钢结构发展史.docx

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1、钢结构发展历史编著：陆.目录前言第一章1.1、钢结构发展史历史人物和标志事件 3第二章 世界钢结构行业发展状况 2.1、国外钢结构行业发展现状 6 2.2、国外钢结构的主要用途 6 2.3、不同国家钢结构行业发展状况 7第三章. 钢结构标志性建筑（多高层和大跨度）3.1、高层及超高层钢结构 103.2、大跨度结构 12第四章. 钢结构材料的发展 16第五章. 钢结构企业的发展（国内） 20第六章. 钢结构施工技术 24第七章. 钢结构事故调研和分析 29第八章. 钢结构相关的高等院校 34第一章、历史人物和历史事件1660 虎克发现材料变形与受力大小的比例关系（虎克定律） 1744 欧拉Eul

2、er推导出压秆稳定极限荷载公式，沿用至今。 1779 第一座铸铁拱桥，英格兰Coalbrookdale大桥建造完成。 1786 法国建造巴黎法兰西剧院，铁+玻璃顶。欧元上有没有？ 1820 美国费城建造第一栋铸铁建筑 （名称？） 1828 维也纳建造第一座钢桥 （名称？） 1851年，伦敦花匠帕克斯顿设计的“水晶宫”展览馆，为玻璃铁架结构，完全表现了工业生产的机械本能。“水晶宫”开创了建筑形式的新纪元。 1856 美国开始产钢 1874 第一座大跨钢桁桥Eads Bridge在圣路易（St. Louis）建成 1881 电弧焊工艺问世 1883 布鲁克林（Brooklyn）吊桥完工.始建于18

3、69年 1889年，法国世博会上设计的“埃菲尔铁塔”和“机械馆”，“埃菲尔铁塔”为高架铁结构，塔高328M。“机械馆”是空前未有的大跨度结构，刷新了世界建筑的新纪录，长420M，跨度达115M，结构方法首次运用了三铰拱的原理。 1889 CHICAGO的The Rand Mcnally Building（图中4号楼）建成，成为第一栋全钢结构的大厦,10层。 1890 3月苏格兰福斯桥（Firth of Forth Bridge）完成，用钢55,000吨,57条生命。8百万铆钉运回家。 1907 美国设立伯力恒钢厂（Bethlehem Steel） 1908 伯力恒（Bethlehem Stee

4、l）开始生产热轧型钢 1909年，德意志制造联盟的彼得。贝伦斯设计了“柏林通用电气公司透平机车间”，以钢结构为骨架与大玻璃窗为特点，被称为是第一座真正的现代建筑。 1909 美国麻州采用热轧型钢用于建筑结构 1914 匈牙利Kazinczy证实梁具有塑性铰极限行为。 1921 美国钢结构学会AISC成立 1923 AISC年發行第一版钢结构设计规范AISC-ASD（容许应力法） 1930 耐候钢问世 1931 纽约帝国大厦完工，102层，高381米。 1944 柱研究学会（Column Research Council, CRC）成立 （后改名稳定学会？） 1940 Lehigh Univer

5、sity开始研究结构及构件的极限强度 1947 高强度螺栓规范出版 1950？ 中国东北制定钢结构设计内部规定 1953 建成世界第一个悬索屋面，美国北卡罗里那州的雷里体育馆（RALEIGH大剧院？），现代悬索结构的开始。 1954 中国颁布第一本钢结构设计规范（结规4-54）容许应力设计法。 1955 苏联颁布 121-55规范。 日本中之岛制钢所开始生产轻量型钢。 1956 12月中国采用苏联颁布 121-55规范为参考规范。 1957 第一次将塑性设计法用于建筑 1960 日本积水（SEKISUI HOUSE）公司推出A型钢结构住宅。 1961 建成北京工人体育馆。中国现代悬索结构的开始

6、。 1962 日本大和公司推出A型钢结构住宅。 1964 中国第二本钢结构设计规范颁布。 1965 日本松下住宅推出R2N型钢结构住宅。 1970 当时世界最高大厦纽约世界贸易大厦建成，高410米 1973 当时最高的芝加哥西尔斯大厦Sears Tower完工，110层，高442米。 1974 中国颁布TJ 17-44 （半概率，半经验的设计法） 1976 在加拿大的西安大略大学进行的风洞实验室研究。这一研究对MBMA、SBC和世界其他一些国家的规范中风荷载的规定做出贡献，广泛用于低层金属结构系统。 同年，法国USINOR发展可耐900的耐火钢。 1980 日本钢管公司NKK发展OLAC钢板工

7、艺（TMCP钢板）（2002年NKK被美国国家钢铁公司收购？） 1983 美国钢结构学会AISC颁布第一本AISC-LRFD，极限设计法 1988 中国颁布钢结构设计规范（GBJ 17-88） 概率极限设计法 1994 日本公布JIS G3106 SN钢材标准 1995 阪神地震 钢结构抗震性能展现 1997/8 钢结构专业论坛www.okok.org诞生,2002.5.16重建，2002.4改名中华钢结构论坛。 1996 中国成为世界第一大产钢国。产钢量过亿吨。 台湾容许应力设计法，极限设计法于1月1日颁布施行。9月21日地震，震后钢结构使用范围大增。第二章、世界钢结构行业发展状况（一）国外

8、钢结构行业发展现状二战期间因高施工速度的需要，轻钢房屋得到快速发展；40年代出现了门式刚架结构；50年代，出现工业化程度较高的钢结构住宅，形成了工厂化的钢结构住宅建筑体系并延续至今；60年代住宅建筑工业化高潮遍及欧洲并发展到美、加、日等发达国家，彩色压型板及冷弯薄壁檩条组成的轻质围护体系开始大量应用。轻钢结构是发达国家目前主要的建筑结构形式。 国外钢结构业迅速发展的主要原因： 第一、钢铁工业提供了丰富的建筑用钢物资基础。 第二、钢结构具有安装容易、施工周期短、抗震性能好、投资回收快、环境污染小等优势。 第三、环保要求严格和资源充分利用，促使业主、建筑师和结构工程师选择钢结构。 第四、成熟配套技

9、术和产品推动了钢结构业发展。 发达国家先进的钢铁工业，使钢铁材料品种和质量可充分满足钢结构需求，充裕的钢材资源提供了物资保障，钢铁新材料的不断开发推动了钢结构的技术进步，造就了钢结构业的普及，推动现代建筑业发展。近年国外建筑用钢量约占钢材总消耗量的30，并仍呈明显上升趋势。（二）国外钢结构的主要用途近几年来各地正在开发钢结构住宅，集成创新一种既抗震又节能的绿色建筑。钢结构绿色节能住宅建筑体系研究与应用，逐渐成为国家重点研究课题。从发达国家来看，钢结构建筑已成为主流。其中，高层钢结构已经有110年的发展历史。在欧美国家，钢结构住宅建筑已占到全部建筑总量的65%左右，在日本占到了50%左右。目前，

10、美国、日本、英国等国家正积极推动预制装配化钢结构中低层住宅。 （三）不同国家钢结构行业发展状况一、美国美国金属建筑的主要市场分布：工业（生产用厂房、仓库及辅助设施等）、商业（商场、旅馆、展览馆、医院、办公大楼等）、社区（私有及公有社区活动中心及建筑如学校、体育馆、图书馆 、教堂等）、综合等方面，分别占到46%、31%、14%和9%的份额。在美国，低层建筑中采用钢结构还是很普遍的。美国钢结构学会和金属房屋制造协会（AISC 和MBMA）联合编制了低层建筑的设计指南。所谓低层建筑是指层高低于18m，层数不超过5层的工业厂房、仓库、办公室及其他的办公和社区建筑等，其中两层以下的非居住用楼房建筑占70

11、%。图表 1 三大厂商占美国建筑钢结构市场51%份额（销售额比重）资料来源：金安明邦调研中心从美国市场的发展历史看，钢构行业经历了从分散到集中的过程，集中度不断提高。经过多次收购和重组，目前近半数的MBMA（美国金属建筑制造商协会）会员属于NCI，Nucor，BlueScope这3大厂商集团。二、英国钢铁建筑行业每年有35亿英镑的价值（约等于英国建筑活动的5%）, 雇用大约4.2万人,用钢120万吨年。尤其是多层楼房, 建筑速度是选择钢材的第一原因, 第二个原因就是最低的整体成本 。钢材占了整个市场的70%, 使用最多的是多层工业房屋（92%）以及非家用单层房屋（90%）。英国95%的建筑用钢

12、材被回收, 10%重复使用,85%回收利用。三、日本20世纪80年代前，日本只生产200mm200mm以下的方矩形管及少量的开口冷弯型钢，日本钢结构住宅中立柱均采用H型钢。1984年日本仙台地震后，通过对仙台地震中遇到破坏活动钢结构住宅的研究，发现立柱和横梁之间的焊接缝开裂，原因是受H型钢外形特点的限制，用H型钢和H型钢对焊，焊缝太少。因此，日本通过修改建筑法，规定日本的钢结构住宅立柱必须采用方矩形管，以增大焊缝的长度，从而提高住宅的抗震性。之后，冷弯型钢在日本钢结构制造业大量应用，2002年，日本钢结构用冷弯型钢、圆管总量达到200万吨。目前市场需求量最大的钢管为200mm200mm ，40

13、0mm400mm；这些规格的冷弯方矩管占日本钢结构用方、矩形管总量的80%以上，而其它规格产品的市场占有率不足10%。图表 2 日本20世纪90年代的建筑结构形式构成 资料来源：金安明邦调研中心现在日本一些钢厂研制开发的建筑用新型钢材大致有几种：一是sn钢。它是建筑钢结构用钢新开发的钢种，其优点是：能确保塑料变形能力；确保焊接性；确保板厚方向性能；确保公称截面尺寸；可根据不同部位选用不同钢种，其性能和钢种区分：屈服点的上限，屈服比的上限，厚度方向拉深值的下限值，（夏氏）冲击值下限值，碳当量（ceq）焊接裂缝灵敏度组成（pcm）的上限值的制定，严格规定负公差精度。目前，sn钢在大型建筑中的应用不

14、断增加，发展前景看好。但一些中小建筑，采用sssm材料的较多。二是tmcp钢。通常的jis标准钢板，当厚度超过40mm时，会影响其屈服强度，但运用tmcp钢（热加工控制工艺轧制），不增加ceq就能使钢材（厚板、h型钢）具有良好的焊接性。在日本，这种钢材已被广泛应用于高层建筑，其中400x400mm，500x500mm的超厚h型钢作为柱子，在高层建筑的应用已相当普遍。三是超低屈服点钢。这种钢材一般使用于比柱、梁等构件屈服点低的减震构件。当地震发生时，首先使其屈服，靠反复荷载滞后，吸收地震产生的能量，与利用其粘性体等的其它减震材料相比，具有成本低、可靠性强和耐久性等优点，因而在日本已广泛推广应用。

15、 四是轻型焊接h型钢。在日本，轻型h型钢几乎都用于钢结构工业化住宅，每年超过100万户的新住宅中，约有近15采用工业化建筑，就是在工厂流水线上生产住宅。工业化住宅制造厂家为提高生产效率，对生产设备的自动化及材料精度不断提出新的要求，而轻型h型钢比轧制的h型钢精度高，最适合于建筑工业化住宅。现在日本住友金属工业株式会社每年生产h型钢10万吨以上，占日本工业化住宅用钢的80市场份额，是目前世界上生产轻型h型钢最多的国家之一。四、加拿大在加拿大，钢结构住宅有一套统一的技术标准。用什么钢，什么样的楼板，采用什么技术，甚至连房屋式样都有几十种可供挑选。在这方面，他们有着完整的设计规划，在建造住宅时，就有

16、现成的模式参考，十分方便。在加拿大的多伦多, 3%的新住宅是用钢框架建成的。多伦多的新建住宅之所以选择钢材, 是因为钢材能够为建筑商和业主提供建筑质量和速度。另外, 钢材对室内空气质量没有影响, 因为它不排放出有害气体, 也不发霉。室内空气质量己成为业主的一个重要问题, 因为它与住户的身体健康有关系。为了推广轻型钢框架住宅进行了研究和开发一系列配套新产品轻型钢框架墙壁和地板的耐火性能轻型钢框架墙壁和地板的声学性能轻型钢框架地板系统的动态表现（振动） 轻型钢框架墙壁系统的保暖性能镀锌和GalvalumeTM轻型钢框架的耐用性轻型钢框架系统的结构优化与建筑规范的制定。第三章、钢结构标志性建筑（多高

17、层和大跨度）1、高层及超高层钢结构由于人类文化生活不断提高，对高层、大跨度建筑的要求也就越来越高。而钢结构本身具备自重轻，强度高，施工快等独特优点，因此对高层、大跨度，尤其是超高层、超大跨度，采用钢结构更是非常理想。目前世界上最高，最大的结构采用的都是钢结构，而历届奥运会的场馆也多采用钢结构。世界上目前已经建成的几个纯钢结构建筑为目前世界上最高的超高层建筑，它们是：1931年建成的102层、高381m的美国纽约帝国大厦（1969年以前一直是最高的）；如图1969年建成的110层、高417m的美国纽约世界贸易中心（南北两座）；1970年建成的110层、高443m的美国芝加哥西尔斯大厦；1996年

18、建成的高450m的马来西亚双塔石油大厦（KLCC，号称目前世界最高，但美国的西尔斯大厦有异议）；我国于1997年建成的上海金茂大厦为95层，建筑高度421m，结构高度395m，也跻身于世界最高行列。如果上海浦东环球金融中心大厦（95层460m）建成，则堪称世界最高，实为我国一大光荣。深圳赛格广场大厦70层、高279m，为世界上最高的全部采用钢管混凝土的超高层建筑，这又是我国的一大光荣。巨型钢结构为高层或超高层建筑的一种崭新体系，它是为了满足特殊功能或综合功能而产生的。它具有良好的建筑适应性和潜在的高效结构性能，是一种很有发展的结构。如日本千叶县43 层、高180m的NEC大楼，该建筑内部布置大

19、开口和大空间庭院，其巨型结构是由四根巨型结构柱和四个巨型的空间桁架梁组成的巨型空间桁架体系。经分析，这种体系具有极强的抗推刚度。另一例是德国法兰克福1997年建成的商业银行新大楼，63层、高298.74m，也是欧洲最高的一栋超高层建筑。该建筑平面为边长60m的等边三角形，其结构体系是以三角形顶点的三个独立框筒为“巨型柱”，通过八层楼高的钢框架为“巨型梁”连接而围成的巨型筒体系，具有极好的整体效应和抗推刚度，其中“巨响梁”产生了巨大的“螺旋箍”效应。第三例是日本拟建的动力智能大厦（DIB-200），高800m，地上200层，地下7层，总建筑面积150万m2，由12个巨型单元体组成。每个单元体是一

20、个直径50m、高50层（200m）的框筒柱，1100层设4个柱，101150层设3个柱，151200层设1个柱，每50层设置一道巨型梁。结构上设有主动控制系统，进一步削弱地震反应。香港汇丰银行也属于一巨型钢结构大厦，是诺尔曼。福尔特设计的。2、大跨度钢结构大跨度建筑通常是指跨度在60m以上的建筑，主要用于民用建筑的影剧院、体育场馆、展览馆、大会堂、航空港以及其他大型公共建筑。在工业建筑中则主要用于飞机装配车间、飞机库和其他大跨度厂房。大跨度建筑结构包括网架结构、网壳结构、悬索结构、膜结构、薄壳结构等基本空间结构及各类组合空间结构。 历史沿革大跨度建筑在古代罗马已经出现，如公元120124年建成

21、的罗马万神庙，呈圆形平面，穹顶直径达433m，用天然混凝土浇筑而成，是罗马穹顶技术的光辉典范。在万神庙之前，罗马最大的穹顶是公元1世纪阿维奴斯地方的一所浴场的穹顶，直径大约38m。然而大跨度建筑真正得到迅速发展还是在19世纪后半叶以后，特别是第二次世界大战后的几十年中。例如1889年为巴黎世界博览会建造的机械馆，跨度达到115m，采用三铰拱钢结构；又如1912-1913年在波兰布雷斯劳建成的百年大厅直径为65m，采用钢筋混凝土肋穹顶结构。目前世界上跨度最大的建筑是美国底特律的韦恩县体育馆，圆形平面，直径达266m，为钢网壳结构。我国大跨度建筑是在解放后才迅速发展起来的，20世纪70年代建成的上

22、海体育馆，圆形平面，直径110m，钢平板网架结构。我国目前以钢索及膜材做成的结构最大跨度已达到320m。大跨度建筑迅速发展的原因一方面是由于社会发展使建筑功能愈来愈复杂，需要建造高大的建筑空间来满足群众集会、举行大型的文艺体育表演、举办盛大的各种博览会等；另一方面则是新材料、新结构、新技术的出现，促进了大跨度建筑的进步。一是需要，二是可能，两者相辅相成，相互促进，缺一不可。例如在古希腊古罗马时代就出现了规模宏大的容纳几万人的大剧场和大角斗场，但当时的材料和结构技术条件却无法建造能覆盖上百米跨度的屋顶结构，结果只能建成露天的大剧场和露天的大角斗场。19世纪后半期以来，钢结构和钢筋混凝土结构在建筑

23、上的广泛应用，使大跨度建筑有了很快的发展，特别是近几十年来新品种的钢材和水泥在强度方面有了很大的提高，各种轻质高强材料、新型化学材料、高效能防水材料、高效能绝热材料的出现，为建造各种新型的大跨度结构和各种造型新颖的大跨度建筑创造了更有利的物质技术条件。大跨度建筑发展的历史比起传统建筑毕竟是短暂的，它们大多为公共建筑，人流集中，占地面积大，结构跨度大，从总体规划、个体设计到构造技术都提出了许多新的研究课题，需要建筑工作者去探究。12结构类型拱券及穹隆结构从迄今还保存着的古希腊宏大的露天剧场遗迹来看，人类大约在两千多年前，就有扩大室内空间的要求。古代建筑室内空间的扩大是和拱结构的演变发展紧密联系着

24、的，从建筑历史发展的观点来看，一切拱结构-包括各种形式的券、筒形拱、交叉拱、穹隆-的变化和发展，都可以说是人类为了谋求更大室内空间的产物。券拱技术是罗马建筑最大的特色及成就，它对欧洲建筑做出了巨大的贡献，影响之大无与伦比。罗马建筑典型的布局方法、空间组合、艺术形式和风格以及某些建筑的功能和规模等等都是同券拱结构有密切联系。 拱形结构在承受荷重后除产生重力外还要产生横向的推力，为保持稳定，这种结构必须要有坚实、宽厚的支座。例如以筒形拱来形成空间，反映在平面上必须有两条互相平行的厚实的侧墙，拱的跨度越大，支承它的墙则越厚。很明显，这必然会影响空间组合的灵活性。为了克服这种局限，在长期的实践中人们又

25、在单向筒形拱的基础上，创造出一种双向交叉的筒形拱。而之后为了建筑的发展热门又创造出了穹隆结构穹隆结构也是一种古老的大跨度结构形式，早在公元前14世 纪建造的阿托雷斯宝库所运用的就是一个直径为14.5米的叠涩穹隆。到了罗马时代，半球形的穹隆结构已被广泛地运用于各种类型的建筑，其中最著名的要算潘泰翁神庙。神殿的直径为43.3米，其上部覆盖的是一个由混凝土做成的穹隆结构。 在大跨度结构中，结构的支点越分散，对于平面布局和空间组合的约束性就越强；反之，结构的支承点越集中，其灵活性就越大。从罗马时代的筒形拱衍变成高直式的尖拱拱肋结构；从半球形的穹隆结构发展成带有帆拱的穹隆结构，都表明由于支承点的相对集中

26、而给空间组合带来极大的灵活性。桁架与网架结构桁架也是一种大跨度结构。在古代，虽然也有用木材做成各种形式的构架作为屋顶结构的，但是符合力学原理的新型桁架的出现却是现代的事。桁架结构虽然可以跨越较大的空间，但是由于它自身具有一定的高度，而且上弦一般又呈两坡后曲线的形式，所以只适合担当作屋顶结构。 网架结构也是一种新型大跨度空间结构。它具有刚度大、变形小、应力分布均匀、能大幅度地减轻结构自重和节省材料等优点。网架结构可以用木材、钢筋混凝土或钢材来做，并且具有多种多样的形式，使用灵活方便，可适应于多种形式的建筑平面的要求。国内外许多大跨度公共建筑或工业建筑均普遍地采用这种新型的大跨度空间结构来覆盖巨大

27、的空间。 网架结构可分为单层平面网架、单层曲面网架、单层平板网架和双层穹隆网架等多种形式。单层平面网架多由两组互相正交的正方形网格组成，可以正方，也可以斜放。这种网架比较适合于正方形或接近于正方形的巨型平面建筑。如果把单层平面网架改变为曲面-拱或穹隆网架，或可以进一步提高结构的刚度并减小构件所承受的弯曲力。从而增大结构的跨度。 网架结构像框架结构一样，承重系统与非承重系统有明确的分工，即支承建筑空间的骨架是承重系统，而分割室内外空间的围护结构和轻质隔断，是不承受荷载的。在网架结构体系下，室内空间常依照功能要求进行分隔，可以使封闭的，也可以是半封闭或开敞的。 当今，空间平板网架结构在我国已有较大

28、发展，而由于网架结构多采用金属管材制造，能承受较大的纵向弯曲力，与一般钢结构相比，可节约大量钢材和降低施工费用（根据有关资料统计，节约钢材约35%，降低施工费用约25%，甚至在某些情况下，耗钢量接近于普通钢筋混凝土梁中的钢筋数量）。因此，空间网架的结构形式，用于大跨度建筑具有很大的经济意义。另外，由于空间平板网架具有很大的刚度，所以结构高度不大，这对于大跨度空间造型的创作，具有无比的优越性。壳体结构一般而言，用轻质高强材料做成的结构，若按强度计算，其剖面尺寸可以大大地减小，但是这种结构在荷载的作用下，却容易因变形而失去稳定并最后导致破坏。而壳体结构正是由于合理的外形，不仅内部应力分配既合理又均

29、匀，同时又可以保持极好的稳定性，所以壳体结构尽管厚度极小却可以覆盖很大的空间。 壳体结构的刚度，取决于它的合理形状，而不像其他结构形式需要加大结构断面，所以材料消耗量低；其静载也不像其他结构形式那样随跨度增大而加大，所以其厚度可以做得很薄；该结构的承重和无盖合二为一，使其更加经济有效，且在建筑空间利用上越加充分。 壳体结构按其受力情况不同可以分为折板、单曲面壳和双曲面壳等多种类型。在实际应用中，壳体结构的形式更是丰富多彩的。例如悉尼歌剧院，其外观为三组巨大的壳片，耸立在一南北长186米、东西最宽处为 97米的现浇钢筋混凝土结构的基座上。而壳体结构既可以单独使用又可以组合起来使用；既可以用来覆盖

30、大面积空间，又可以用来覆盖中等面积的空间；既适合方形、矩形平面要求，又可以适应圆形平面、三角形平面，及至其他特殊形状平面的要求。 因为壳体结构属于高效能空间薄壁结构范畴，可以适应于力学要求的各种曲线形状，所以其承受弯曲及扭转的能力远比平面结构系统大。另外，因结构受力均匀，因而可充分发挥材料的材耗，所以壳体结构体系非常适用于大跨度的各类建筑。悬索结构由于钢的强度很高，很小的截面就能够承受很大的拉力，因而在本世纪初就开始用钢索来悬吊屋顶结构。悬索在均匀荷载作用下必然下垂而呈悬链曲线的形式，索的两端不仅会产生垂直向下的压力，而且还会产生向内的水平拉力。单向悬索结构为了支承悬索并保持平衡，必须在索的两

31、端设置立柱和斜向拉索，以分别承受悬索所给予的垂直压力和水平拉力。单向悬索的稳定性很差，特别是在风力的作用下，容易产生振动和失稳。 为了提高结构的稳定性和抗风能力，还可以采用双层悬索或双向悬索。双层悬索结构平面呈圆形，索分上下两层，下层索承受屋顶全部荷载，为承重索；上层索起稳定作用，为稳定索，上下两层索均张拉于内外两个圆环上而形成整体。这种形式的悬索结构承重索与稳定索具有相反的弯曲方向，这两种索交织成索网，经过预张拉后形成整体，具有良好的稳定性和抗风能力。 悬索结构除跨度大、自重轻、用料省外还具有平面形式多样（除可覆盖一般矩形平面外还可以覆盖圆形、椭圆、正方形、菱形乃至其他不规则平面的空间），使

32、用的灵活性大、范围广；由多变的曲面所形成的内部空间既宽大宏伟又富有运动感；主剖面呈下凹的曲面形式，曲率平缓，如处理得当既能顺应功能要求又可以大大节省空间和空调费用；形式变化多样，可以为建筑形体和立面处理提供新的可能性。 在大跨度结构建筑选型时，悬索结构由于没有繁琐支撑体系的屋盖结构选型，所以该种结构是较为理想的形式。在荷载作用下，悬索结构体系能承受巨大的拉力，因此要求设置能承受较大压力的构件与之相平衡。膜结构膜结构是空间结构中最新发展起来的一种类型，它以性能优良的织物为材料，或是向膜内充气，由空气压力支撑膜面，或是利用柔性钢索或刚性骨架将膜面绷紧，从而形成具有一定刚度并能覆盖大跨度结构体系。膜

33、结构既能承重又能起围护作用，与传统结构相比，其重量却大大减轻，仅为一般屋盖重量的1/10-1/30。 膜结构按其支承方式的不同，一般包括：（1）空气膜结构-跨度大时可用气承式，就是在建筑物内部空间注以空气，屋面的拱度一般都较低，以减小欺压，大跨度时往往在建筑物的对角线方向布置交叉的钢索，对膜面起加劲作用。而气胀式空气膜结构则是将膜材做成周围密封的圆形双层，充气后形成飞碟状；或将膜材作成半圆形圆筒，充气后如同半个轮胎，以此为单元组合成各种屋盖。该膜结构主要用在跨度较小的临时性建筑上。（2）悬挂膜结构-一般采用独立的桅杆或拱作为支承结构将钢索与膜材悬挂起来，然后利用钢索向膜面施加张力将其绷紧，这样

34、就形成了具有一定刚度的屋盖。（3）骨架支撑膜结构-这是以钢骨架代替了空气膜结构中的空气作为膜的支撑结构，骨架可按建筑要求选用拱、网壳之类的结构，然后在骨架上敷设膜材并绷紧，适用于平面为方形、圆形或矩形的建筑物。 （4）复合膜结构-这是膜结构中新的结构体系，由钢索、膜材及少量受压的杆件组成，由于主要用于圆形平面，称“索穹顶”。这个体系包括连续的拉索和单独的压杆，在荷载作用下，力从中心受拉环或桁架通过放射状的径向脊索、谷索、环向拉索、斜拉索传向周围的受压环梁。扇形的膜面从中心环向外环方向展开。通过对钢索施加拉力而绷紧，固定在压杆与接合处的节点上。该结构适用于大跨度的圆形或椭圆形建筑。2大跨度钢结构

35、多用于多功能体育场馆，会议展览中心，博览馆，候机厅，飞机库等。最早跨度最大的平板网架是60 年代美国洛衫矶加里福尼亚大学体育馆91m122m（正放四角锥）。最大的双层网壳是70年代也是在美国建造的休斯敦宇宙穹顶（Astrodome，直径196m）及新奥尔良超级穹顶（Superdome，直径207m）。90年代在日本名古屋又兴建了当今世界上最大跨度的单层网壳，建筑直径229.6m，结构直径 187.2m，采用三向网格，节点为能承受轴力和弯矩的刚性节点。世界上最大的室内体育馆是美国1996年奥运会的主体育馆棗亚特兰大体育馆（拟椭圆形平面，186m235m），采用的是张拉整体体系的屋盖，主要由索、杆

36、、膜组成，是当今最有发展前途的一种新型空间结构。1993年日本建成的福冈体育馆，直径222m，是当今最大的开合钢结构屋顶，而使1989年建成的加拿大多伦多天空穹顶（Skydo me，直径203m），降为世界第二跨度最大的开合结构。超过300m的屋盖结构全部使用钢板和型钢组成，并不是最优方案，近年来研究较为成功的是杂交 （混合）结构，即杆、索、膜混合使用。最为典型的例子就是千禧之年世纪之交的千年穹顶（The Millenium Dome），1997年6月开始拟建，仅用一年时间施工，1998年6月举行升顶仪式，该馆位于英国伦敦泰晤士河南岸格林尼治，是当今世界跨度最大的屋盖，穹顶酷像飞碟，直径320

37、m.穹顶由12根包括10m支座在内的高100m桅杆塔柱（柱本身90m）通过总长度 70km的钢缆绳悬挂起来的，桅杆塔柱布置在直径200m圆周上。穹顶网格由72根成对径向索和7根环向索做成。穹顶高50m，中间设有中心索桁架和70m直径环，上覆盖144块双层巨幅白色涂以特福隆（Teflon）的玻璃纤维布。工程总面积8万m2，总预算7.58亿英镑。馆内将以“标新立异时代”为主题举行展览会以迎接21世纪的到来。馆内设有“人体探秘”、“时光课堂”、“金融之窗”、“地球奇迹”、“展望未来”等12个展区。当然，从理论角度讲，跨度再大的结构也是有可能实现的，为此，日本、美国学者和研究单位都在进行研究。如195

38、9年富勒曾提出建造一个直径3.22km的短程线网壳，覆盖纽约市第23-59号街区，网壳重8万t.日本巴组铁工所曾提出跨度200m、500m及1000m网壳蓝图，其中 500m为全天候多功能体育娱乐活动厅，1000m为创造理想未来城市，体现工作、居住、娱乐一体化的丰富日常生活环境。虽然这种设想在现实当中能否实现还有待于深入研究，但在桥梁方面，1000m左右跨度已经实现，世界上跨度最大的斜拉索桥为日本的多多罗大桥全长为890m；最大的悬索桥为日本的名石大桥 （1991m），公路铁路两用最大跨度桥为香港的青马大桥（悬索桥1377m）。世界最早的双曲抛物面悬索屋盖是著名的美国雷里竞技馆。另外历届奥运会

39、、博览会等都可以显示钢结构的发展水平。如1972年德国慕尼黑（覆盖7.48万m2体育场的索网建筑群），1976年加拿大蒙特利尔，1980年莫斯科，1984年美国洛杉矶，1988年韩国汉城（120m直径体操馆及93m直径击剑馆都是索穹顶）， 1992年西班牙巴塞罗那圣乔地体育馆（128m），1996年美国亚特兰大乔治亚穹顶（ 186m235m索穹顶）。2000年澳大利亚悉尼主体育场（11万人，两个220m70m的双曲抛物面网壳）。机场和机库都属于大跨度结构，在工程中基本上也都采用钢结构。如英国伦敦希思罗机库（一、二期）应是规模比较大的工程。而我国近年来建成的首都机库（2-153m90m）采用三层

40、斜放四角锥网格、焊接球节点平板网架，其跨度规模之大，在国际上是数一数二的，这是我国在钢结构方面的又一大殊荣。机场的钢结构屋盖由于建筑上的要求比较高，更是绚丽多彩。香港机场、马来西亚机场都采用大面积单体网壳形式。目前，国际上以及我国都在流行一种波浪形曲面，树状支承以及直接交汇的相贯节点的立体桁架体系。看起来雄壮而美观。我国深圳机场、首都机场、上海浦东机场就是典型的例子。第四章、钢结构的材料的发展第五章、钢结构的企业的发展 1 浙江杭萧钢构股份有限公司 经过 20 余年的发展，杭萧钢构发展为国内首家钢结构上市公司（股票代码： 600477） ，被列入建设部首批建筑钢结构定点企业和全国民营企业 50

41、0 强，截止 到 2009 年底，公司总资产达到 31.57 亿元，2009 年主营业务收入超过 28.45 亿 元。2004 年，被确定为国家火炬计划重点高新技术企业。与浙江大学、福州大 学和同济大学共同研发的“高层建筑钢混凝土组合结构产业化项目”被列入国 家重点技术创新项目,2010 年通过了住建部专家组论证获得了“国家住宅产业化 基地”认定。 公司拥有安徽杭萧钢结构有限公司、山东杭萧钢构有限公司、江西杭萧钢构有限 公司、河南杭萧钢构有限公司、河北杭萧钢构有限公司、广东杭萧钢构有限公司 及浙江汉德邦建材有限公司、杭州杭萧钢构有限公司等 8 家子公司，集设计、制 造、安装于一体，年钢结构加工

42、能力达 100 多万吨。 公司具有钢结构制造特级资质、钢结构专项甲级设计资质、钢结构专项壹级施工 资质；拥有国家认可实验室，领先同行通过英国皇冠 ISO9001（2000 版）质量 体系认证。与多所著名院校和研究所建立了密切的合作关系，主编和参编 30 多 本国家和地方行业规范，获得近 50 项国家专利成果，多项工程获中国钢结构金 奖。 杭萧钢构系中国工程建设标准化协会常务理事单位， 中国建筑金属结构协会副会 长单位，建筑钢结构委员会副主任委员单位，全国轻型钢结构技术委员会委员单 位，上海金属结构协会副会长单位。 2 浙江东南网架股份有限公司 始建于 2001 年 12 月，前身浙江东南网架集

43、团有限公司成立于 1984 年 1 月，是 一家集设计、制作、安装于一体的大型钢结构上市企业，为国家大跨度空间结构 产业化基地实施单位、国家高新技术企业、中国钢结构协会副会长单位、全国优 秀建筑企业。 公司工程专业承包资质壹级， 制造资质特级， 设计资质甲级， 信用等级 AAA， 生产基地纵横广东、四川、浙江和天津;三省一市，具备年产钢结构、网架 46 万 吨，建筑板材 600 万平方米的制造能力。主要生产大跨度空间桁架结构，空间网 架网壳结构，高层重钢结构，轻钢结构，金属屋面系统等系列产品。产品技术水 平均达国内领先、国际先进，已辐射全国各地，并远销瑞士、越南、马里、蒙古、 印尼、苏丹、安哥

44、拉、哈萨克斯坦、刚果等国家和地区。 创新是企业可持续发展的不竭动力。公司拥有良好的技术创新平台，先后成 立了：钢结构网架设计院、国家级企业技术中心、国家级博士后科研工作站、工 艺研究所和焊接技术试验中心等技术创新平台，不断增强自主创新能力。同时， 东南网架还积极开展产学研合作，与浙江大学、西安建筑科技大学、浙江工业大 学、浙江省建筑设计研究院等多家高等院校、科研单位建立了技术合作关系。 通过自主创新，东南网架新产品、新技术及新工艺层出不穷；拥有自主知识 产权的产品达 100 多种；获授权或受理专利 20 多项；并承接了国家游泳中心水 立方、奥运会羽毛球艺术体操比赛馆、北京射击馆、首都国际机场

45、T3A 航站楼、 广州新白云机场、广州新电视塔、广东科学中心、上海虹桥交通枢纽中心、福厦 线厦门西站、陕西省法门寺合十舍利塔、澳门梦幻之城、刚果布拉柴维尔玛雅玛 雅国际机场等一大批规模大、科技含量高的国内外精品工程。 公司至今共累计完成各类工程 8000 余项（含公司前身） ，先后荣获鲁班奖、 詹天佑奖，国家优质工程奖，空间结构优秀工程奖，国家钢结构金奖等国家和省 部级奖项 70 余项。2008 年，国家游泳中心水立方、首都机场三号航站楼、北京 工业大学体育馆分别荣获 2008 年度国家优质工程鲁班奖。 公司还荣获 2008 年度 国家优质工程银质奖 3 项和詹天佑奖 1 项。 3 江苏常虹钢

46、结构工程有限公司 江苏省常虹钢结构工程有限公司是一个以钢结构建筑体系为主业的建筑安装企 业，总部占地 150 亩，总建筑面积 80000 平方米，拥有国内最先进轻钢结构构件 制造生产线全套设备、工业生产的装备齐全，拥有化验、拉伸、弯曲、冲击、金 相、X 光探伤、超声、磁力、着色、应力、硬度及焊后热处理等一系列先进检测 设备。公司以“团结奋进、开拓进取、勇于创新”为企业精神，以科技为先导，高 起点、高标准开发生产各类金属网架、及轻钢、重钢结构和管桁架结构。为适应 公司逐年增长和发展的需要，进一步完善自身的生产能力，提高产品质量，投入 了大量的资金，进行了三期技术改造。更新了重钢结构和管桁架结构的

47、生产技术 装备和工艺流程，建成了新型的全自动网架生产流水线，轻钢结构生产线和管桁 架结构生产线，热处理生产线，喷漆、烘漆、喷塑表面处理生产线抛丸等一系列 较为齐全的生产体系和质量保证体系。以严密的组织，先进的计算机网络管理， 具备全年完成网架结构 20000 吨，轻钢结构 25000 吨，重钢结构和管桁架构件 15000 吨的新一轮生产能力和竟争实力。可承接各种跨度、各种形式的螺栓球、 焊接球的网架、网壳的结构和管桁架结构。生产经营实施了信息化管理，建立了 企业局域网，OA 办公自动化系统，ERP 企业资源计划系统，以信息化促进企业 向工业现代化发展。 公司还具备国内外认可的 STAAD/CHINA、 3D3S、 MSTCAD、 MSGS 8.0 等钢结构、网架设计软件六套等设计系统。 江苏省常虹钢结构工程有限公司在健全现代企业的科学管理体制的同时， 实 施人才战略，广揽科技人才和管