鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷程
改革開(kāi)放以來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)建筑鋼結(jié)構(gòu)得到迅猛發(fā)展。其生產(chǎn)的鋼材品種、規(guī)格越來(lái)越齊全，鋼材質(zhì)量有了很大的提高，鋼結(jié)構(gòu)形式越來(lái)越新穎，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工技術(shù)越來(lái)越發(fā)達(dá)。如鳥(niǎo)巢、水立方、CCTV新址大樓、廣州新電視塔、上海環(huán)球金融中心、杭州灣跨海大橋等具有代表性的鋼結(jié)構(gòu)建筑在世界上達(dá)到了領(lǐng)先水平，表現(xiàn)為高、大、奇、新等特點(diǎn)。
早期鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展鋼鐵用于建筑結(jié)構(gòu)最早的應(yīng)該是鐵索橋，據(jù)歷史記載，中國(guó)最早的鐵索橋是陜西漢中攀河鐵索橋，建于公元前206年西漢時(shí)期，距今約2200年歷史，該橋經(jīng)過(guò)了多次修復(fù)，于1951年毀壞。距今約1200多年。英國(guó) 1779年建造了一座鐵索橋，俄國(guó)1824年開(kāi)始建鐵索橋，美國(guó)1851年開(kāi)始建鐵索橋，比中國(guó)晚2000年左右。我國(guó)現(xiàn)存最早的鐵索橋是四川大渡河瀘定橋，長(zhǎng)127米，建于1705年，距今約311年，新中國(guó)成立后修復(fù)過(guò)一次，現(xiàn)還在使用。新中國(guó)成立前由外國(guó)人建造的鋼橋有：唐山運(yùn)河鐵路橋 1906年建成，英國(guó)人設(shè)計(jì)，比利時(shí)人建造，為中國(guó)第一座現(xiàn)代鐵路鋼橋;天津金湯開(kāi)啟式鋼橋也建于1906年，2005年整修后重新恢復(fù)開(kāi)啟功能;蘭州中山大橋，建于1907年，長(zhǎng)233米、寬7米，連續(xù)使用至今，2007年維修后改為人行橋，距今109年。由中國(guó)人自行設(shè)計(jì)建造的鐵路鋼橋是 1902～1909年詹天佑主持建造的京張鐵路橋，121座，累計(jì)長(zhǎng)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錢(qián)塘江公鐵兩用大橋。
新中國(guó)成立后，黨和國(guó)家非常重視鋼鐵生產(chǎn)和建筑鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展，具有代表性的工程有：1957年建成我國(guó)第一座跨長(zhǎng)江公鐵兩用武漢長(zhǎng)江大橋，長(zhǎng)1670米，可謂“一橋飛架南北，天塹變通途”，圓了幾代人的夢(mèng)想。1968年建成南京長(zhǎng)江大橋，長(zhǎng)4589米，這是蘇聯(lián)專家撤走并中斷了鋼鐵供應(yīng)和成套技術(shù)后，中國(guó)人自己建造的一座為國(guó)增光的鋼結(jié)構(gòu)橋梁，它開(kāi)創(chuàng)了我國(guó)自力更生建設(shè)大型橋梁的新紀(jì)元。1968年建成首都體育館，屋蓋為平板鋼網(wǎng)架，長(zhǎng)112.9米，寬99米;1975年建成上海體育館，屋面為圓形鋼網(wǎng)架，跨度110米，采用8個(gè)獨(dú)腳拔桿整體抬吊、高空水平移位安裝;1975年建成兵馬俑1號(hào)坑鋼結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)形式為三鉸拱，跨度72米。從此我國(guó)大跨度建筑鋼結(jié)構(gòu)拉開(kāi)了序幕，建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工技術(shù)得到了發(fā)展，尤其是南京長(zhǎng)江大橋和上海體育館鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架，依靠自己力量順利建成，得到外國(guó)有關(guān)專家一致好評(píng)。
改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)新型鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用范圍逐步擴(kuò)大，在新技術(shù)應(yīng)用方面得到了迅猛發(fā)展，有影響的如北京工人體育館、廣州電視塔、北京氣象桅桿、廣州珠江大橋、十一屆亞運(yùn)會(huì)體育館、游泳館、體育場(chǎng)罩棚等鋼結(jié)構(gòu)工程，在建筑造型和結(jié)構(gòu)形式上有了新的突破。從此，拉開(kāi)了我國(guó)建筑鋼結(jié)構(gòu)邁向世界領(lǐng)先水平的序幕。
1990年北京建成京廣中心大廈，高209米，這是我國(guó)第一座超高層鋼結(jié)構(gòu)建筑;1993年建成上海楊浦斜拉索大橋，主跨度602米;1996年建成的深圳地王大廈高383.95米;1997年建成上海8萬(wàn)人體育場(chǎng)，鋼結(jié)構(gòu)罩棚最大懸挑73.5米。這幾個(gè)具有代表性的工程是我國(guó)建筑鋼結(jié)構(gòu)在跨度和高度上的一次大的飛躍。尤其是鳥(niǎo)巢、水立方、CCTV新址、廣州新電視塔、杭州灣跨海大橋等在世界上具有影響的工程為我國(guó)建筑行業(yè)創(chuàng)造了輝煌。
世界鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀建筑鋼結(jié)構(gòu)近年來(lái)在高度、跨度、長(zhǎng)度、造型等方面發(fā)展很快。衡量建筑鋼結(jié)構(gòu)的技術(shù)水平，主要看跨度和高度。多年來(lái)，高層建筑、廣播電視塔、體育場(chǎng)館屋蓋造型在世界各大城市不斷地攀比競(jìng)爭(zhēng)，在人類(lèi)建筑史上創(chuàng)造了一個(gè)又一個(gè)奇跡。
電視塔——到2009年，世界最高電視塔是美國(guó)1963年建成的北達(dá)科他KVLY電視塔，高628.8米，屬柔性纜索全鋼結(jié)構(gòu);廣州電視塔高610米;其次是加拿大多倫多電視塔553米，俄羅斯奧斯坦電視塔540米，上?！皷|方明珠”電視塔高468米。美國(guó)在建的芝加哥螺旋塔，高度610米。
超高層建筑——早期高度300米以上的高層建筑為美國(guó)紐約克萊斯勒大樓，高318.8米，1930年建成;紐約帝國(guó)大廈高381米，1931年建成;美國(guó)世貿(mào)大廈“姐妹塔”高417米，1969年建成;芝加哥韋萊集團(tuán)大廈高442米，1974年建成;我國(guó)1996年建成深圳地王大廈高383.95米;上海金茂大廈高403米，1997年建成;上海環(huán)球金融中心高492米，2007年建成;臺(tái)北101大廈高508米，2006年建成;阿拉伯聯(lián)合酋長(zhǎng)國(guó)“哈里發(fā)塔”高達(dá)828米，2010年1月1日建成，成為世界最高的摩天大樓。美國(guó)邁阿密計(jì)劃修建975米高摩大樓，在不遠(yuǎn)的將來(lái)，世界摩天大樓有望突破 1000米。
最大的跨海大橋——美國(guó)1969年建成龐恰特雷恩湖跨海大橋，長(zhǎng)38400米，可謂世界海上第一橋;中國(guó)杭州灣跨海大橋長(zhǎng)36000米，由杭州慈溪至平湖，2008年5月通車(chē);中國(guó)東海大橋長(zhǎng)32500米，由上海浦東至小洋山島深水港，2005年通車(chē)。
大跨度斜拉索橋——中國(guó)蘇通大橋，跨度1088米，2008年建成;香港昂船洲大橋，跨度1018米，1999年建成;日本多多羅大橋，跨度890 米，1999年建成;法國(guó)諾曼底大橋，跨度856米，1995年建成;上海閔浦大橋，跨度708米，2009年建成。
大跨度懸索橋——日本明石海峽懸索橋，跨度1991米，1998年建成;中國(guó)西堠門(mén)懸索橋，跨度1650米，2009年建成;中國(guó)楊潤(rùn)懸索橋，跨度 1490米，2005建成;中國(guó)江陰懸索橋，跨度1385米，1999年建成;香港青馬懸索橋，跨度1377米，1997年建成。
大跨度鋼結(jié)構(gòu)拱橋——上海盧浦大橋跨度750米，2003年通車(chē);重慶朝天門(mén)拱橋跨度552米。
大跨度房屋建筑——美國(guó)1979年建成底特律體育館，屋蓋為網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，跨度266米，成為世界最大跨度鋼結(jié)構(gòu)建筑;1996年建成亞特蘭大體育館，屋蓋為索、桿、膜張拉結(jié)構(gòu)，跨度235米;日本20世紀(jì)90年代建成的名古屋穹頂，屋蓋為網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，跨度229.6米;英國(guó)2000年建成外形似飛碟狀的展覽館 (千年穹頂)，屬斜拉索鋼結(jié)構(gòu)，跨度320米。北京國(guó)家體育場(chǎng)“鳥(niǎo)巢”，平面為橢圓形343米×292米，屬新型大跨度。“鳥(niǎo)巢”通過(guò)奧運(yùn)會(huì)向世人展示了它的風(fēng)采，在世界建筑史上留下了耀眼的印記。它用最小、最簡(jiǎn)易的原始鳥(niǎo)窩來(lái)表現(xiàn)最大、最復(fù)雜的現(xiàn)代化建筑，可謂一大奇跡。它不同于現(xiàn)代大跨度常用的網(wǎng)架、網(wǎng)殼、拱架等結(jié)構(gòu)形式，也未采用斜拉、預(yù)應(yīng)力等提高跨度的有關(guān)措施，自身支撐，跨進(jìn)了世界大跨度建筑首列。它與體育場(chǎng)罩棚比較，結(jié)構(gòu)最大懸挑長(zhǎng)度79米，尚屬少有。
大懸挑鋼結(jié)構(gòu)——十一屆亞運(yùn)會(huì)前，北京工人體育場(chǎng)改建了一個(gè)鋼罩棚，懸挑長(zhǎng)18米;接著1991年建成北京豐臺(tái)體育場(chǎng)罩棚，最大懸挑長(zhǎng)度25米;上海 1997年建成的八萬(wàn)人體育場(chǎng)罩棚，最大懸挑長(zhǎng)度達(dá)73.5米，達(dá)到了世界領(lǐng)先水平。無(wú)論是懸挑長(zhǎng)度、懸挑高度，還是懸挑重量，北京CCTV新址主樓無(wú)疑為世界第一。它是一個(gè)不對(duì)稱懸挑大樓，樓高234米，兩座塔樓傾斜6°，頂層偏離底層24米，并在163～234米高度處懸挑14層，懸挑重量1.5萬(wàn)余噸，懸挑長(zhǎng)度達(dá)75米。考慮塔樓傾斜24米，結(jié)構(gòu)最大懸挑跨度為99米。單從建筑力學(xué)和技術(shù)難度看，CCTV新址主樓在世界上獨(dú)一無(wú)二。
特種鋼結(jié)構(gòu)——我國(guó)西安的法門(mén)寺合十舍利塔工程，結(jié)構(gòu)形式為鋼骨結(jié)構(gòu)，造型結(jié)合佛教文化，選型雙手合十狀，立面呈多次折線，屬標(biāo)志性特種造型結(jié)構(gòu)。其高 148米，總用鋼量約1.48萬(wàn)噸，施工難度大。法門(mén)寺舍利塔造型比較復(fù)雜，結(jié)構(gòu)形式為鋼骨結(jié)構(gòu)，平面展示為雙對(duì)稱結(jié)構(gòu)，體系高度方向平面變化大。其轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)折節(jié)點(diǎn)以及開(kāi)口數(shù)量多，層間尺寸大，外形三次折線往復(fù)變化，鋼骨柱長(zhǎng)度變化頻繁。此外該工程采用懸挑形式施工，使施工難度加大。該工程為筒體鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)，上部屬多向懸挑，施工過(guò)程鋼結(jié)構(gòu)變形大，安裝過(guò)程必須采取一系列技術(shù)措施，質(zhì)量要求高。該工程焊縫等級(jí)為一級(jí)，檢驗(yàn)等級(jí)為B級(jí)，評(píng)定等級(jí)為I 級(jí)。低溫焊接，要達(dá)到這一標(biāo)準(zhǔn)，必須采取一系列有效的技術(shù)措施方能滿足。結(jié)構(gòu)安裝難度大。塔樓高127米，54～74米向外傾斜54°，74～104米向內(nèi)傾斜54°，懸臂部分外伸22.5米，由于周?chē)两ㄊ┕?，常?guī)外支撐安裝方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)，給施工帶來(lái)很大的技術(shù)難題。施工單位克服以上重重困難，打破常規(guī)，采用一系列科學(xué)先進(jìn)的施工技術(shù)，用8個(gè)月時(shí)間按期完成了1.48萬(wàn)噸鋼結(jié)構(gòu)安裝任務(wù)，在國(guó)內(nèi)特種結(jié)構(gòu)施工領(lǐng)域又創(chuàng)造了一個(gè)奇跡。
中國(guó)鋼結(jié)構(gòu)之輝煌建筑鋼結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新是無(wú)休止的，它激發(fā)和推動(dòng)人類(lèi)在建筑史上不斷創(chuàng)造奇跡，是人類(lèi)挑戰(zhàn)大自然的本能，是人類(lèi)社會(huì)進(jìn)步、科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果。“鳥(niǎo)巢”以跨度最大、結(jié)構(gòu)奇特震撼人心。它與“水立方”對(duì)應(yīng)，勾畫(huà)出一幅最完美、最和諧的北京奧體藍(lán)圖。它代表了中國(guó)建筑業(yè)先進(jìn)技術(shù)直向世界。 “CCTV新址”無(wú)疑是世界懸挑最大的高層建筑，也是設(shè)計(jì)和施工難度最大的工程?！胺ㄩT(mén)寺舍利塔”是代表佛學(xué)理念的新型特種結(jié)構(gòu)，是現(xiàn)代建筑和佛教文化相結(jié)合的藝術(shù)品?！爸袊?guó)蘇通大橋”以跨度1088米，成為世界跨度最大的斜拉索橋梁?！吧虾１R浦大橋”以跨度750米，成為世界跨度最大的鋼結(jié)構(gòu)拱橋?！爸袊?guó)西堠門(mén)大橋”以跨度1650米，成為國(guó)內(nèi)第一、世界第二的懸索橋梁?！昂贾轂晨绾４髽颉币蚤L(zhǎng)度36千米成為亞洲第一、世界第二的跨海大橋。“廣州新電視塔”以610米高度成為亞洲第一、世界第二的電視塔?！傍B(niǎo)巢”和“水立方”雖曾有爭(zhēng)議，但她們代表我國(guó)建筑鋼結(jié)構(gòu)先進(jìn)技術(shù)走向了世界，特別是通過(guò)奧運(yùn)會(huì)亮相，已被世人認(rèn)同。她們以最新的服飾、最美的儀容、最優(yōu)美的舞姿在世界建筑舞臺(tái)上盡情炫耀;她們集新、奇、大于一體，集漂亮、精致、宏偉于一身，向世界證明了中國(guó)建筑鋼結(jié)構(gòu)的輝煌成就。