来到『东合南岩土』官方网站!

岩土研究院

高强度钢材钢结构在国外的工程应用

350 2021-07-01 09:55:51

高强度钢材钢结构最早在 20 世纪 60 年代日本的工程界得到应用,之后逐渐发展到德国、澳大利亚、美国等国家。当前我国也开始应用高强度钢材。

(1)建筑结构

日本常用的结构钢材强度通常为 400~490MPa。但是近十几年来,日本开始研究和使用极限抗拉强度为 800MPa 的钢材,而且已经开始研究应用强度为 1000MPa 的钢材。特别是,他们更着重于采用超高强度钢材钢结构来减轻和避免地震对结构造成的破坏。日本第一幢采用高强度钢材的建筑是位于横滨的 Landmark Tower 大厦(如图 1-1 所示),其Ⅰ形截面柱采用了600MPa钢材;日本东京的JR East Japan 总部大厦(如图1-2 所示)和 NTV Tower(如图1-3 所示)也采用了高强度钢材。位于日本清水、高 550m 的超高层建筑也采用了600MPa 高强度钢材。当前日本的结构设计公司在研究采用高强度钢材改变结构的自振频率和减轻结构自重,以减小结构在地震作用下的破坏作用。

image.png

德国柏林索尼中心大楼(Sony Center)为保护已有的一个砌体结构建筑物,将大楼的一部分楼层悬挂在屋顶桁架上(图 1-4)。其屋顶桁架高 12m,跨度为 60m,桁架杆件为 600mm×100mm 的矩形实心截面,采用 S460 和 S690 高强度钢材(屈服强度标准值分别为 460MPa 和690MPa),从而减小构件截面尺寸,达到美化建筑外观和减轻结构自重的效果。该工程还对 S460 钢材在低温下的脆性断裂性能进行了试验和计算分析,保证了该结构在低温下的安全性。

澳大利亚悉尼的星城饭店(Star City,图1-5)在悉尼中心区的西部,位于繁华的达今港(Darling Harbour)内,建筑物包括一个娱乐场、一个酒店和两个大型剧院。整个建筑物共13 层,包括屋顶和地下 5层。该工程在建筑物的两个区域采用了 650MPa 和 690MPa 钢材。第一个区域是地下室的柱子。由于地方议会要求该建筑物提供至少 2500 个停车位,使得地下车库的柱子截面尺寸最大为 500mm,唯一的解决办法就是采用超高强度钢材-混凝土组合柱。如前所述,超高强度钢材能够大大减小柱截面的尺寸,尤其是对于一个高层建筑中承受荷载较大的底部几层。第二个区域就是 Lyric 剧院屋顶的2 个桁架,每个桁架跨度均为 30m,高度为 3.5m。

image.png

Latitude 大厦(图1-6)位于澳大利亚悉尼中心区的世界广场(World Square),2005年建成,共 55 层。由于场地上已有一个部分完成的建筑物,如果在既有建筑物顶部增建新结构,则需要对原有的柱子进行加固。出于经济效益的考虑,为了尽快完工,结构工程师在第 16 层采用7m高的钢结构转换层(图1-6b)将荷载从新增结构的柱子传到既有建筑物上。转换层钢结构采用了16mm 厚的 Bisplate 80(690MPa)钢板,以减小结构重量。虽然该工程中超高强度钢材的总用量只有 280t,却收到很好的效果。

image.png

位于美国休斯敦的雷利昂体育馆(Reliant Stadium,图 1-7) 具有可开启屋顶结构, 10个可移动三弦桁架横跨在两个纵向巨型桁架之上;桁架结构采用的 A913 Grade 65 高强度钢材(屈服强度标准值 450MPa),使该工程取得了良好的经济效益。

(2)桥梁结构

位于德国杜塞尔多夫的 Dusseldorf-Ilverich 莱茵河大桥(图1-8)是一座斜拉公路桥,建于1998~2002年。该桥由于靠近杜塞尔多夫机场,其桥塔高度受到限制。两个V 形桥塔顶部中间的焊接箱形截面连系钢梁采用 S460 钢材,减小了截面钢板厚度,减小了焊缝尺寸,提高了焊缝质量等级,从而提高了焊缝的疲劳强度和桥梁使用寿命。同时,减小焊缝尺寸还大大减少了焊接工作量,并且避免了钢板的预热处理要求,大大缩短工期,取得了很好的经济效益。


image.png

法国著名的 Millau 大桥(图1-9)是一座多跨斜拉桥,建造高度达到 343m,创造了世界纪录。其2460m 长的桥面由中间的6个 342m 主跨和两边各一个 204m 跨组成。桥梁的中心箱形截面主梁以及一些连接构件采用了 80mm 厚 S460 钢板,桥塔则采用了最大为 120mm 厚的 S460 钢板,取得了以下良好效果;在不增加结构重量的前提下提高了结构承载力;大大降低了桥梁施工中悬臂段的弯矩;减小焊缝尺寸,提高了焊接工作的效率; 显著降低构件从工厂到现场的运输成本;大大降低结构自重使得钢结构的加工制作(包括焊接)、运输和施工安装变得容易,确保了桥梁建造的顺利进行。

image.png

image.png