自1968年日本外交部大厦(地上36层,高度147m)建成以来,日本的超高层建筑的发展已有30年的历史了。随着强震记录的收集技术和计算机技术不断发展,动力设计方法的不断完善以及建筑用钢材的发展,日本正迎接钢结构超高层建筑时代的到来。 1 超高层建筑的现状 高度超过60m的建筑物,需受到日本建筑高层评委的评审,并通过建设大臣的认定后,方可允许建造。从日本《建筑通讯》上刊载的这些建筑物的有关数据资料,可以看出,除塔状构筑物及烟囱等以外,高度超过60m的建筑物,日本现在(1998年1月)有1 000栋以上,其结构类型:纯钢结构(S结构)为60.6%;下部为钢-钢筋混凝土结构(SRC结构)、上部为S结构(S+SRC结构)为3.8%;SRC结构为21.3%(如图1),以RC(钢筋混凝土结构)高层住宅为主的建筑数量不断增加,且比率达13.9%。高度超过150m以上的建筑物,已有65栋,其中S结构占84.6%;下部为SRC结构、上部为S结构占6.2%;SRC结构占7.7%,从而可以看出超高层建筑以S结构为主的变化状况(如图2)。 图1 受高层评委评审的全部建筑物 (1072栋)的结构类型 图2 高度为150m以上的建筑 (65栋)的结构类型 把日本的超高层建筑按高度顺序由大到小进行20位的排列(排列表略),第20位的建筑最高高度为200m。如果看一下这些建筑物的结构特性,其主要的结构材料,全部是S结构。并在S结构中,配置了支撑系统及钢板抗震墙、带缝墙等,以减小强震或强风时的侧移变形。此外还增设了抗震装置。 2 新材料的利用 在抗震设计中,一直以保证骨架结构的强度为重点。通过分析强震记录,发现强震时,仅是强度抵抗,并没有给予建筑物以充分的塑性变形能力。而塑性变形却可以吸收能量,减轻震害,这在抗震设计中,显得十分重要。因此,对钢材性能的要求也发生了变化,研制和开发出了适用于超高层建筑的高性能钢材,同时,还开发出了新的高层结构体系。 2.1 高性能钢 80年代后期,超高层建筑,大跨结构迅速发展,对钢材性能的要求也越多。主要包括有高强度,低屈强比,窄屈服幅等的耐震性能;可焊性,形状尺寸加工精度的施工方面的性能以及耐久性等。 2.1.1 高张力钢 建筑用钢材的应力-应变曲线如图3所示。其屈服点在100~780N/mm2的范围,其中屈服点为400N/mm2的钢材,占一半以上。 ...... |
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