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    建筑结构的大跨越——新中国成立60年建设科技进步一瞥
    发布时间:2011-3-16 11:01:55  

    建筑结构的大跨越——新中国成立60年建设科技进步一瞥

    中华人民共和国住房和城乡建设部 www.mohurd.gov.cn 2009年10月10日 

      新中国成立60年来,我国的建筑结构体系和技术飞速发展,新的结构体系不断开发应用,建筑结构技术日新月异。形态各异的大跨度建筑、高入云端的的高层与超高层建筑,在中国大地上拔地而起,显示出我国建筑结构水平空前提高,正在步入世界先进行列。  

      广度:空间结构成绩喜人  

      新中国成立后,国家建设事业的发展,促进着建筑结构的科研工作,各种适合国情的空间大跨度结构被开发和应用。改革开放前的近30年中,薄壳结构、悬索结构、网架结构、网壳结构成为大型公用建筑工程中采用的几种主要结构型式。薄壳结构是上世纪五六十年代很受青睐的大跨度结构,其特点是结构与建筑围护合二为一,而且取材容易、施工方便,1959年建成的北京火车站就是双曲扁壳结构,跨度达35m×35m。与此同时,悬索结构的研究与应用也有了进展,1961年建成的直径96米的北京工人体育馆,采用的就是车辐式双层悬索结构,是这一结构有代表性的建筑之一。  

      1967年,跨度为99m×112m的首都体育馆建成,它采用的是网架结构。网架结构是我国建筑结构中应用最广泛的大跨度空间结构,至今仍为建筑结构的主流。上世纪70年代末,网架结构中具有中国特色的焊空心球节点网架开发出来,随后于1981年编制了《网架结构设计与施工规定》,这是国际上最早的网架结构方面的技术规程。80年代,平板型网架结构在各地的大跨度体育馆的建设中大量应用,成为这一时期的显著特点。90年代以后网架结构的发展进入新阶段。1991年修订后的《网架结构设计与施工规程》颁布;同时,新型的组合网架结构研发成功;而实用化网架结构CAD程序的开发,促进了网架结构的普及;1995年,2×153m×90m的首都机场巨型机库建成,是这一时期网架结构跨度方面最有影响的建筑。  

      改革开放后,除网架结构外,悬索结构、网壳结构也有了发展。悬索结构在上世纪80年代的一些省市的体育馆建设上多有应用,而第十一届亚运会多座场馆则使用了网壳结构,如北京石景山体育馆、北京体育学院体育馆等。必须提及的是,具有自重轻、造型美观多样、跨度大、透光度高等特点的膜结构,80年代以后受到关注,并展开研究和实践。  

      21世纪前10年,各种大跨度结构得到充分展示,以传统结构为基础,新的结构、新的技术争奇斗艳,发展进入更加繁荣的阶段,最能代表发展水平的无疑就是2008北京奥运场馆。净跨度为93m米的奥运会羽毛球馆采用弦支联方型球面网壳,是目前世界上跨度最大的弦支网壳结构。沈阳奥体中心体育场屋盖由两个跨度360米钢结构桁架大拱组成,主拱跨度360米为全国之最。而多面体空间网架结构的“水立方”的主体结构由平板网架围成方盒子形状,围护结构则由形状、大小各异的ETFE薄膜气枕组成,它是世界上最大的膜结构封闭的单体建筑。长轴332.3米、短轴296.4米的“鸟巢”主体钢结构由24榀格构式钢架组成,它们绕着中央椭圆孔相互交叉布置,形成复杂而规律的空间网格体系。  

      奥运场馆在结构方面的创新,体现了水平,也必将带动大跨度结构的新发展。  

      高度:高层建筑结构技术进步大  

      高楼林立,是现代城市发展的象征之一。新中国成立以后,我国的高层建筑结构技术水平不断进步,将一栋栋大楼推向新的高度。  

      改革开放前,我国的高层建筑主要有50年代的14层的北京民族饭店、16层的民航大楼,60年代的27层的广州宾馆。1975年建成的广州白云宾馆,达到33层、112米,它标志着我国自行设计建造的高层建筑高度开始突破100米。改革开放后,我国高层建筑发展进入兴盛时期,1985年建成的深圳国际贸易中心50层,高160米,是80年代最高的建筑。90年代我国10层以上高层建筑面积约2.5亿平方米,高度100米以上的高层建筑达200幢。这一时期的最高建筑有:上海金茂大厦,365米、塔尖高度420米;深圳地王大厦325米;广州中天广场322米。进入21世纪,我国的高层建筑实现全面繁荣,建筑不断达到新高。高层建筑不仅仅集中出现在一些主要城市,很多中等城市、西部城市的高层建筑也得到快速发展。目前,我国的最高建筑是上海环球金融中心,地上101层,净高492米。而正在建造中的“上海中心大厦”将在2014年完工后,以118层580米(建筑顶高度为632米)的高度成为新的“最高”。  

      不断攀升的高度,直接反映了我国高层建筑技术发展水平。上世纪70年代以前,钢筋混凝土框架结构、框架-剪力墙结构和剪力墙结构是高层建筑采用的主要结构,广州白云宾馆应用的就是剪力墙结构。80年代,钢筋混凝土结构仍是高层建筑主要结构,但建筑工程的需求,使更多结构体系出现了,筒中筒结构、筒体结构、框支剪力墙结构逐渐采用。90年代以后,结构体系日益丰富,最值得注意的是钢结构、钢—混凝土混合结构逐渐采用。如金茂大厦、北京国贸中心、深圳发展中心等都是钢—混凝土混合结构。这些新的结构体系在21世纪的今天得到进一步发展,近年已建成数十座高层钢结构建筑。  

      与此同时,高层建筑结构设计方法不断创新,高层建筑结构已全部采用计算机三维空间结构程序分析计算。而施工技术迅速发展,90年代以来,国内高层建筑的施工方法以全现浇钢筋混凝土施工为主体,钢结构安装技术主要以塔式起重机为主机进行安装,高强螺栓连接已取代铆接和部分焊接。高性能混凝土得到推广应用,混凝土的预拌、预制、泵送等技术都达到了很高水平;近年来依靠进口的多种高效钢结构材料,已经实现了国产化。  

      结构体系的丰富、技术水平的提高,促进了高层建筑的发展,使城市的面貌不断发生着改变。  

      温度:建筑结构发展的新追求  

      21世纪是追求可持续发展的时代,建筑节能成为所有建筑都无法回避的课题,而节能减排的目标,更要求把节能贯穿在工程建设的各个环节。反映在建筑结构上,一是绿色环保结构得到重视并持续发展,二是墙体结构保温体系的研发应用逐步开展,并取得良好效果。  

      钢结构由于在钢的生产过程中能耗较高,过去一直将其作为高能耗的建筑结构,但近年来,经过综合比对,人们逐渐改变了观念,视之为绿色环保的结构。其理由包括:首先,钢结构建筑自重轻、强度高,可以提高建筑抗震能力,提高建筑的安全性,进而节省社会资源。其次,钢结构具有明显的再循环利用价值。既有建筑拆除后,混凝土结构造成大量建筑垃圾,资源严重浪费,而钢结构拆除后,钢材回收利用率很高,建筑垃圾量极少。三是钢结构在施工时,沙、石、混凝土的用量大大减少,可以减轻对自然环境和资源的破坏;同时,施工现场干作业多,湿作业少,施工环境及现场周边环境可以获得更好保护。有业内人士认为,钢结构与保温墙体配合,建筑物的节能减排效果会十分明显。  

      长期以来我国采用外墙外保温技术,效果明显,但外保温也存在不少问题,于是,人们把视线转向建筑结构与建筑节能一体化上,以从根本上解决外墙保温问题。  

      经过工程技术人员的不断探索,近10年来建筑结构自保温体系和技术发展迅速,现浇钢筋混凝土夹心结构、砌块保温夹心结构、轻钢架保温夹芯板、内浇外挂钢筋混凝土保温夹芯板等结构体系纷纷出现,并在工程项目中推广应用。其中,现浇钢筋混凝土夹芯结构体系应用最广泛,全国20多个城市近百个工程运用了相关的模网技术、保温砌块现浇钢筋混凝土网格剪力墙承重技术、密肋壁板结构体系、CL建筑结构体系等。这些结构自保温体系具有突出的节能效果,抗震、抗裂、保温与建筑同寿命、保温效果可达节能65% 以上。因此,人们十分看好它的发展前景。  

      新中国成立60年来,广大科技人员踏着时代的节拍,以国家和人民的需要为目标,使建筑结构技术不断进步,我国的建筑也随着这进步,更加多样,更加挺拔、更加宜居。

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