浅谈我国高层混合结构设计.ppt

1、第第十四十四届全国现代结构工程学术研讨会届全国现代结构工程学术研讨会质疑我国质疑我国高层高层混合结构混合结构设计设计（2014月月7月月18-21日，天津大学）日，天津大学）1 中国中国高层高层混合混合结构结构超限超限问题。问题。2 中国中国钢结构建筑世界钢结构建筑世界获奖获奖问题。问题。3 全全钢结构钢结构轻量化设计轻量化设计是中国是中国结构师结构师的的历史使命历史使命。13902264345中国钢结构事业中国钢结构事业资深专家资深专家中国钢结构协会中国钢结构协会资深专家资深专家中国高效预应力中国高效预应力混凝土混凝土技术发展与推广委员会技术发展与推广委员会委员委员广东省钢结构协会广东省钢结

2、构协会理事长理事长华南理工大学土木系华南理工大学土木系教授教授空淡误国空淡误国实干兴邦实干兴邦定义：高层定义：高层混合混合结构结构由由钢钢、混凝土混凝土两种两种抗侧力体系抗侧力体系组成的高层结构。组成的高层结构。上海上海金茂大厦金茂大厦（n=88层，层，H=421m，1999）结构结构分类分类构件（构件（structural members）组成组成混混合合结结构构钢钢结结构构不开裂不开裂构件构件 型钢型钢、钢板钢板、高强钢丝高强钢丝（钢绞线）（钢绞线）、钢棒、钢棒（简称（简称S）钢管钢管混凝土混凝土（Concrete-filled Steel Tubular，简称，简称STC）钢梁钢梁+压型

3、钢板上现浇砼组合件压型钢板上现浇砼组合件（Steel-Concrete composite，简称，简称S-C）混混凝凝土土结结构构带裂缝工作带裂缝工作的构件的构件 钢筋混凝土钢筋混凝土（Reinforced Concrete，简称，简称 RC）型钢型钢砼或砼或钢骨混凝土钢骨混凝土（Steel-Reinforced Concrete，简称，简称 RCS）部分部分预应力混凝土预应力混凝土（Partial Prestressed Concrete，简称，简称PPC）结构结构(Structures)支承支承作用作用(Actions)的的骨架骨架。直接直接作用作用：荷载荷载(Loods)间接间接作用作用

4、：地震地震(Earthquake)、支座支座沉降沉降、温差温差104 钱稼茹、赵作周、叶列平，钱稼茹、赵作周、叶列平，高层建筑结构设计（第二版），高层建筑结构设计（第二版），中国建筑工业出版社，中国建筑工业出版社，2012年年8月月 经典精品系列教材，高校土木工程专业指导委员会规划推荐教材经典精品系列教材，高校土木工程专业指导委员会规划推荐教材竖向竖向混合框架混合框架结构结构104?!RC(Reinforced Concrete MemberColumn)orS(steel column)RCS(steel Reinforced Concrete Column)orSTC(Concrete-f

5、illed steel Tubular Column)RC Beam、RCS Beam or Steel Beam混合框架混合框架给计算分析带来麻烦。给计算分析带来麻烦。文献文献3P.385：“对于对于混凝土混凝土核心筒核心筒-钢钢框架混合结构，在框架混合结构，在美国美国主要用主要用于于非抗震非抗震设防区，且认为不宜设防区，且认为不宜大于大于150m。在日本，。在日本，1992年建了两幢，其高年建了两幢，其高度分别为度分别为78m和和107m，结合这两项工程开展了一些研究，但并，结合这两项工程开展了一些研究，但并未推广未推广。据。据报道，日本规定采用这类体系要经报道，日本规定采用这类体系要经建

6、筑中心建筑中心评定和评定和建设大臣建设大臣批准。批准。”文献文献98P.5：“1964年美国阿拉斯加地震，采用年美国阿拉斯加地震，采用混凝土芯筒混凝土芯筒-钢框架钢框架混合结构的楼房，曾发生混合结构的楼房，曾发生严重破坏严重破坏甚至甚至倒塌倒塌。据此，美国工程界一些人。据此，美国工程界一些人士认为，混合结构士认为，混合结构不宜不宜用于用于地震区地震区的的高楼高楼。”文献文献3P.385：“我国自我国自20世纪世纪80年代在当时年代在当时不设防不设防的上海的上海希尔顿酒店希尔顿酒店采用混合结构以来，应用较多，除大量应用于采用混合结构以来，应用较多，除大量应用于7度和度和6度地区外，也用于度地区外

7、，也用于8度度地区。由于这种体系主要由混凝土核心筒承担地震作用，地区。由于这种体系主要由混凝土核心筒承担地震作用，钢钢框架和框架和混凝土混凝土筒的侧向筒的侧向刚度刚度差异较大，国内对其抗震性能虽有一些研究，尚不够完善差异较大，国内对其抗震性能虽有一些研究，尚不够完善”。3 中国住建部，中国住建部，建筑抗震设计规范建筑抗震设计规范（GB 500 11-2010），中国建筑工业出版社，），中国建筑工业出版社，2010年年8月月98 刘大海、杨翠如，刘大海、杨翠如，高楼钢结构设计高楼钢结构设计（钢结构、钢（钢结构、钢-混凝土混合结构），中国建筑工业出版社，混凝土混合结构），中国建筑工业出版社，200

8、3年年9月月用钢：型钢用钢：型钢+钢筋（钢筋（69+70）kg/m2 上海希尔顿国际酒店上海希尔顿国际酒店（n=43层，层，H=143m，1988）为何为何混凝土混凝土核心筒核心筒+钢钢框架框架(Concrete Core Tube+steel Frame)简称简称C+SF，能，能够在我国够在我国大量大量采用，主要采用，主要原因原因是：是：核心筒核心筒几乎承担几乎承担100%的水平作用（风、地震），的水平作用（风、地震），具有具有很大很大的抗推刚度，的抗推刚度，容易满足水平侧移限值，设计容易满足水平侧移限值，设计无无难度。因此，混凝土和钢难度。因此，混凝土和钢两种结构的混合在强震作用下的两种结

9、构的混合在强震作用下的结构性能结构性能表现，必须引起结构工程师的严重关注：表现，必须引起结构工程师的严重关注：强震后，同一幢高楼的两种抗侧力体系，一个（强震后，同一幢高楼的两种抗侧力体系，一个（混凝土核心筒混凝土核心筒刚度大，地震力也刚度大，地震力也大大第一道第一道抗震防线）可能成为建筑垃圾，一个（抗震防线）可能成为建筑垃圾，一个（钢钢框架）能修复（可持续发框架）能修复（可持续发展），如何展），如何处理后事处理后事，值得，值得深思深思！钢柱钢柱 N、M、u与与H的关系的关系No规范规范（程）程）抗侧力体系抗侧力体系 非非抗震抗震设计设计 抗震设防烈度抗震设防烈度 6度度 7度度 8度度 9度度

10、 0.10g 0.10g 0.15g 0.20g 0.30g 0.40g 1 规范规范1 P.96全钢全钢a 筒体筒体300 280 260 240 180 b 框架框架-中心支撑中心支撑220 200 180 150 120 P.48混凝土混凝土c 框架框架-核心筒核心筒150 130 100 90 70 当房屋高度超过当房屋高度超过c项时，可采用钢框架项时，可采用钢框架-混凝土核心筒混合结构组成的抗侧力体系，但此混凝土核心筒混合结构组成的抗侧力体系，但此时的时的H不宜超过不宜超过b、c两项高度的平均值（详见规范两项高度的平均值（详见规范1P.213）。）。2 规程规程2 P.123混合混合

11、钢框架钢框架-RC核心筒核心筒 210 200 160 120 100 70 3 规程规程3 P.1全钢全钢 框架框架-支撑支撑（剪力墙板）（剪力墙板）260 220 200 140 各类筒体各类筒体 360 300 260 180 P.1混合混合钢框架钢框架-混凝土混凝土核心筒核心筒 220 180 100 70 4规程规程4混合混合钢框架钢框架-RC（RCS）核心筒核心筒160120100-钢框架钢框架-RC核心筒核心筒钢框架钢框架-RCS核心筒核心筒21023020022018018012013070701 中国建设部，中国建设部，建筑抗震设计规范建筑抗震设计规范（GB 500 11-2

12、010），中国建筑工业出版社，），中国建筑工业出版社，2010.2 中国建设部，中国建设部，高层建筑混凝土结构技术规程高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ 3-2010），中国建筑工业出版社，），中国建筑工业出版社，2011年年6月月3 中国建筑技术研究院，中国建筑技术研究院，高层民用建筑钢结构技术规程高层民用建筑钢结构技术规程（JGJ 99-98），中国建筑工业出版社，），中国建筑工业出版社，1998.4 中国工程建设标准化协会，中国工程建设标准化协会，高层建筑钢高层建筑钢-混凝土混合结构设计规程混凝土混合结构设计规程（CECS230:2008），），2008表表1 我国规范我国规范（程）规定

13、的（程）规定的高层混合高层混合结构的结构的高度限值高度限值H我国我国用高层用高层混合混合结构结构盲目冲击盲目冲击高层建筑高度高层建筑高度1 1 广州广州新中轴线的新中轴线的三三大高层大高层混合混合结构结构广州电视塔、西塔、东塔广州电视塔、西塔、东塔 广州电视塔广州电视塔 西塔西塔 （n=39，H=454m，不含天线，不含天线146m，2009）（n=103，H=432m，2005）东塔东塔（2015）是广州最高的高是广州最高的高层混合结构，层混合结构，n=111,H=518.15m。设计设计:美国美国KPE建筑事务所建筑事务所 奥雅纳工程咨询公司奥雅纳工程咨询公司施工施工:中建钢构有限公司中建

14、钢构有限公司总建筑面积总建筑面积50万万m2，总用钢量，总用钢量16.8万万t（型钢（型钢10.8万万t，钢筋，钢筋6.0万万t）。最厚钢板最厚钢板t=130mm（铸钢件厚度（铸钢件厚度400mm）,最大钢筋直径最大钢筋直径d=40mm。混凝土用量混凝土用量20万万m3。2 上海上海陆家嘴的陆家嘴的三大三大高层高层混合混合结构结构金茂大厦、环球中心、上海中心金茂大厦、环球中心、上海中心黄埔江黄埔江 金茂大厦金茂大厦 环球金融中心环球金融中心 （n=88层，层，H=421m，1999）（n=101，H=492m，2007）核心筒核心筒内缩内缩后塔吊布置后塔吊布置B357F57F61F61F79F

15、M440D附着反向附着反向180度度环球金融中心环球金融中心 上海中心上海中心是上海最高的高层混合结是上海最高的高层混合结构，构，H=580m。设计设计：美国：美国Gensler公司公司 总包总包：上海建工（集团）总公司：上海建工（集团）总公司 总建筑面积总建筑面积57.4万万m2，钢材总用量，钢材总用量10万万t，最厚钢板，最厚钢板t=140mm，最大钢筋，最大钢筋直径直径d=40mm。3 深圳深圳平安大厦平安大厦 平安大厦平安大厦是深圳最高的高层混合结构。由美国是深圳最高的高层混合结构。由美国KBF公司和公司和CCDI悉地（深圳）国际悉地（深圳）国际设计公司设计，中建钢构有限公司钢结构施工

16、。总建筑面积设计公司设计，中建钢构有限公司钢结构施工。总建筑面积46万万m2（塔楼（塔楼35万万m2），），钢材钢材总用量总用量10万万t型钢型钢4.545万万t，钢筋，钢筋5.455万万t（塔楼（塔楼4.2万万t）。最厚钢板）。最厚钢板t=150mm（铸钢件厚（铸钢件厚220mm），），最大钢筋直径最大钢筋直径d=32mm。混凝土混凝土用量为用量为27.8万万m3（其中楼盖（其中楼盖46万万m2 0.1m=4.6万万m3）。）。深圳平安大厦深圳平安大厦（n=118层，层，H=597m，不含天线，不含天线63m）深圳深圳平安大厦平安大厦平面平面（n=118，H=597m）核心筒厚厚1500厚厚

17、800翼柱翼柱建筑结构建筑结构传统传统(convensional)现代现代(modern)砖石砖石结构结构砖混结构砖混结构(n=16层层)高层高层（耸）结构（耸）结构 Tall Building、High Rise Structure 屋盖结构屋盖结构(Roof Structure)圬工圬工结构结构,如水坝如水坝承重砖墙承重砖墙+木木楼盖或砼楼盖楼盖或砼楼盖混凝土（砼）混凝土（砼）钢钢屋盖屋盖形效形效结构结构（轴力轴力结构）结构）大跨度大跨度（L100m）屋盖屋盖弯矩弯矩结构结构中、小跨度中、小跨度RCPCSPS框架框架；框框架架-支支撑（钢板撑（钢板剪力墙剪力墙）；）；框筒框筒；巨型巨型结构

18、；结构；悬挂悬挂体系。体系。刚性刚性结构结构-如网壳等如网壳等柔性柔性结构结构-如索穹顶等如索穹顶等杂交杂交结构结构-如悬支穹顶等如悬支穹顶等实腹梁、桁架、张弦实腹梁、桁架、张弦梁梁（一、二维）（一、二维）、格栅、格栅、网架、门式刚架等网架、门式刚架等钢筋混凝土（钢筋混凝土（RC）Reinforced Concrete；预应力混凝土（；预应力混凝土（PC）Prestressed Concrete；钢（钢（S）Steel；预应力钢（；预应力钢（PS）Prestressed Steel（1）ST.C（2）RC.S（3）钢梁）钢梁+RC板板组合组合结构：结构：钢管砼钢管砼结构（结构（Concrete

19、-Filled steel Tubular Structure 简称简称 ST.C）钢骨砼钢骨砼结构结构(Steel-Reinforced Concrete structure 简称简称 RC.S)钢钢砼组合楼盖砼组合楼盖结构（钢梁结构（钢梁+RC板）板）4 4 结论结论 美国美国高层混合结构高层混合结构“主要用于主要用于非非抗震设防区，且不宜大于抗震设防区，且不宜大于150m”1；“1992年年日本日本建了两幢：建了两幢：H=78m和和H=107m，但并未推广，但并未推广”1。“1964年年美国美国阿拉斯加地震高层混合结构楼房，曾发生阿拉斯加地震高层混合结构楼房，曾发生严重破坏严重破坏甚至甚

20、至倒塌倒塌”6。可见，可见，我国我国各地用各地用400m600m高层高层混合混合结构形式来结构形式来盲目冲击盲目冲击高层建筑的高层建筑的高度高度:广州广州maxH=518.15m、上海、上海580m、深圳、深圳597m 严重违背严重违背我国规范（程）的高度限值我国规范（程）的高度限值H，极其危险极其危险，且结构也非常，且结构也非常笨重笨重，施工，施工艰难艰难。质疑质疑我国我国超限专家超限专家如何如何评审评审通过？！通过？！1 中国建设部，中国建设部，建筑抗震设计规范建筑抗震设计规范（GB 500 11-2010），中国建筑工业出版社，），中国建筑工业出版社，2010.2 中国建设部，中国建设部

21、，高层建筑混凝土结构技术规程高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ 3-2010），中国建筑工业出版社，），中国建筑工业出版社，2011年年6月月3 中国建筑技术研究院，中国建筑技术研究院，高层民用建筑钢结构技术规程高层民用建筑钢结构技术规程（JGJ 99-98），中国建筑工业出版社，），中国建筑工业出版社，1998.4 中国工程建设标准化协会，中国工程建设标准化协会，高层建筑钢高层建筑钢-混凝土混合结构设计规程混凝土混合结构设计规程（CECS230:2008），），2008表表2 我国我国规范（程）规定的高层规范（程）规定的高层混合混合结构结构RC核心筒核心筒+钢钢框架的框架的高度限值高度限值规

22、范（规范（程）程）8度度抗震抗震设计设计 抗震设防烈度抗震设防烈度 6度度 7度度 8度度 9度度 0.10g 0.10g 0.15g 0.20g 0.30g 0.40g 规范规范1 185165140120 95规程规程2 210 200 160 12010070规程规程3 22018010070规程规程4双重双重160120100非双重非双重21020018012070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随着随着高度高度的的增加增加，结构，结构方案方案也在也在变化变化，致使，致使用钢量用钢量在在减少减少。西尔斯塔楼西尔斯塔楼（1974，束筒束筒）世界贸易中心世界贸易中心

23、（1973，框筒框筒）帝国大厦帝国大厦（1931，框架框架）H=443.179m，n=110 416.966，110 381，102 用钢用钢161kg/m2 186.6 206 现代全钢结构的两大特点：现代全钢结构的两大特点：采用采用轻质高强材料轻质高强材料；采用采用现代现代结构分结构分析方法析方法结构结构减震控制减震控制理论、结构理论、结构优化优化理论和理论和预应力预应力理论理论12。美国居。美国居世界前列的三个著名高层全钢结构建筑世界前列的三个著名高层全钢结构建筑。1 王仕统、薛素铎、关富玲、陈务军、姜正荣、石开荣，王仕统、薛素铎、关富玲、陈务军、姜正荣、石开荣，现代屋盖钢结构分析与设计

24、现代屋盖钢结构分析与设计，中国工，中国工 业出版社，业出版社，2014年年4月月.2 王仕统，王仕统，大跨度空间钢结构的概念设计与结构哲理大跨度空间钢结构的概念设计与结构哲理（中国工程院工程科技论坛第（中国工程院工程科技论坛第39场特邀场特邀 报告论文集报告论文集论大型公共建筑工程建设论大型公共建筑工程建设问题与建议问题与建议，中国建筑工业出版社，中国建筑工业出版社，2006年年12月月.工程名称工程名称Empire State BuildingWorld Trade CenterSears Tower高度高度H(m)381416.966443.179结构结构方案方案框架框架框筒框筒束筒束筒用

25、钢量用钢量(kg/m2)206186.6161 这这充分说明高层充分说明高层全全钢结构钢结构轻量化轻量化设计的设计的高科技高科技设计水平。设计水平。框筒框筒（密柱密柱柱距柱距 4m+深梁深梁 l/h4）44条箱形柱条箱形柱H型钢柱型钢柱箱形柱箱形柱 腹板腹板框架框架剪力滞后效应剪力滞后效应(Shear Lag Effect)翼缘翼缘框架框架西尔斯塔楼西尔斯塔楼(1974)世界贸易中心世界贸易中心(1973)Sears Tower（9个个束筒束筒）World Trade Center（外（外框筒框筒、内框架）、内框架）密柱间距密柱间距13.5m工程名称工程名称年代年代底层平面底层平面(mm)总面

26、积总面积(万万m2)层数层数高度高度H(m)结构结构方案方案型钢型钢+钢筋钢筋总用钢总用钢（万（万t）混凝土混凝土用量用量（万（万m3）用钢量用钢量（kg/m2）全全钢钢结结构构Empire state Building（帝国大厦帝国大厦）19311306044.35102381框架框架206World Trade Center（世界贸易中心世界贸易中心）197363.563.545110415.138南塔南塔框筒框筒8.34.5（楼板）（楼板）186.6Sears Tower（西尔斯塔西尔斯塔）197468.5568.55110443.179束筒束筒161注：注：H=1250ft=12501

27、20.0254m=381m，H=1362ft=415.138m，H=1454ft=443.179m混混合合结结构构东塔东塔（广州）（广州）201550111518.1510.8+6=16.820上海中心上海中心201457.4580平安大厦平安大厦（深圳）（深圳）2016351185974.545+4.2=8.74518.5美国美国高层高层全全钢结构、钢结构、中国中国高层高层混合混合结构结构对比对比全全钢结构轻量化、延性好；钢结构轻量化、延性好；混合混合结构核心筒转角处加型钢提高延性，笨重、施工艰难。结构核心筒转角处加型钢提高延性，笨重、施工艰难。点评点评美国世贸中心美国世贸中心（110层，层

28、，H=416.966m，1973）1 全全钢结构钢结构外外框筒框筒：密柱：密柱（柱距（柱距 l=1.01m 4m）深梁深梁（梁高（梁高h=1.32m l/4=1.01m/4=0.25m）内内框架框架（44条柱）条柱）箱形箱形柱柱截面：截面：450mm450m（7.5mm12.5mm）2 风风压：压：2.2kN/m2，大楼顶端，大楼顶端侧移侧移 u=28cm，u/H=0.28/416.966=1/14893 框筒框筒3柱变柱变1柱柱柱截面柱截面800 800，不设，不设转换层转换层4 每层每层桁架桁架下弦，装被动控制（下弦，装被动控制（阻尼器阻尼器）5 2001年年9月月11日（日（恐怖日恐怖日

29、），波音），波音767客机客机先先撞撞北北楼、楼、后后撞撞南南楼。飞机楼。飞机击断击断钢钢 柱进入柱进入World Trade Center。南南楼、楼、北北楼楼1h后先后后先后倒塌倒塌。6 在风载下的顶关侧移在风载下的顶关侧移u/H=0.28/416.966=1/148912.57.5450mm450 70.0 29.522028u/H=0.28/416.966=1/1489 恐怖日恐怖日（2001年年9月月11日），日），波音波音767客机客机击断击断钢柱，钢柱，进入进入美国世界贸易中心美国世界贸易中心 (World Trade Center，1973，纽约纽约)。南南楼、楼、北北楼楼1

30、1h后先后后先后倒塌倒塌。曼哈顿大桥曼哈顿大桥全全钢结构工程钢结构工程 设设G 为总用钢（为总用钢（t），），P 为建筑总重为建筑总重量（量（t），则结构体系的优秀性与），则结构体系的优秀性与G/P成成反比反比1：优秀优秀设计：设计：G/P=0.20.3 平庸平庸设计：设计：=0.40.5拙劣拙劣设计：设计：=0.60.71 1 陆赐麟，陆赐麟，用科学标准促进钢结构行业健康发展用科学标准促进钢结构行业健康发展，钢结构与建筑业，钢结构与建筑业，20092009年总年总1919期期2 2 目击者指南：目击者指南：美国美国，中国旅游出版社，中国旅游出版社，20082008全钢结构工程G/P世界贸易中

31、心世界贸易中心西尔斯塔西尔斯塔8.41万万t/40万万t=0.214.83万万t/22.25万万t 2=0.22 西尔斯塔西尔斯塔 世界贸易中心世界贸易中心 H=443.179m H=416.966m世界贸易中心世界贸易中心一号一号大楼大楼自由塔自由塔One World Trade Center（简称：（简称：1 WTC)Freedom Tower 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世贸中心重建方案在全世界范围内征集世贸中心重建方案，由，由David Childs和和Daniel Libeskind提提出的出的“自由塔自由塔”方案成为最终的方案成为最

32、终的优胜者优胜者。并试图成为。并试图成为纽约纽约和和美国美国的的新标志新标志。美。美国也因此希望能以此延续美国在建造摩国也因此希望能以此延续美国在建造摩天楼方面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，并将将最最高等级高等级设计、设计、安全性安全性、质量质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楼之中塔楼之中。钢管混凝土（钢管混凝土（ST.C）柱）柱1776年年独立宣言独立宣言：1776ft=541.325m，南塔南塔1362ft=415.318mH=415.318m，天，天线线126.187m，总总高高541.325m1776ft=541.325mH=

33、1362ft=415.138m石油塔石油塔（RC Petronas Tower)H=425m（马来西亚吉隆坡）（马来西亚吉隆坡）核心筒厚核心筒厚：外外筒壁：筒壁：30in=762mm 14in=356mm 内内筒臂：筒臂：14in=358mm（不变）（不变）混凝土混凝土：80MPa 40MPa 石油塔石油塔 西尔斯塔西尔斯塔 H=452m H=442m石油塔石油塔结构平面结构平面（三）结构工程师应努力实现全（三）结构工程师应努力实现全钢结构文化钢结构文化：现代现代全全钢结构设计钢结构设计轻量化轻量化，即实现，即实现结构哲理结构哲理：少少费费多多用用用用最少最少的的结构提供结构提供最大最大的结构

34、承载力。钢结构行业包括的结构承载力。钢结构行业包括设计设计与与施工施工（制造和安装），（制造和安装），轻盈轻盈的钢结构必须从的钢结构必须从设计开始设计开始设计是设计是龙头龙头。因此，在进行现代。因此，在进行现代全全钢结构钢结构设计时，不是简单地设计时，不是简单地使用使用设计设计软件软件，而必须正确选择结构，而必须正确选择结构方案方案和正确估计结和正确估计结构和构件构和构件截面截面高度高度，否则，所谓的，否则，所谓的优化优化是是徒劳徒劳的。作者认为，钢结构的。作者认为，钢结构用钢量用钢量是衡量结构设计是衡量结构设计优劣优劣的最重要指标的最重要指标之一之一。不谈不谈用钢量多少，用钢量多少，狂热追求

35、狂热追求钢结构钢结构建筑亚洲建筑亚洲第一高第一高、世界、世界第一跨第一跨是是不科学不科学的。我们要永远记住一个的。我们要永远记住一个真理真理设设计是计是硬硬道理，道理，硬硬设计就没有道理！设计就没有道理！现代现代全全钢结构建筑与钢结构建筑与绿色建筑绿色建筑必须挂钩必须挂钩节材节材与与环保环保。全钢结构最。全钢结构最能实现产业化：钢构件能实现产业化：钢构件制造制造（焊接）（焊接）工厂化工厂化，工地工地高强螺栓高强螺栓装配化装配化。世界世界先进国家先进国家钢结构超过钢结构超过40%,日本日本70%以上，以上，我国我国不到不到3%，97%是是混凝混凝土土等结构。我国等结构。我国全全钢结构钢结构空间巨

36、大空间巨大，关键是，关键是设计水平设计水平。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迪拜塔迪拜塔创造创造条件条件要上！要上！OK克服克服困难困难也要上

37、！也要上！OK 中国中国全全钢结构钢结构设计设计与与施工施工 （设计设计)（施工施工）No Good 当前，中国大型当前，中国大型笨重笨重的建筑钢结构工程（的建筑钢结构工程（鸟巢鸟巢、CCTV、深圳大运会体育场深圳大运会体育场等）等）能施工的单位能施工的单位5%，施工单位，施工单位95%靠边站。靠边站。“创造性创造性”破坏破坏不能再进行下去了。不能再进行下去了。板厚板厚100200mm珠江珠江三角洲每个医院（室）三角洲每个医院（室）都可作都可作断肢再接断肢再接手术手术我国大型钢结构工程：我国大型钢结构工程：重型巨件重型巨件起吊，现场起吊，现场厚钢板厚钢板焊接拼装焊接拼装珠江三角洲珠江三角洲断肢

38、多断肢多怪异怪异钢结构的钢结构的施工施工，反思反思钢结构的钢结构的设计水平设计水平？轴线轴线、剖面剖面外外框筒柱：框筒柱：H型钢型钢800400。方钢管砼：。方钢管砼：13001300600600内内框筒柱：框筒柱：焊接焊接方钢管砼方钢管砼12001200600600内、外筒内、外筒钢梁、钢梁、伸臂伸臂桁架桁架（每（每16层）钢构件：层）钢构件：H 900400楼盖楼盖：压型钢板、钢：压型钢板、钢-砼组合楼盖砼组合楼盖台北国际金融中心大厦台北国际金融中心大厦71钢结构钢结构“筒中筒筒中筒”体系体系（风速（风速42.5m/s，环太平洋，环太平洋地震带地震带）71 谢绍松、甘锡澄、王正雄，谢绍松、

39、甘锡澄、王正雄，台北国际金融中心台北国际金融中心101层摩天大楼之结构系统方案初选层摩天大楼之结构系统方案初选，台湾：土木技术，台湾：土木技术，1998年第年第3期。期。大厦底层平面（内、外筒柱距大厦底层平面（内、外筒柱距3m）CCTV新电视塔新电视塔 （CCTV New Tower）2008年年 n=53 H=234m 工地全工地全焊接焊接拼装拼装 （钢板厚（钢板厚max t=130mm)Steel Materials：14.2万万tmax t=135mm Q345GJC =100mm Q390GJD =100mm Q420GJD 3.326万万t =100mm Q460GJD 2.363万

40、万t用钢量用钢量:14.2万万t/47万万m2=0.302t/m2 （冠达尔冠达尔贺明玄贺明玄总工总工提供）提供）美国世界贸易中心美国世界贸易中心（World Trade Center）1973年年 n=110 H=416.966m 工地全工地全高强螺栓高强螺栓连接连接 （钢板厚（钢板厚7.522.5mm）yield strength:fy=700N/mm2 （屈屈服强度）服强度）用钢量用钢量:186.6kg/m2中国中国钢结构钢结构建筑建筑世界世界获奖获奖，愚弄愚弄不少中国不少中国专家专家 世界高层都市建筑学会（世界高层都市建筑学会（The Council on Tall Buildings

41、 and Urban Habitat，CTBUH）2013年年“最佳高层建筑奖最佳高层建筑奖”之之央视大楼央视大楼 1。“最佳高层建筑最佳高层建筑”的评审的评审标准标准：设计的：设计的可持续元素可持续元素、创新科技创新科技、美化美化和和清洁城市清洁城市环境、环境、提高提高城市与居民城市与居民生活品质生活品质等。等。雷姆雷姆.库哈斯和奥勒库哈斯和奥勒.舍仁设计师公布舍仁设计师公布CCTV方案时，方案时，CCTV“侧面侧面S正面正面O”的奇特的奇特扭曲扭曲造型疯造型疯狂，人们简直不敢相信建筑还可以这么做。狂，人们简直不敢相信建筑还可以这么做。CCTV是目前单体用钢量是目前单体用钢量最多最多的钢结构

42、工程，被中国的钢结构工程，被中国钢结构建筑专家称为钢结构建筑专家称为“世界级世界级工程工程”。以下数字可谓惊人：。以下数字可谓惊人：用钢量用钢量14.2万万t，其中，钢柱最重，其中，钢柱最重80t。悬臂（。悬臂（67.165m75.165m）重）重1.4万万t，钢构件，钢构件4.2万多件，万多件，压型钢板压型钢板29.6万万m2。高强螺栓。高强螺栓95万套，栓钉万套，栓钉148万套。万套。评委会主席评委会主席Jeanne Gang：“CCTV是那种是那种无法被复制无法被复制的建筑，无论在结构意义上，还是在的建筑，无论在结构意义上，还是在无与伦比无与伦比的造型上，它都是一个的造型上，它都是一个不

43、可思议不可思议的成就。就如同的成就。就如同埃菲尔铁塔埃菲尔铁塔。”CCTV在世界在世界其他其他地方地方获准获准建造的可能性建造的可能性很小很小，因为，因为不符合不符合规范要求，而规范要求，而中国中国很愿意尝试，这也为很愿意尝试，这也为千奇百怪千奇百怪的建筑设计创造了一种非常的建筑设计创造了一种非常宽松宽松的氛围。的氛围。1 刘玉珠编译，世界高层都市建筑学会（刘玉珠编译，世界高层都市建筑学会（CTBUH），），2013年年“最佳高层建筑奖最佳高层建筑奖”揭晓揭晓，钢结构进展与市场，钢结构进展与市场，2013年第年第6期期 埃菲尔铁塔埃菲尔铁塔（锻铁铆接结构，用钢（锻铁铆接结构，用钢0.73万万t

44、 t）CCTV 用钢量用钢量302kg/m2（冠达尔贺明玄总工提供）（冠达尔贺明玄总工提供）全全钢结构钢结构由型钢、钢板、钢管混凝土和高强钢丝等由型钢、钢板、钢管混凝土和高强钢丝等不开裂不开裂构件、构件、并通过并通过焊缝焊缝、高强、高强螺栓螺栓、铆钉铆钉或或销轴销轴等连接而成的等连接而成的钢结构骨架。钢结构骨架。就具有绿就具有绿色建筑的节材特质。色建筑的节材特质。表表1 特质特质比较比较现代现代钢结构钢结构绿色绿色建筑建筑 结构哲理：结构哲理：少少（费）（费）多多用用用用最少最少的结构提供的结构提供最大最大的结构承载力。的结构承载力。最最轻轻的结构的结构最最短短的工期的工期最最好好的延性的延性

45、 在建筑在建筑全寿命周期全寿命周期内内*，最，最大大限度地节约限度地节约资资源源（节能、节地、节水、（节能、节地、节水、节材），节材），保护保护环境环境和减少和减少污染污染，为，为 人们提供健康、适应和高效的使用空人们提供健康、适应和高效的使用空间，与间，与自然和谐自然和谐共生的建筑。共生的建筑。1 王仕统，大跨度空间钢结构的概念设计与结构哲理（中国工程院工程科技论坛论大型公共建筑工 程建筑问题与建议第39场特邀 报告），中国建筑工业出版社中国建筑工业出版社，2006.2 王仕统，提高我国全钢结构的结构效率，实现钢结构的三大核心价值，钢结构，2010年第9期*建筑全寿命周期（Building

46、Life Cycle）从建筑物的选址、设计、建造、使用、维护、拆除、处理废弃建材（垃圾回收或二次能源再利用）的整个过程。英国英国伦敦碗伦敦碗（2012）北京北京鸟巢鸟巢（2008）8万人，用钢万人，用钢1万万t 8万人，用钢万人，用钢5.24万万t建筑理念：建筑理念：无序就是艺术绿色绿色奥运、奥运、科技科技奥运、奥运、人文人文奥运奥运 伦敦碗伦敦碗由由五五层结构环组成：层结构环组成：1 天蓬天蓬支架环支架环（旧旧钢管）钢管）2 装饰装饰围护环围护环（纤维布纤维布）3 看台看台面板环面板环（低碳低碳混凝土）混凝土）4 看台看台支架环支架环（旧旧钢管）钢管）5 地面地面看台环看台环（低碳低碳混凝土

47、）混凝土）实景实景 5 5层结构环层结构环 地面看台环地面看台环伦敦碗第第30届奥运会主场馆，总用钢届奥运会主场馆，总用钢1万万t左右左右149150，用钢量，用钢量90kg/m2，2012 效果图效果图 剖面剖面 夜景夜景149 薛素铎、李雄彦，薛素铎、李雄彦，2012伦敦奥运场馆结构体系概述伦敦奥运场馆结构体系概述，工业建筑，工业建筑，2012年增刊年增刊.150 陆赐麟，陆赐麟，用科学标准促进钢结构行业健康发展用科学标准促进钢结构行业健康发展，钢结构与建筑业，钢结构与建筑业，2009(19).a）原原开合屋盖开合屋盖 1 1 梅季魁、陆诗亮、罗鹏，梅季魁、陆诗亮、罗鹏，新世纪的献礼新世纪

48、的献礼20082008年第年第2929届奥运会主场馆届奥运会主场馆：国家体育场（：国家体育场（鸟巢鸟巢）建筑概念设计国际竞赛方案）建筑概念设计国际竞赛方案 述评，第三届全国现代结构工程学术研讨会，述评，第三届全国现代结构工程学术研讨会，20032003年年工业建筑工业建筑增刊。增刊。2 2 王仕统，王仕统，大跨度空间钢结构的概念设计与结构哲理大跨度空间钢结构的概念设计与结构哲理（中国工程院工程科技论坛第（中国工程院工程科技论坛第3939场特邀报告论文集场特邀报告论文集论大型公共建筑工程建设论大型公共建筑工程建设 问题与建议问题与建议，中国建筑工业出版社，中国建筑工业出版社，20062006年年

49、1212月月 3 3 中国工程建设标准化协会，中国工程建设标准化协会，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（CECS 102:2002CECS 102:2002），中国计划出版社，），中国计划出版社，2003.2003.4 4 范范 重、刘先明、范学伟、胡天兵、王重、刘先明、范学伟、胡天兵、王 喆，喆，国家体育馆钢结构设计中的优化技术国家体育馆钢结构设计中的优化技术，第五届全国现代结构工程学术研讨会，第五届全国现代结构工程学术研讨会 （工业建筑，（工业建筑，20052005年增刊）年增刊）建筑教授评委建筑教授评委对对鸟巢鸟巢方案方案的的评价评价1：“从各位评委各从各位评

50、委各抒已见的发言中可以看出主抒已见的发言中可以看出主要集中在两个方向：一是要集中在两个方向：一是创创意意，二是，二是经济合理性经济合理性（当时（当时用钢量用钢量1.1t/m2”。无序就是艺术无序就是艺术（野兽派）（野兽派）专家专家赞成赞成反对反对中国中国34外国外国51合计合计85鸟巢评委分配评委分配 b)次次结构：结构：无序就是艺术无序就是艺术 c)主主结构结构:交叉门式刚架交叉门式刚架结构结构23鸟巢鸟巢椭圆平面：椭圆平面：332.3m297.3m 中央开洞：中央开洞：185.3m127.5m用钢用钢4.1875 4 5.2万万t（实际用钢）（实际用钢）即即 710881/钢结构钢结构行业