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淺議建筑鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展

來源:中國建筑金屬結(jié)構(gòu)協(xié)會作者:劉金榮日期:2010-9-8 　頁面功能【字體：大中小】【打印】【關(guān)閉】【評論】

摘要：本文簡要地敘述了我國建筑鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展現(xiàn)狀，僅從鋼結(jié)構(gòu)先進技術(shù)角度對“鳥巢”、“水立方”等具有代表性的鋼結(jié)構(gòu)建筑進行評價和贊揚。以結(jié)構(gòu)的表現(xiàn)形式為題材，說明改革開放以來我國建筑鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)取得了輝煌的成就。
關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu) 大跨度大懸挑超高層特種結(jié)構(gòu)

　　改革開放以來，隨著科學技術(shù)的發(fā)展，我國建筑鋼結(jié)構(gòu)得到了迅猛發(fā)展。其生產(chǎn)的鋼材品種、規(guī)格越來越齊全，鋼材質(zhì)量有了很大的提高，鋼結(jié)構(gòu)形式越來越新穎，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工技術(shù)越來越發(fā)達。如鳥巢、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(jié)構(gòu)建筑在世界上達到了領(lǐng)先水平，表現(xiàn)為高、大、奇、新等特點。美國《時代》周刊評選出2007年世界十大建筑奇跡，其中第六、七、八位是中國鳥巢、央視新址大樓和萬國城。
　　一、早期鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展
　　1、鋼鐵用于建筑結(jié)構(gòu)最早的應(yīng)該是鐵索橋，起源于中國。據(jù)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年西漢時期，距今約2200年歷史。該橋經(jīng)過了多次修復(fù)于1951年毀壞。另外，云南神州鐵索橋建于隋唐時期，于唐貞元十年（794年）戰(zhàn)亂時毀壞，距今約1200多年。英國1779年建造了一座鐵索橋，俄國1824年開始建鐵索橋,美國1851年開始建鐵索橋，比中國晚2000年左右。
　　2、我國現(xiàn)存最早的橋梁有四川大渡河瀘定橋，長127m，建于1705年，屬鐵索橋，距今約304年，解放后修復(fù)過一次,現(xiàn)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(shè)計，比利時人建造，為中國第一座現(xiàn)代鐵路鋼橋；天津金湯開啟式鋼橋也建于1906年，2005年整修后重新恢復(fù)開啟功能；蘭州中山大橋，建于1907年，長233m、寬7m，連續(xù)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(shè)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塘江公鐵兩用大橋。
　　二、建國初期鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展
　　解放后，黨和國家非常重視鋼鐵生產(chǎn)和建筑鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展,具有代表性的工程有：1957年建成我國第一座跨長江公鐵兩用武漢長江大橋，長1670m，可謂“一橋飛架南北，天塹變通途”，圓了幾代人的夢想；1968年建成南京長江大橋，長4589m，這是蘇聯(lián)專家撤走后，中斷了鋼鐵供應(yīng)和成套技術(shù),中國人自己建造的一座為國增光的鋼結(jié)構(gòu)橋梁,它開創(chuàng)了我國“自力更生”建設(shè)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(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)形式為三鉸拱，跨度72m。從此我國大跨度建筑鋼結(jié)構(gòu)拉開了序幕，建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工技術(shù)得到了發(fā)展，尤其是南京長江大橋和上海體育館鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架，依靠自己力量順利建成，得到外國有關(guān)專家一致好評。
　　三、新型鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展
　　改革開放以來，我國建筑鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用范圍驟步擴大，在新技術(shù)應(yīng)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、十一屆亞運會體育場館、游泳館、體育場罩棚等鋼結(jié)構(gòu)工程，在建筑造型和結(jié)構(gòu)形式上有了新的突破。從此，拉開了我國建筑鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)建筑；1993年建成上海揚浦斜拉索大橋，長7658m，跨度602m；1996年建成深圳地王大廈高383.95m；1997年建成上海8萬人體育場，鋼結(jié)構(gòu)罩棚最大懸挑73.5m。這幾個具有代表性的工程是我國建筑鋼結(jié)構(gòu)在跨度和高度上的一次大的飛躍。尤其是鳥巢、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(jié)構(gòu)現(xiàn)狀
　　建筑鋼結(jié)構(gòu)近年來在高度、跨度、長度、造型等方面發(fā)展很快。衡量建筑鋼結(jié)構(gòu)的技術(shù)水平，主要看跨度和高度。多年來，高層建筑、廣播電視塔、體育場館屋蓋造型在世界各大城市不斷地攀比競爭，在人類建筑史上創(chuàng)造了一個又一個奇跡。
　　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(jié)構(gòu)（波蘭曾建成高645 m同類型電視塔，1991年在替換纜索時倒塌）；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(mào)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、最長的跨海大橋
　　美國1969年建成龐恰特雷恩湖跨海大橋，長38.4km，可謂世界海上第一橋；中國杭州灣跨海大橋長36 km，起點杭州慈溪至平湖，2008年5月通車；中國東海大橋長32.5km，起點上海浦東至小洋山島深水港，2005年通車。
　　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1991m，1998年建成；中國西堠門懸索橋，跨度1650m，2009年建成；中國楊潤懸索橋，跨度1490m，2005年建成；中國江陰懸索橋，跨度1385m，1999年建成；香港青馬懸索橋，跨度1377m，1997年建成。
　　6、大跨度鋼結(jié)構(gòu)拱橋是上海盧浦大橋，長3900m，跨度750m，2003年通車；重慶朝天門拱橋跨度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(jié)構(gòu)，跨度266m，成為世界最大跨度鋼結(jié)構(gòu)建筑；1996年建成亞特蘭大體育館，屋蓋為索、桿、膜張拉結(jié)構(gòu)，跨度235m；日本90年代建成的名古屋，屋蓋為網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)，跨度320m。
國家體育場“鳥巢”，平面為橢圓形343m×292m，屬新型大跨度建筑。“鳥巢”通過奧運會向世人展示了她的風采，在世界建筑史上留下了耀眼的印記。
　　7.1、它用最小、最簡易的原始鳥窩來勾畫最大、最復(fù)雜的現(xiàn)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(nèi)體育場館。
　　7.3、它是世界跨度最大的房屋建筑，不同于現(xiàn)代大跨度常用的網(wǎng)架、網(wǎng)殼、拱架等結(jié)構(gòu)形式，也未采用斜拉、預(yù)應(yīng)力等提高跨度的有關(guān)措施，自身支撐，跨進了世界大跨度建筑首列。
　　7.4、它與體育場罩棚比較，結(jié)構(gòu)最大懸挑長度79米，尚屬少有。
    8、大懸挑鋼結(jié)構(gòu)
    為了召開十一屆亞運會，1989年北京工人體育場改建了一個罩棚，懸挑長18m；接著1991年建成北京豐臺體育場罩棚，最大懸挑長度25m；上海1997年建成的八萬人體育場罩棚，最大懸挑長度達73.5m，達到了世界領(lǐng)先水平。
    無論是懸挑長度度、懸挑高度、還是懸挑重量，CCTV新址主樓無疑為世界第一。它是一個不對稱懸挑大樓，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1.5萬余噸，懸挑長度達75m。考慮塔樓傾斜24m，結(jié)構(gòu)最大懸挑跨度為99m。單從建筑力學和技術(shù)難度看，CCTV新址主樓在世界上獨一無二。
    8.1、它創(chuàng)造了三個第一：懸挑長度第一；懸挑高度第一；懸挑重量第一。這是衡量鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)水平最重要的三個指標，并與設(shè)計難度、施工難度和工程造價成正比。
    8.2、它預(yù)示了三個挑戰(zhàn)：向大自然挑戰(zhàn)；向人類視覺習慣挑戰(zhàn)；向常規(guī)建筑理念挑戰(zhàn)。
    8.3、它留下了三個問號：該樓會不會倒塌（不會）；傾斜度會越來越大（也不會）；基礎(chǔ)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(shè)計者和建造者將成為現(xiàn)代魯班，大樓不倒，英雄事跡不滅。
    五、中國鋼結(jié)構(gòu)之輝煌
    建筑鋼結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新是無休止的，它如同奧林匹克精神激發(fā)和推動人類在建筑史上不斷創(chuàng)造奇跡，是人類挑戰(zhàn)大自然的本能，是人類社會進步、科學技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果。
    “鳥巢”以跨度最大、結(jié)構(gòu)奇特震撼人心；它與“水立方”對應(yīng)，勾畫出一幅最完美、最和諧的北京奧體藍圖；它代表了中國建筑業(yè)先進技術(shù)走向世界。
    “CCTV新址”無疑是世界懸挑最大的建筑結(jié)構(gòu)，也是設(shè)計和施工難度最大的工程。
    “法門寺舍利塔”是佛教界最大、最為代表佛學理念的新型特種結(jié)構(gòu)；是現(xiàn)代建筑和佛教文化相結(jié)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(quán)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(jié)構(gòu)拱橋。
    “中國西堠門大橋”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(nèi)第一，世界第三。
    “鳥巢”和“水立方”雖曾有爭議，但她們代表了我國建筑鋼結(jié)構(gòu)先進技術(shù)走向了世界，特別是通過奧運會亮相，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(jié)構(gòu)輝煌成就。

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