钢结构的现状及研究进展.ppt

1、钢结构的现状及研究进展钢结构的现状及研究进展建筑业10项新技术建建(1998)200号深基坑支护技术深基坑支护技术高强高性能混凝土技术高强高性能混凝土技术高效钢筋和预应力混凝土技术高效钢筋和预应力混凝土技术粗直径钢筋连接技术粗直径钢筋连接技术新型模板和脚手架应用技术新型模板和脚手架应用技术建筑节能和新型墙体应用技术建筑节能和新型墙体应用技术新型建筑防水和塑料管应用技术新型建筑防水和塑料管应用技术钢结构技术钢结构技术大型构件和设备的整体安装技术大型构件和设备的整体安装技术企业的计算机应用和管理技术企业的计算机应用和管理技术钢结构技术（高、大、特、重、轻）21世纪是钢结构的世纪高层钢结构技术高层钢

2、结构技术空间钢结构技术空间钢结构技术(大跨度钢结构技术大跨度钢结构技术)轻钢结构技术轻钢结构技术钢钢-混凝土组合结构技术混凝土组合结构技术钢结构住宅技术钢结构住宅技术l2013年1月1日，国务院办公厅以国办发 20131号转发国家发展改革委、住房城乡建设部制订的绿色建筑行动方案。l2013年10月，国务院关于化解产能严重过剩矛盾的指导意见，其中特别指出“推广钢结构在建设领域的应用，提高公共建筑和政府投资建设领域钢结构使用比例，在地震等自然灾害高发地区推广钢结构集成房屋等抗震型建筑”。l2013年12月，住房城乡建设部关于保障性住房实施绿色建筑行动的通知。l2014年3月16日，国务院发布国家新

3、型城镇化规划（20142020年）l2014年10月，住建部下发在政府投资公益性建筑及大型公共建筑建设中全面推进绿色建筑行动的通知。l2015年3月24日，中共中央政治局召开会议，审议通过关于加快推进生态文明建设的意见。国家政策提倡积极推进绿色建筑广东省标准广东省标准钢结构设计规程钢结构设计规程DBJ15-102-2014钢结构的三大核心价值钢结构的三大核心价值建筑材料的发展历史：建筑材料的发展历史：土土木木石、砖石、砖钢筋混凝土钢筋混凝土钢材钢材钢结构的优点钢结构的优点：强度高，重量轻，稳定突出强度高，重量轻，稳定突出-结构轻结构轻；抗震性能好抗震性能好-延性好延性好；精度高，易于工业化加工

4、，施工周期短精度高，易于工业化加工，施工周期短-工期短工期短；建筑面积利用率高；建筑面积利用率高；绿色环保，可重复利用。绿色环保，可重复利用。钢结构的缺点钢结构的缺点：易腐蚀；易腐蚀；Fe+H2O+O2Fe(OH)3耐热不耐火。耐热不耐火。T 600，ES=206kN/mm2（钢）（钢）EC=（22-38）kN/mm2(砼砼C15-C80)钢试件钢试件拉伸拉伸应力应力-应变图应变图强度强度高高，材料，材料延性延性最最好好美国钢材美国钢材:maxfyk=1000N/mm2中国钢材中国钢材：maxfyk=460N/mm2（Q460）防腐措施防腐措施改变组织改变组织Ni、Cr、Cu(不锈钢不锈钢)；

5、保护层保护层金属金属电镀电镀(镀锌镀锌)；非金属非金属无机无机(搪瓷搪瓷)；有机；有机(油漆，油漆，15年年)。防火措施防火措施包砼；包砼；钢丝网水泥砂浆；钢丝网水泥砂浆；包防火板材；包防火板材；防火涂料防火涂料(耐火等级耐火等级耐火极限耐火极限厚涂型、薄涂型厚涂型、薄涂型)增加自重最小增加自重最小。无保护层时，梁、柱的耐火极限仅为无保护层时，梁、柱的耐火极限仅为0.25h。耐火耐候钢耐火耐候钢2001.09.11日上午9时（恐怖日）。波音757客机像一颗超级“飞弹”（2万tTNT），穿屋而出。美国西尔斯大厦美国西尔斯大厦(1974，芝加哥)束筒束筒体系，H=443m，n=110层用钢量：16

6、1kg/m2美国世界贸易中心美国世界贸易中心（1973，纽约）框筒框筒体系，H=412m，n=110层用钢量：186kg/m2WorldTradeCenter（1973）SearsTower（1974）方形平面：63.5m63.5m，外筒柱距1.02m。筒内47条柱，每柱截面：450mm450mm。全貌全貌 三柱三柱合一合一 被动控制技术被动控制技术 高强螺栓高强螺栓拼装拼装 （H=412m，n=110）(未设未设转换层转换层)()(阻尼器阻尼器)()(三层楼高三层楼高)世界贸易中心世界贸易中心（WorldTradeCenter）箱形柱箱形柱截面截面厚度厚度：7.5mm12.5mm框筒框筒（f

7、rame-tube）密柱密柱（柱距（柱距4m）+深梁深梁（跨高比（跨高比5）美国自由塔美国自由塔 H=541m（不含天线高）（不含天线高）为纪念为纪念911事件事件,纽约当局在纽约当局在2003年年在全世界范围内征集在全世界范围内征集世贸中心重建方案世贸中心重建方案,由由DavidChilds和和DanielLibeskind提提出的出的”自由塔自由塔”方案方案成为最终的成为最终的优胜者优胜者。由此，世贸中心遗址上建立起的第一。由此，世贸中心遗址上建立起的第一座建筑；将以座建筑；将以541m的高度再次的高度再次创造城创造城市天际线市天际线，并试图成为，并试图成为纽约纽约和和美国美国的的新新标志

8、标志。美国也因此希望能以此延续美国。美国也因此希望能以此延续美国在建造摩天楼方面在建造摩天楼方面先进先进且富有且富有创造力创造力的的传统传统，并将最，并将最高等级高等级设计、设计、安全性安全性、质质量量和和科技科技结合在这座未来世界最高的结合在这座未来世界最高的塔塔楼之中楼之中。美国自由塔美国自由塔 材料材料重力密度重力密度（kN/m3）强度强度（N/mm2）钢钢（Steel）77235(Q235)砼砼（Concrete）2516.7(C25)比例比例3.2714.07结构结构轻轻钢钢、砼砼材料在自重下材料在自重下强度强度破坏时的最大破坏时的最大假想受压高度假想受压高度（自重自重作用下的作用下

9、的承载高度承载高度）迪拜塔迪拜塔(n=160层，办公层，办公49层）层）迪拜塔迪拜塔2004年开工，原定年开工，原定2009年年9月月完工，但受金融危机拖累，竣工日期推完工，但受金融危机拖累，竣工日期推迟。这座高楼耗材：混凝土迟。这座高楼耗材：混凝土33万万m3、钢、钢材材3.14万万t。楼内设楼内设57部电梯，包括最高时速部电梯，包括最高时速v=64km/h=17.8m/s的世界的世界最快电梯最快电梯。H=1922呎（呎（RC）+712呎（呎（S）=585.826m+217.018m=802.844m迪拜塔迪拜塔H=818mF（钢结构）（钢结构）结构结构 延性比延性比（Ductilityra

10、tio）（RC）延性好延性好拼装精度拼装精度工期短工期短工厂工厂焊接焊接单元、工地单元、工地高强螺栓高强螺栓拼装拼装全焊全焊连接连接 栓焊栓焊连接连接 高强螺栓高强螺栓连接连接(精度精度拼装拼装,质量质量OK)(工期工期最最短短)结点结点延性延性好好现场拼装现场拼装大六角头大六角头型型（8.8级、级、10.9级级)高强螺栓(HighStrengthBolts)10.9级：级：fu=1000N/mm2，fy/fu=0.9扭剪扭剪型型 (10.9级级)扭剪型高强螺栓现场施工动画扭剪型高强螺栓现场施工动画制造住宅的模块组装制造住宅的模块组装(a)装配生产线装配生产线 (b)运输运输 (c)(c)模块

11、组装模块组装(d)现场高强螺栓连接（现场高强螺栓连接（T T形件）形件）钢结构建筑的发展趋势钢结构建筑的发展趋势、高度高度越来越高越来越高、跨度跨度越来越大越来越大、规模规模越来越大越来越大、造型造型越来越新越来越新高层建筑钢结构高层建筑钢结构世界世界高层高层全全钢结构前钢结构前三三名在名在美国美国西尔斯塔楼西尔斯塔楼（束筒）（束筒）世界贸易中心世界贸易中心（框筒）（框筒）帝国大厦帝国大厦（框架（框架-支撑）支撑）197419731931 H=443.179m，n=110412，110381，102用钢用钢161kg/m2186.6206可见，随着可见，随着高度高度的的增加增加，结构方案也在变

12、化，结构方案也在变化，用钢量用钢量在在减少减少。西尔斯塔西尔斯塔（SearsTower）比世界贸易中心高出比世界贸易中心高出31.179m，然而，用钢量却，然而，用钢量却减小减小25.6kg/m2。上海陆家嘴的三大混合结构上海陆家嘴的三大混合结构 全景全景上海环球金融中心上海环球金融中心(n=101层，H=492m，2007)上海中心上海中心(n=121层，H=580m，2014)金茂大厦金茂大厦(n=88层，H=421m，1999)总建筑面积总建筑面积377300m2，地上，地上101层、地下层、地下3层，主楼高层，主楼高492m，结构为钢骨混凝土结，结构为钢骨混凝土结构、钢结构，总用钢量约

13、构、钢结构，总用钢量约64000t。上上海海环环球球金金融融中中心心金茂大厦金茂大厦（上海上海浦东浦东 n=88，H=421m，1999）广广州州中中轴轴线线的的四四大大混混合合结结构构 全全景景454m610m珠江帝景东塔西塔第二少年宫广州图书馆广州歌剧院省博物馆海心沙原新中国造船厂广州新电视塔广州新电视塔广州电视塔广州电视塔(2009)广州国际金融中心广州国际金融中心(西塔，2005)n=39层，H=454m(不含天线146m)n=103层，H=432m东塔东塔(2015)广州财富中心广州财富中心(北塔，2014)n=111层，H=518.15mn=68层，H=310m广州珠江新城西塔广州

14、珠江新城西塔工程位于广州市珠江新城，主楼地上工程位于广州市珠江新城，主楼地上103层层,总高度总高度432m,主楼总建筑面主楼总建筑面积达积达24.7万万m2，钢结构总重量为，钢结构总重量为40000t；结构体系在办公层为筒中筒；结构体系在办公层为筒中筒混合结构，建成后将成为广州城市的混合结构，建成后将成为广州城市的地标建筑地标建筑。深圳平安大厦深圳平安大厦n=118层，H=597m（不含天线63m）韶关电力调度通信中心韶关电力调度通信中心XC2:Nxu=xf A=0.9116315522102=14989kN Nyu=yNx/x=0.44514989/0.9116=7317kNN=7000k

15、Nstability（bucking）：）：Ncr=2EIy/loy2桁架再分式桁架再分式施工现场施工现场转换桁架钢骨转换桁架钢骨立面图立面图栓钉（抗剪连接件)武汉圣淘沙国际公寓武汉圣淘沙国际公寓武汉圣淘沙国际公寓武汉圣淘沙国际公寓武汉世纪家园工程武汉世纪家园工程总建筑面积约总建筑面积约25万万m2，其中，其中，3栋楼为栋楼为24层，层，7栋楼为栋楼为2224层。层。钢框架钢框架混凝土筒体结构体系；混凝土筒体结构体系；冷弯高频焊接方钢管混凝土柱；冷弯高频焊接方钢管混凝土柱；高频焊接高频焊接H型钢梁；型钢梁；梁柱采用贯通横隔板式刚接节点梁柱采用贯通横隔板式刚接节点钢筋桁架混凝土现浇楼板钢筋桁架混

16、凝土现浇楼板新乡商务会议中心新乡商务会议中心(用钢量：用钢量：80kg/m2)主要用于餐饮、商务、酒店住宿等，建设标准为主要用于餐饮、商务、酒店住宿等，建设标准为五星级五星级酒店。酒店。地上建筑面积约地上建筑面积约42550m2，地下建，地下建筑面积约筑面积约17000m2。建筑总层数为。建筑总层数为25层，其中地层，其中地下下2层，地上层，地上23层，层，裙楼裙楼5层，层，总高总高92.400m。鸟瞰图鸟瞰图单体单体整体计算模型整体计算模型主体结构采用主体结构采用钢框架钢框架+防屈曲支撑防屈曲支撑结构体系；结构体系；塔楼核心筒区域根据建筑功能布置方钢管格构柱，截面有塔楼核心筒区域根据建筑功能

17、布置方钢管格构柱，截面有L L形形、T T形形等，并间隔布置等，并间隔布置方钢管柱与楼面钢梁连接；方钢管柱与楼面钢梁连接；柱间设置柱间设置耗能型防屈曲中心支撑耗能型防屈曲中心支撑，每层纵向设置，每层纵向设置8根支撑、横向设置根支撑、横向设置6根支撑，形成根支撑，形成主要的抗侧力体系；在塔楼核心筒区域外围采用圆钢管混凝土柱主要的抗侧力体系；在塔楼核心筒区域外围采用圆钢管混凝土柱+焊接钢梁的框架体焊接钢梁的框架体系；系；裙楼裙楼采用圆钢管混凝土柱采用圆钢管混凝土柱+焊接焊接H形钢梁的框架体系。形钢梁的框架体系。楼板楼板采用钢筋桁架楼承板采用钢筋桁架楼承板+现浇混凝土结构形式。现浇混凝土结构形式。纵

18、向支撑布置纵向支撑布置 横向支撑布置横向支撑布置标准层结构布置标准层结构布置启光集团龙岩总部大楼启光集团龙岩总部大楼(用钢量用钢量130kg/m2)主塔楼为总高主塔楼为总高232.5m的高层的高层全钢全钢结构，地面以上共结构，地面以上共63层，地面以下层，地面以下3层，平面呈边层，平面呈边长长45m的正方形，采用的正方形，采用钢框架钢框架-屈曲约束支撑（钢板剪力墙）屈曲约束支撑（钢板剪力墙）结构体系。结构体系。本工程主要使用功能是商场、办公楼及酒店，在平面中心，利用建筑公共服务区域本工程主要使用功能是商场、办公楼及酒店，在平面中心，利用建筑公共服务区域设置核心筒，由钢管砼柱、钢梁和支撑组成抗侧

19、力体系，并在地面以上设置核心筒，由钢管砼柱、钢梁和支撑组成抗侧力体系，并在地面以上6层内加设层内加设钢板剪力墙以加强底层区域。钢板剪力墙以加强底层区域。利用建筑避难层和设备层，在利用建筑避难层和设备层，在7、28、48、63层共设置层共设置4层加强层层加强层，布置伸臂桁架和，布置伸臂桁架和环向桁架，以增强结构整体性。用钢量环向桁架，以增强结构整体性。用钢量130kg/m2。钢材和标号钢材和标号钢材一般包括：型钢-型材型材工字钢、槽钢、角钢、H型钢等；钢板-板材板材厚板(t 40mm，z向钢)；特厚板(t 100mm，z向钢)钢管-管材管材无缝钢管、焊接钢管；圆管或方(矩形)管；盘条-线材线材钢

20、筋、钢绞线等标号：GB50017-2003推荐使用的钢材：Q235、Q345、Q390、Q420(Q460)Q235-A,B,C,D;Q345-A,B,C,D,EI20a,25b,70 4,100 80 6,HW200 200 8 12,HM340 250 9 14HN400 200 8 13,140 4,-200 10，500 16,500 300 12 12钢材的机械性能：屈服强度、抗拉强度、伸长率、冷弯性能、冲击韧性焊接组合截面焊接组合截面圆管圆管 H H型钢型钢 钢板钢板槽钢槽钢 角钢角钢 方管方管组合压型钢板组合压型钢板楼承板楼承板的发展的发展开口及缩口型钢承板截面形状开口及缩口型钢

21、承板截面形状钢筋桁架楼承板钢筋桁架楼承板闭口型钢承板截面形状闭口型钢承板截面形状BD-40BD-65钢骨混凝土结构钢骨混凝土结构结构跨度的适用范围大跨度屋盖的结构形式大跨度屋盖的结构形式b）六角形六角形蜂巢蜂巢c）风中的风中的蜘蛛网蜘蛛网a)海螺、海螺、贝壳贝壳生物造生物造(仿生仿生)空间结构空间结构屋盖结构屋盖结构新新分类分类弯矩弯矩结构结构（Moment-ResistingStructures）轴力轴力结构结构（AxialForce-ResistingStructures）RC扁壳扁壳h=L/500=4m/500=80mm格构式梁格构式梁桁架桁架RC板板h=L/40=4m/40=100mm

22、（D板的抗弯刚度）板的抗弯刚度）RC梁梁h=L/10=4m/10=400mm（EIx 梁的抗弯刚度）梁的抗弯刚度）轴力轴力结构结构（AxialForce-ResistingStru.）交叉桁架体系交叉桁架体系 角锥体系角锥体系格构式板格构式板平板网架平板网架 格构式壳格构式壳网壳网壳 一一维维二二维维三三维维弯矩弯矩结构结构（Moment-ResistingStructures）屋盖结构屋盖结构新新分类分类 图示最熟悉图示最熟悉RCRC结构的一、二、三维传力体系。可见，结构的一、二、三维传力体系。可见，梁梁、板板为为弯矩结构弯矩结构，薄壳薄壳主要为主要为轴力轴力结构结构。相应的。相应的格构式格

23、构式结构结构不应改变不应改变结构的受力结构的受力特性特性。f 为矢高为矢高RC扁壳扁壳h=L/500=104m/500=80mm格构式梁格构式梁桁架桁架RC薄板薄板：h=L/40=4m/40=100mm（D板的抗弯刚度）板的抗弯刚度）张弦梁张弦梁RC梁梁：h=L/10=4m/10=400mm（EIx 梁的抗弯刚度梁的抗弯刚度）b）屋盖）屋盖空间空间结构（结构（形效形效结构、结构、轴力轴力结构）结构）张弦梁张弦梁（StringBeam）交叉桁架体系交叉桁架体系四角锥体系四角锥体系格构式板格构式板网架网架 格构式壳格构式壳网壳网壳 弦支弦支穹顶穹顶(suspendedDome)一一维维传力传力a）

24、屋盖）屋盖弯矩弯矩结构结构二二维传力维传力三三维传力维传力屋盖结构屋盖结构 屋盖空间结构屋盖空间结构是一种由于是一种由于形状形状而产生而产生效益效益的结构，因此它又叫的结构，因此它又叫形效结构形效结构（FormativeStructures）。）。屋盖空间结构屋盖空间结构的的三大三大特点：特点：曲面曲面空间状（有空间状（有封闭边缘封闭边缘构件）：形态、拓朴构件）：形态、拓朴 轴力轴力结构结构 用料用料很经济很经济 屋盖弯矩结构屋盖弯矩结构则是用结构的则是用结构的抵抗抵抗弯矩平衡荷载产生的弯矩平衡荷载产生的外外弯矩，因此，屋盖弯矩结构弯矩，因此，屋盖弯矩结构只能用于只能用于中中、小跨度小跨度的屋

25、盖结构中。的屋盖结构中。轴力结构轴力结构RC扁壳扁壳h=L/500=104m/500=80mm剖面剖面A-AAA桁架结构桁架结构三角形屋架三角形屋架梯形屋架梯形屋架斜腹杆可采用再分式斜腹杆可采用再分式平行弦屋架平行弦屋架上弦可为双坡、弧形等上弦可为双坡、弧形等整个结构可采用曲线形布置整个结构可采用曲线形布置腹杆可采用腹杆可采用V形布置形布置拱结构拱结构常用形式：常用形式：实腹式截面；实腹式截面；腹板开洞（孔）的实腹式截面；腹板开洞（孔）的实腹式截面；管桁架式；管桁架式；弦支柱壳。弦支柱壳。拱推力的平衡措施拱推力的平衡措施腹板开洞的工形截面拱腹板开洞的工形截面拱 柏林新火车站柏林新火车站门式刚架

26、轻钢厂房门式刚架轻钢厂房门式刚架轻型房屋钢结构技术规程门式刚架轻型房屋钢结构技术规程CECS102:2002规定：跨度宜采用936m；当边柱宽度不等时，其外侧应对齐；平均高度宜采用4.59.0m，当有桥式吊车时不宜大于12m；柱网轴线间的纵向距离宜采用69m。交叉桁架系交叉桁架系四角锥体系四角锥体系网格结构(平板网架+曲板网壳)JGJ72010空间网格结构技术规程 双层网架双层网架 单层网壳单层网壳 双层网壳双层网壳实心螺栓球节点（锻打or铸钢）空心焊接球节点钢管相贯节点北京亚运村主会场看台挑蓬 深圳机场候机厅某加油站白云机场南航白云机场南航GAMECO飞机维飞机维修设施二期项目修设施二期项目

27、机机库库大大厅厅屋屋盖盖用用钢钢量量2200余余t，建建筑筑面面积积1.73万万m2，最最大大高高度度30.5m，平平面面 尺尺 寸寸1 8 4 m x 8 4 m，厚厚 度度4.9m8.96m，基基本本网网格格尺尺寸寸6mx6m，下下弦弦中中心心标标高高20.000m，上上弦弦标标高高2 4.9 0 0 m 2 8.9 0 0 m。海丰鞋业有限公司C型厂房(80m80m，共7栋)螺栓球平板网架，混合支承，用钢量：17.3kg/m2南海观音佛像南海观音佛像高61.9m大连世纪塔大连世纪塔番禺莲花山观音像番禺莲花山观音像高高40.88m成都机场候机室成都机场候机室-单层柱壳单层柱壳肋环型单层球壳

28、肋环型单层球壳凯威特型单层球壳凯威特型单层球壳奥运会老山自行车奥运会老山自行车双层球壳双层球壳双层球壳，平面直径149.536m国家大剧院国家大剧院双层球壳双层球壳 椭球面平面尺寸212.2mx143.64m东莞某市场东莞某市场双层球壳双层球壳悬悬 索索 结结 构构悬索常采用冷拔高强钢丝组成的柔性索柔性索：钢丝束和钢铰线，也可采用钢拉杆钢拉杆(钢棒钢棒)。冷拔高强钢丝的强度标准值冷拔高强钢丝的强度标准值ftk=(13701860)N/mm2，伸长率：伸长率：5%6%，硫、，硫、磷含量磷含量0.035%，铬镍含量，铬镍含量0.25%，对钢丝的外观质量，如直径公差，伤痕、锈蚀，对钢丝的外观质量，如

29、直径公差，伤痕、锈蚀等缺陷均要严格控制。等缺陷均要严格控制。由于柔性索不抗弯，特别在局部荷载作用下，会产生较大的由于柔性索不抗弯，特别在局部荷载作用下，会产生较大的机构性位移机构性位移，常需采，常需采取各种措施：取各种措施：施加预应力施加预应力（双层索系和鞍形索网）、（双层索系和鞍形索网）、采用重屋面、设置横向劲性构件、采用重屋面、设置横向劲性构件、设置抗风索设置抗风索等，来提高结构的等，来提高结构的形状稳定性形状稳定性。如何处理好受力很大的边缘支承结构，往如何处理好受力很大的边缘支承结构，往往成为大跨度索结构设计中的核心问题。往成为大跨度索结构设计中的核心问题。双层索系结构双层索系结构197

30、2年，英国A.W.Butler对已建成的近20个跨度l 150m的悬挂屋盖进行统计，一般用钢量10kg/m2(不包括索的边缘支承结构的用钢量)。北京朝阳体育馆北京朝阳体育馆（1990）（组合悬索结构，椭圆平面：69m78m，用钢量52.2kg/m2）1990年北京举办第11届亚运会，中国自己设计、施工的13个大跨度场馆中，空间结构占84.6%，其中,空间网格结构10个、空间索结构1个。一维梁式结构只有2个。索网结构索网结构a)全貌全貌b)Plan(twoparabolicarches)d)闭合传力闭合传力 e)TypicalSecfionofArch f)拱脚拱脚g)屋面与抗风索屋面与抗风索c

31、)立面及剖面立面及剖面世界第世界第1个个索网索网结构结构（1953，用钢量，用钢量30kg/m2）美国雷里竞技场美国雷里竞技场（RaleighArena）北京工人体育馆北京工人体育馆双层辐射状悬索双层辐射状悬索浙江省人民体育馆浙江省人民体育馆正交索网正交索网 宝安体育场宝安体育场屋盖采用张拉索膜结构，立面柱子交错布置形成“竹林”效果，既承受屋盖的重量，又有节节高的寓意。屋盖造型呈马鞍面并覆盖白色PTFE膜，类似片片“白云”。潮州体育馆潮州体育馆 索索-桁架结构桁架结构n概念概念 张弦梁结构是由刚性压弯构件张弦梁结构是由刚性压弯构件(拱拱)、柔性拉索或钢拉杆、柔性拉索或钢拉杆(弦弦)及撑杆组合而

32、成及撑杆组合而成的屋盖弯矩结构体系，最初是由日本大学的屋盖弯矩结构体系，最初是由日本大学M.Saitoh(斋藤公男斋藤公男)教授在教授在2020世纪世纪8080年代初提出。该结构通过撑杆减小拱弯矩和变形的同时，由弦抵消拱端推年代初提出。该结构通过撑杆减小拱弯矩和变形的同时，由弦抵消拱端推力，从而降低对边界条件的要求。力，从而降低对边界条件的要求。上弦拱可采用实腹式截面，也可采用格构式截面。上弦拱可采用实腹式截面，也可采用格构式截面。张弦梁结构张弦梁结构(BeamStringStructureBSS)张张弦弦梁梁结结构构根根据据传传力力特特点点，可可分分为为单单向向张张弦弦梁梁结结构构、双双向向

33、张张弦弦梁梁结结构构、三三向向张张弦弦梁梁结结构构、辐射式辐射式张弦梁结构等。张弦梁结构等。单向单向 双向双向 适用用于矩形平面适用用于矩形平面 适用于矩形、圆形和椭圆形平面适用于矩形、圆形和椭圆形平面 三向三向 辐射式辐射式工程名称工程名称 结构类型结构类型跨度跨度(m)日本大学体育馆日本大学体育馆单向单向85日本绿色穹顶日本绿色穹顶辐射式辐射式167x122贝尔格莱德新体育馆贝尔格莱德新体育馆双向双向132.7x102.7奥运会奥体中心训练馆奥运会奥体中心训练馆单向单向43浦东机场一期航站楼浦东机场一期航站楼单向单向82.6浦东机场二期航站楼浦东机场二期航站楼单向单向89郑州国际会展中心郑

34、州国际会展中心单向单向70哈尔滨国际会展中心哈尔滨国际会展中心单向单向128广州会展中心广州会展中心单向单向126.6深圳国际会展中心深圳国际会展中心单向单向126全国农展馆新馆全国农展馆新馆单向单向77中国长春农博园中国长春农博园单向单向77黄河口模型试验大厅黄河口模型试验大厅单向单向148奥运会国家体育馆奥运会国家体育馆双向双向144.5x114广州南沙体育馆广州南沙体育馆辐射式辐射式直径直径98/41.6 适用于多边形平面适用于多边形平面 适用于圆形和椭圆形平面适用于圆形和椭圆形平面 中心宜设置受拉环及受压环中心宜设置受拉环及受压环 绿色穹顶绿色穹顶(167mx122m167mx122m

35、椭圆形，椭圆形，椭圆形，椭圆形，135kg/m135kg/m2 2)贝尔格莱德新体育馆贝尔格莱德新体育馆(102.7mx132.7m102.7mx132.7m)浦东机场航站楼浦东机场航站楼(一期一期)(82.6m82.6m)浦东机场航站楼浦东机场航站楼(二期二期)(89m89m)广州会展广州会展 (126.6m126.6m)深圳会展中心深圳会展中心矩形平面(1830m)(126m+30m+126m)，250kg/m2国家体育馆国家体育馆(114mx144.5m114mx144.5m)广州南沙体育馆广州南沙体育馆(直径直径98m/41.6m，36榀榀/18榀榀)哈尔滨国际展览体育中心哈尔滨国际展

36、览体育中心 (128m128m)塘厦体育馆、醴陵体育馆塘厦体育馆、醴陵体育馆斜拉结构斜拉结构北京某斜拉结构北京某斜拉结构悉尼会展中心悉尼会展中心1993年，日本年，日本法政大学法政大学M.Kawaguchi(川口卫川口卫)教授教授等人依据张拉整体思想，将等人依据张拉整体思想，将传统单层网壳传统单层网壳和和索穹顶索穹顶进行有机结合，首次提出了进行有机结合，首次提出了弦支穹顶弦支穹顶的结构概念。的结构概念。弦支穹顶通常是由弦支穹顶通常是由上部单层网壳上部单层网壳和和下部索杆体系下部索杆体系组成的屋盖形效结构体系，当组成的屋盖形效结构体系，当结构跨度较大时，也可采用结构跨度较大时，也可采用双层双层网

37、壳或网壳或局部双层局部双层网壳等作为上部刚性层。径向网壳等作为上部刚性层。径向索可采用索可采用钢拉杆钢拉杆。弦支穹顶结构弦支穹顶结构(SuspendedDome)改善了单层网壳的稳改善了单层网壳的稳定性能，提高了单层定性能，提高了单层网壳的面外刚度，降网壳的面外刚度，降低对边界条件的要求；低对边界条件的要求；与索穹顶结构相比，与索穹顶结构相比，降低设计和施工的难降低设计和施工的难度。度。20082008奥运会羽毛球馆奥运会羽毛球馆跨度跨度93m，矢跨比，矢跨比1/10，为目前国内跨度较大的圆形弦支穹顶结构，为目前国内跨度较大的圆形弦支穹顶结构，用钢量约用钢量约63kg/m2。单层网壳采用圆管，

38、拉索采用平行钢丝束，分别。单层网壳采用圆管，拉索采用平行钢丝束，分别设置设置5道环索、道环索、102根撑杆及根撑杆及204根径向钢拉杆。根径向钢拉杆。武汉体育馆武汉体育馆椭圆抛物面双层椭圆抛物面双层165mx145m(净跨净跨135mx115m)安徽大学体育馆安徽大学体育馆安徽大学体育馆安徽大学体育馆弦支穹顶钢屋盖平面投影为正六边形，外接圆直径为弦支穹顶钢屋盖平面投影为正六边形，外接圆直径为87.76m87.76m。其中，沿。其中，沿正六边形正六边形的的6 6根箱型主脊梁处设置根箱型主脊梁处设置5 5圈索系。圈索系。济南奥体中心体育馆济南奥体中心体育馆跨度跨度122m，矢高，矢高12.2m，是

39、目前已建跨度最大的弦支穹顶结构。，是目前已建跨度最大的弦支穹顶结构。东莞厚街体育馆东莞厚街体育馆（2011）弦支穹顶结构弦支穹顶结构 体育馆屋盖结构由单层网壳、环向体育馆屋盖结构由单层网壳、环向索索、径向径向钢棒钢棒及及撑杆撑杆组成。撑杆上、下端采用组成。撑杆上、下端采用铸钢节点铸钢节点。环环向施加向施加预应力预应力。网壳椭圆平面：网壳椭圆平面：127.875m93m；支座平面：支座平面：110m80m，24个焊接球支座。个焊接球支座。矢高矢高f=9.4m。中央无悬支椭圆：。中央无悬支椭圆：37.284m27.116mf/l=1/8.5（短轴），（短轴），f/l=1/11.7（长轴）（长轴）屋

40、盖投影面积：屋盖投影面积：0.9340万万m2展开面积：展开面积：0.9825万万m2元素元素用钢量用钢量百分比百分比（%）（t）（kg/m2）杆件杆件Q345530.82456.878.2索索167014.1221.52.0钢棒钢棒Q46028.8453.14.2铸钢节点铸钢节点ZG20Mn5106.54811.415.6680.33972.8100单层网壳单层网壳（联方型（联方型+凯威特型，中央：凯威特型，中央：绽放的花瓣绽放的花瓣）弦支弦支（第（第9、7、5、3共共四四圈圈稀索稀索体系）体系）结构改进形式结构改进形式 桁架式弦支穹顶桁架式弦支穹顶 巨型网格弦支穹顶巨型网格弦支穹顶索穹顶通

41、常由索穹顶通常由脊索脊索、斜索斜索、环索环索、撑杆撑杆、内拉环内拉环或脊索中心交汇连接构件和或脊索中心交汇连接构件和外外压环压环等组成的预应力自平衡张拉结构体系。索穹顶结构形式主要有：等组成的预应力自平衡张拉结构体系。索穹顶结构形式主要有：肋环型肋环型、联方型联方型等，适用于圆形、椭圆形或多边形平面。等，适用于圆形、椭圆形或多边形平面。索穹顶结构索穹顶结构(CableDome)肋环型 联方型 1脊索；2斜索；3环索；4撑杆；5内拉环(或中心连接构件)；6外压环 汉城奥运会汉城奥运会 GymnasticHall(119.8m，肋环型)不包括压力环，用钢量：15kg/m2 亚特兰大奥运会亚特兰大奥

42、运会 GeorgiaDome(240.79m192.02m，联方型)不包括压力环，用钢量：30kg/m2鄂尔多斯伊金霍洛旗索穹顶结构鄂尔多斯伊金霍洛旗索穹顶结构 鄂尔多斯伊金霍洛旗索穹顶结构是目前国内最大的索穹顶结构工程，屋盖建筑平面呈圆形，直径71.2m，矢高约5.5m。由外环梁、内环梁、环索、斜索、脊索及两圈撑杆组成，表面覆盖膜材。索穹顶结构施工动画索穹顶结构施工动画撑杆上节点撑杆上节点撑杆下节点撑杆下节点拉索与外环桁架连接节点拉索与外环桁架连接节点内拉力环节点内拉力环节点鄂尔多斯伊金霍洛旗索穹顶结构的鄂尔多斯伊金霍洛旗索穹顶结构的相关节点相关节点 环向索环向索张拉张拉环向索环向索千斤顶千

43、斤顶日本福冈穹顶日本福冈穹顶（1993年，年，D=222m，4万人）万人）穹顶穹顶由三块扇形平面可旋转的由三块扇形平面可旋转的球面网壳球面网壳组组成，可使穹顶形成三种状态：成，可使穹顶形成三种状态：全封闭全封闭状态状态半开启半开启状态（状态（1/3露天）露天）全开启全开启状态（状态（2/3露天）露天）h/D=3.5/222=1/63世界最大跨度的世界最大跨度的开合屋盖开合屋盖结构结构日本福冈穹顶日本福冈穹顶(FukuokaDome)开合结构开合结构南通体育会展中心体育场南通体育会展中心体育场闭合状态闭合状态开启状态上海八万人体育场上海八万人体育场97年竣工的上海八万人体育场看台顶蓬是我国规模最

44、大最具有影响力的膜结构，由美国Weidlinger公司及上海建筑设计院设计 膜结构膜结构千年穹顶千年穹顶张拉膜张拉膜膜材膜材织物织物涂涂层层使用使用PVC聚酯聚酯纤维纤维聚氯聚氯乙烯乙烯15年年PTFE玻璃玻璃纤维纤维聚四氟聚四氟乙烯乙烯25年年外部外部桅杆桅杆新白云国际机场新白云国际机场宜兴体育场宜兴体育场骨架膜骨架膜上海和平公园海豚馆上海和平公园海豚馆充气膜充气膜车幅结构车幅结构受力原理图受力原理图汉堡历史博物馆玻璃屋顶汉堡历史博物馆玻璃屋顶伦敦眼伦敦眼 D=135m树枝结构树枝结构结构特点：结构特点：结构有规律地分叉，恰似树枝；构件多采用圆钢管；节点多采用铸钢节点；枝叉顶端与结构有规律地

45、分叉，恰似树枝；构件多采用圆钢管；节点多采用铸钢节点；枝叉顶端与屋面结构连接，构成整体受力；屋盖多采用轻型屋面体系屋面结构连接，构成整体受力；屋盖多采用轻型屋面体系 。高铁车站高铁车站玻璃幕墙玻璃幕墙 扭壳扭壳（HyperbolicParaboloid）双向直纹墨西哥城咖啡厅四川德阳体育馆20122012年伦敦奥运会主体育场年伦敦奥运会主体育场伦敦碗伦敦碗伦敦碗伦敦碗由由五层五层结构结构环环组成：组成：1.天蓬天蓬支架环支架环；2.装饰装饰围护环围护环；3.看台看台面板面板环；环；4.看台看台支架环；支架环；5.地面地面看台环。看台环。1和和4的材料为的材料为旧钢管旧钢管；3和和5的材料为的材

46、料为低碳混凝土低碳混凝土；2的材料为的材料为纤维布纤维布。“伦敦碗伦敦碗”（2012年）年）北京北京“鸟巢鸟巢”（2008年）年）1996年第年第26届奥运会亚特兰大届奥运会亚特兰大主体育馆主体育馆，椭圆平面：，椭圆平面：240.79m192.02m）（屋（屋顶顶+外外环环）用钢量）用钢量=（30+57）/美国乔治亚穹顶美国乔治亚穹顶2008年第年第29届奥运会国家体育场，瑞士赫尔佐格、德梅隆中标，平面桁架系结构。届奥运会国家体育场，瑞士赫尔佐格、德梅隆中标，平面桁架系结构。椭圆平面：椭圆平面：332.3m297.3m，中央开洞口：，中央开洞口：185.3m127.5m，用钢量，用钢量710-

47、881/鸟巢鸟巢外形（由外形（由2020个单元组成）个单元组成）结构平面尺寸结构平面尺寸 剖面剖面深圳大运会体育场深圳大运会体育场铸钢结点共铸钢结点共7类：类：720个个=140个，总重量个，总重量0.42万万t。20个最大个最大的肩谷铸钢结点，每个铸件外形尺寸巨大。的肩谷铸钢结点，每个铸件外形尺寸巨大。单元（共单元（共2020个）个）肩谷肩谷最大外形尺寸：最大外形尺寸：5400mm4600mm3400mm（10管相交），管相交），壁厚壁厚400mm，与钢管，与钢管对接对接焊焊。单件重单件重98.6t。荷兰荷兰 库哈斯中标库哈斯中标CCTV 大楼大楼，n=53层，层，H=234m，用钢量：，用

48、钢量：14万万t/49万万m2=285.7kg/m2。严。严重违背抗震规范强制性条文，创造了世界高层钢结构重违背抗震规范强制性条文，创造了世界高层钢结构悬挑最大悬挑最大的建筑奇迹。的建筑奇迹。实景实景 水立方水立方（WaterCube），），由由6个个14面体和面体和2个个12面体合成的基本单元体，面体合成的基本单元体，经经旋转旋转、切割切割等复杂计算后成为等复杂计算后成为屋盖屋盖和和墙体墙体，是，是简单问题复杂化简单问题复杂化的建筑奇迹。的建筑奇迹。广州歌剧院广州歌剧院，69个铸钢结点、单件最重个铸钢结点、单件最重38t。“大石头大石头”长长135.9m，宽，宽128.5m。“小石头小石头”

49、：长：长87.6m，宽，宽62m用钢用钢263kg/m2，投影面积：，投影面积：1.7万，耗钢万，耗钢1万万t，用钢量：，用钢量：588kg/m2。合肥创新展示馆合肥创新展示馆（2010）成为成为最杂乱的创新奇迹最杂乱的创新奇迹。违背结构是支承作用。违背结构是支承作用（Actions荷载、地震）的骨架；建筑功能与空间也很杂乱；施工时的空荷载、地震）的骨架；建筑功能与空间也很杂乱；施工时的空间定位极为复杂。间定位极为复杂。效果图效果图 俯视图俯视图室内室内 平面图平面图广东奥林匹克体育场广东奥林匹克体育场美国NixonEllerbeBacket(NEB)公司中标。屋盖用钢量：200kg/m2（H

50、型钢弦杆，最大厚度125mm）。钢屋盖的制造、安装技术评审为国际先进水平。珠江的水，波涛滚滚珠江的水，波涛滚滚姜正荣博士近年设计的主要工程简介近年设计的主要工程简介深圳宝安体育馆深圳宝安体育馆（2002）法国建筑师莫尼的方案圆钢管相贯结构，轻屋面，平面尺寸140mx140m，最大悬臂长臂48.295m，屋盖用钢量68kg/m2。内景内景湛江电厂干煤棚四柱支承网架屋盖湛江电厂干煤棚四柱支承网架屋盖（1995）（Four-PillarSupportedSpaceTrussforCoalStorageinZhanjiangPowerPlant）四柱支承焊接球平板网架结构，平面尺寸113.4mx113