鋼結構技術論文
中國建筑金屬結構協會
建筑鋼結構分會主辦
摘 要：本文簡要地敘述了我國建筑鋼結構發展現狀，僅從鋼結構先進技術角度對“鳥巢”、“水立方”等具有代表性的鋼結構建筑進行評價和贊揚。以結構的表現形式為題材，說明改革開放以來我國建筑鋼結構行業取得了輝煌的成就。
關鍵詞：鋼結構 大跨度 大懸挑 超高層 特種結構
改革開放以來，隨著科學技術的發展，我國建筑鋼結構得到了迅猛發展。其生產的鋼材品種、規格越來越齊全，鋼材質量有了很大的提高，鋼結構形式越來越新穎，鋼結構設計與施工技術越來越發達。如鳥巢、水立方、CCTV新址大樓、廣州新電視塔、上海環球中心、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先水平，表現為高、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、早期鋼結構發展
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年西漢時期，距今約2200年歷史。該橋經過了多次修復于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，解放后修復過一次,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，比利時人建造，為中國第一座現代鐵路鋼橋；天津金湯開啟式鋼橋也建于1906年，2005年整修后重新恢復開啟功能；蘭州中山大橋，建于1907年，長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、建國初期鋼結構發展
解放后，黨和國家非常重視鋼鐵生產和建筑鋼結構發展,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，這是蘇聯專家撤走后，中斷了鋼鐵供應和成套技術,中國人自己建造的一座為國增光的鋼結構橋梁,它開創了我國“自力更生”建設大型橋梁的新紀元； 1968年建成首都體育館,屋蓋為平板鋼網架，長112.9m,寬99m；1975年建成上海體育館，屋面為圓形鋼網架，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了序幕，建筑鋼結構設計與施工技術得到了發展，尤其是南京長江大橋和上海體育館鋼結構網架，依靠自己力量順利建成，得到外國有關專家一致好評。
三、新型鋼結構發展
改革開放以來，我國建筑鋼結構應用范圍驟步擴大，在新技術應用方面得到了迅猛發展，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、體育場罩棚等鋼結構工程，在建筑造型和結構形式上有了新的突破。從此，拉開了我國建筑鋼結構邁向世界領先水平的序幕。
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，鋼結構罩棚最大懸挑73.5m。這幾個具有代表性的工程是我國建筑鋼結構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創造了輝煌。
四、世界鋼結構現狀
建筑鋼結構近年來在高度、跨度、長度、造型等方面發展很快。衡量建筑鋼結構的技術水平，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，屬柔性纜索全鋼結構（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1991 m，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3900 m，跨度750 m，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“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架、網殼、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，結構最大懸挑長度79米，尚屬少有。
8、大懸挑鋼結構
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，結構最大懸挑跨度為99m。單從建筑力學和技術難度看，CCTV新址主樓在世界上獨一無二。
8.1、它創造了三個第一：懸挑長度第一；懸挑高度第一；懸挑重量第一。這是衡量鋼結構技術水平最重要的三個指標，并與設計難度、施工難度和工程造價成正比。
8.2、它預示了三個挑戰：向大自然挑戰；向人類視覺習慣挑戰；向常規建筑理念挑戰。
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）；基礎易發生不均勻沉降（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
建筑鋼結構的創新是無休止的，它如同奧林匹克精神激發和推動人類在建筑史上不斷創造奇跡，是人類挑戰大自然的本能，是人類社會進步、科學技術發展的必然結果。
“鳥巢”以跨度最大、結構奇特震撼人心；它與“水立方”對應，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先進技術走向世界。
“CCTV新址”無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。
“法門寺舍利塔”是佛教界最大、最為代表佛學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。
“上海環球金融大廈”以492m高度居國內第一，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構先進技術走向了世界，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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