薄壳结构在工程中的应用
空间结构在工程中的应用
摘要：随着科技的日新月异的发展，空间结构在工程中的应用也越来越多，占着很重要的位置。空间结构指结构构件三向受力的大跨度的，中间不放柱子，用特殊结构解决的叫做空间结构。有以下五种类型：网架结构、悬索结构、壳体结构、管桁架结构、膜结构。下面让我们看一看空间结构在工程中的应用。
关键词：空间结构；应用；发展
1、研究空间结构在工程中的应用的意义
1.1空间结构在国内外科技创新发展概况和最新发展趋势
当今国际新型空间结构发展的热点当属张拉整体结构体系、膜结构、玻璃采光顶钢网壳等轻型体系。
1.1.1张拉体结构体系
1962年美国著名建筑大师R.B.Fuller提出张拉整体概念，并创造了Tensegrity 一词。Fuller将此形象地定义为使压杆成为拉杆海洋中的孤岛。1984年美国D．H．Geiger利用此概念构造了连续受拉索和不连续的压杆组成的预应力空间结构索穹顶，1988年用于汉城奥运会体育场馆与击剑馆以来，世界上已建索穹项十余幢。美M．ELevy和T．EJing设计的1996年亚特兰大奥运会主场馆，平面尺寸240×192m，更是得到了世界各国的瞩目。IASS--2004大会共有20多篇与此相关的论文。主要研究开拓新的结构型式、结构体系的判定、找型分析的运动学和静力学方法、预应力模态和优化设计、温度效应分析、稳定问题、施工成形技术全过程分析等。IASS委员会执委法国R．Morro经过十年研究，于2003年出版了索穹顶的专著，认为该类体系为结构的未来；2002年日本K．Kawaquchi等在Chiba建造了一对张拉整体框架，上有薄膜屋面，用以研究温度变化对结构的影响。
1.1.2 模结构
膜结构以其造型千姿百态、施工安装快速、自重轻、透明度较好等优点受到建筑界的青睐，近十余年来在国内外得到较迅速发展。IASS--2004大会就有12位教授应大会邀请作了“膜结构在中国的发展与现状”的报告。
在世纪交接之际，在英国伦敦格林尼治半岛出现的直径365米的千年穹顶，在12根100m高的钢桅杆悬吊中更显得挺拔雄伟，夜光中甚是光彩夺目；2003年巴西在露天剧院上建造了两个不对称的柔性边界的锥形膜屋盖结构，长70m、宽50m 为巴西最大的柔性边界膜结构。还有法国里昂机场候机楼，采用骨架式膜结构，投产快、使用效果良好，半年内即收回成本，甚得业主的欢迎。以及罗马体育场，白色的雕塑群与白色膜屋盖相伴，令人意气风发、耳目一新。
1.1.3玻璃采光顶与玻璃结构
现今空间结构向透明与轻型两方向发展，很自然玻璃材料更吸引建筑师的目光。室内采光的渠道不仅是从门窗和玻璃幕墙，现已进一步发展到在大跨房屋上采用玻璃采光顶。有关玻璃的应用分为两类，一是玻璃作为非承重构件的屋面、幕墙等，另一是玻璃直接用作承重结构材料。当今主要是作为覆盖材料有了较多的应用，有关其结构支撑体系有不少问题正在研究。
1998年建成的德国柏林DZ银行以其大曲率的玻璃采光顶而闻名。值得重点提及的是随团重点考察的正在施工的意大利米兰新博览会工程，被称为目前欧洲规模最大和建造最快的建筑。整个博览会工程占地120公顷，建筑面积53万平方米，施工周期仅30个月。共8个展览馆，6个单层(240×160m)、2个双层(240×120m)。端部飘扬着高39m的海洋波帆，展览馆中央通道上为1200×32m的波浪帆。整个工程如乘风波浪、汹涌澎湃、雄伟壮观，显示了玻璃采光顶钢网壳空间结构的风采；2002年建成的柏林LehrterBahnhof铁路车站，也引人注意。玻璃作为结构材料问题已有少量研究探索。1998年曾作过玻璃拱，现有德国L¨Blandini，W．Sobek设计建造了直径8．5m的玻璃穹顶，厚度仅10mm,是成功的尝试。有关其材料力学特性、节点、支座等系列问题尚有待于研究，前景如何尚无定论。
1.2空间结构的应用对社会发展的作用
空间结构建筑的发展推动了社会的发展，它大大地改变了人们的生活场所，为人们的生活带来了很大的改变，是我们不可或缺的一部分。
2、空间结构的研究内容
2.1具体研究开发内容和要重点解决的关键技术问题
当今国际空间结构科研的焦点当属抗震分析及动力稳定性、结构控制、抗风
设计、结构损伤识别。以上四方面均属于大跨空间科技前沿课题，为国外关注的焦点与难点。
2.1.1 抗麓分析硬动力稳定性
弹性阶段抗震分析：有关抗震分析现研究较多的是多维地震输入、动力分析中结构阻尼的取值、上部结构与支承体系共同工作等问题。日本建筑学会于2003年专门组织了结构阻尼比评定委员会，对205幢多高层建筑进行阻尼比实测，其中钢结构137栋，钢与混凝土组合结构43栋，混凝土结构25栋，系统分析了个各参数影响，给出了阻尼比简化计算公式。虽然没有包括大跨结构，但钢结构的结果可以参考。日本Y．Taniguchi用1．8X2．1m的双层柱面网壳模型对有薄膜屋面与无屋面覆盖两种情况的阻尼比进行了对比。日本T．Kumaqai等以单层球面网壳为例，研究了单维输入与水平竖向同时多维输入阶跃荷载的动力响应时程的区别，得出了需对网壳进行多维分析的结论。
弹塑性性能及动力稳定性：对于结构的弹塑性性能及动力稳定性等集中在强震作用下弹塑性响应及动力稳定性。在强烈地震作用下，大跨空间结构的弹塑性分析现处于初始研究阶段。主要研究弹塑性分析方法、内力位移响应规律、在强震下结构的变形能力与耗能能力、破坏机理、可能的动力失稳
破坏。后者主要研究动力稳定性的判别方法，空间结构动力稳定性的临界荷载等问题。
2.1.2 结构摄动控翻。
结构振动控制虽可追溯到百年之前已出现的基础隔震，但现代结构控制理论的提出与建立仅是近30余年的事，至今结构控制仍处于研究阶段。意大利GC．Giuliani对国际结构振动控制研究现状作了综述。除了被动控制有一定应用外，其他主动控制、半主动控制、混合控制均仅属于起步阶段，国外仅有少数几个实例。
大跨空间结构虽然受力性能好，在一些地震中经历了考验(如日本阪神大地震中网壳结构)，但由于作为公共建筑更广泛的社会影响，进行振动控制更显得必要。由于空间结构自由度甚多、频率密集、往往是高阶振型对动力响应贡献较大，空间受力特性明显，因此如何对大跨空间结构进行有于效的振动控制是当今国际研究焦点之一，更是处于初始起步期。
2.1.3 风致响应分析
由于索膜轻型结构对风作用敏感，如何考虑气流与结构的相互作用(流固耦
合效应)是空间结构研究难点之一。
对于索膜结构，随着结构变形风荷载明显变化，若仅按经验估计的一个风振系数，显然不符合实际，更不可能涉及气动失稳问题。现一般在有条件情况下尽量作风洞试验，但大量做试验终究是成本高，难以普及。近几年提出的数值风洞方法是很有前途的新动向。现在研究对流固耦合效应正确模拟的计算模型，已在桥梁颤振分析中应用。
英国J．Buton等对几个1：100锥形膜屋盖进行风洞试验，研究了流体与膜结构之间的耦合效应，找出随结构变形风荷载变化情况，并与数值风洞分析结果相比较。
意大利GBartoli等对希腊Piraeaus靠海的新奥林匹克足球场屋盖进行了边界
层风洞。该屋盖有14个悬臂钢格构支承，跨度33m。试验研究了各方向的来风的影响，找出空气动力系数平均值、标准差、最大最小值，并在时域中进行动力响应分析，研究了可能引起的共振作用。
2.1.4 结构损伤识别
虽然该学科已有几十年研究历史，但由于结构的离散性、实测及理论上的难度，虽已有一些理论分析方法和研究成果，但至今尚还没有公认的较简单实用方法。所以仍属于科技前沿课题。近年各国更感到进行工程结构损伤识别的重要性，如美国联邦高速公路行署报告中指出美国有42％公路桥有大小不同的损伤，为预防破坏需要限制车辆载重、通行量和维修。此外亦有些房屋建筑破坏的实例。因此结构损伤识别更成为国际科研焦点之一。
对结构损伤识别必定基于实测数据的基础上。在静力响应数据和动力响应数据两类中，由于前者对实际建筑加至同样数量级的荷载的困难及测得数据的局限性等缺陷，现国际上均倾向于基于动力测试的结构识别。
基于动力测试数据基础上的结构损伤识别方面，现研究较多的是集中在基于传统数学的动力特性参数分析法和基于神经网络的智能化信息处理系统。
西班牙A．Samartin采用动力测试数据，基于频率、振型、刚度变化，针对金属壳板结构与混凝土结构两类体系，提出了结构损伤识别方法。第一类体系按三级识别，即影响结构安全度的裂缝、局部裂缝和影响耐久性的表面裂缝。第二类混凝土结构由于材料不匀质、有细小裂缝时其频率与振型等特征参数的变化难以在实测中反映出来，所以难度更大。
2.2 空间结构的创新
刚柔性组合空间结构是空间结构的一个重大创新。由刚性基本单元和柔性基本单元组成(也可称杂交构成)的空间结构可称为刚柔性组合空间结构，它可充分发
挥刚性与柔性建筑材料不同的特点和优势，构成合理的结构式．因此，刚柔性组合空间结构是今后、特别是现代空间结构发展的一个重要趋向。
2.2.1 由板壳单元(为主)和索单元组成的刚柔性组合空间结构。现只有一种具体结构形式，即悬挂薄壳。
单向单层悬索在挂混凝土屋面小板的同时另加适量超载，灌缝形成整体后，再把超载卸去，即可构成预应力悬挂薄壳结构．对鞍形索网结构，在挂板、灌缝后可对承重索施加预应力，也可构成悬挂薄壳结构。
2.2.2 由杆单元(为主)与索单元组成的刚柔性组合空间结构，有四种具体结构形式
预应力网架(壳)：通常在网架下弦的下方、双层网壳的周边设置裸露的预应力索，以改善结构的内力分布，降低内力峰值，提高结构刚度，可节省用钢量。1994年建成的六边形平面对角线长93．6m清远体育馆采用六块组合型双层扭网壳，在相邻六支座处采用了六道预应力索。1995年建成的缺角八边74．8m×74．8m 攀枝花体育馆，采用双层球面网壳，在相邻八支座处设置八榀平面桁架，其下弦选用了预应力索。采用预应力网架(壳)比非预应力网架(壳)可节省钢材用量约25％。
斜拉网架(壳)：在网架、双层网壳的上弦之上，设置多道斜拉索，相当于在结构顶部增加了支点，减小结构的跨度，提高刚度．而且斜拉索尚可施加预应力，改善结构内力分布，节省钢材耗量．二十世纪八九十年代斜拉网架(壳)在我国已开始获得推广应用．代表性的工程有：1993年建成的新加坡港务局仓库采用4幢120mX 96m六塔柱、2幢96m×70rn四塔柱斜拉网架。1995年建成的山西太旧高速公路旧关收费站采用14m×65m独塔式斜拉双层。2000年建成的杭州黄龙体育馆中心体育馆，采用月牙形50m×244m双塔柱斜拉双层网壳。
张弦立体桁架：以立体桁架替代张弦梁的上弦梁便构成张弦立体桁架。2002年建成的广州国际会展览中心，便采用了跨度为126．6m张弦立体桁架。2008年建成的奥运会国家体育馆采用114m×144m双向正交的张弦桁架(平面桁架)结构。
预应力装配弓式结构：早年这种弓式结构曾用于小型机库。1994年建成了45m 跨度的北京钓鱼台国宾馆室内网球场弓形屋盖，其中段在纵向可开启。
2005年建成了北京温都水城72m跨度嬉水乐园，局部屋盖也可开放．这种预应力装配弓式结构特别适用于可装拆的临时性仓库建筑和舞台建筑，曾建成
跨度达130m构筑物，施工安装方便。
3、空间结构的应用及市场概况
3.1空间结构的应用市场概况及需求情况
目前空间结构建筑在国内外市场的需求十分广泛，很多大型建筑都用到了空间结构。在这里我们主要说说现代空间结构的发展趋势。
3.1.1 现有发展条件
建筑行业已成为国民经济发展的主要支柱产业；大型公共建筑已成为一个城市乃至一个国家的经济、文化、建筑技术发展水平的重要标志; 大跨度建筑体现了新颖、美观、实用的建筑目的; 现代大跨度建筑能成为带动其它行业发展的龙头; 八十年代空间网架的推广应用，带动大批钢构企业的产生和发展; 现代大跨度建筑使原有的建筑制造安装企业得到技术、观念的更新，并有效地促进相关行业，如材料、机械、电子控制等的发展。
3.1.2发展机遇
国民经济的持续飞速发展、西部大开发战略和振兴东北战略的实施、北京奥运会场馆设施建设、上海世博会场馆设施建设。
3.1.3 大跨度空间结构体系的发展过程
大跨度空间结构体系是结构方面近50年来最活跃的领域。结构形式经历了由传统的梁肋体系、拱结构体系、桁架体系、薄壳空间结构体系，到现代的网架、网壳、悬索、悬挂（斜拉）、充气结构、索膜结构、各种杂交结构、可伸展结构、可折叠结构以及张拉集成结构等。
3.1.4发展现状
已有的大跨度空间结构体系基本上可分为三大分支：刚性体系 (折板、薄壳、网架、网壳、空间桁架等); 柔性体系 (索结构、膜结构、索膜结构、张拉集成体系等); 杂交体系 (拉索—网架、拉索—网壳、拱—索、索—桁架等); 由于“柔”性化，使得结构表现出很强非线性特征，因而每种新结构体系的出现，都可能引出全新的问题需要解决。虽仅有几十多年的历史，但已充分表明这是
一类很有活力、适应性强、方兴未艾的结构体系。
3.1.5 主要发展趋势
张拉结构体系，包括索穹顶、索桁架、张弦梁等在内的柔性大跨度结构在分析理论、设计方法、工程应用方面需要进一步发展。开启式结构的发展与应用，要求其不固定于封闭的室内环境。各类杂交、组合结构的发展与应用。
3.1.6研究展望
材料、施工技术等相关方面的突破：新材料、新结构、新技术、新节点、新工艺、新的制作、安装与控制技术。结构体系上的突破：特别对最热门的索一杆(梁)杂交结构体系和索穹顶，以填补我国的空白。结构形式的突破：各类可开启式、可展开式空间钢结构体系。分析理论及控制技术的突破：抗风、抗震计算理论；针对各类新体系的不同特殊问题、实用的设计方法；施工过程模拟计算理论与技术。重要空间结构的健康监测；使用过程中的检测技术与安全性评定方法；火灾、风灾及地震作用下的灾害控制。
3.2 空间结构应用一些实例
3.2.1 在园林建筑中的应用
空间结构在我国大型的公共建筑中发挥了重要的作用,同样在我国园林建筑中也起到不容忽视的作用, 深受园林建筑师的重视。以空间结构在我国园林建筑中的应用所取得的成就意义来看主要有三个方面: 1) 在园林建筑中应用新材料代替了木材、砖、石; 2)在结构上趋于计算更合理的利用空间; 3) 适用于形态多样的造型, 结构稳定强度大, 能塑造大型空间建筑, 节省物力、财力。这些空间结构所具有的优越性在园林建筑应用发展中具有十分重要的意义。
现代公园是人们休闲活动的场所, 往往人流大, 活动内容丰富, 其建筑也是多种多样, 在造型上要求美观新颖独特又能整体统一而又有变化的新型空间结构, 空间这一结构就能充分发挥它的作用, 它适合规则的正方形、长方形、圆形、椭圆形, 也适合三角形和多边形及一些不规则的形状, 使用灵活。其次还可做成形式多样的悬挑结构, 经济、实用、美观、安全是它可发展的优势。再次就是材料上的应用, 重视复合材料的应用, 变化创新结构形式,注重结构的减轻, 是空间结构发展的前景, 比如在材料方面当前所大量采用的套箍混凝土由于它强度高, 重量轻、塑性好, 延性大的特点, 通过它可塑出造型优美、体型轻巧的空间建筑, 像轻骨料混凝土, 高强混凝土, 纤维混凝土, 预应力混凝土等都很
适宜薄壳结构的建筑应用, 再就是采用压型钢板, 组合构件又可形成多种不同的圆形、弧形、拆扇状屋盖, 造型可形成多种变化, 建筑施工又快又好。园林建筑师首先是结构方案的创作者, 使建筑的受力结构以简图方案为基础正确进行设计, 又能做到以最简单和最自然的方式把载荷和应力传递到柱子和基础上, 仅有一个方案是不够的, 特别在结构尺寸很大, 必须将结构外露的时候, 就需要通过各部分的比例, 充分发挥材料的承载能力, 并在材料承载允许范围内, 使结构骨架构成结构的主体, 使整个结构完美实在。建筑设计的精髓在于以简化的方式基础针对性的估算, 也就是说要具有将复杂体系分解为几个基本部分的能力, 如果仅有实践经验, 而不具有这些基本的掌握和控制能力, 即使是一个中等大小的结构物也无法确定它的尺寸, 这也是需要我们在空间结构时予以重视的。
3.2.2在体育建筑中的应用
纵观国内外的体育建筑, 其主要采用的结构形式有以下两类①薄壳结构②悬索结构。随着建筑科学技术水平的提高, 在近年来的体育建筑中, 出现了组合索网、组合网壳、预应力钢扭网等等新的屋盖结构形式, 但其原理都离不开上述两类典型结构形式。下面就详细讨论这两种典型结构及其在体育建筑中的应用1957年设计的罗马小体育馆采用装配整体式扁球壳顶,其内径为58.54m, 高21m, 壳顶由1620块预制菱形板组成, 在板块中间配筋灌缝, 并在预制板表面浇混凝土后浇层使之成为整体壳顶。壳顶边缘处的斜向推力由36个Y形人字架来承受,。该建筑的个形倾斜的支柱形式独特、造型优美, 形支柱不仅受力合理, 而且与屋盖的拱肋结构形式统一, 使形与结构达到完美的和谐。悬索结构在体育建筑中应用例子最多, 50年代中期美国耶鲁大学溜冰场即为一例。该溜冰场采用单拱支撑的悬索屋盖, 屋盖正中屋脊处为一钢筋硅单拱, 拱跨101.6m, 高53.4m, 拱顶截面为91.5mm x 153cm屋顶钢索直径24mm, 中距1.83m, 上端锚固于拱顶, 下端锚固于曲线形的侧墙顶曲梁上, 侧墙中距55.8m, 屋脊两侧各设9根纵向稳定钢索, 并施加预应力。悬索下端的钢筋硷曲梁在平面上为抛物线承受下端拉力, 纵向稳定索的两端设有钢析架以承受稳定索拉力,屋盖悬索上铺以木质板。整个建筑平面近似于椭圆形, 中心设溜冰场, 可以容纳3000人。
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钢结构住宅应用技术
钢结构住宅应用技术 5.10.1 技术内容 钢结构住宅建筑设计应以集成化住宅建筑为目标，应按模数协调的原则实现构配件标准化、设备产品定型化。采用钢结构作为住宅的主要承重结构体系，对于低密度住宅宜采用冷弯薄壁型钢结构体系为主，墙体为墙柱加石膏板，楼盖为C型格栅加轻板；对于多、高层住宅结构体系可选用钢框架、框架支撑（墙板）、筒体结构、钢框架—钢混组合等体系，楼盖结构宜采用钢筋桁架楼承楼板、现浇钢筋混凝土结构以及装配整体式楼板，墙体为预制轻质板或轻质砌块。目前钢结构住宅的主要发展方向有可适用于多层的采用带钢板剪力墙或与普钢混合的轻钢结构；可适用于低、多层的基于方钢管混凝土组合异形柱和外肋环板节点为主的钢框架体系；可适用于高层以钢框架与混凝土筒体组合构成的混合结构或以带钢支撑的框架结构；以及适用于高层的基于方钢管混凝土组合异形柱和外肋环板节点为主的框架-支撑和框架-核心筒体系以及钢管束组合剪力墙结构体系。 轻型钢结构住宅的钢构件宜选用热轧H 型钢、高频焊接或普通焊接的H 型钢、冷轧或热轧成型的钢管、钢异形柱等；多高层钢结构住宅结构柱材料可采用纯钢柱或钢管混凝土柱等，柱截面形状可采用矩形、圆形、L形等；外墙体可为砂加气板、灌浆料墙板或蒸压加气混凝土砌块，内墙体
可选用轻钢龙骨石膏板等板材，楼板可为钢筋桁架楼承板、叠合板或现浇板。 除常见的装配化钢结构住宅结构体系之外，模块钢结构建筑开始发展。模块建筑是将传统房屋以单个房间或一定的三维建筑空间进行模块单元划分，每个单元都在工厂预制且精装修，单元运输到工地整体连接而成的一种新型建筑形式。根据结构形式的不同可分为：全模块建筑结构体系以及复合模块建筑结构体系，复合模块建筑结构体系又可分为：模块单元与传统框架结构复合体系、模块单元与板体结构复合体系、外骨架（巨型框架）模块建筑结构体系、模块单元与剪力墙或核心筒复合结构体系；模块外围护墙板可选用加气混凝土板、薄板钢骨复合轻质外墙、轻集料混凝土与岩棉板复合墙板；模块底板可采用钢筋混凝土结构底板、轻型结构底板；顶板可为双面钢板夹芯板。 钢结构住宅建设要以产业化为目标做好墙板的配套工作，以试点工程为基础做好钢结构住宅的推广工作。 5.10.2 技术指标 钢结构住宅结构设计应符合工厂生产、现场装配的工业化生产要求，构件及节点设计宜标准化、通用化、系列化，在结构设计中应合理确定建筑结构体的装配率。 钢材性能应符合现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017和《建筑抗震设计规范》GB50009的规定，可优先
当今钢结构行业发展前景和趋势
2.从设计,施工,钢结构工业化生产看,越来越多的标志性钢结构建筑,已经足够证明我国的钢结构建筑无论从设计施工,还是从设计到钢结构件的工业生产加工,专业钢结构设计人员的素质在实践中得到不断提高,一批有特色有实力的专业研究所,设计院,建筑施工单位,施工监理单位都在日臻成熟,专业性,技术性,规模化更加完善. 随着钢结构建筑的遍地开花,我国各地分别建起了钢结构的标志性建筑,如,世界第三高度421米的上海金茂大厦，具有国际领先水平，高度279米的深圳赛格大厦，跨度1490米的润扬长江大桥，跨度550米的上海卢浦大桥，345米高的跨长江输电铁塔，以及首都国际机场，鸟巢国家体育中心，首钢钢结构厂房建筑等等许多彩钢结构体系的重要工程，标志着建筑钢结构正向高层重型和空间大跨度钢结构发展。 3．从钢结构应用范围看，我国的钢结构建筑正从高层重型和空间大跨度工业和公共建筑钢结构向住在发展。近年来，随着城市建设的发展和高层建筑的增多，我国钢结构发展十分迅速，钢结构住宅作为一种绿色环保建筑，已被建设部列为重点推广项目。其实，我国钢结构住宅很晚，只是改革开放后，从国外引进一些低层和多层钢结构住宅，才使我们有了学习与借鉴的机会。1986年意大利钢铁公司和冶金部建筑研究总院合作介绍一种低层钢结构住宅建筑体系——Bsis,并在冶金部建筑研究总院院内建造一栋二层钢结构住宅样板房。1988年日本积水株会社赠送上海同济大学二栋钢结构住宅（二层），建在同济新村中。90年代个别国外公司推推广其产品在北京、上海等地建立多层钢结构办公，住宅楼。大规模研究开发、设计制造、施工安装钢结构住宅还是近几年才发展起来。这说明了钢结构住宅的发展势头良好。 4．钢结构作为绿色环保产品，与传统的混凝土结构相比较，具有自重轻、强度高、搞震性能好等优点。适合于活荷载点总荷载比例较小的结构，更适合与大跨度空间结构、高耸构筑物并适合在软土地基上建造。也符合环境保护与节约、集约利用资源的国策，其综合经济效益越来越为各方投资者所认同，客观上将促使设计者和开发商们选择钢结构。也正是钢结构建筑的这些优点和实用性，引起了政府的高度重视和推广，并把钢结构住宅作为我国十五期间的重点推广项目。 5．钢结构的发展趋势表明，我国发展钢结构存在着巨大的市场潜力和发展前景，这存在的巨市场潜力和发展前景及趋势，主要来源于： （1）我国自1996年开始钢产量超过一亿吨，居世界首位，1998年投产的轧制H型钢系列钢结构发展创造了良好的物质基础。 （2）高效的焊接工艺和新的焊接、切割设备的应用以及焊接材料的开发应用，都为发展饮结构工程创造了良好的条件。、 （3）1997年11月建设部发布的《中国建筑技术政策》中，明确提出发展建筑钢材、建筑钢结构和建筑钢结构施工工艺的具体要求，使我国长期以来实行的“合理用钢”政策转变为“鼓励用钢”政策，将为促进钢结构的推广应用起到积极的作用。 （4）钢结构行业将出现一批有特色有实力的专业设计院，研究所，年产量超过20万吨的大型钢结构制造厂，有几十有技术一流，设备先进的施工安装企业，上千家中小企业相互补充，协调发展，逐步形成较规范的竞争市场。、 6 发展钢结构住宅是我国住宅产业化的必由之路。住宅产业化是我国住宅发展的必由之路，这将成为推动我国经济发展新的增长点。钢结构住宅体系易于工业化生产，标准化制作，与之相配套的墙体材料可以采用节能、环保的新型材料，它属绿色环保性建筑，可再生重复利用，符合可持续发展的战略，因此钢结构体系住宅成套技术的研究成果必将大大促进住宅产业的快速发展，直接影响着我国住宅产业的发展水平和前途。 随着钢结构建筑的发展，钢结构住宅建筑技术也必将不断的成熟，大量的适合钢结构住宅的新材料也将不断的涌现，同时，钢结构行业建筑规范、建筑的标准也将随之逐渐完善。相
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浅析仿生设计在建筑中的运用 摘要：仿生设计学，亦可称之为设计仿生学（Design Bionics），它是在仿生学和设计学的基础上发展起来的一门新兴边缘学科。仿生建筑以生物界某些生物体功能组织和形象构成规律为研究对象，探寻自然界中科学合理的建造规律，并通过这些研究成果的运用来丰富和完善建筑的处理手法，促进建筑形体结构以及建筑功能布局等的高效设计和合理形成。 关键词：仿生设计学中国仿生建筑结构仿生形态仿生功能仿生 中图分类号: TU2 文献标识码：A 前言 仿生设计学，亦可称之为设计仿生学（Design Bionics），它是在仿生学和设计学的基础上发展起来的一门新兴边缘学科。从某个意义上说，仿生建筑也是绿色建筑，仿生技术手段也应属于绿色技术的范畴。 随着当今居住环境的巨大变化，仿生建筑的研究赋予了追求健康生活，改善生态环境的目标，仿生设计在建筑中的运用探析体现了建筑师对可持续发展意识和人类居住环境的关心。 1仿生建筑学原理及发展趋势 仿生建筑学的原理就是以生物界某些生物体功能组织和形象构成规律为原理，探索自然界科学合理的建筑规律，并通过这些原理来丰富和完善建筑处理手法，促进建筑形体结构及建筑功能布局等的高效设计和合理形成。建筑设计师在设计中引入一定的生物的特点、性能、结构和功能，使得建筑设计更加实用、更加具有美感、更加节约材料等，最终实现建筑设计的改良和优化。 随着人类社会的不断发展，建筑仿生是一个老课题，也是一种最新的科研趋向，它愈来愈引起人们的注意。建筑仿生也呈现出来新特征，主要体现在四个方面，包括环保节能、标准化、智能、多维空间。从城市总体到单体建筑，从居住环境到材料都可涵盖。未来的城市将是仿生与生态的城市。 2仿生设计在现代建筑中的运用 2.1结构仿生 生物为了存在和发展都具有一定的强度、刚度和稳定性的结构,在长期进化过程中自然而然地形成最合理、最稳定、最经济的结构形态。如一只蛋壳、一个蜂巢，看似弱小，却能承受很大的外力。比如蛋壳的拱形结构与其表面的弹性膜一起构成了预应力结构，在工程上称为薄壳结构。自然界中巧妙的薄壳结构具有
薄壳结构
建筑结构选型 ——薄壳结构 学校： 专业班级： 指导老师： 小组成员：
摘要 大跨建筑中的壳体结构通常为薄壳结构，即壳体厚度于其中的最小曲率半径之比小于1/20，为薄壁空间结构的一种，它包括球壳、筒壳、双曲扁壳和扭壳等多种形式。他们的共同特点在于通过发挥结构的空间作用，把垂直于壳体表面的外力分解为壳体面内的薄膜力，再传递给支座，弥补了板、壳等薄壁构件的面外薄弱性质，以比较轻的结构自重和较大的结构刚度及较高的承载能力实现结构的大跨度。 关键词 形态分类受力特点应用与发展案例研究 正文 1 薄壳结构的定义 壳，是一种曲面构件，主要承受各种作用产生的中面内的力。薄壳结构就是曲面的薄壁结构，按曲面生成的形式分为筒壳、圆顶薄壳、双曲扁壳和双曲抛物面壳等，材料大都采用钢筋和混凝土。壳体能充分利用材料强度，同时又能将承重与围护两种功能融合为一。 1.1薄壳结构的特点 壳体结构一般是由上下两个几何曲面构成的空间薄壁结构。两个曲面之问的距离即为壳体的厚度(δ)，当δ比壳体其他尺寸(如曲率半径R，跨度等)小得多时，一般要求δ/R≤1/20(鸡蛋壳的δ/R≈1/50)称为薄壳结构。现代建筑工程中所采用的壳体一般为薄壳结构。而薄壳结构为双向受力的空间结构，在竖向均布荷载作用下，壳体主要承受曲面内的轴向力(双向法向力)和顺剪力作用，曲面轴力和顺剪力都作用在曲面内，又称为薄膜内力。而只有在非对称荷载(风，雪等)作用下，壳体才承受较小的弯矩和扭矩。 由于壳体内主要承受以压力为主的薄膜内力，且薄膜内力沿壳体厚度方向均匀分布，所以材料强度能得到充分利用；而且壳体为凸面，处于空间受力状态，各向刚度都较大，因而用薄壳结构能实现以最少之材料构成最坚之结构的理想。 由于壳体强度高、刚度大、用料省、自重轻，覆盖大面积，无需中柱，而且其造型多变，曲线优美，表现力强，因而深受建筑师们的青睐，故多用于大跨度的建筑物，如展览厅、食堂、剧院、天文馆、厂房、飞机库等。 不过，薄壳结构也有其自身的不足之处，由于体形多为曲线，复杂多变，采用现浇结构时，模板制作难度大，会费模费工，施工难度较大；一般壳体既作承重结构又作屋面，由于壳壁太薄，隔热保温效果不好；并且某些壳体(如球壳、扁壳)易产生回声现象，对音响效果要求高的大会堂、体育馆、影剧院等建筑不适宜。 2 薄壳结构型式与曲面的关系 2.1旋转曲面 由一平面曲线作母线绕其平面内的轴旋转而成的曲面，称为旋转曲面。该平面曲线可有不同形状，因而可得到用于薄壳结构中的多种旋转曲面，如球形曲面、旋转抛物面和旋转双曲面等（如下图）。圆顶结构就是旋转曲面的一种。
钢结构建筑的发展现状和应用前景
钢结构建筑的发展现状和应用前景 目前，钢结构建筑已经被广泛地应用于厂房建设、民用建筑和公共建筑中。在现有的技术条件下，研究、开发钢结构建筑，使其在经济发展中发挥更大的作用是当前建筑行业关注的热点问题。本文，笔者阐述了钢结构建筑的概念，总结了钢结构建筑的发展现状，分析了钢结构建筑的应用前景。 一、钢结构建筑的概念和发展现状 1.钢结构建筑的概念。无论是哪一种建筑，在施工的过程中都需要支撑整个建筑质量的称重骨架，这在建筑上也被称为建筑结构体系。所谓的钢结构建筑就是以钢材作为建筑结构体系的主要材料，以此结构而建成的建筑就是钢结构建筑。实际上这个概念是与木结构建筑、混凝土结构、砖混结构建筑相对应的。 2.钢结构建筑的发展现状。我国的钢结构建筑是从20世纪80年代开始兴起的，20世纪90年代以后，在国家的支持下呈现快速发展的态势。近年来，钢构建筑开始大量应用于大型建筑体系中，如厂房、体育场馆等。其发展现状主要表现在以下几个方面。 （1）钢结构建筑开始实现国产化。我国的钢结构建筑起步较晚，在发展的初期由于受技术、施工设备等方面的限制，还不能完全实现国产化，因此在实际施工中大多采用中外合作的模式，建成了一批具有代表性的建筑，如上海金茂大厦等。自20世纪90年代中期开始，我国一些建筑企业凭借多年的建设经验，开始自主研究、开发和建设钢结构建筑。特别是在最近几年，具有完全自主知识产权的钢结构建筑越来越多，施工技术也越来越成熟。 （2）钢结构建筑呈现出快速发展的趋势。随着我国经济的快速发展，对
建筑物的质量及工期等方面的要求越来越高，而钢结构建筑恰好满足了这一要求，并以安全可靠、节约工期和使用方便等特点，被广泛应用到各类建筑中，包括商业建筑、娱乐建筑、民用建筑和体育设施建筑等等。尤其是体育设施建筑，国内最近几年新建的体育场馆，无一例外地应用了钢结构建筑技术。另外，轻钢结构建筑的异军突起，扩大了钢结构建筑的应用范围，目前，一些小型建筑工程也开始应用钢结构建筑技术，取得了较好的效果。 二、钢结构建筑的应用前景 虽然钢结构建筑已经大量出现，但是总体来说，在我国还有很大的应用潜力可以挖掘，可以说具有广阔的应用发展前景，主要表现在以下几个方面。 1.钢结构的建筑特点迎合了现代建筑的发展需要。钢结构建筑具有强度高、质量小的特点，能够建设一些跨度大、负荷大的结构建筑。这一点是一些混凝土结构、砖混结构所不具备的，因此在其使用过程中能够有效地降低施工成本，缩短建设工期。由于现在地质活动已经进入了一个相对活跃期，解决建筑抗震的问题是当前建筑业的一个热点问题。而钢结构建筑恰恰具有良好的抗震性能，这是因为钢材在应力幅度内具有良好的弹性和韧性，不会因为突然增加的重量而断裂。在日本等一些地震多发国家，钢结构建筑已经成为建筑首选结构，事实证明钢结构建筑也是地震中被破坏最小的建筑。随着钢结构技术的发展，目前钢结构建筑已能进行标准化生产，对施工技术的要求也越来越低，劳动者的劳动强度较低，只要在施工中严格按照焊接和螺栓安装规范拼装即可，从而大大缩短施工工期。 2.国家大力支持钢结构建筑的发展。建筑行业是能源消耗和污染的大户，我国在经济发展的过程中面临着严重的水土流失和环境污染问题，如何解决建筑能耗和污染的问题已经成为当前建筑行业发展中必须解决的一个问题。为此，国
薄壳结构
薄壳结构受力特点及天津博物馆案例分析 班级：土木N073 学号：2007456791432 姓名：周峰近几年来，建筑师又在蛋壳的启示下，设计了小到自行车棚大到现代化的大型薄壳结构的建筑物。这种建筑物既坚固又节省材料。我国北京火车站大厅房顶就是采用这种薄壳结构，屋顶那么薄，跨度那么大，整个大厅显得格外宽敞明亮，舒适美观。举世闻名的悉尼歌剧院也是一座典型而新颖的薄壳建筑。 薄壳结构壳，是一种曲面构件，主要承受各种作用产生的中面内的力。薄壳结构就是曲面的薄壁结构，按曲面生成的形式分为筒壳、圆顶薄壳、双曲扁壳和双曲抛物面壳等，材料大都采用钢筋和混凝土。壳体能充分利用材料强度，同时又能将承重与围护两种功能融合为一。实际工程中还可利用对空间曲面的切削与组合，形成造型奇特新颖且能适应各种平面的建筑，但较为费工和费模板。 1．筒壳（柱面薄壳）：是单向有曲率的薄壳，由壳身、侧边缘构件和横隔组成。横隔间的距离为壳体的跨度l↓1，侧边构件间距离为壳体的波长l↓2。当l↓1／l↓2≥1时为长壳，l↓1／l↓22＜1为短壳。2．圆顶薄壳：是正高斯曲率的旋转曲面壳，由壳面与支座环组成，壳面厚度做得很薄，一般为曲率半径的1／600，跨度可以很大。支座环对圆顶壳起箍的作用，并通过它将整个薄壳搁置在支承构件上。3．双曲扁壳（微弯平板）：一抛物线沿另一正交的抛物线平移形成的曲面，其顶点处矢高f 与底面短边边长之比不应超过1／5。双曲扁壳由壳身及周边四个横隔组成，横隔为带拉杆的拱或变高度的梁。适用于覆盖跨度为20～50米的方形或矩形平面（其长短边之比不宜超过2）的建筑物。4．双曲抛物面壳：一竖向抛物线（母线）沿另一凸向与之相反的抛物线（导线）平行移动所形成的曲面。此种曲面与水平面截交的曲线为双曲线，故称为双曲抛物面壳。工程中常见的各种扭壳也为其中一种类型，因薄壳结构容易制作，稳定性好，容易适应建筑功能和造型需要，所以应用较为广泛。 蛋壳就是利用了薄壳结构原理，由于这种结构的拱形曲面可以抵消外力的作用，结构更加坚固。龟壳的背甲呈拱形，跨度大，包括许多力学原理。虽然它只有2 mm 的厚度，但使用铁锤敲砸也很难破坏它。建筑学家模仿它进行了薄壳建筑设计。这类建筑有许多优点：用料少，跨度大，坚固耐用。壳体结构具有十分良好的承载性能，能以很小的厚度承受相当大的荷载。壳体结构的强度和刚度主要是利用了其几何形状的合理性，以材料直接受压来代替弯曲内力，从而充分发挥材料的潜力。因此壳体结构是一种强度高、刚度大、材料省的即经济又合理的结构形式。 在天津市中心区友谊路银河公园旁，一座酷似“白天鹅”的建筑，昂首挺立，展翅欲飞。这就是我国北方唯一的仿生薄壳式建筑——天津博物馆。天津博物馆坐落于天津市河西区友
大型复杂钢结构建筑工程技术的应用 朱红兵
大型复杂钢结构建筑工程技术的应用朱红兵 发表时间：2019-05-07T15:35:06.290Z 来源：《建筑细部》2018年第21期作者：朱红兵[导读] 我国钢材产量居于全球首位，且呈逐年上升的趋势；这也使得我国以钢结构为主的大型复杂钢结构建筑工程越来越多。而在大型复杂钢结构建筑工程中，选择何种技术一直是建筑单位所面临的难点。本文主要研究大型复杂钢结构建筑工程技术的应用，以供业内人士参考。 摘要：我国钢材产量居于全球首位，且呈逐年上升的趋势；这也使得我国以钢结构为主的大型复杂钢结构建筑工程越来越多。而在大型复杂钢结构建筑工程中，选择何种技术一直是建筑单位所面临的难点。本文主要研究大型复杂钢结构建筑工程技术的应用，以供业内人士参考。 关键词：大型；复杂钢结构；建筑工程技术；应用 ? 前言 我国市场经济不断发展的同时也带动了建筑行业的迅猛发展，尤其是以钢结构为主的建筑，其发展势头更为迅速；造成这一趋势的原因主要由两个方面，一是人们对公共建筑要求的不断提高，二是钢产量的剧增；加之，大型复杂钢结构建筑工程在人们生产、生活中的作用越来越不可或缺。而在大型复杂钢结构建筑工程中应用新技术，对提升施工的质量、保障建筑单位经济与社会效益尤为重要。 1.大跨度钢结构类型 当前，我国大跨度钢结构主要分为三类；一类是刚性钢结构（如立体桁架、网壳、网架等）；一类是柔性刚结构（如膜结构、索穹顶等）；一类是杂交钢结构（如弦支穹顶、张弦梁、拉索-网壳、拉索-网架等）。 1.1 刚性钢结构类型 刚性钢结构主要是指使用传统的材料建造的钢筋混凝土结构、砌体结构等；此种结构的特征是结构主体大部分使用的是刚性材料。大跨度的刚性钢结构主要包括了立体桁架、网壳、网架等；而传统大跨度刚性钢结构类型在理论和设计方案等方面已经比较成熟，且得到广泛应用。 1.2 柔性钢结构类型 柔性钢结构类型具备几何非线性特征，因此其表现形式主要是以高耸结构、大跨度结构为主；柔性钢结构类型主要包括了：膜结构、索穹顶等。 1.3 杂交刚结构类型 不同结构受力子系统组合而成的结构类型称之为杂交钢结构，此种结构的优势在于能够综合利用不同结构子系统的经济指标、结构性能等，进而让每个结构的子系统、材料等发挥出最大潜能，最终提升整个结构受力的类型、丰富大跨结构形式；主要包括弦支穹顶、张弦梁、拉索-网壳、拉索-网架等。 2.大型复杂钢结构建筑工程应用一体化协同时变分析系统 2.1 钢结构动态三维变形预调的技术 动态三维变形预调技术多应用于大悬挑、倾斜、闭环等结构形式的建筑结构中。比如，我国 CCTV 主楼结构的建设十分复杂，若根据最初设计的方案安装构建，极易在工程完工以后因自重作用而发生变形；因此，在安装前，技术人员应对每一个构件进行安装位形，再确立三维坐标。且在施工期间，应首先计算所有构件施工变形的预调值，并研究结构内力、位形等发展的规律；同时分析幕墙体系容差限制、地基沉降等对于施工变形预调值的影响，进而为工程的建设提供有关数据支持。 2.2 钢结构整体的提升技术 大跨度屋盖建筑结构工程中多应用的是整体提升技术，此种技术主要是通过提高塔架、拉索、提升设备等来提升在地面完成拼接的屋盖结构，使其到达安装的位置。在实际工程运用中，应注意几点：一是，若结构提升后的受力值与设计不相符合时，应研究提升点位置与结构受力状态的关系，并及时做出调整；二是，分析研究被提升拉索、塔架、结构等之间的作用关系；三是塔架、结构等提升期间，应进行人为控制，并保护好易受损构件；最后，安全评估提升期间的温度、断锁和风荷载等问题。 2.3 钢结构整体的滑移技术 一体化协同时变分析系统能够有效控制滑移支撑体系、滑移结构在不同位置、不同施工程序上相互的作用力，比如，某省博物馆结构的建设过程中，所要建设的钢结构屋盖重量是 8850t，而在施工中采用整体滑移技术能够滑移 125m，且还能够通过一体化协同时变分析系统有效分配和调节，进而降低了轨道对于刚度、承载力等的要求。 2.4 钢结构整体的落架技术 钢结构整体的落架技术只有在对落架进行全过程的模拟以后方能拟定科学合理的落架方案以及临时支撑设计，其主要针对的是分段组装和高空组装等的临时支撑架；并在完工后对其进行落架和再拆除；其是临时支撑与主体结构之间受力状态的转换过程。 2.5 钢结构整体的张拉技术 钢结构整体的张拉技术应用，受限要对初始的预应力情况进行分析，并确保初始的预应力状态处于施工目标状态（即起始状态），这一点对于屋盖结构的张拉施工尤为关键。而传统找形分析法不能和施工分析有效结合在一起，因此，需采用有限元软件进行找力分析。例如，某体育馆屋盖结构施工需行车辐式的整体张拉结构，其平面的投影是 230×235m，并由 35 个索桁架组合而成。因此，技术人员应首先在地面上设置上环索与上径向索，并将上径向索与环梁、张拉等连接；其次安装下环索、下径向索、飞柱等，最后张拉下径向索[1]。 2.6 钢结构整体的起板技术 钢结构整体的起板技术具有工期较短、施工成本较低、安全性较高、受力清晰等优势，该种技术多用于巨型钢拱结构或巨型环状钢结构的施工中。首先，科学拼装巨型刚拱起板结构，并设置起板旋转轴线，另一端则设置“A”字形的塔架，同时连接起吊索和平衡索，使其形成一个平衡的状态；然后将千斤顶安装在塔架上，并牵引吊索，使起板结构能够旋转至设计时的数值位形上。 3.大型复杂钢结构建筑工程“力”与“形”的控制技术
(完整版)钢结构发展历程
钢结构发展历程 从铁被人们发现开始，铁就与建筑有着紧密的关系，在人类建筑史上铁发挥着重要的作用。但是，大规模的运用钢铁作为建筑材料还是从近200年开始的。 我国古代有许多运用铁构件建造的建筑，如公元694年在洛阳建成的“天枢”和公元1061年在湖北荆州玉泉寺建成的13层铁塔等。欧美等国在1840年之前多采用铸铁建造拱桥。在1840年后，随着铆钉连接和锻铁技术的发展，铸铁结构逐渐被锻铁结构取代，1846年到1850年英国人在威尔士修建的布里塔尼亚桥就是这方面的代表。该桥共有4跨，每跨均为箱型梁式结构，由锻铁型板和角铁经铆钉连接而成。直到1870年成功轧制出工字钢后，形成了工业化大批量生产钢材的能力，强度高韧性好的钢材才逐渐在建筑领域代替锻铁材料。20世纪初焊接技术和高强度螺栓的接连出现，极大的促进了钢结构的发展，除了欧洲和北美外，钢结构在前苏联和日本也获得了广泛应用，逐渐成为全世界所接受的重要的结构体系。 中国虽然早期在铁结构方面有卓越的成就，但由于2000 多年的封建制度的束缚，科学不发达，因此，长期停留于铁制建筑物的水平。直到19 世纪末，我国才开始采用现代化钢结构。新中国成立后，钢结构的应用有了很大的发展,不论在数量上或质量上都远远超过了过去。在设计、制造和安装等技术方面都达到了较高的水平，掌握了各种复杂建筑物的设计和施工技术，在全国各地已经建造了许多规模巨大而I 结构复杂的钢结构厂房、大跨度钢结构民用建筑及铁路桥梁等，我国的人民大会堂钢屋架，北京和1海等地的体育馆的钢网架，陕西秦始皇兵马佣陈列馆的三铰钢拱架和北京的鸟巢等。轻钢结构的楼面由冷弯薄壁型钢架或组合梁、楼面OSB 结构板，支撑、连接件等组成。所用的材料是定向刨花板，水泥纤维板，以及胶合板。在这些轻质楼迈特建筑轻钢结构住宅面上每平方米可承受316~365 公斤的荷载。的楼面结构体系重量仅为国内传统的混凝土楼板体系的四分之一到六分之一，但其楼面的结构高度将比普通混凝土板高100~120 毫米。 钢结构建筑的多少，标志着一个国家或一个地区的经济实力和经济发达程度。进入2000 年以后，我国国民经济显著增长，因力明显增强，钢产量成为世界大因，在建筑中提出了要“积极、合理地用钢”，从此甩掉了“限制用钢”的束缚，
多高层钢结构住宅的建筑技术与工程应用
多高层钢结构住宅的建筑技术与工程应用 发表时间：2018-07-16T16:01:21.700Z 来源：《防护工程》2018年第6期作者：王克成 [导读] 因而施工单位应该在此方面引起足够的重视，更好的掌握多高层钢结构的施工技术，不断的发展，为更好的推动我国住宅产业化贡献自己的力量。 哈尔滨四通建设集团有限责任公司 摘要: 随着人们生活水平的不断提升，建筑行业在城市中获得了较大的发展空间。城市规划过程中的建筑数量越来越多，人们对建筑质量上的要求也逐渐增高，新型材料与技术让建筑的应用价值得到提升，其中值得一提的就是钢结构的应用。钢结构在住宅建筑中的应用范围较为广泛，尤其是高层建筑。钢结构在建筑建设环节的运用中不仅可以保证建筑的基本使用性能，同时可以让住宅的使用寿命得到有效延长，为人们的生活提供更为良好的使用体验。本文针对多层钢结构的相关技术使用进行了简要介绍，希望可以给工作人员的组织与使用带来指导价值。 关键词:多高层钢结构；住宅；建筑技术；工程应用 时代与科技的发展与进步，让建筑基本使用功能已经不能对人们的生活需要进行良好的满足，所以多层钢结构的应用让建筑模式发生了很大转变，与传统的建筑相比，它可以降低更多的资源占用成本，同时也更加环保稳定。保障人们对住宅的实际需求以外，还能获得更高的经济以及社会效益，促进建筑科技进步，也极大的促进了我国建筑行业的结构优化。 2 多高层钢结构技术概述 2.1 多高层钢结构简介 将多层钢结构应用到房屋建筑工程中，是当前建造节能技术发展的一种趋势。不仅可以促进建筑技术的不断进步，也可展示我国建筑实力的整体水平。这些多层建筑钢结构在应用过程中拥有非常良好的稳定性与承重能力，不仅可以保障建筑工程的稳定与安全，还能让建筑的使用寿命得到相应延长。工程设计人员应该根据项目的建设实际需要，对钢结构的整体框架模式进行选择，最大限度的满足工程建设相关要求与标准。所以在实际应用过程中，针对不同的建筑结构形式以及楼层会有不同的应用技术、使用方法，促使这些钢结构可以在应用过程中最大限度的发挥其框架上的优势。轻钢架结构具备更强的实用性，而高层建筑体系中钢架混凝土结构体系则能突出多层钢结构的稳定优势，不同的框架钢结构，在应用特点以及优势上都会存在相应差异。所以这需要施工技术人员拥有较强的施工技术基础，可以针对不同的问题进行具体分析，从而让工程建设的质量得到全方位保障。 2.2 多高层钢结构技术特点及优势 在建筑施工技术中，多高层钢结构技术之所以能够快速发展很大程度上是因为它本身的一些特点及优势 :1. 在多高层钢结构技术中，对所采用的材料钢结构的强度较高，其具有质地轻巧，还具有很强的可塑性的特点。因而它所选择的材料在与其他技术进行比较时，具有很大的优势。2. 多高层钢结构技术由于自身的特点，它具有很强的减震性能以及稳定性能，可以很好的保证住户的人身安全和生命财产安全。3. 多高层钢结构技术在很大程度上符合节能减排的要求，在施工过程中最大限度的保证了能源的有效利用，极大的避免了资源的浪费，与我国所提倡的节能减排的口号相符，可以使施工单位在获得经济效益的同时收获社会效益。4. 多高层钢结构技术由于具备科学合理的特点，因而在建筑工程中这种施工技术的优点不断呈现，在保证施工质量的同时降低了施工的成本，而且还可以在很大程度上缩短施工的周期，促进了建筑工程的顺利展开。5.易于改造，管线布置方便。钢结构的内部分割、接高、加固等较为灵活。钢梁的腹板允许穿越小于一定直径的管线，加之结构空间的孔洞与空腔，使管线布置、更换、修理方便。 6.符合节能环保要求。钢结构住宅建筑所用材料主要是环保型绿色可回收或易降解的材料，在建筑物需拆除时，钢材可全部回收利用，大大减少了建筑垃圾，对周围环境污染小，利国利民。 3 多高层钢结构住宅的建筑技术与工程应用 3.1 多高层结构住宅的建筑技术分析 3.1.1 承重钢结构体系 承重结构上的科学规划让多层钢结构建筑的使用功能可以得到最大限度的发挥，一般情况下，钢结构的主体部分主要由以下几个部分组成：纯框架型、框架支撑型以及新型抗侧力体系。纯框架型建筑体系较为常见，这种结构体系主要的建筑材料是型钢，这种型钢建筑材料在刚度上分布均匀，同时拥有较强的延展性，但是这种模式框架在整体结构的稳定上存在一定的缺点。对于支撑体系稳定性来说，框架支撑型框架结构可以让建筑的强度得到增加，同时相对于纯框架型建筑结构来说，它的结构坚固性相对较好，使用这种框架模式时，不仅可以满足支撑体系上的承重要求，还可以根据建筑的实际需要对不同抗侧力需求进行设置，因此在安装过程中，这种钢结构体系会用于框架构造中来保障建筑结构的稳定需要。 3.1.2 楼板系统为了更好的满足多高层钢结构的技术要求，在进行楼板设计时，技术人员一般采用叠合式的技术手段，底部模板采用轻型混凝土预应力板材，在这样的技术手段和材料的支持下，使建筑施工过程变得简单快捷，减少施工难度。 3.1.3 维护系统一般而言，在建筑住宅施工过程中，维护外墙的施工通常比较困难，为了更好的解决这个问题，一般采用外挂与填充两种形式。在采用外挂方式时，施工人员一般通过使用轻型墙板，使梁板与楼底板形成一个比较坚固的维护。而采用填充方式时，同样采用轻型墙板的形式，从而达到防水减震的效果。 3.1.4 连接形式在多高层钢结构住宅建筑中，连接方式也有许多种，主要包括刚性连接、焊接连接等。在进行现场施工时，为了更好的保证施工质量，刚性连接是最为普遍的一种连接方式，在保证施工质量的同时也降低了施工成本。但是在进行主梁和次梁的连接时，焊接连接可以更好的保证连接技术，保证了建筑施工的稳定性。 3.2 多高层钢结构的工程应用 3.2.1 随着经济的不断发展以及人民生活水平的不断提高，私家车的数量也在不断提高，而伴随着这样的发展趋势，“车多位少”的现象日益严重，人们很难找到一个合适的位置去停放车辆，因而为了更好的解决这个问题，地下停车场被广泛的开发和应用，但是由于地下停车厂对于建筑质量的稳定性要求极高，传统的结构建筑很难满足这样的要求，而多高层结构建筑由于可以很好的发挥其优势和性能，在为人们提供更多车位的同时满足了建筑要求，因而被广泛应用。 3.2.2 传统的建筑结构中使用的钢筋混凝土的建筑模式不仅会受到温度、湿度等各种外界因素的干扰，而且它的稳定性能也非常的
钢结构应用与前景
钢结构建筑是一种新型的节能环保的建筑体系，被誉为21世纪的“绿色建筑”。因此在高层建筑、大型工厂、大跨度空间结构、交通能源工程、住宅建筑中更能发挥钢结构的自身优势，四川汶川震后调查又一次说明了钢结构具有较强的抗震能力。 我国钢结构行业的发展情况 近年来，钢结构在我国发展迅速，应用扩大、用量增大，涌现出一大批优秀钢结构设计人员，设计软件和科研成果不断开发，修订了钢结构设计、施工、质量验收规范，编写技术规程、设计图集90多本，出版了大量钢结构专业教材，论文著作和应用手册。钢结构设计规范修订已经启动，钢材单设一章，钢材产品标准修订基本完成。 一大批有实力的钢结构安装企业承担了国内重点大型钢结构工程安装，新技术、新工艺、新设备层出不穷，其施工安装水平达到了国际先进水平。钢结构配套产品齐全。 2007年10月经科技部批准成立的“国家钢结构工程技术研究中心”在中冶集团建筑研究总院成立。2008年6月上海同济大学成立建筑钢结构教育部工程研究中心。 根据协会这几年陆续统计出来的数据显示，近几年钢结构消耗钢材的总量，2000年为850万吨，今年应该在2300万吨左右，到2010年达到2600万吨，占钢材产量从现在的4.28%，发展到2010年达到5.5%。这充分说明我们钢结构行业有很大的发展空间，发展的情况基本上还比较正常。 国内钢结构加工企业现状： (1)按中国钢结构协会钢结构制造企业资源评定标准，共有特级39家，一级60家，二级5家，共104家。 (2)按产品分为：生产重、大型的构件企业(几十家企业)和生产轻钢、网架、彩板企业(大部分企业)。 (3)按企业地域分：在上海地区、浙江、江苏等长三角地区相对集中。 (4)按行业产品分：建筑钢结构约600多万吨，冶金、电力、交通等其他行业约900多万吨，约占全国的60%，其中冶金系统有250万吨加工量。 (5)按产品所用钢材品种比例分：中厚板(包括特厚板)约占60%以上，热扎H型钢占15%左右，管材占9%左右，其他占10%左右。 国内钢结构发展前景 1、能源建设还会加快，火力电厂的主厂房和锅炉钢架用钢量会增加(包括核电厂用钢、风力发电用钢等)。 2、交通工程中的桥梁会有所增加，铁路桥梁采用钢结构，近几年来公路桥梁采用钢结构已
高层钢结构住宅建筑技术及应用研究
高层钢结构住宅建筑技术及应用研究 摘要：钢结构建筑技术是一种新型的建筑结构类型，其主要优点是重量轻、稳 定性强，因此钢结构在建筑中的应用越来越多，应用范围广泛，具有突出的应用 价值。本文通过对高层钢结构住宅的组成、特点、适用范围、相关材料等的分析，探讨该技术的应用。 关键词：高层钢结构住宅；施工技术；工程应用 0 引言 高层钢结构住宅体系不同于传统的砖混结构和混凝土结构，三者之间存在较 大差异。许多高大的钢结构有其自身的特点。在施工中，以型钢作为主要承重体系，并结合墙结构和楼面结构进行施工。在高层钢结构住宅体系的建筑结构中， 钢框架作为支撑结构体系与新型钢抗震结构体系、交错析架结构体系共同组成当 前的框架结构。钢结构支承系统是应用最广泛的建筑和住宅建设工程项目。在建 筑工程中，根据房屋的高度不同，钢结构的施工方法也不同于普通的建筑材料施工。一般情况下，在钢结构的施工中，根据强柱弱梁的原则，选择不同的钢结构 体系，即强节点和弱构件。在钢结构施工过程中，有必要根据施工实际情况认真 仔细研究分析。 1高层钢结构住宅的特点 1.1卓越的品质 钢结构建筑具有结构轻、抗震性能好、造价低、稳定性好等特点。钢结构具 有良好的延性和可塑性。相对于传统的建筑材料，钢结构具有重量轻，运输方便，不易受外界环境因素的影响。 1.2方便的施工 钢结构建筑在管线布置上，灵活性较强，有利于后期改造和维护。与传统的 结构材料相比，各种钢结构材料均可循环利用，在一定程度上减少了建筑垃圾对 环境造成的污染，有效地提高了工程效益。 1.3美观的结构 钢结构建筑可以获得更多的使用空间，有利于室内图案的有效设计和利用。 高层钢结构住宅与现代建筑风格要求相匹配，在功能和空间方面与现代人的审美 水平相吻合，造型更加美观和饱满。 1.4优越的节能环保功能 在高层钢结构中，常用的材料是环保、绿色、可循环利用的材料，有利于减 少施工过程中对环境的不利影响。建筑拆除后，钢可循环使用，减少建筑垃圾， 满足了当今世界可持续发展战略的要求。 1.5应用范围广泛 钢结构的主要材料，一般在工厂直接定制，精度高，同时，现场安装有助于 实现工程模型的标准化、系列化，有利于成本的降低，提高工程质量，实现建筑 业发展的产业化。 2高层钢结构设计原理 高层钢结构是一种重要的钢结构，钢结构在住宅中的应用，需要结合钢结构 的特点，充分考虑各种因素的建设需要，不断完善结构施工图的设计；在设计上 应严格遵循“强柱弱梁”的原则，充分发挥钢结构在高层住宅的优势，最大限度地 发挥其作用。针对一些施工难度较大的工程，设计时应满足轴压比的原则，只要 保证这一质量就满足了房屋的要求。因此，应根据不同的原则进行不同难度的房
浅谈薄壳结构
浅谈薄壳结构 摘要：简单介绍了壳体结构的起源与发展，以及在现代建筑当中的使用情况，着重介绍了薄壳结构的主要类型，同时对薄壳结构未来应用的发展做一定阐述。 现代空间结构的出现，应该从20世纪初期兴建的钢筋混凝土薄壳算起，这主要归功于先进建筑材料——钢铁与混凝土的诞生。第二次世界大战之后，百废待兴，使空间结构走向蓬勃发展的康庄大道。 1 薄壳结构的起源与发展 薄壳建筑是早在20世纪20年代就在世界上开始发展起来的一种壳状结构, 像大自然里我们常见到的一种形态如贝壳, 各种坚果, 以及一些动物的甲壳, 它们的壳体外形不仅美观且有一定的承受力, 这种形态给予建筑结构的变化创新很大的启示, 推动了建筑业的发展。 壳体屋盖的发展可以追溯到古代，主要用于宗教建筑。罗马万神殿建于约公元120年～124年，其半球形穹顶利用天然火山灰为主要原材料建成，直径达43.3m，壳体厚度自下向顶逐渐减小以减轻结构的自重，壳顶最薄，厚约1.2 m，万神殿的跨度记录直到20世纪才被打破。位于伊斯坦布尔的圣索菲亚大教堂、建于文艺复兴时期的罗马圣彼得大教堂、建于约300年前的伦敦圣保罗大教堂等。这些结构的建成充分体现了其设计者和建造者的智慧与技巧，但应该说只有在结构力学发展以后，伴随着工业时代的开始，人们才开始对薄壳结构有了真正合理的认识。1922年建成的德国耶拿蔡司天文馆，25 m直径的半球形穹顶通常被认为是第一个真正意义上的现代混凝土壳屋盖，其厚度仅6cm。 二十世纪五六十年代是混凝土薄壳屋盖的黄金时期。意大利著名工程师1950年设计了都灵展览厅73 m×94m薄壳屋盖，整个屋盖由波形预制单元装配而成，预制单元板厚度小于2 in。新中国成立以后，我国也陆续建成了一些各种类型的钢筋混凝土薄壳屋盖，比较有代表性的工程有: 采用双曲扁壳的北京火车站候车大厅(35m×35m，1958年)、北京体育馆网球馆(42m×42m，1960年) 等。 薄壳结构不但可以减轻自重，节约钢材、水泥，而且造型新颖流畅。但是，曲面壳体的显著的缺点是：模版制作复杂，不能重复利用，耗费木材，大跨度结构在高空进行浇筑和吊装也耗工时。美国根赛特人的分析表明，薄壳结构造价的60%耗费在施工成本上，因而影响了薄壳结构的应用。于是，用平面模版代替曲面模版，用折现代替曲线，由薄平板以一定角度相互整体连结而成的折板结构应运而生。 折板结构可认为是薄壳结构的一种，它是由若干狭长的薄板以一定角度相交连成折线形的空间薄壁体系。我国常用为预应力混凝土V形折板，具有制作简单、安装方便与节省材料等优点，最大跨
多、高层钢结构住宅的建筑技术与工程应用
多、高层钢结构住宅的建筑技术与工程应用 发表时间：2018-08-24T15:48:58.253Z 来源：《防护工程》2018年第8期作者：孟繁懋[导读] 其中在民用多层及高层住宅应用钢结构是一种新型的结构体系，与传统的结构相比更加符合绿色环保的需求，并且具有一定的社会效益与经济效益。本文分析了钢结构技术的应用背景，多层高层钢结构住宅的结构体系等。孟繁懋 黑龙江化工建设有限责任公司 摘要：伴随我国现代化建设进程的加剧，建筑质量的好坏被越来越多的人所关注。其中在民用多层及高层住宅应用钢结构是一种新型的结构体系，与传统的结构相比更加符合绿色环保的需求，并且具有一定的社会效益与经济效益。本文分析了钢结构技术的应用背景，多层高层钢结构住宅的结构体系等。 关键词：应用背景；结构体系；设计原则 一、钢结构技术应用背景 良好的抗震性、较短的施工周期、较轻的质量、较高的强度、较低的造价、较高程度的商品胡、高质量保证以及有利于合理布置建筑格局等都是钢结构技术所具有的特点。与传统的砼结构等相比，钢结构更加的工厂化、也更加绿色环保和节能。符合绿色建筑的发展需求。并且钢结构已被广泛应用到世界各国的各个领域中。最初钢结构在住宅中的应用诞生于欧美发达国家如英国、美国等，在比利时、法国等国家也逐渐发展起来。 纵观整个国际市场，可以发现对于钢结构住宅的推广使用，不仅能促进现代化住宅的发展，还可以缓解人们对住房的期望与实际的住房之间的矛盾。目前，我国已在城乡的现代化建设汇总推广钢结构的住宅，并随着时间的推移，取得较为不错的成果。如北京、天津、杭州等经济较为发达的城市正在积极开展钢结构住宅的建设。 二、多高层钢结构住宅的结构体系 与传统的砼结构、砖与混凝土相结合的结构体系不同，多层建筑与高层建筑的结构体系包含：维护机构体系、承重的钢结构体系、以及楼面的结构体系等。 （一）承重钢结构体系 1.体系分类 按结构的类型与构件的材料进行分类，在当前阶段的多层、高层钢结构住宅的结构体系中可以分为新型抗侧力体系、钢框架结构、交错桁架结构体系、和钢框架支撑结构体系等。 其中新型的抗侧力体系包含：钢框架抗剪钢板剪力墙结构体系、钢框架抗剪桁架结构体系、以及钢框架砼核芯筒结构体系等。其中钢框架砼核芯的筒结构体系有楼梯间的墙体、管道井与电梯井共同布置。新型的抗侧力体系对剪力墙剪桁架索赔和的钢框架所能承载的水平荷载量、与钢框架所能承载的竖向承载量具有更高的要求。进而有效的保障按照相关的设计标准进行建筑的水平位移。并且将抗剪桁架、砼核芯筒、以及抗剪钢板剪力墙作为主要的抗侧力构件。 钢框架结构具有较好的抗震性、较长周期的自振、较为简单的建筑结构、均匀的整体刚度、较强的延性、高灵活性的布置、较高明确度的受力、难度系数较低的标准化、定型化的结构构件、以及有利于缩短施工工期等特点。是最具代表性的柔性钢结构体系，但是此结构体系具有较高的非结构性的构件破坏率与缺乏侧向的刚度等缺点。 在建筑的外侧的桁架和若干柱子是构成交错桁架结构体系的重要部分，其中桁架的高度与建筑的层高相等。布置桁架时，布置上层和下层相邻的柱子时要交错进行。楼板的两端分别位于相邻的桁架的上弦与下弦。在建筑的两个开间中不设置柱子仅有一榀桁架，在旅店宾馆等建筑中应用具有较好的效果。隔层布置为桁架的特点之一，可以有效减小因桁架弦杆产生的局部弯曲的程度。降低框架间柱子的弯矩值，增加横向刚度、降低侧向位移，并减小柱子的断面尺寸。 通常情况下，将一个垂直支撑体系布置于建筑墙体平面内，其意义在于有效抵抗水平荷载、提高钢框架侧向刚度、减少层间位移等。垂直支撑体系设置位置的合理性往往影响到其作用的发挥程度。通常情况下，垂直支撑体系设置于下层窗顶于上层窗台间，其不仅与建筑整体设计相协调，且也满足了建筑结构支撑体系的需要。为了与建筑门窗布置相协调，垂直结构体系构造形式可以为X形、W形、K形、门式及人字形等。 2.设计原则 承重钢结构体系结构设计原则为“强节点弱构件、强柱弱梁”。若在具体承重钢结构体系设计中无法满足强柱弱梁的设计原则，那么，其必须满足轴压比要求。承重钢结构体系的框架主梁材料以高频焊接H型钢及热轧焊接H型钢为主，而其次梁设置方法较为多样化。通常情况下，承重钢结构体系框架柱子材料包括焊接工字钢、热轧工字钢、H型钢、箱形钢管、方钢管、冷弯薄壁型钢、圆钢管型钢、轻型热轧型钢。承重钢结构体系框架柱材料亦可为钢管砼框架柱（将高强素砼灌注于空钢管内制作而成），其在降低造价、节约钢材等方面发挥着较大优势。钢管砼柱融合了砼柱及钢柱所具备的的优点，则其抗震性能、受力性能及耐火性能等均十分可观。 （二）楼面结构体系 钢梁与楼面板是楼面的主要构成部分，从力学的专业角度考虑，分化竖向的荷载量，使楼盖作用于墙外、柱外，可以协同抗侧结构空间的作用。因此，较强的稳定性、强度、刚度是楼盖需要满足的必备条件。并且可通过建筑的技术实现楼板自重的降低，进而提高施工的进度。在多层、高层的民用住宅中，隔音、保温、隔热以及防水、防火等也是楼板应具备的功能。并且该结构体系需要更为紧凑型的楼面次梁和主梁的构造的措施，楼面板间也应具有一定的紧密型，进而提高钢梁的稳定性。 1.压型钢板-现浇砼组合楼板 在钢梁上用栓钉固定压型钢板，则压型钢板的使用具有永久性，在拉钢筋的影响下，可以克服支模所带来的不便。并且应将楼板各向异性会对框架梁产生的影响以及影响程度充分考虑进压型钢板、现浇砼组合楼板中。并依据楼板的设置情况，对单向传力的路径、双向传力的路径、以及连续板、简支板、以及组合钢梁的刚度差异进行明确。承重体系有组合楼板构成，有效避免楼板单向布置的集中所导致的横向承重、纵向承重的结构体系。