【文章內容簡介】 構建筑屢見不鮮 ， 21 世紀是金屬結構的世紀，鋼結構將成為新建筑時代的脊 梁。人類自 17 世紀 70 年代開始使用生鐵， 19 世紀初開始使用熟鐵建造橋梁和房屋，鋼結構發(fā)展的歷史要比鋼筋混凝土結構發(fā)展的歷史悠久，它的生命力也是越來越強。全世界至今已完成的 101 幢超高層建筑中，鋼筋混凝土結構 16 幢，純鋼結構 59 幢，不同形式的鋼砼混合結構 27 幢；可以看出鋼結構的發(fā)展必將促使建筑業(yè)、冶金工業(yè)、機械工業(yè)、汽車工業(yè)、農(nóng)業(yè)、石油工業(yè)、商業(yè)、交通運輸業(yè)得到迅速發(fā)展。 以下建筑在鋼結構壯闊的發(fā)展歷史中 為 世人增添了濃抹重彩的亮麗風景 。 金茂大廈。建筑高度為 米的中華第一高樓， 鋼結構 總重為 萬噸。三道重達分別重 12001600 噸的外伸桁架采用了世界超高鋼結構的最新設計和最新技術； 38 米高的四層塔樓在 385 米高空采用雙機抬吊整體安裝；工程采用獨創(chuàng)的 3X 間隙測量法，使大樓的垂直偏差達到二十萬分之一。 上海光源。該工程 鋼結構 總重 5000 余噸。結構新穎、構件復雜，鋼屋蓋由 8 片異型雙 向彎曲的花瓣旋轉而成，整體結構宛如鸚鵡螺造型，尤其是異形單層網(wǎng)殼，曲面多變，國內罕見。 倫敦千年穹頂。用鋼量 4000 噸 ， 千年穹頂?shù)脑煨秃芷嫣?它由 12 根穿出屋面、高達 100 米的鋼桅桿支撐，屋頂采用膜材料覆蓋成圓球形，而膜面則支撐在 72 根輻射狀的鋼索上，遠遠望去像一個白色的大帳篷。 14 巴黎埃菲爾鐵塔 。 用鋼量 7000 噸 ， 高 320 米的埃菲爾鐵塔是較早應用鋼結構的建筑物，它除了四腳是用鋼筋水泥筑成外，其他地方都用鋼鐵構成。除了 7000 噸鋼鐵外，它還被裝上了 萬個金屬部件，以及 250萬只鉚釘。 吉隆坡國家石油雙塔 大廈 。 用鋼量： 7500 噸 ， 高 452 米的吉隆坡國家石油雙塔大廈號稱目前世界上最高的純鋼結構建筑 (外層材料為不銹鋼和玻璃 )。雙塔大廈在 41 層和 42 層之間還有一座用輕型鋼建造的 “空中天橋 ”連接兩塔， “橋 ”長 58 米、高 9 米，總重 750 噸 紐約帝國大廈 。 用鋼量 6 萬噸 ， 帝高 381 米 (加上后來修建的電視塔共高 448 米），共使用了 1000 萬塊磚石。正是因為大量鋼材的使用，這座高 102 層的摩天大廈僅用了 1 年多的時間就建成了 。 日本明石海峽大橋 。 用鋼量 30 萬噸 ， 這座目前世界上主跨最長的懸橋 (全長 3911 米，主跨長 1991 米 )， 將日本的本州、九州、北海道和四國島連在了一起。該橋可承受里氏 級的強烈地震 。 鋼結構建筑的優(yōu)點 鋼結構與其它結構相比，在使用功能、設計、施工、以及綜合經(jīng)濟方面都具有優(yōu)勢，在住宅建筑中應用鋼結構的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面： 循環(huán)運用及可持續(xù)發(fā)展 鋼鐵資源是人類社會最重要的基礎性、功能性材料，鋼鐵工業(yè)通過實施清潔生產(chǎn)和物質循環(huán)使用，能夠生產(chǎn)出符合環(huán)境要求的優(yōu)質產(chǎn)品，是循環(huán)經(jīng)濟的重要組成部分。像全球最優(yōu)秀的鋼鐵制造商之一安塞樂公司，由 15 于堅持可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，其鋼結構產(chǎn)品達到 100%再 循環(huán)利用，副產(chǎn)物再循環(huán)使用率達到 95%。安塞樂正是因為在環(huán)保領域創(chuàng)造出多方面的優(yōu)良記錄，被選為 “全球 100 家最可持續(xù)發(fā)展企業(yè) ”中唯一一家鋼鐵企業(yè)。從發(fā)達國家的建設現(xiàn)狀來看，鋼結構建筑已經(jīng)成為建筑行業(yè)的主流。 節(jié)約資源、提高性價比 鋼結構 建筑 比傳統(tǒng)建筑能更好的滿足建筑上大開間靈活分隔的要求，并可通過減少柱的截面面積和使用輕質墻板，提高面積使用率，戶內有效使用面積提高約 6%至 8%。建筑總重輕，鋼結構住宅體系自重輕，約為混凝土結構的一半，可以大大減少基礎造價。 鋼結構 建筑風格靈活、豐實。大開間設計， 戶內空間可多方案分割，滿足用戶的不同需求。 綠色環(huán)保、實現(xiàn)節(jié)能減排 鋼結構建筑告別了 “秦磚漢瓦 ”的舊模式，與傳統(tǒng)的磚混結構和鋼筋混凝土結構住宅相比，是一種節(jié)能環(huán)保型、能循環(huán)使用的建筑結構，有些公司的鋼材回用率可達 100%。在高層建筑、大型工廠、大跨度空間結構、住宅建筑中優(yōu)勢更為明顯。鋼結構住宅施工時大大減少了砂、石、灰的用量，所用的材料主要是綠色，可回收或降解的材料，在建筑物拆除時，大部分材料可以再生或降解，不會造成很多垃圾。 鋼結構建筑在建設過程中節(jié)約施工用水。 墻體采用輕型節(jié)能標準化預制墻板 代替粘土磚，保溫性能好，節(jié)能50%，每戶每平方米可節(jié)約取暖納涼費用 18 元。 安全保障 16 將鋼結構體系用于建筑可充分發(fā)揮鋼結構的延性好、塑性變形能力強，具有優(yōu)良的抗震抗風性能，大大提高了住宅的安全可靠性。尤其在遭遇地震、臺風災害的情況下，能夠避免建筑物的倒塌性破壞。如 1995 年的日本阪神大地震 和 1999年的臺灣大地震中未倒塌的幾乎全部為 H型鋼制作的鋼結構建筑物。 舟山為島嶼城市，每年都要受臺風的影響，鋼結構建筑將在抗擊臺風的戰(zhàn)斗中發(fā)揮重要作用，切實保障建筑的永久安全。 保障建設工期 施工速度快，工期比傳統(tǒng)住宅體系至少縮短三分之一，因而可降低綜合造價，綜合造價降低 5%。加快資金周轉，大大提高投資效益。 如 高 102層世界標志性鋼結構建筑紐約帝國僅用了 1 年多的時間就建成了。 符合建筑產(chǎn)業(yè)化發(fā)展要求 鋼結構適宜工廠大批量生產(chǎn)，工業(yè)化程度高，并且能將節(jié)能、防水、隔熱、門窗等先進成品集合于一體，成套應用，將設計、生產(chǎn)、施工一體化，提高住宅產(chǎn)業(yè)的水平。 綜上所述，鋼結構是適合創(chuàng)新的住宅結構體系。鋼結構可隨著人們審美觀的不同，使用功能要求的不同，設計各種造型、尺度、空間的新型房型。生產(chǎn)廠 家能高精度、高質量、高速度完成，使建筑物達到既美觀又經(jīng)濟的效果。 本項目采用鋼結構的現(xiàn)實可行性 煉鋼技術和成型制造工藝的發(fā)展，給鋼結構工程的應用帶來新的活力，工程建設日益增加，相應又推動了鋼結構設計與施工技術的不斷進步 17 積完善，高層鋼結構工程迅速發(fā)展，鋼結構已成為高層建筑設計選型的主要對象。隨著中國國民經(jīng)濟發(fā)展和人口城市化進程加快，我國住宅建設持續(xù)空前發(fā)展，人們的居住條件逐步提高，并對居住質量和節(jié)能的要求也越來越高。鋼結構應用于住宅有其不可替代的優(yōu)勢。我國自 1996 年開始鋼產(chǎn)量超過一億噸、居世界首位 后，多的年穩(wěn)居世界首位，鋼結構建筑適宜工廠大批量生產(chǎn)，工業(yè)化、商品化程度高，可以將設計、生產(chǎn)、施工、安裝一體化，提高住宅產(chǎn)業(yè)化水平，同時將節(jié)能技術應用在材料的選用、建筑的施工、采暖技術的應用以及建筑的持續(xù)發(fā)展等過程中，提升住宅在節(jié)能環(huán)保方面的性能。 鋼結構制造企業(yè)在全國遍地開花，造就了一批有實力的龍頭企業(yè)，有限公司 就是這樣在本島有著鋼結構建筑設施生產(chǎn)施工實力的行業(yè)龍頭企業(yè)，承擔了 周邊 大型鋼結構工程任務，他們完全具備與國 內外 同行業(yè)企業(yè)間進行公平競爭的實力。 鋼結構體系易于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)、標準化制作 ，且與之相配套的墻體材料可以采用節(jié)能、環(huán)保的新型材料。 鋼結構與傳統(tǒng)的混凝土結構相比較，具有自重輕、強度高、抗震性能好等優(yōu)點。適合于活荷載占總荷載比例較小的結構，更適合與大跨度空間結構、高聳構筑物并適合在軟土地基上建造。也符合環(huán)境保護與節(jié)約、集約利用資源的國策，其綜合經(jīng)濟效益越來越為各方投資者所認同，客觀上將促使設計者和開發(fā)商們選擇鋼結構。 本地 政府部門的引導和支持， 更 使鋼結構作為綠色環(huán)保產(chǎn)品得到 推廣和發(fā)展。 18 第四章 玻璃幕墻發(fā)電及太陽能采暖 介紹 太陽能利用 及 玻璃幕墻發(fā)電 發(fā)展歷史 在跨入 21 世紀之后，人類面臨實現(xiàn)經(jīng)濟和社會可持續(xù)發(fā)展的重大挑戰(zhàn)，在有限資源和環(huán)保嚴格要求的雙重制約下發(fā)展經(jīng)濟已成為全球熱點問題。而能源問題將更為突出，不僅表現(xiàn)在常規(guī)能源的匱乏不足，更重要的是化石能源的開發(fā)利用帶來了一系列問題，如環(huán)境污染，溫室效應都與化石燃料的燃燒有關。目前的環(huán)境問題，很大程度上是由于能源特別是化石能源 的開發(fā)利用造成的。因此， 人類要解決上述能源問題，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，只能依靠科技進步，大規(guī)模地開發(fā)利用可再生潔凈能源。太陽能以其獨具的優(yōu)勢，其開發(fā)利用必將在 21 世紀得到長足的發(fā)展，并終將在世界能源結構轉 移中擔綱重任，成為 21 世紀后期的主導能源。 太陽能以其儲量的 “ 無限性 ” 、存在的普遍性、開發(fā)利用的清潔性以及逐漸顯露出的經(jīng)濟性等優(yōu)勢，其開發(fā)利用是最終解決常規(guī)能源特別是化石能源 帶來的能源短缺、環(huán)境污染和溫室效應等問題的有效途徑，是人類理想的替代能源。 各國對太陽能的開發(fā)利用給予了極大關注，突出表現(xiàn)在各國政府推出的 光伏計劃，如德國的 “ 千頂計劃 ” ，日本的 “ 朝日七年計劃 ” 以及美國的 “ 百萬屋頂計劃 ” 等。以色列在其房屋太陽能熱水器安裝率達 80%的情況下，更是明文規(guī)定，凡新建房屋必須 配置太陽能熱水器。 50 年代第 一塊實用的硅太陽電池的問世，揭開了光電技術的序幕，也揭開了人類利用太陽能 的新篇章。自 60 年代太陽電池進入空間、 70 19 年代進入地面應用以來，太陽能光電技術發(fā)展迅猛。世界觀察研究所在其最近一期研究報告中指出，利用太陽能獲取電力已成為全球發(fā)展最 快的能量補給方式。報告說， 1990 年以來，全球太陽能光伏發(fā)電裝置的市場銷售量以年平均 16%的幅度遞增，目前總發(fā)電能力已達 800MW，相當于20 萬個美國家庭的年耗電量太陽能。 太陽能光伏發(fā)電技術就是將太陽光輻射能通過光伏效應直接轉換為電能，上世紀八十年代末在我國興起的玻璃 幕墻就是利用這一技術將光伏發(fā)電通過建筑立面玻璃幕得以實現(xiàn)電能輸出，玻璃幕墻發(fā)電也一直被譽為建筑物的時裝外衣。 玻璃幕墻 發(fā)電可以完全擺脫對傳統(tǒng)資源的依賴，在發(fā)電過程中不產(chǎn)生任何污染物。用光伏發(fā)電組件替代一些建筑材料，使太陽能利用與建筑一體化，提高經(jīng)濟效益和社會效益，是新能源行業(yè)發(fā)展的方向之一，目前在許多發(fā)達國家迅速興起。 玻璃幕墻 發(fā)電及太陽能 節(jié)能建筑的案例 玻璃幕墻發(fā)電建筑案例 玻璃幕墻發(fā)電技術在世界上許多發(fā)達國家均已被普遍應用，但至今在國內應用尚不廣泛。國內許多大學和科研機構組織科技人 員從事試驗，都取得成功。清華大學、興發(fā)公司以及珠海興業(yè)等均試驗成功了玻璃幕墻發(fā)電技術，每平方米的玻璃幕墻在日照充分時，每年最多可發(fā)電一百千瓦時。 玻璃幕墻發(fā)電已被國家專利機構受理的建筑光伏技術擁有自主知識產(chǎn)權，能廣泛應用于 海島 、草原、荒漠發(fā)電以及城市建筑物外墻，使太陽能這種可再生能源有效地利用于建設節(jié)約型社會。 保定電谷錦江國際酒店樓高 25 層，附樓高 4 層，共有客房總數(shù) 91 20 間（套），標間面積 28 平米。是一座利用太陽能可以并網(wǎng)發(fā)電的五星級酒店于 20xx 年 11 月在竣工，有關專家說，這是世界上第一座應用光伏發(fā)電玻璃 幕墻的五星級酒店，它的建成，為國內新能源行業(yè)進行太陽能設備與大體量建筑的工程融合提供了實踐經(jīng)驗。 此次竣工的保定電谷錦江國際酒店，光伏發(fā)電玻璃幕墻安裝在大廈的各個向陽立面，在附屬建筑屋頂、大堂頂部的玻璃采光區(qū)，也都裝有光伏發(fā)電組件。大廈東、南兩個立面，是與大廈一體設計的光伏發(fā)電玻璃幕墻；西立面，是一組單獨設計的太陽能裝置，它的意義在于向人們展示如何在已建成的建筑上安裝光伏發(fā)電組件；而在采光屋頂、雨棚設置的光伏發(fā)電組件，則是向人們展示太陽能裝置運用的靈活性。所有位置安裝的光伏發(fā)電組件，都有先進的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) ，記錄并顯示太陽能發(fā)電系統(tǒng)即時發(fā)電量、總發(fā)電量及太陽能輻照度，風速等天氣參數(shù)。整個酒店的發(fā)電容量為 兆瓦，將并網(wǎng)發(fā)電，以避免太陽能獨立發(fā)電系統(tǒng)供電不穩(wěn)定的缺點，避免更換蓄電池帶來的附加費用。 根據(jù)保定電谷錦江 酒店 運行一年來的統(tǒng)計，已累計向電網(wǎng)提供清潔電力近 27 萬度（火力發(fā)電達到這個數(shù)字時，大約會向空氣中排放二氧化碳260 噸、二氧化硫 噸）。 “電谷廣場 ”采用天威英利新能源公司自主生產(chǎn)的光電 玻璃幕墻 ,利用太陽能光伏發(fā)電 ,并網(wǎng)發(fā)電 兆瓦 ,年發(fā)電量 171 萬度 ,可替代 684 噸標準煤，減少二氧化碳排放 496 噸。它是目前太陽能光伏發(fā)電功率最大的建筑群。 太陽能采暖的運用 根據(jù)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，太陽能熱利用在替代高含碳燃料的能源生產(chǎn)和 21 終端利用中大有用武之地。太陽能熱利用具有廣闊的應用領域，可歸納為太陽能熱發(fā)電 (能源產(chǎn)出 )和建筑用能 (終端直接用能 )，包括采暖、空調和熱水。當前太陽能熱利用最活躍、并已形成產(chǎn)業(yè)的當屬太陽能熱水器。 在世界范圍內，太陽能熱水器技術已很成熟，并已形成產(chǎn)業(yè)，正在以優(yōu) 良的性能不斷地沖擊電熱水器市場和燃氣熱水器市場。目前，我國是世界上太陽能熱水器生產(chǎn)量和銷售量最大的國家。 1992 年銷售量為 50 萬m2，為世界其他各國銷售量之和； 1995 年銷售量翻番，達 100 萬 m2； 1997年我 國太陽能熱水器銷售量 300 萬 m2，目前，我國從事太陽能熱水器研制、生產(chǎn)、銷售和安裝的企業(yè)達到 1000 余家，年產(chǎn)值 20 億元，從業(yè)人數(shù) 萬人能源工程。但從房屋的熱水器安裝率來說，以色列已達 80%，日本為 11%，臺 灣達 %，我國 內地 在千分之幾左右，其太陽能熱水器的推廣應用潛力仍很大。國際上，太陽 能熱水器產(chǎn)品經(jīng)歷了悶曬式、平板式、全玻璃真空管式的發(fā)展，目前其產(chǎn)品的發(fā) 展方向仍注重提高集熱器的效率。