鋼結構技術(shù)論文
中國建筑金屬結構協(xié)會(huì )
建筑鋼結構分會(huì )主辦
中國建筑金屬結構協(xié)會(huì )
建筑鋼結構分會(huì )主辦
摘 要：本文簡(jiǎn)要地敘述了我國建筑鋼結構發(fā)展現狀，僅從鋼結構先進(jìn)技術(shù)角度對“鳥(niǎo)巢”、“水立方”等具有代表性的鋼結構建筑進(jìn)行評價(jià)和贊揚。以結構的表現形式為題材，說(shuō)明改革開(kāi)放以來(lái)我國建筑鋼結構行業(yè)取得了輝煌的成就。
關(guān)鍵詞：鋼結構 大跨度 大懸挑 超高層 特種結構
改革開(kāi)放以來(lái)，隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國建筑鋼結構得到了迅猛發(fā)展。其生產(chǎn)的鋼材品種、規格越來(lái)越齊全，鋼材質(zhì)量有了很大的提高，鋼結構形式越來(lái)越新穎，鋼結構設計與施工技術(shù)越來(lái)越發(fā)達。如鳥(niǎo)巢、水立方、CCTV新址大樓、廣州新電視塔、上海環(huán)球中心、杭州灣跨海大橋等具有代表性的鋼結構建筑在世界上達到了領(lǐng)先水平，表現為高、大、奇、新等特點(diǎn)。美國《時(shí)代》周刊評選出2007年世界十大建筑奇跡，其中第六、七、八位是中國鳥(niǎo)巢、央視新址大樓和萬(wàn)國城。
一、早期鋼結構發(fā)展
1、鋼鐵用于建筑結構最早的應該是鐵索橋，起源于中國。據歷史記載,中國最早的鐵索橋是陜西漢中樊河鐵索橋，建于公元前206年西漢時(shí)期，距今約2200年歷史。該橋經(jīng)過(guò)了多次修復于1951年毀壞。另外，云南神州鐵索橋建于隋唐時(shí)期，于唐貞元十年（794年）戰亂時(shí)毀壞，距今約1200多年。英國1779年建造了一座鐵索橋，俄國1824年開(kāi)始建鐵索橋,美國1851年開(kāi)始建鐵索橋，比中國晚2000年左右。
2、我國現存最早的橋梁有四川大渡河瀘定橋，長(cháng)127m，建于1705年，屬鐵索橋，距今約304年，解放后修復過(guò)一次,現還在使用。
3、解放前由外國人建造的鋼橋有：唐山運河鐵路橋1906年建成，英國設計，比利時(shí)人建造，為中國第一座現代鐵路鋼橋；天津金湯開(kāi)啟式鋼橋也建于1906年，2005年整修后重新恢復開(kāi)啟功能；蘭州中山大橋，建于1907年，長(cháng)233m、寬7m，連續使用至今，2007年維修后改為人行橋，距今102年。
4、由中國人自行設計建造的鐵路鋼橋是1902年至1909年詹天佑主持建造的京張鐵路橋，121座，累計長(cháng)1951m，最大跨度33.5m，距今有100年；1937年由茅以升主持建造了杭州錢(qián)塘江公鐵兩用大橋。
二、建國初期鋼結構發(fā)展
解放后，黨和國家非常重視鋼鐵生產(chǎn)和建筑鋼結構發(fā)展,具有代表性的工程有：1957年建成我國第一座跨長(cháng)江公鐵兩用武漢長(cháng)江大橋，長(cháng)1670m，可謂“一橋飛架南北，天塹變通途”，圓了幾代人的夢(mèng)想；1968年建成南京長(cháng)江大橋，長(cháng)4589m，這是蘇聯(lián)專(zhuān)家撤走后，中斷了鋼鐵供應和成套技術(shù),中國人自己建造的一座為國增光的鋼結構橋梁,它開(kāi)創(chuàng )了我國“自力更生”建設大型橋梁的新紀元； 1968年建成首都體育館,屋蓋為平板鋼網(wǎng)架，長(cháng)112.9m,寬99m；1975年建成上海體育館，屋面為圓形鋼網(wǎng)架，跨度110m，采用8個(gè)獨腳拔桿整體抬吊、高空水平移位安裝；1975年建成兵馬俑1#坑鋼結構，結構形式為三鉸拱，跨度72m。從此我國大跨度建筑鋼結構拉開(kāi)了序幕，建筑鋼結構設計與施工技術(shù)得到了發(fā)展，尤其是南京長(cháng)江大橋和上海體育館鋼結構網(wǎng)架，依靠自己力量順利建成，得到外國有關(guān)專(zhuān)家一致好評。
三、新型鋼結構發(fā)展
改革開(kāi)放以來(lái)，我國建筑鋼結構應用范圍驟步擴大，在新技術(shù)應用方面得到了迅猛發(fā)展，有影響的如北京工人體育館、廣州電視塔、北京氣象桅桿、廣州珠江大橋、十一屆亞運會(huì )體育場(chǎng)館、游泳館、體育場(chǎng)罩棚等鋼結構工程，在建筑造型和結構形式上有了新的突破。從此，拉開(kāi)了我國建筑鋼結構邁向世界領(lǐng)先水平的序幕。
1990年北京建成京廣中心大廈，高209m，這是我國第一座超高層鋼結構建筑；1993年建成上海揚浦斜拉索大橋，長(cháng)7658m，跨度602m； 1996年建成深圳地王大廈高383.95m；1997年建成上海8萬(wàn)人體育場(chǎng)，鋼結構罩棚最大懸挑73.5m。這幾個(gè)具有代表性的工程是我國建筑鋼結構在跨度和高度上的一次大的飛躍。尤其是鳥(niǎo)巢、水立方、CCTV新址、廣州新電視塔、杭州灣跨海大橋等在世界上具有影響的工程為我國建筑行業(yè)創(chuàng )造了輝煌。
四、世界鋼結構現狀
建筑鋼結構近年來(lái)在高度、跨度、長(cháng)度、造型等方面發(fā)展很快。衡量建筑鋼結構的技術(shù)水平，主要看跨度和高度。多年來(lái)，高層建筑、廣播電視塔、體育場(chǎng)館屋蓋造型在世界各大城市不斷地攀比競爭，在人類(lèi)建筑史上創(chuàng )造了一個(gè)又一個(gè)奇跡。
1、電視塔高度
到2009年，世界最高電視塔是美國1963年建成的北達科他KVLY電視塔，高628.8m，屬柔性纜索全鋼結構（波蘭曾建成高645 m同類(lèi)型電視塔，1991年在替換纜索時(shí)倒塌）；廣州新電視塔高610m；其次是加拿大多倫多電視塔553m，俄羅斯奧斯坦電視塔540m，上海東方明珠高468m。美國在建的芝加哥螺旋塔，高度610m。
2、超高層建筑
早期高度300m以上的高層建筑為美國紐約克萊斯勒大樓，高318.8m，1930年建成；紐約帝國大廈高381m，1931年建成；美國世貿大廈“姐妹塔”高417m，1969年建成；芝加哥韋萊集團大廈高442m，1974年建成；我國1996年建成深圳地王大廈高383.95m；上海金茂大廈高403m，1997年建成；上海環(huán)球金融中心高492m，2007年建成，屬中國最高大樓；臺北101大廈高508m，2006年建成；阿拉伯聯(lián)合酋長(cháng)國迪拜塔高達818m，2010年1月4日建成，成為世界最高的摩天大樓。上海、天津及韓國等國家在建高600m以上的超高層建筑。
3、最長(cháng)的跨海大橋
美國1969年建成龐恰特雷恩湖跨海大橋，長(cháng)38.4km，可謂世界海上第一橋；中國杭州灣跨海大橋長(cháng)36 km，起點(diǎn)杭州慈溪至平湖， 2008年5月通車(chē)；中國東海大橋長(cháng)32.5km，起點(diǎn)上海浦東至小洋山島深水港，2005年通車(chē)。
4、大跨度斜拉索橋
中國蘇通大橋，跨度1088m;，2008年建成；香港昂船洲大橋，跨度1018m，1999年建成；
日本多多羅大橋，跨度890m，1999年建成；法國諾曼底大橋， 跨度856m，1995年建成；上海閔浦大橋，跨度708m，2009年建成。
5、大跨度懸索橋
日本明石海峽懸索橋，跨度1991 m，1998年建成；中國西堠門(mén)懸索橋，跨度1650m，2009年建成；中國楊潤懸索橋，跨度1490 m，2005年建成；中國江陰懸索橋，跨度1385 m，1999年建成；香港青馬懸索橋，跨度1377 m，1997年建成。
6、大跨度鋼結構拱橋是上海盧浦大橋，長(cháng)3900 m，跨度750 m，2003年通車(chē)；重慶朝天門(mén)拱橋跨度552 m。
7、大跨度房屋建筑
美國1979年建成底特律體育館，屋蓋為網(wǎng)殼結構，跨度266m，成為世界最大跨度鋼結構建筑； 1996年建成亞特蘭大體育館，屋蓋為索、桿、膜張拉結構，跨度235m；日本90年代建成的名古屋，屋蓋為網(wǎng)殼結構，跨度229.6m；英國2000年建成外形似飛碟狀的展覽館（千年穹頂），屬斜拉索鋼結構，跨度320 m。
國家體育場(chǎng)“鳥(niǎo)巢”，平面為橢圓形343m×292m，屬新型大跨度建筑。“鳥(niǎo)巢”通過(guò)奧運會(huì )向世人展示了她的風(fēng)采，在世界建筑史上留下了耀眼的印記。
7.1、它用最小、最簡(jiǎn)易的原始鳥(niǎo)窩來(lái)勾畫(huà)最大、最復雜的現代化建筑藍圖，可謂一大奇跡。
7.2、它是世界面積最大的室內體育場(chǎng)館。
7.3、它是世界跨度最大的房屋建筑，不同于現代大跨度常用的網(wǎng)架、網(wǎng)殼、拱架等結構形式，也未采用斜拉、預應力等提高跨度的有關(guān)措施，自身支撐，跨進(jìn)了世界大跨度建筑首列。
7.4、它與體育場(chǎng)罩棚比較，結構最大懸挑長(cháng)度79米，尚屬少有。
8、大懸挑鋼結構
為了召開(kāi)十一屆亞運會(huì )，1989年北京工人體育場(chǎng)改建了一個(gè)罩棚，懸挑長(cháng)18m；接著(zhù)1991年建成北京豐臺體育場(chǎng)罩棚，最大懸挑長(cháng)度25m；上海1997年建成的八萬(wàn)人體育場(chǎng)罩棚，最大懸挑長(cháng)度達73.5m，達到了世界領(lǐng)先水平。
無(wú)論是懸挑長(cháng)度度、懸挑高度、還是懸挑重量，CCTV新址主樓無(wú)疑為世界第一。它是一個(gè)不對稱(chēng)懸挑大樓，樓高234m，兩座塔樓雙向傾斜6度，頂層偏離底層24m，并在163m至234m高度處懸挑14層，懸挑重量1.5萬(wàn)余噸，懸挑長(cháng)度達75m?？紤]塔樓傾斜24m，結構最大懸挑跨度為99m。單從建筑力學(xué)和技術(shù)難度看，CCTV新址主樓在世界上獨一無(wú)二。
8.1、它創(chuàng )造了三個(gè)第一：懸挑長(cháng)度第一；懸挑高度第一；懸挑重量第一。這是衡量鋼結構技術(shù)水平最重要的三個(gè)指標，并與設計難度、施工難度和工程造價(jià)成正比。
8.2、它預示了三個(gè)挑戰：向大自然挑戰；向人類(lèi)視覺(jué)習慣挑戰；向常規建筑理念挑戰。
8.3、它留下了三個(gè)問(wèn)號：該樓會(huì )不會(huì )倒塌（不會(huì )）；傾斜度會(huì )越來(lái)越大（也不會(huì )）；基礎易發(fā)生不均勻沉降（倒不了）。
8.4、它造就了一代英雄：該大樓的主要設計者和建造者將成為現代魯班，大樓不倒，英雄事跡不滅。
五、中國鋼結構之輝煌
建筑鋼結構的創(chuàng )新是無(wú)休止的，它如同奧林匹克精神激發(fā)和推動(dòng)人類(lèi)在建筑史上不斷創(chuàng )造奇跡，是人類(lèi)挑戰大自然的本能，是人類(lèi)社會(huì )進(jìn)步、科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然結果。
“鳥(niǎo)巢”以跨度最大、結構奇特震撼人心；它與“水立方”對應，勾畫(huà)出一幅最完美、最和諧的北京奧體藍圖；它代表了中國建筑業(yè)先進(jìn)技術(shù)走向世界。
“CCTV新址”無(wú)疑是世界懸挑最大的建筑結構，也是設計和施工難度最大的工程。
“法門(mén)寺舍利塔”是佛教界最大、最為代表佛學(xué)理念的新型特種結構；是現代建筑和佛教文化相結合的藝術(shù)品；它在釋迦摩尼舍利指的襯托下將成為世界最具權威的佛教圣地。
“中國蘇通大橋”以跨度1088m，成為世界跨度最大的斜拉索橋梁。
“上海盧浦大橋”以跨度750 m，成為世界跨度最大的鋼結構拱橋。
“中國西堠門(mén)大橋”以跨度1650m，成為亞洲第一，世界第二懸索橋梁。
“杭州灣跨海大橋”以長(cháng)度36km居亞洲第一，世界第二。
“廣州新電視塔”以610m高度居亞洲第一，世界第二。
“上海環(huán)球金融大廈”以492m高度居國內第一，世界第三。
“鳥(niǎo)巢”和“水立方”雖曾有爭議，但她們代表了我國建筑鋼結構先進(jìn)技術(shù)走向了世界，特別是通過(guò)奧運會(huì )亮相，以被世人認同。她們以最新的服飾、最美的儀容、最優(yōu)美的舞姿在世界建筑舞臺上盡情炫耀；她們集新、奇、大于一體，集漂亮、精致、宏偉于一身，向世界證明中國建筑鋼結構輝煌成就。
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