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建筑钢结构工程的发展趋势

[发布日期:2015-03-03 17:14:04]

  改革开放以来,随着科学技术的发展,我国建筑钢结构得到迅猛发展。其生产的钢材品种、规格越来越齐全,钢材质量有了很大的提高,钢结构形式越来越新颖,钢结构设计与施工技术越来越发达。如“鸟巢”、“水立方”、CCTV新址大楼、广州新电视塔、上海环球金融中心、杭州湾跨海大桥等具有代表性的钢结构建筑在世界上达到了领先水平,表现为高、大、奇、新等特点。

  早期钢结构发展钢铁用于建筑结构最早的应该是铁索桥,据历史记载,中国最早的铁索桥是陕西汉中攀河铁索桥,建于公元前206年西汉时期,距今约2200年历史。该桥经过了多次修复,于1951年毁坏。另外,云南神州铁索桥建于隋唐时期,于唐贞元十年(794年)战乱时毁坏,距今约1200多年。英国1779年建造了一座铁索桥,俄国1824年开始建铁索桥,美国1851年开始建铁索桥,比中国晚2000年左右。我国现存最早的桥梁有四川大渡河泸定桥,长127米,建于1705年,属铁索桥,距今约304年,新中国成立后修复过一次,现还在使用。新中国成立前由外国人建造的钢桥有:唐山运河铁路桥1906年建成,英国人设计,比利时人建造,为中国第一座现代铁路钢桥;天津金汤开启式钢桥也建于1906年,2005年整修后重新恢复开启功能;兰州中山大桥,建于1907年,长233米、宽7米,连续使用至今,2007年维修后改为人行桥,距今102年。由中国人自行设计建造的铁路钢桥是1902~1909年詹天佑主持建造的京张铁路桥,121座,累计长1951米,最大跨度33.5米,距今有100年;1937年由茅以升主持建造了杭州钱塘江公铁两用大桥。

  新中国成立后,党和国家非常重视钢铁生产和建筑钢结构发展,具有代表性的工程有:1957年建成我国第一座跨长江公铁两用武汉长江大桥,长1670米,可谓“一桥飞架南北,天堑变通途”,圆了几代人的梦想。1968年建成南京长江大桥,长4589米,这是苏联专家撤走并中断了钢铁供应和成套技术后,中国人自己建造的一座为国增光的钢结构桥梁,它开创了我国自力更生建设大型桥梁的新纪元。

  1968年建成首都体育馆,屋盖为平板钢网架,长112.9米,宽99米;1975年建成上海体育馆,屋面为圆形钢网架,跨度110米,采用8个独脚拔杆整体抬吊、高空水平移位安装;1975年建成兵马俑1号坑钢结构,结构形式为三铰拱,跨度72米。从此我国大跨度建筑钢结构拉开了序幕,建筑钢结构设计与施工技术得到了发展,尤其是南京长江大桥和上海体育馆钢结构网架,依靠自己力量顺利建成,得到外国有关专家一致好评。

  改革开放以来,我国新型钢结构应用范围逐步扩大,在新技术应用方面得到了迅猛发展,有影响的如北京工人体育馆、广州电视塔、北京气象桅杆、广州珠江大桥、十一届亚运会体育馆、游泳馆、体育场罩棚等钢结构工程,在建筑造型和结构形式上有了新的突破。从此,拉开了我国建筑钢结构迈向世界领先水平的序幕。

  1990年北京建成京广中心大厦,高209米,这是我国第一座超高层钢结构建筑;1993年建成上海杨浦斜拉索大桥,主跨度602米;1996年建成的深圳地王大厦高383.95米;1997年建成上海8万人体育场,钢结构罩棚最大悬挑73.5米。这几个具有代表性的工程是我国建筑钢结构在跨度和高度上的一次大的飞跃。尤其是“鸟巢”、“水立方”、CCTV新址、广州新电视塔、杭州湾跨海大桥等在世界上具有影响的工程为我国建筑行业创造了辉煌。

  世界钢结构现状建筑钢结构近年来在高度、跨度、长度、造型等方面发展很快。衡量建筑钢结构的技术水平,主要看跨度和高度。多年来,高层建筑、广播电视塔、体育场馆屋盖造型在世界各大城市不断地攀比竞争,在人类建筑史上创造了一个又一个奇迹。

  电视塔——到2009年,世界最高电视塔是美国1963年建成的北达科他KVLY电视塔,高628.8米,属柔性缆索全钢结构(波兰曾建成高645米同类型电视塔,1991年在替换缆索时倒塌);广州电视塔高610米;其次是加拿大多伦多电视塔553米,俄罗斯奥斯坦电视塔540米,上海“东方明珠”电视塔高468米。美国在建的芝加哥螺旋塔,高度610米。

  超高层建筑——早期高度300米以上的高层建筑为美国纽约克莱斯勒大楼,高318.8米,1930年建成;纽约帝国大厦高381米,1931年建成;美国世贸大厦“姐妹塔”高417米,1969年建成;芝加哥韦莱集团大厦高442米,1974年建成;我国1996年建成深圳地王大厦高383.95米;上海金茂大厦高403米,1997年建成;上海环球金融中心高492米,2007年建成;台北101大厦高508米,2006年建成;阿拉伯联合酋长国“哈里发塔”高达828米,2010年1月1日建成,成为世界最高的摩天大楼。美国迈阿密计划修建975米高摩大楼,在不远的将来,世界摩天大楼有望突破1000米。

  最大的跨海大桥——美国1969年建成庞恰特雷恩湖跨海大桥,长38400米,可谓世界海上第一桥;中国杭州湾跨海大桥长36000米,由杭州慈溪至平湖,2008年5月通车;中国东海大桥长32500米,由上海浦东至小洋山岛深水港,2005年通车。

  大跨度斜拉索桥——中国苏通大桥,跨度1088米,2008年建成;香港昂船洲大桥,跨度1018米,1999年建成;日本多多罗大桥,跨度890米,1999年建成;法国诺曼底大桥,跨度856米,1995年建成;上海闵浦大桥,跨度708米,2009年建成。

  大跨度悬索桥——日本明石海峡悬索桥,跨度1991米,1998年建成;中国西堠门悬索桥,跨度1650米,2009年建成;中国杨润悬索桥,跨度1490米,2005建成;中国江阴悬索桥,跨度1385米,1999年建成;香港青马悬索桥,跨度1377米,1997年建成。

  大跨度钢结构拱桥——上海卢浦大桥跨度750米,2003年通车;重庆朝天门拱桥跨度552米。

  大跨度房屋建筑——美国1979年建成底特律体育馆,屋盖为网壳结构,跨度266米,成为世界最大跨度钢结构建筑;1996年建成亚特兰大体育馆,屋盖为索、杆、膜张拉结构,跨度235米;日本20世纪90年代建成的名古屋穹顶,屋盖为网壳结构,跨度229.6米;英国2000年建成外形似飞碟状的展览馆(千年穹顶),属斜拉索钢结构,跨度320米。北京国家体育场“鸟巢”,平面为椭圆形343米×292米,属新型大跨度。“鸟巢”通过奥运会向世人展示了它的风采,在世界建筑史上留下了耀眼的印记。它用最小、最简易的原始鸟窝来表现最大、最复杂的现代化建筑,可谓一大奇迹。它不同于现代大跨度常用的网架、网壳、拱架等结构形式,也未采用斜拉、预应力等提高跨度的有关措施,自身支撑,跨进了世界大跨度建筑首列。它与体育场罩棚比较,结构最大悬挑长度79米,尚属少有。

  大悬挑钢结构——十一届亚运会前,北京工人体育场改建了一个钢罩棚,悬挑长18米;接着1991年建成北京丰台体育场罩棚,最大悬挑长度25米;上海1997年建成的八万人体育场罩棚,最大悬挑长度达73.5米,达到了世界领先水平。无论是悬挑长度、悬挑高度,还是悬挑重量,北京CCTV新址主楼无疑为世界第一。它是一个不对称悬挑大楼,楼高234米,两座塔楼倾斜6°,顶层偏离底层24米,并在163~234米高度处悬挑14层,悬挑重量1.5万余吨,悬挑长度达75米。考虑塔楼倾斜24米,结构最大悬挑跨度为99米。单从建筑力学和技术难度看,CCTV新址主楼在世界上独一无二。

  特种钢结构——我国西安的法门寺合十舍利塔工程,结构形式为钢骨结构,造型结合佛教文化,选型双手合十状,立面呈多次折线,属标志性特种造型结构。其高148米,总用钢量约1.48万吨,施工难度大。法门寺舍利塔造型比较复杂,结构形式为钢骨结构,平面展示为双对称结构,体系高度方向平面变化大。其转换、转折节点以及开口数量多,层间尺寸大,外形三次折线往复变化,钢骨柱长度变化频繁。此外该工程采用悬挑形式施工,使施工难度加大。该工程为筒体钢骨混凝土结构,上部属多向悬挑,施工过程钢结构变形大,安装过程必须采取一系列技术措施,质量要求高。该工程焊缝等级为一级,检验等级为B级,评定等级为I级。低温焊接,要达到这一标准,必须采取一系列有效的技术措施方能满足。结构安装难度大。塔楼高127米,54~74米向外倾斜54°,74~104米向内倾斜54°,悬臂部分外伸22.5米,由于周围土建施工,常规外支撑安装方法无法实现,给施工带来很大的技术难题。施工单位克服以上重重困难,打破常规,采用一系列科学先进的施工技术,用8个月时间按期完成了1.48万吨钢结构安装任务,在国内特种结构施工领域又创造了一个奇迹。

  中国钢结构之辉煌建筑钢结构的创新是无休止的,它激发和推动人类在建筑史上不断创造奇迹,是人类挑战大自然的本能,是人类社会进步、科学技术发展的必然结果。“鸟巢”以跨度最大、结构奇特震撼人心。它与“水立方”对应,勾画出一幅最完美、最和谐的北京奥体蓝图。它代表了中国建筑业先进技术直向世界。“CCTV新址”无疑是世界悬挑最大的高层建筑,也是设计和施工难度最大的工程。“法门寺舍利塔”是代表佛学理念的新型特种结构,是现代建筑和佛教文化相结合的艺术品。“中国苏通大桥”以跨度1088米,成为世界跨度最大的斜拉索桥梁。“上海卢浦大桥”以跨度750米,成为世界跨度最大的钢结构拱桥。“中国西堠门大桥”以跨度1650米,成为国内第一、世界第二的悬索桥梁。“杭州湾跨海大桥”以长度36千米成为亚洲第一、世界第二的跨海大桥。“广州新电视塔”以610米高度成为亚洲第一、世界第二的电视塔。“鸟巢”和“水立方”虽曾有争议,但她们代表我国建筑钢结构先进技术走向了世界,特别是通过奥运会亮相,已被世人认同。她们以最新的服饰、最美的仪容、最优美的舞姿在世界建筑舞台上尽情炫耀;她们集新、奇、大于一体,集漂亮、精致、宏伟于一身,向世界证明了中国建筑钢结构的辉煌成就。