【钢结构课程】1.4 钢结构的发展

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第一章 钢结构概述

1.4 钢结构的发展

钢结构的发展经历了一个漫长的历程。从古至今,炼铁、炼钢以及每一项新技术的问世都极大地推动了钢结构的发展。

 我国的历史最为悠久,是最早用铁建造结构的国家。其中以铁链桥及铁塔为典型代表。建于公元58~75年的兰津桥(图1.1)是最早的一座铁链桥,比欧洲最早的铁链桥早70余年;建于1706年的四川沪定大渡河桥(图1.2),净跨100m,宽2.8m,由13根铁链组成,每根约1.6t,铁链锚固于直径20cm,长4m的铸铁锚桩上,该座桥比英国用铸铁建造的欧洲第一座跨度31m的拱桥早83年,比美洲第一座跨度为21.3m的铁链桥早105年。

铁塔作为古代的一种宗教建筑,如建于967年的广州光孝寺东铁塔,共7层,塔身高6.35m;建于1061年的湖北荆州玉泉寺铁塔(图1.3),共17层,塔身高17.9m;山东济宁铁塔寺铁塔;江苏镇江甘露寺铁塔等,均以独特的建筑造型和超凡的冶金技术,展示了我国劳动人民的聪明智慧和我国古代金属结构的辉煌成就!

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18世纪末工业革命在欧洲兴起,冶金技术的发展使钢结构在欧美的应用快速增长。18世纪80年代熟铁型材问世,19世纪30年代采用轧制方法制造铁轨,19世纪2030年代铆钉连接技术导致铆接熟铁结构的诞生。如1889年采用熟铁建成的高度321m的巴黎埃菲尔(Eiffel)铁塔(图1.4)。

1856年和1867年相继发明转炉和平炉冶炼工艺,软钢时代到来。从19世纪60年代和70年代起才有了全钢制造的桥梁,如建于1847年的跨越美国密西西比河的圣路易斯拱桥,中间跨158.5m,两边跨各为153m。19世纪后半叶焊缝连接出现,20世纪20年代起在工程结构中广泛应用。20世纪30年代末到50年代初,高强螺栓连接开始应用于钢结构工程,促进了钢结构的发展。

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1.4  埃菲尔铁塔

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1.5  西尔斯大厦

自20世纪70年代起国外钢结构发展的高峰期到来。代表性建筑有1974年建成的110层,高443m的美国芝加哥西尔斯(Sears)大厦(图1.5);1974年建成的5层纤绳,高645m的波兰华沙长波用桅杆;1973年建成的高392m的苏联基辅自立式电视塔;1975年建成的直径207m的美国新奥尔良超级穹顶;80年代初建成的跨度218m的新加波章宜机场飞机库;1981年建成的主跨1410m的英国亨伯(Humber)吊桥;

1998年4月建成通车的中央跨长1991m的日本明石海峡吊桥(图1.6),实现了超大跨度的飞跃。1996年建成的地上88层、450m高的马来西亚吉隆坡石油大厦(图1.7);于1998年动工、2004年12月正式开放的地下5层,地上101层508m高的台北101大厦(图1.8),被视为世界新“地标”,在高度方面向极限冲刺。钢结构技术进入目前最高境界!

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1.6  日本明石海峡吊桥

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1.7   石油大厦  

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1.8  
阿联酋七星级酒店

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图1.9 台北101大厦

中国钢结构的发展虽有辉煌的历史,但在半封建半殖民地的百年历史中落后了。1949年新中国成立后,由于钢产量的限制,钢结构虽有发展,但数量少、规模小,仅在重型厂房、大跨度公共建筑以及塔桅结构中采用。鞍山、武汉、包头等钢厂的炼钢、轧钢及连铸车间均采用了钢结构,

在公共建筑方面代表作有1962年建成的北京工人体育馆采用圆形双层辐射式悬索结构,直径94m;1967年建成的浙江体育馆采用双曲抛物面正交索网的悬索结构,椭圆平面,80×60m;1975年建成的上海体育馆,跨度110m的三向平板网架;1977年建成的北京环境气象塔为高达 325m的5层纤绳三角形杆身的钢桅杆结构。

在桥梁方面代表作有:1957年建成的武汉长江大桥;1968年建成的南京长江大桥等。1978年以后,我国改革开放政策实施,钢结构得到了前所未有的发展,应用领域得以拓展。比如,1994年建成的天津新体育馆,采用圆形平面球面双层网壳,直径108m;1996年建成的嘉兴电厂干煤栅,采用矩形平面三心圆柱面双层网壳,跨度为103.5m;1997年建成的上海体育馆马鞍山环形大悬挑空间钢结构屋盖,最大悬挑长度78m;

2000年建成的上海浦东国际机场航站楼张弦梁屋盖钢结构,张弦梁屋架最大跨度为80m。正建的中国国家大剧院(图1.9)的钢结构东西跨度212.24m,南北跨度143.64m,高度46.285m,蛋壳面积3.5万米2  ;正建的2008奥运会主场馆鸟巢(图1.10)等。这些建筑的建成标志我国大跨度空间钢结构已迅速接近国际先进水平。

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图1.11  2008奥运会主场馆鸟巢

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图1.12  中国国家大剧院

另外,高层及超高层钢结构建筑在北京、上海、深圳等地拔地而起,以地下5层,地上118层,632m的上海中心大厦(图1.13)为代表,标志着我国超高层钢结构已进入世界前列!

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图1.13上海中心大厦

综上所述,钢结构作为一种综合性能优良的结构,既有辉煌的历史,更有美好的未来。我国自1996年钢产量首次突破1亿吨大关居世界第一至今,国家陆续推出一系列政策推动钢结构的应用,钢结构产业得到了前所未有的高速发展。

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