2021 年最酷钢结构应用项目，你知道几个？

每年，《现代钢结构》（MSC）杂志都会选出一些有趣的钢结构项目，通常是小型建筑、小件或雕塑，以展示钢铁最酷的用途以及与钢结构相关的其他创新和进步。2021 年最酷的应用包括一个通过提供遮荫和吸收阳光来模拟树冠的海滨天篷、一个让建筑工人可以在繁忙的曼哈顿人行道上方工作的悬臂式工作平台、一个旨在培训下一代焊工的教学设施，以及一个献给医务工作者的充满爱意的感谢雕塑。

到 2019 年，俄克拉荷马州红岩峡谷州立公园的 Sooner 发电站（由俄克拉荷马州天然气与电力公司运营）的两台煤炭输送机已接近设计使用寿命，出于安全和发电站可靠性原因需要进行更换。

最初的两台输送机设计于 20 世纪 70 年代，长 2,200 英尺（670.56 米），安装在封闭的走廊中，由双向钢桁架结构系统支撑。桁架由钢架排架支撑，提供横向支撑，四分之一点由钢架塔支撑，提供横向和纵向支撑、维护通道和紧急出口。原始输送系统的基础系统采用钟形钻孔墩，旨在尽可能在新的输送系统中重复使用。每个输送系统从一端到另一端都有 132 英尺（40.23 米）的高程变化。

为该更换项目选定的结构钢材料由美国钢铁公司成员北阿拉巴马制造公司 (NAFCO) 制造，并由其下属 Wolf Point Architects 设计，便于在指定停工时间内快速安装结构，并在施工前实现最大程度的预制。该项目未考虑使用其他建筑材料，因为它们不适合实施和安排，也不经济。现有两条 2,200 英尺（670.56 米）长的煤炭输送机的完全拆除和更换必须在短短八周的停工时间内完成。此外，起重机定位、新廊道组件的堆放以及拆除廊道部分的放置都必须在现有结构周围和 200 英尺（60.96 米）宽的水道上进行。

对于整个更换系统，设计团队选择了一种解决方案，将钢塔和两腿支撑框架以及输送系统封闭在一个直径为 12 英尺 6 英寸（3.81 米）的钢管廊道中，并设有中央走道。这种解决方案有几个好处。首先，用焊接钢管封闭廊道有助于防止灰尘和收集水以清洁输送系统。此外，钢管不仅用作外壳，而且本身也用作结构，跨度为 200 英尺（60.96 米）。预制是另一个优势。钢管部分、内部的结构钢、输送系统和大部分管道可以在制造厂完全组装，然后运输到施工现场，有助于降低施工成本并减少现场施工活动。结构和输送系统的安装可以在工厂断电时进行，这是一个主要优势。 最后，采用单直径截面管结构可以实现钢结构设计、造型和加工的标准化。

整个结构体系的最终设计包括 2,110 英尺（643.13 米）长的钢管，三个钢结构出口和设备检修塔分别为 63 英尺（19.2 米）、71 英尺（21.64 米）和 82 英尺（24.99 米），以及 17 个双腿支撑框架，宽度为 40 英尺（12.19 米），高度从 10 英尺（3.05 米）到 110 英尺（33.53 米）。该项目使用的钢材总量约为 1,325 吨。这种管状走廊的圆柱形状大大降低了风压，在大多数情况下，特别是在走廊较低高度，一些现有的基础足以支撑新结构。在某些地方，走廊的重量也等于或略轻于原有系统。

然而，对于大多数支撑排架而言，控制设计载荷是上压力而不是下压力，因此重力不如走廊的风系数重要。一些旧地基无法抵抗上压力，因此被替换。由于钢框架的连接方案，项目团队能够使用一些原始地基来抵抗横向载荷，并在控制设计载荷的方向上添加一些较新的钻孔桩。通过在新旧钻孔桩之间使用钢支柱分担横向载荷，也降低了新钻孔桩的成本。

此外，项目团队还必须修改现有转运塔建筑的钢架，以支持完全不同的结构体系。这需要添加新的支撑、钢筋和全新的支架来支撑新的管结构廊道，加固现有的 W21×55 型钢梁，并在现场焊接一个带有 13 英寸（0.33 米）凹槽的支撑门式框架，以便新坡道通过。

走廊还需要许多大型矩形开口，包括 69 英寸（1.75 米）x 44 英寸（1.12 米）的防爆板开口和 24 英寸（0.61 米）x 54 英寸（1.37 米）的通风百叶窗开口。由于塔之间的整个管道是连续铺设的，因此无法避免将这些开口置于高应力区域。由于管道由结构钢制成，项目团队进行了有限元分析以检查可能发生应力集中的位置，然后避免将这些开口置于应力集中区域或根据需要加固开口以保持整个结构的钢板厚度相同。

来源 | 《建筑钢结构进展》微信公众号