钢结构的发展

《钢结构的发展》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

绪论 钢结构的特点、应用和发展 1、钢结构的特点钢结构是由钢板、热轧型钢和冷加工成型的薄壁型钢制造而成。与其他材料的结构相比具有以下优点：（1）材料强度高，钢材质量轻。（2）韧性、塑性好。（2）材质均匀。（3）制造简单，施工周期短。（4）密封性好。 钢结构的缺点有：（1）耐热但不耐火150摄氏度时强度无变化，600摄氏度时强度约为0。（2）钢材耐腐蚀性能差，维护费用高。(3)由于构件截面小、厚度薄，在压力合弯距作用下容易带来稳定问题。（4）在低温下，钢材产生脆性破坏。 2、钢结构的应用（1）大跨度钢结构钢屋架网架、网壳结构悬索结构拱架结构桥梁结构 钢结构的发展 早期的钢结构仅是部分构件、配件用铸铁、熟铁制成。成功的范例有：1772年英国利物浦的圣安妮教堂，最早采用铸铁制作结构构件。1851年伦敦国际博览会建造的水晶宫（CrystalPalace) 19世纪80年代结构型钢的出现加快了钢结构在建筑工程中的发展。成功的范例有：1883年，美国在芝加哥建造的11层保险公司大楼，大楼的主要承重结构体系最先采用铁框架（部分钢梁）做成。1895年用钢框架建成了61m高14层的信托大楼（RelianceBuilding)1891年建成的莫纳德洛克（MonadnockBuilding)大楼室内铸铁楼梯 这座大楼的形式充分利用和体现钢铁框架结构的优点，很大的横向长窗改进了室内的照明和通风，两层以上整齐的建筑处理有利于减少造价和施工期，底部的大玻璃窗有利于小窗展示。美国芝加哥CPS百货大楼，建筑师沙利文1904年建造 我国是最早用铁建造结构的国家之一如：967年建于南汉朝的广州光孝塔东铁塔；1061年建于宋朝的玉泉寺踏，高17.9m，共13层。现位于湖北当阳县；1105年建于宋朝的铁塔寺，高13m，共9层。……上述列举的古建筑说明了我国古代的冶金和营造技术达到了高度水平。广州六榕塔初建于南朝，内曾供奉贤劫千佛像，故又名千佛塔。从宋至清经过约11余次修建，但仍保持宋代风格。塔顶有元代所铸千铜柱，上有1000多尊浮雕小佛，及云彩缭绕的天宫宝塔图。 1949年全国解放后，钢结构在大跨重型工业厂房、大型公共建筑和高耸结构中得到了广泛应用。如1977年建成的上海锅炉厂重型容器车间主跨36m，高40m等。上海锅炉厂厂门 近20年来，我国的钢结构广泛应用于土木工程中，有的达到世界水平。 大跨工业厂房 西安变压器厂（400t吊车） 我国建成的某大型工业厂房宽38m，长200m,高12m 我国建成的大跨度工业厂房 高层建筑 高层建筑80年代我国建造的11栋高层钢结构基本上都是国外设计、施工承建。目前我国已建和在建的高度超过100m的钢结构有48栋。 台北101长宽各150m，总面积30277m2，塔高508m，世界第一高，26层以上以8层为一单元。主要由巨柱、核心系统及外伸桁架梁。巨柱自地下5层至地上90层，最大尺寸为2.4mx3m。直径5.5m，中670t的阻尼器 大连远洋大厦大连远洋大厦由大连远洋运输公司、中远房地产开发公司与美国ESPIRIT公司联合投资14.8亿人民币开发的集五星级酒店和甲级写字楼为一体的智能大厦。总建筑面积14.8万平方米。其中：A座为五星级酒店，地上51层，总高200.8m。钢筋混凝土核心筒，外框钢框架。设计、加工、安装全部国产化。 上海环球金融中心由日本森大厦株式会社的全额子公司森海外株式会社及日本具有代表性的银行、保险公司、商社等36家企业，偕同政府系统机构日本海外经济协力基金(OECF)联合投资的上海环球金融中心，总投资逾750亿日元。位于陆家嘴金融贸易区，建筑总面积335,420平方米，地下3层，地上94层。建成后的高度达460米。总用钢量26000t，钢筋混凝土核心筒，外框钢骨混凝土及钢柱，目前正在施工基础。 上海金茂大厦金茂大厦是由中国上海对外贸易中心股份有限公司独家投资5.6亿美元建设的一座88层的超高层大厦，建筑高度420.5米，建筑面积28.9万平方米，于1998年8月28日竣工。总用钢量14000t，钢筋混凝土核心筒，外框钢骨混凝土及钢柱。设计者为美国S.O.M事务所。 央视新台址央视新台址建设工程位于北京朝阳区东三环中路、北京商务中心区的核心地段，占地面积18.7万平方米，总建筑面积55万平方米,230m。央视新台址建设工程总投资约50亿元人民币，2003年10月开工建设，2008年正式运行。 中国国际贸易中心大厦二期工程。建于1999年，39层高156m，属于超高层钢结构。工地施工情况 长春光大银行。28层，113m高，是一幢从设计、钢材生产、制作、施工全部国产化的全钢结构建筑。 高层钢结构 全钢结构大厦 多层钢结构 144m特大跨度钢桁架 沈阳桃仙国际机场屋盖由16榀跨度为135m的倒三角形钢管桁架组成。 跨度135m 倒三角形钢管桁架 我国目前不仅能生产各种类型的建筑钢材，同时钢材生产的新技术、新工艺、新产品日益增多如彩钢压型板、彩钢复合板、彩钢扣板、拱形厂房及彩钢制品等的生产，使建筑结构充满现代化时代气息。 彩钢板的应用 彩钢板的应用苏州工业园区 彩钢板的工程应用北京汽车销售中心 彩钢板的工程应用苏州开发区 世界现代著名钢结构建筑掠影 德国柏林新国家美术馆钢柱美术馆为两层的正方形建筑，一层在地面，一层在地下，地面上的展厅四周都是玻璃墙。上面是钢的平屋顶，每边长64米。整个屋顶由八根大型钢柱支撑，柱高8。4米。这座美术馆是钢与玻璃纯净的绝唱。 首层门厅 下层大厅 柏林新国家美术馆正面 美国伊利诺斯工学院,1955年建成,克朗楼是该工学院的建筑系馆。建筑物为简单的矩形,长67米,宽36.6米。中间没有柱子和墙，是一个大的通用空间屋顶由四个大钢梁支托，四周大都是玻璃窗，体现了力求简洁的建筑理论和手法。 美国芝加哥湖滨大道公寓大楼。这两座高层公寓大楼，建于1948-1951年。钢结构的梁柱直接表露在外墙上，此外外墙几乎全是大玻璃窗。这是密斯第一次建造的真正的高层建筑，尽管看起来有点生冷单调，但作为一种原型，对50-60年代美国和世界的高层建筑产生了广泛的影响。 美国西尔斯大厦（SearsTower) 西尔斯大厦位于美国芝加哥。上图是芝加哥的高层建筑 西尔斯大厦是世界最高的全钢结构建筑 高442m，110层，建筑面积413800平方米 TheSearsTower,thetallestbuildingintheworldfrom1973on,isthemostnotedskyscraperinChicago.Itrises110storiesandabout1,454feetabovethegroundthroughaseriesofsetbacksatthe50th,66th,and90thfloors. 远望西尔斯大厦 Sears目前是世界最高的全钢结构。高442m,共110层，建筑面积41.38万平方米。建于1974年。它的标准层是一个在九个23m*23m成束筒结构基础上形成的69*69m的方形平面。 西尔斯塔楼划为9个不同高度的小正方形，在外观上就象由九个不同高度的方柱体集合而成。 结构体系是束筒结构。每个筒体的柱距为4.6m。随着建筑的升高，各筒在不同高度上终止。 西尔斯塔楼远景 大楼墙面 西尔斯塔楼的大门厅 从AonCenter屋顶远望西尔斯大厦 美国帝国州大厦 帝国州大厦位于美国纽约。上图是纽约高层建筑群。 EmpireStateBuilding正立面 纽约帝国州大厦建于1931年，保持世界纪录长达40多年。帝国州大厦平面为130*60m，在第六层、第30层处收进，至85层平面缩进40*24m，其上是一个直径约10m，高61m的原塔，塔身高度相当于17层楼的高度，塔顶距地面381m,所以帝国州大厦号称102层。 该大厦1931年落成，是70年代以前世界上最高的建筑。纽约州别名帝国州，故名。大厦位于纽约繁华的第五号大街上。底部面积130*60平方米，向上逐渐收缩，85层之下为普通的使用建筑面积，85层以上收缩为直径10米高61米的尖塔。塔本身相当于17层，因此帝国大厦号称102层，塔顶距地面380米有效使用面积6万平方米。帝国大厦从动工到交付使用只用了19个月，平均每5天多建一层，施工速度极快。大楼主要是办公用房，共装67部电梯。据观测大厦在大风中最大摆幅为7.6厘米，对人的感觉和安全没有影响。1945年7月，一架巨型轰炸机在大雾中撞上大厦第79层，飞机坠毁，大厦只有局部破损，总体未受影响。 当年大厦钢结构工人施工的情况。帝国州大厦的钢结构框架是由铆钉连接的，钢框架并埋置在炉渣混凝土中，大大加强了框架的刚度。 大楼剪影大楼底层 大楼入口门厅 纽约世界贸易中心 纽约世界贸易中心由两座塔式摩天楼组成。1969~1973年建造。两座塔楼均为110层，地下六层，北楼高417m，南楼高415m，全钢结构。 1973年、纽约曼哈顿河岸上耸立起两座110层的姊妹楼，这是著名的纽约世界贸易中心。设计者是著名的美籍日裔建筑师雅马萨奇这两座方柱形大楼均高411米，打破了纽约帝国大厦保持42年之久的世界最高建筑的记录。方柱体边宽63.5米，每座楼的建筑面积40多万平方米。整个世界贸易中心可容纳5万人工作，每天来办事和参观的人还有3万左右。世界贸易中心的外墙是排列很紧密的钢柱，外面包以银色铝板。施工时间两年，当上面还在施工是下面已经交付使用。大楼受到很大的风压力，实测最大位移有28厘米. 纽约世界贸易中心远景 大楼外墙是排列很密的钢柱，外面包以银色铝板，其受到很大的风压力。外墙属于格珊式墙面 芝加哥汉考克大厦（JohnHancockBuilding) 芝加哥汉考克大厦在美国芝加哥是第三高度 该大厦1969年建成。100层，343.51高，几何形状为上小下大的截锥体，建筑重心下移。抗倾覆能力强。结构型式为钢斜撑周边桁筒体系，在每个建筑立面形成巨大的X形斜向支撑。是世界最早的巨型钢桁架结构，也是建筑外形美观且结构设计合理的范例。 大厦夜景 Height(Tipofflag):450m FromtheroofofAonCenter远望汉考克大厦 AonCenter高346.26m是芝加哥第二高度 法国巴黎蓬皮杜艺术与文化中心，建于1977年:这是一座艺术与文化中心，包括图书馆，现代艺术博物馆，工艺美术中心等。主体为6层的钢结构建筑，长166米，宽60米。 与一般建筑不同的是，它的钢柱、钢梁、木桁架等结构构件都裸露在建筑物的表面，甚至运货电梯电缆，上下水管也置于临街立面并漆成大红大绿的颜色，设计者突破常规的一种建筑观念是：现代建筑应该是利用现代手段造成的一种框架、一种装置或一个容器，让人们在其中方便灵活地进行各种活动。是高技派建筑风格的代表作。 蓬皮杜艺术与文化中心展室内部 伦敦劳埃德大厦，1986年建成，位于伦敦金融区。长方形的主体中间是很高的大厅，四周是大玻璃墙，周围有六个塔楼，其中安置步梯，电梯和各种管线，主体的办公间没有固定的隔断，可以灵活使用。大楼一部分为12层，一部分为6层，看起来象复杂的工业建筑。设计者是先前曾设计过巴黎蓬皮杜中心的英国建筑师罗杰斯。 中国香港汇丰银行大楼属于高技派风格，大楼上显著暴露的是钢柱和钢桁架，它的底部完全敞开，有一对自动扶梯从楼板上伸下来，供人出入。大楼内部也处处开通，给人以一种现代化的技术先进印象。高技派不另加装饰，但实际上造价并未减省。建于1985年。地上45层，地下4层，高175m。 底部敞开，大楼内部处处开通 由此登楼为使底层成为全开敞式大空间，与前后广场连成一体，限制上部框架落地，采用了钢结构悬吊体系。 桁架之间的4~7层楼盖靠巨型钢拉杆悬挂在上层桁架上。为限制上部框架落地，由8根格构式巨型钢柱和5层巨型钢桁架组成主体结构。 夜景 美国明尼亚波利斯的联邦储备银行（FederalReserveBankBuilding)大楼是一幢11层的以钢悬索结构为主体的建筑物，悬索跨越83.2m，两端支承在截面和刚性极大的筒体结构上。悬索下凹，矢高45.7m。悬索支承曲线以上的柱子和曲线以下的吊杆。下凹悬索的水平推力由顶部的巨型钢桁架承受。外立面 外立面平面正立面及预留扩建的可能施工中的现场 联邦储备银行大楼平面图。钢悬索跨越83.2m，其两端支承在截面和刚性极大的筒体结构上。 悬索下凹，矢高45.7m悬索支承曲线以上的柱子和曲线以下的吊杆。下凹悬索的水平推力（受压）由巨型钢桁架承受。扩建时采用拱结构，拱在拱脚处产生的水平推力（受拉）正好与悬索产生的压力抵消一部分。受力非常合理。 施工中的现场 上海环球金融中心拟建在上海浦东陆家嘴金融区，位于金茂大厦旁，明珠电视塔对面。由95层高460m的塔楼和三层裙房组成。 位于金茂大厦旁。建成后将冲击世界最高记录。 主体采用了正方型和圆形两个单纯的几何形体，正方形平面的其中一组对角自下而上逐渐收分，至顶部460米高处呈线状；顶部的圆形开口减轻了大厦的风荷载，圆洞中架设观光桥梁，象征“世界金融中心”和“世界的桥梁”具结构主义特征的群楼是主体建筑与人体尺度之间的过渡。大厦共设置电梯46台，其中双层式电梯32台，消防电梯3台；自动扶梯31台。该设计采用了双层楼面的电梯，这种电梯的主要乘降层入口大厅和中庭，设置了多台自动扶梯，以方便使用。底座 西立面剖面图圆洞口大大减少了风荷载的作用。 观览大厅屋顶平面 （4）高耸建筑电视塔、微波塔、通讯塔等东方明珠电视塔东方明珠广播电视塔座落在上海浦东新区黄浦江畔，以其468米的高度成为亚洲第一高塔。她于1991年3月开始建造，1994年11月完工，总重量达12万吨，总投资8.3亿元人民币。东方明珠塔由三根直径为九米的擎天立柱、太空舱、上球体、下球体、五个小球、塔座和广场组成。 （5）轻型钢结构 （6）容器和其他构筑物陕西铜川天然气公司1000立方米天然气球罐大连西太平洋石化有限公司1500立方米CF-62钢球罐 大跨度钢屋盖结构 国家体育场国家体育场建筑体形上像鸟巢。可容纳8万人。平面为椭圆形,长轴340m短轴292m。屋盖中间有一个146m×76m的开口，这部分将设计成开合屋盖。采用加肋薄壁箱形截面，总用钢量达16万t。 天津奥林匹克体育场俯瞰效果图“绿色奥运”、“科技奥运”、“人文奥运”建筑底面面积为80,000m2，屋顶面积76,719m2，地上层数6层，最高点高度53.00m，可容纳观众数60,000。屋顶结构采用钢桁架悬挑结构。屋面桁架落地，形似露珠。 国家大剧院位于北京人民大会堂西侧，西长安街以南，总占地面积近12公顷，总建筑面积近15万平方米，总投资26.88亿元，目前已进行过网壳部分设计与施工验收审查会议。该工程外部围护结构为钢结构网壳，是半椭圆球形，东西长轴212.2m，南北短轴143.64m，总高度46.285。内设歌剧院（2416席）、音乐厅（2017席）及戏剧院（1040席）及公共大厅等。屋面采用钛金属板，整个网壳外环绕人工湖（35500m2）,各种通道及入口均设在水下。设计为法国巴黎机场公司安德鲁建筑师，北京市建筑设计研究院参与主体设计，整体结构用钢量达6750t，195kg/m。 钢网架结构是大跨度屋盖近几年迅速发展的一种结构形式；概念：是由多根杆件沿平面或曲面组成的网状空间杆件体系的结构；类型：平板网架、曲面网架；优点：空间受力，重量轻，刚度大，整体性强、稳定性好、抗震性能好等； 棋盘形四角锥 螺栓球节点网架构造示意 钢网架在工程中的应用 著名钢网架结构成功范例 日本福冈体育馆建于1993年。屋盖222m，是世界最大的球面网壳，同时更为巧妙的是屋盖具有合开性，它的球形屋盖由三块可旋转的扇形网壳组成，扇形沿圆周导轨移动，按需要可呈全封闭、开启1/3或2/3等不同状态。 屋盖具有开合性。由三块可旋转的扇形网壳组成。 加拿大1967蒙特利尔博览会美国馆建筑师富勒善用三角形的网架组成多面体穹窿。这种结构以较少的材料造成了轻质高强的屋盖，轻巧的覆盖了很大的空间。 长春万人体育馆建于1997年，是我国最大的网壳工程。屋盖平面为核桃形曲肋球面网壳，网架屋脊长向拱架跨度146m，落地矢高40.67m，拱架厚2.8m。另设环向、斜向桁架作为相互支撑，形成三维结构空间网架。 长春体育馆采用日本进口方钢管网壳轻钢桁架结构。其设计、制做、安装难度之高，在亚洲堪称首例。该馆总建筑面积31192平方米，主馆长跨度192米，短轴跨度146米，中心夭高50米，容纳观众12000人。屋面是平面为核桃形的曲肋球面网壳 加拿大多伦多汤姆逊音乐厅，1982年建成。音乐厅位于多伦多市中心区，有2812个座位。其外形如一个巨大的玻璃覆盆，中心部分是演出厅，周围是休息厅和门厅。玻璃覆盆由钢架支撑。夜间，灯光透过玻璃，流光溢彩，整个音乐厅有如一个闪光的大钻石。音乐厅的音响和视线效果均数上成。 加拿大多伦多汤姆逊音乐厅外貌 加拿大多伦多汤姆逊音乐厅内景 沙特阿拉伯利雅得国际机场候机楼 沙特阿拉伯利雅得国际机场1983年建成。这座豪华的航空站建筑有两座国际候机楼，两座国内候机楼，另有一个单设的皇家候机楼，居于中心地位的是一个可容纳5000人的清真寺。候机楼的屋顶由许多三角形的球面构成。从建筑的平面组织到装饰图案，都具有明显的伊斯兰传统艺术风格。 日本东京都体育馆建筑师的设计意图是创造三个不同空间，作为整个建筑综合体的独立部分，它们从尺度、形状和形式上有所相同。主场馆的设计中，视觉效果上，追求独创的方案设计与施工中内在难度使之成为工程的矛盾焦点。建筑最出奇之处在于壳状屋顶，它具有未来派的外观和太空船的形象。在这座密封的结构内部，有两层观众席环绕赛场布置，所有座位视觉效果都一样好。建于1990年 壳状大屋顶 主场馆内部 悬索结构也是大屋盖结构常用的一种形式1964年建成的日本东京代代木国立综合体育馆，属于悬索结构。悬索结构是由一系列受拉的曲线形索及边缘构件所组成的承重结构，属于张力结构。索一般采用高强度钢丝组成的钢绞线、钢丝束，索通过锚具固定在支承结构上。具有用料省，刚度大，跨越大，造型美等优点。 日本著名建筑师丹下健三的作品，包括一座游泳馆和一座球类馆，1964年落成，它是为1964年东京奥运会而建。两座体育馆都采用悬索结构，游泳馆平面有如两个错置的新月形，球类馆平面如蜗牛形。代代木体育馆采用新型结构，又具有独特的日本风格，因而受到广泛赞誉. 代代木包括一座游泳馆和一座球类馆。两馆采用悬索结构，游泳馆的平面如两个铸置的新日形，球类馆如蜗牛形。体育馆采用新型结构又被认为具有日本独特的造型风格。 代代木游泳馆侧面 代代木游泳馆入口 代代木游泳馆内景 美国耶鲁大学冰球馆，建筑师沙里宁设计，1958年建成。冰球馆采用悬索结构，钢索挂在中间一道拱形脊梁和周边的梁圈上。场内可容纳3000名观众。冰球馆的外形象一只海龟似的甲壳动物。 北京工人体育馆建于1961年，是我国悬索结构的代表作。屋盖形如自行车轮，圆形屋盖采用车幅式双层悬索体系，直径达94m。 第1章绪论1.1钢结构的特点和应用不耐腐耐热不耐火钢结构设计应用中的问题 第1章绪论1.1钢结构的特点和应用钢结构设计应用中的问题 第1章绪论1.2钢结构设计和设计规范建筑结构功能要求结构选型结构布置钢材、连接材料牌号确定荷载（GB50009-2002等）内力及内力组合、变形、震动结构计算简图力学分析构件的截面设计（强度、稳定等）应用钢结构有关规范、标图构件相互间连接设计应用有关标图、规范施工图 第1章绪论1.2钢结构设计和设计规范基本理论《热轧Ｈ型钢设计应用手册》1998《轻型钢结构设计规程》（BJ08-68-97）《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS102:98）《建筑钢结构焊接规程》（JGJ81-91）《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2001）《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB50018-2002）《钢结构设计规范》（GB50017-2003）材料标准设计规范制作标准验收标准设计与建造结构 第1章绪论1.3钢结构课程的内容和要求结构体系零件钢材构件与连接件下料（切割）制作（连接）安装（拼接）钢结构原理材料、设计原则、连接、基本构件钢结构设计基本结构、建（构）筑物其他材料学、工艺学施工学材料力学结构力学 听课——按时出勤、预习、注释笔记读书——教材、其它版本教材、论文口头作业——回答提问、质疑、讨论书面作业——独立完成、工整考试——期中考试、期末考试认识提高——现场考察、讲座、旁听答辩、参加结构竞赛等重视用功