鋼結(jié)構(gòu)基本知識及著名建筑介紹

燕 強(qiáng) 張錦涌 彭方俊 潘 菁 曾寶鋒（四川大學(xué)水利水電學(xué)院，四川 成都 610065）

鋼結(jié)構(gòu)基本知識及著名建筑介紹

燕 強(qiáng) 張錦涌 彭方俊 潘 菁 曾寶鋒（四川大學(xué)水利水電學(xué)院，四川 成都 610065）

鋼結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代房屋建筑、水利工程、橋梁工程、鐵路工程等領(lǐng)域均有不可或缺的地位，由于其重要性，所以對其基本知識的認(rèn)知也是必要的。其基本特點(diǎn)決定了在涉及過程中所要考慮的關(guān)鍵點(diǎn)，是最重要的部分。對其發(fā)展歷史、工程應(yīng)用、應(yīng)用前景以及現(xiàn)存的鋼結(jié)構(gòu)代表等方面的基本知識的了解也是必不可少的。對現(xiàn)有的許多著名鋼結(jié)構(gòu)建筑物進(jìn)行學(xué)習(xí)和了解也是具有積極意義。

鋼結(jié)構(gòu)；基本知識；發(fā)展歷史；應(yīng)用前景；著名建筑

1 引 言

鋼結(jié)構(gòu)在國內(nèi)外的應(yīng)用極其廣泛。本文就鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)、發(fā)展歷史、工程應(yīng)用、應(yīng)用前景以及現(xiàn)存的鋼結(jié)構(gòu)代表等方面進(jìn)行簡要介紹，以達(dá)到對鋼結(jié)構(gòu)有一個(gè)基本的了解和基本知識的儲(chǔ)備。對著名鋼結(jié)構(gòu)建筑的了解既能夠加深對鋼結(jié)構(gòu)的實(shí)際認(rèn)識，也能增強(qiáng)對鋼結(jié)構(gòu)建筑的敏感性。

2 鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷史及其特點(diǎn)

2.1 鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷史

2.1.1 國外鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展史

最早在18世紀(jì)末的英國在建造房屋中使用鋼(鐵)結(jié)構(gòu)。由于當(dāng)時(shí)使用木框架建造的棉紡廠經(jīng)常發(fā)生火災(zāi)，加上木材漲價(jià)和木材強(qiáng)度較低等原因，廠房結(jié)構(gòu)中開始采用鐵框架。在100年后的美國芝加哥學(xué)派建造了一批含有鋼結(jié)構(gòu)的摩天大樓。19世紀(jì)前半期的鐵框架結(jié)構(gòu)技術(shù)發(fā)展的最高代表是由英國約瑟夫·帕科斯頓設(shè)計(jì)而成的水晶宮。于1889年，法國工程師古斯塔夫·埃菲爾建造了著名的鐵塔，標(biāo)志著鋼結(jié)構(gòu)建筑從此進(jìn)入一個(gè)光輝的時(shí)代。20世紀(jì)前期，由于鋼結(jié)構(gòu)具有防火性差的不足和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的興起，鋼結(jié)構(gòu)在建筑領(lǐng)域里一時(shí)失去了魅力，鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展暫時(shí)受挫進(jìn)入低潮。從20世紀(jì)70年代到今天，隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)住宅技術(shù)在全球經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家和地區(qū)得到了深入發(fā)展，總體走向成熟[1]。

2.1.2 國內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷史

在中國，“秦磚漢瓦”的建筑技術(shù)使用了兩千多年，具有悠久歷史，直到現(xiàn)在仍然有很多地區(qū)在使用磚瓦結(jié)構(gòu)。但這使中國粘土磚產(chǎn)量急劇增加，來自建設(shè)部的一組數(shù)據(jù)顯示，1991年，中國粘土磚的產(chǎn)量占世界黏土磚產(chǎn)量總量的93.32%，并且在1996年上升到97.99%，中國的住宅建筑基本還是磚混結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)，僅僅在一些如北京、上海、天津等的特大城市才有鋼結(jié)構(gòu)住宅試點(diǎn)工程項(xiàng)目。但20世紀(jì)90年代以來，隨著我國鋼產(chǎn)量的巨增（從1996年開始，鋼產(chǎn)量突破1億噸，到目前，連續(xù)8年是世界第一產(chǎn)鋼大國），鋼結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展十分迅速，特別是一些代表城市標(biāo)志性高層建筑的建成，為鋼結(jié)構(gòu)在我國的發(fā)展揭開了新的一面。1996年，深圳的帝王大廈，是國內(nèi)第一幢超高層鋼結(jié)構(gòu)大廈。2003年7月底，我國首座鋼結(jié)構(gòu)住宅——北京金宸公寓正式交付使用[1]。目前而言，鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展十分迅速，在水利、橋梁、建筑以及鐵道等領(lǐng)域都有重要的應(yīng)用，并且隨著需求的增加，其技術(shù)也是得到不斷完善與發(fā)展。

2.2 鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)

應(yīng)用廣泛又極其重要的鋼結(jié)構(gòu)具有其顯著的優(yōu)缺點(diǎn)：鋼結(jié)構(gòu)具有自重比較輕、其工作時(shí)的可靠性比較高、鋼材材料的抗震性能和抗沖擊性能好、現(xiàn)在鋼結(jié)構(gòu)制造具有較高的工業(yè)化程度、鋼結(jié)構(gòu)在使用過程中可以準(zhǔn)確快速地裝配并且容易做成封閉式結(jié)構(gòu)；同時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)具有不適合強(qiáng)腐蝕性、高溫環(huán)境的缺點(diǎn)[2]。

在實(shí)際工程中要結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)施工，使其能夠最大限度地被人們安全有效地使用。

3 鋼結(jié)構(gòu)工程應(yīng)用及應(yīng)用前景

3.1 鋼結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用

鋼結(jié)構(gòu)在各個(gè)工程中的應(yīng)用十分廣泛，現(xiàn)僅就在建筑工程以及水利水電工程的應(yīng)用進(jìn)行舉例及簡述。

在建筑工程中，主要有工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)、大跨度房屋的屋蓋結(jié)構(gòu)、高層房屋鋼結(jié)構(gòu)以及塔桅結(jié)構(gòu)[2]。在以上的應(yīng)用中，鋼結(jié)構(gòu)都起著不可或缺的作用，決定著建筑物是否安全可靠。

在水利水電工程中，有活動(dòng)式結(jié)構(gòu)、拆裝式結(jié)構(gòu)、板結(jié)構(gòu)、高聳結(jié)構(gòu)、大跨度結(jié)構(gòu)以及海工鋼結(jié)構(gòu)等工程應(yīng)用[2]。由于水利水電工程的施工條件以及施工環(huán)境都比較艱苦，以及荷載都比較大，由此利用了鋼結(jié)構(gòu)的快速裝配、抗沖擊性好等特點(diǎn)在水利水電工程中廣泛應(yīng)用。

3.2 鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用前景

由于鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍和其優(yōu)良的特性，所以鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用前景是比較光明的。

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，鋼材的性能越來越優(yōu)良，比如超高強(qiáng)度鋼材。超高強(qiáng)度鋼材鋼結(jié)構(gòu)更加經(jīng)濟(jì)，性能更加優(yōu)秀，焊接質(zhì)量也會(huì)更加優(yōu)良，對于資源的節(jié)約也是一個(gè)重要的體現(xiàn)。超高強(qiáng)度鋼材鋼結(jié)構(gòu)已經(jīng)在索尼中心、Latitude大廈等建筑物進(jìn)行了應(yīng)用[3]。

隨著我國城市化的推進(jìn)，建筑行業(yè)得到了迅猛的發(fā)展，特別是住宅建筑。由于中國是一個(gè)人口大國，因此對住宅的需求量比較大，國家為了滿足人們的需求，頒布了許多關(guān)于將鋼結(jié)構(gòu)運(yùn)用于建筑中的政策辦法，明確提出大力推動(dòng)鋼結(jié)構(gòu)住宅的數(shù)量和市場占有率，加速我國住宅向產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的腳步，這對我國的冶金、建筑等行業(yè)有著重要的現(xiàn)實(shí)意義[4]。我國的建筑行業(yè)的鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢比較良好，具有極大的發(fā)展空間，朝著綠色、環(huán)保的方向發(fā)展。

未來三個(gè)鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展的領(lǐng)域有：鋼結(jié)構(gòu)的住宅、海洋石油工程裝備、鋼結(jié)構(gòu)的橋梁。鋼結(jié)構(gòu)住宅要符合節(jié)約能源、減少排放、綠色環(huán)保等政策；海洋石油的產(chǎn)量將會(huì)不斷增加，與之相關(guān)的公司企業(yè)會(huì)為深海的開采提供必要的工程裝備；鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化的程度已經(jīng)相當(dāng)之高，相關(guān)的住宅產(chǎn)品將具有廣闊的市場空間和極大的市場需求[5]。

3.3 國內(nèi)外著名的鋼結(jié)構(gòu)建筑物

北京鳥巢：北京鳥巢位于中國首都北京，是一個(gè)大跨度的曲線結(jié)構(gòu)，有大量的曲線箱形結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)和安裝均具有極大挑戰(zhàn)性，在設(shè)計(jì)施工過程中都離不開現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。"鳥巢"采用了當(dāng)今先進(jìn)的建筑科技，全部工程共有幾十項(xiàng)技術(shù)難題，在北京鳥巢的所有構(gòu)成中，最具特色的就是其鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)成部分。"鳥巢"鋼結(jié)構(gòu)用量高達(dá)四萬多噸，最大跨度達(dá)到343米，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)構(gòu)成具有相當(dāng)高的水平。

埃菲爾鐵塔：埃菲爾鐵塔位于法國巴黎戰(zhàn)神廣場的埃菲爾鐵塔于1889年建成，是世界上著名的建筑物之一，也是巴黎的城市標(biāo)志之一，法國的文化象征之一，同時(shí)是巴黎城市最高建筑物，高達(dá)300米，另外有高24米的天線，總體高度高達(dá)324米。埃菲爾鐵塔設(shè)計(jì)是由著名的法國建筑師、結(jié)構(gòu)工程師古斯塔夫·埃菲爾設(shè)計(jì)而成，同時(shí)其名也是來源于其設(shè)計(jì)師，設(shè)計(jì)具有新穎、別致的特點(diǎn)，既是世界建筑史上的偉大杰作，也是法國巴黎的著名景點(diǎn)和標(biāo)志物。

南京長江大橋：南京長江大橋位于南京市浦口區(qū)橋北和鼓樓區(qū)下關(guān)之間，是長江上第一座由中國設(shè)計(jì)師自行設(shè)計(jì)建造的雙層式公路、鐵路兩用橋梁，在中國橋梁史上具有獨(dú)一無二的地位，同時(shí)在世界橋梁史上具有十分重要的影響力。南京長江大橋是中國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要成就之一、中國在橋梁建設(shè)方面的重要里程碑，同時(shí)具有極大的經(jīng)濟(jì)、政治和戰(zhàn)略三方面意義。南京長江大橋耗資接近三億人民幣，建設(shè)期長達(dá)8年之久，消耗超過6萬噸鋼材、38萬立方米混凝土。于1960年，南京長江大橋以“世界最長的公鐵兩用橋”被載入《吉尼斯世界紀(jì)錄大全》；并在2014年入選為不可移動(dòng)文物。

金門大橋：跨立在長達(dá)1900多米的美國加利福尼亞州金門海峽之上，由出生在俄亥俄州辛辛那提一個(gè)德國血統(tǒng)家庭的橋梁工程師約瑟夫·施特勞斯設(shè)計(jì)而成，建設(shè)期長達(dá)4年之久，耗資超過三千多萬美元，消耗超過10萬噸鋼材建成。金門大橋是世界上著名的橋梁建筑之一，也是近代橋梁工程的驚人之作。因金門大橋具有奇高的歷史價(jià)值和歷史意義，于2007年由美英兩國合同拍成同名紀(jì)錄片。

4 結(jié) 語

本文就鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行了部分基礎(chǔ)知識的梳理，實(shí)屬鋼結(jié)構(gòu)知識之冰山一角，并且簡單對世界上幾大鋼結(jié)構(gòu)著名建筑物進(jìn)行簡單介紹，望廣大讀者朋友們通過本文的閱讀以及其他途徑進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)相關(guān)知識的學(xué)習(xí)以達(dá)到自我學(xué)習(xí)和自我提升的目的。

[1]高大義,侯國發(fā).國內(nèi)外鋼結(jié)構(gòu)的歷史及發(fā)展[J].科 技 致 富 向 導(dǎo) ,2011(8):257-257.（GAO Dayi，HOU Goufa.The History and Development of Steel Structure at Home and Abroad [J]。Science and technology to get rich guide，2011(8):257-257.（in Chinese））

[2]范崇仁,程思作.水工鋼結(jié)構(gòu)（第四版）[M].北京:中國水利水電出版社,2008.(Fan Chongren,Cheng Sizuo.Hydraulic steel structure (fourth edition) [M].Beijing:China Water Conservancy and Hydropower Press,2008.(in Chinese))

[3]廖龍中.超高強(qiáng)度鋼材鋼結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用[J].華 東 科 技： 學(xué) 術(shù) 版 ,2014(1):61-61,73.(Liao Longzhong.Engineering Application of Ultra-high Strength Steel Steel Structure [J].East China Science and Technology: Academic Edition,2014(1):61-61, 73.(in Chinese))

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[5]鄧艷鋒.淺析鋼結(jié)構(gòu)在土木工程中的應(yīng)用及前 景 [J].山 東 工 業(yè) 技 術(shù) ,2013(9):196-196,207.（DENG Yanfeng.Analysis of steel structure in civil engineering applications and prospects [J].Shandong Industrial Technology,2013(9):196-196,207.（in Chinese））

Brief introduction to the basic knowledge of steel structure and the introduction of famous building

Steel structure in modern housing construction, hydraulic engineering,bridge engineering, railway engineering and other fields are indispensable status, because of its importance, so its basic knowledge of knowledge is also necessary. The basic characteristics of the decision process involved in the key points to be considered, is the most important part. The development of its history, engineering applications, application prospects and the existing representatives of the steel structure of the basic knowledge of the understanding is also very necessary. On the existing many famous steel building learning and understanding is also a positive significance.

steel structure；basic knowledge；development history；application prospect；famous building

TU391

：B

：1003-8965(2017)02-0159-02