建筑钢结构建筑钢结构 第第1 1章章 对对钢结构的钢结构的认识认识 第第2 2章章 钢结构的历史发展与进程钢结构的历史发展与进程 第第3 3章章 钢结构建筑钢结构建筑 第第4 4章章 钢结构钢结构建筑缺点及事故案例分析建筑缺点及事故案例分析 第第 1 1 章章 对对钢结构的钢结构的认识认识1 1.1 .1 什么是钢结构什么是钢结构1 1.2 .2 钢结构钢结构特点特点1 1.3 .3 钢结构的结构形式钢结构的结构形式返回1.1什么是钢结构什么是钢结构 钢结构工程是以钢材制作为主的结构，是主要的建筑结构类型之一。 钢结构是现代建筑工程中较普通的结构形式之一。 钢结构是指用钢板和热扎、冷弯或焊接型材通过连接件连接而成的能承受和传递荷载的结构形式。钢结构体系具有自重轻、工厂化制造、安装快捷、施工周期短、抗震性能好、投资回收快、环境污染少等综合优势，与钢筋混凝土结构相比，更具有在“高、大、轻”三个方面发展的独特优势，在全球范围内，特别是发达国家和地区，钢结构在建筑工程领域中得到合理、广泛的应用。钢结构行业通常分为轻型钢结构、高层钢结构、住宅钢结构、空间钢结构和桥梁钢结构5大子类。1.2钢结构的特点钢结构的特点1.1.强度强度(strength)(strength)高高 与其他材料诸如木材、砖石、混凝土相比，钢材的容重虽然大，但强度高很多。在相同的荷载和条件下，钢结构的重量轻。2.2.塑性塑性(plasticity)(plasticity)、韧性、韧性(toughness)(toughness)好好 由于钢材的塑性好，一 般情况下，钢结构不会因偶然或局部超载而发生突然断裂，而是以事先有较大变形为先兆。钢材的韧性好，则使钢结构能很好地承受动力荷载，这些性能均对钢结构的安全提供了可靠保证。3.3.材质均匀材质均匀 钢材的内部组织均匀，非常接近于各向同性体，在使用应力阶段，钢材为理想弹性工作，符合工程力学的基本假定。因此，钢结构实际受力情况与力学计算结果吻合好，可根据力学原理建立钢结构的计算方法。4.4.可焊性可焊性(weldability)(weldability)好好 可焊性是钢结构的独特优点。由于钢材的可焊性解决了钢结构的制作问题，致使钢结构连接大为简化，可制造各种复杂形状的结构。当然焊接也将产生残余应力、残余变形以及热影响区脆性等问题。5.5.工业化程度高工业化程度高 钢结构采用的型钢和钢板，经专业厂家制作为钢构件，然后运至工地安装。型钢的大量采用再加上专业化的生产，故精度高、制作周期短。工地安装广泛采用螺栓连接，良好的装配性使工期大为缩短。此外，已建钢结构也易于拆卸。6.6.密闭性好密闭性好 钢材本身组织致密，焊接的钢结构可以做到完全密闭，甚至铆接或螺栓连接都可以做到。因此，可用于建造气密性和水密性要求高的气罐、油罐和高压容器。7.7.耐腐蚀性差耐腐蚀性差 钢材在湿度大和有腐蚀性介质的环境中容易锈蚀。因此，为确保钢结构的耐久性，必须采用油漆、镀锌等防护措施，故维护费用较高。8.8.耐热不耐火耐热不耐火 钢材当辐射热温度低于150时，钢材的主要性能变化很小。因此，其耐热性能较好。当温度超过150时，材质性能有所变化，需采取隔热措施，当温度达到600左右，钢结构会瞬间崩溃，完全丧失承载力。因此，耐火性能差，必须采取一定的防火措施。 是目前最基本、最普遍的结构形式，有屋面（或屋面梁），柱和基础组成，柱与屋架铰接，与基础刚接。根据生产工艺和使用要求的不同，排架结构可做成等高，不等高和锯齿形等多种形式。 排架结构其跨度可超过30m，高度可达2030m或者更高，吊车吨位可达150t甚至更大。排架结构传力明确，构造简单，施工亦较方便。 1.3钢结构的钢结构的结构形式结构形式1.1.排架结构排架结构 2.2.刚架结构刚架结构 柱与横梁刚体接成一个构件，柱与基础通常为铰接。刚架的优点是梁柱合一，构件 种类少，制作较简单，且结构轻巧。当跨度和高度较小时，其经济指标稍优于排架结构。刚架的缺点是刚架较差，承载后会产生跨变，梁柱转角处易产生早期裂缝，所以对于有较大吨位吊车的厂房，刚架的应用受到一定的限制。 3.3.框架结构框架结构 框架结构是指由梁和柱以刚接或者铰接相连接而成构成承重体系的结构，即由梁和柱组成框架共同抵抗适用过程中出现的水平荷载和竖向荷载。 采用框架结构的房屋墙体不承重，仅起到围护和分隔作用，一般用预制的加气混凝土、膨胀珍珠岩、空心砖或多孔砖、浮石、蛭石、陶粒等轻质板材等材料砌筑或装配而成。5.5.网架结构网架结构 由多根杆件按照一定的网格形式通过节点连结而成的空间结构。具有空间受力小、重量轻、刚度大、抗震性能好等优点；可用作体育馆、 影剧院、展览厅、候车厅、体育场看台雨篷、飞机库、双向大柱距车间等建筑的屋盖。缺点是汇交于节点上的杆件数量较多，制作安装较平面结构复杂6.6.钢和混凝土组合结构钢和混凝土组合结构 钢和混凝土组合结构，是钢部件和混凝土或钢筋混凝土部件组合成为整体而共同工作的一种结构，兼具钢结构和钢筋混凝土结构的一些特性。可用于多层和高层建筑中的楼面梁、桁架、板、柱，屋盖结构中的屋面板、梁、桁架，厂房中的柱及工作平台梁、板以及桥梁，在中国还用于厂房中的吊车梁。钢和混凝土组合结构有组合梁、组合板、组合桁架和组合柱四大类。 组合结构形式 (1)钢筋混凝土核芯筒，钢框架(含支撑)，钢梁组合楼面； (2)钢筋混凝土核芯筒，钢外框筒，钢梁组合楼面； (3)钢筋混凝土核芯简，钢外桁架筒，钢梁组合楼面； (4)钢筋混凝土外框简，钢内柱，钢梁组合楼面； (5)钢筋混凝土竖向抗侧力结构，钢梁组合楼面。 5.5.轻钢和重钢的区别轻钢和重钢的区别 判定结构为重钢与轻钢结构确实没有一个统一的标准，很多有经验的设计师或项目经理也常常不能完全说明白，但我们可以以一些数据综合考虑并加以判断： 1).厂房行车起吊重量：大于等于25吨，可以认为为重钢结构了。 2).每平米用钢量：大于等于50KG/M2，可认为是重钢结构。 3).主要构件钢板厚度：大于等于10MM，轻钢结构用的较少。 另外，还有一些参考值：如每平米造价，最大构件重量，最大跨度，结构形式，檐高等，以上这些在判断厂房是否为重钢或轻钢时可以提供经验数据，当然现在很多建筑都是轻、重钢都有。但有一些我们可以较肯定的说是重钢：如：石化厂房设施、电厂厂房、大跨度的体育场馆、展览中心，高层或超高层钢结构。 6.6.门式刚结构门式刚结构 门式刚架结构门式刚架结构：以以轻型焊接轻型焊接H型钢型钢、热轧、热轧H型钢或冷弯薄壁型钢等构成的型钢或冷弯薄壁型钢等构成的实腹式实腹式门式刚架或门式刚架或格构式格构式门式刚架作为门式刚架作为主要承重骨架主要承重骨架，用冷弯薄壁型钢做，用冷弯薄壁型钢做檩条、墙梁檩条、墙梁；以压；以压型金属板做型金属板做屋面、墙面屋面、墙面；采用聚苯乙烯泡沫塑料、岩棉、矿棉、玻璃棉等作为；采用聚苯乙烯泡沫塑料、岩棉、矿棉、玻璃棉等作为保温隔保温隔热材料热材料并适当设置并适当设置支撑支撑的一种轻型房屋结构体系。的一种轻型房屋结构体系。柱网布置灵活柱网布置灵活自重轻自重轻 加工制造简单，施工加工制造简单，施工 周期短周期短 综合经济效益高综合经济效益高6.1.6.1.门式刚架结构特点门式刚架结构特点常用材料常用材料p主要承重骨架主要承重骨架门式刚架门式刚架 p檩条、墙梁檩条、墙梁 冷弯薄壁型钢冷弯薄壁型钢 p屋面、墙面屋面、墙面 压型钢板、彩钢夹芯板压型钢板、彩钢夹芯板 p屋面及墙面保温芯材屋面及墙面保温芯材 聚苯乙烯泡沫塑料板（聚苯乙烯泡沫塑料板（EPS）、岩棉夹芯板等）、岩棉夹芯板等p支撑支撑 屋面支撑、柱间支撑屋面支撑、柱间支撑 6.2.6.2.门式刚架结构的组成门式刚架结构的组成单层轻型钢结构房屋的组成单层轻型钢结构房屋的组成正在建设的门式刚架工程实例正在建设的门式刚架工程实例吊车梁吊车梁天窗架天窗架抗风柱抗风柱门式刚架门式刚架刚架柱刚架柱刚架斜梁刚架斜梁吊车梁吊车梁檩条檩条门式钢架厂房结构的组成门式钢架厂房结构的组成门式钢架厂房结构的组成门式钢架厂房结构的组成山墙抗风柱山墙抗风柱山墙墙梁山墙墙梁屋盖内侧屋盖内侧厂房外侧厂房外侧门架吊装门架吊装高频焊接高频焊接H型钢型钢常用材料常用材料C型型钢钢Z型钢型钢岩棉岩棉玻玻璃璃棉棉岩岩棉棉夹夹芯芯板板聚苯彩钢复合板聚苯彩钢复合板常用材料常用材料1.应用范围： 轻型厂房、物流中心、大型超市、体育馆、展览厅、活动房屋、加层建筑等。 2.轻型门式刚架的适用范围(1)屋面荷载较小，横向跨度为936m，柱高为4.59m(2)没有吊车或设有起重量不大于20t的中、轻级工作制吊车的厂房，设置悬挂吊车时起重量不大于3t(3)当厂房横向跨度不超过15m，柱高不超过6m时，屋面刚架梁宜采用等截面刚架形式。当厂房横向跨度大于15m，柱高超过6m时，宜采用变截面刚架形式。4.3.4.3.门式刚架结构的应用情况门式刚架结构的应用情况1. 门式刚架的各种结构形式门式刚架的各种结构形式 单跨单坡单跨单坡单跨双坡单跨双坡多跨（中间摇摆柱）多跨（中间摇摆柱）摇摆柱多跨（梁柱刚结）多跨（梁柱刚结）四坡双跨四坡双跨高低跨高低跨双坡双跨双坡双跨单跨带挑檐单跨带挑檐单跨带毗屋单跨带毗屋4.4.4.4.门式刚架结构的结构形式和结构布置门式刚架结构的结构形式和结构布置2.刚架的建筑尺寸刚架的建筑尺寸 轴线：小端形心平行上翼缘（外翼缘）的线高度：取地坪柱轴线与斜梁轴线交点高度，宜取4.5-9m,有桥式吊车时不宜大于12m。跨度：应取横向刚架柱轴线间的距离。 一般为9-36m,当边柱宽度不等时，其外侧应对齐。柱距：6m（最多）、7.5m、或9m挑檐：挑檐长度可根据使用要求确定，宜采用0.51.2m。其上翼缘坡度宜与斜梁坡度相同。 屋面坡度：门式刚架轻型房屋的屋面坡度宜取 1/8 1/20 第第 2 2 章章 钢结构的历史发展与进程钢结构的历史发展与进程2 2.1 .1 从从“用钢表现建筑用钢表现建筑”到到“用建筑表现钢用建筑表现钢”2 2.2 .2 钢结构的诞生从西方工业革开始将钢结构用于建钢结构的诞生从西方工业革开始将钢结构用于建筑制造业筑制造业. .2 2.3 .3 钢结构在建筑领域中角色的钢结构在建筑领域中角色的变变化化返回 19世记西方工业革命及其后的钢铁时代钢结构开始用于解决建筑结构难题，这一时期产生了在世界上具有重大影响意义的代表性钢结构建筑“水晶宫”、“艾菲尔铁塔”、“巴黎博览会机械馆”以及“芝加哥家庭保险大厦”。 开始于十九世纪中期的英国工业革命对建筑产生了深远影响，一方面是生产方式和建造工艺的发展，另一方面是不断涌现的新材料、新设备和新技术。以金属作为建筑材料，早在古代建筑中就已开始，而大量的应用，特别是以钢铁作为建筑结构的主要材料始于近代。2 2.1 .1 从从“用钢表现建筑用钢表现建筑”到到“用建筑表现钢用建筑表现钢” 伦伦敦敦的的“水水晶晶宫宫建建于于18511851年年，它它是是英英国国工工业业革革命命时时期期的的最最具具有代表性的建筑。有代表性的建筑。代表建筑代表建筑 伦敦伦敦 水晶宫内景水晶宫内景 1851 1851年年 艾菲尔铁塔（居斯塔夫埃菲尔设计，1889）位于巴黎市中心塞纳河左岸的战神校场上。 艾菲尔铁塔是法国政府1889年为庆祝 1789年法国资产阶级大革命一百周年，举办世界博览会而建造的永久性标志性建筑物。 艾菲尔铁塔于1887年11月26日动工，1889年3月31日竣工，历时21个月，铁塔占地12.5公顷，高320.7米,重7000吨,由18038个优质钢铁部件和 250 万个铆钉铆接而成。 铁塔底部有4个支腿向外撑开，在地面上形成边长为100米的正方形，塔腿分别由毛石砌筑的底座支承，下部为混凝土基础。由于设计和施工都十分细致，至今虽历经一百多年的风雨洗礼，铁塔塔身的1500多根钢梁仍没有一根需要更换和拆除。 1889年以前，人类所造的建筑物的高度从来没有达到200米，艾菲尔铁塔把人工建造物的高度一举推进到300米以上，是近代建筑工程史上的一项重大成就。它表明了 19 世纪后期建筑结构科学和施工技术的长足进步和飞速发展。艾菲尔铁塔的出现预示着采用金属结构将会大大增加建筑物的高度。 人们通过钢结构这种新技术的尝试和应用，突破了传统建筑高度与跨度的局限性，使建筑在平面与空间的设计上有了较大和充分的自由度，同时对建筑形式的变化起到了积极的推动作用。 产业革命现代主义的兴起和发展钢结构开始广泛应用于建筑结构，其代表建筑是“芝加哥家庭保险大厦”由产业革命和由此而引起的社会生产和社会生活的大变革在一些国家出现了影响建筑发展的新因素。1 . 房屋建造量急剧增长，建筑类型和体系不断增加，对新型建筑材料提出了新的使用功能要求。2 . 工业发展给建筑业带来新型建筑材料产业 革命后，建筑业的第一个变化是将钢铁用于房屋结构上。先是用铁做房屋内柱，接着做梁和屋架，还用铁制作穹顶。3 . 建筑结构科学的形成和发展使人们越来越深入地掌握了房屋结构和内在规律，从而能够改进原有的结构形式，有目的地创造优良的新型结构。 1889 年巴黎建造的艾菲尔铁塔和巴黎博览会机械馆，表明了十九世纪人类在建筑结构方面所取得的辉煌成就。4 . 建筑业的生产经营转入资本主义经济轨道 十九世纪后期出现建筑领域的这些变化，是一场由产业革命引起的建筑革命。西欧和美国一些建筑师提出改革建筑设计的主张，如钢结构框架结构最初在美国的发展。2 2. .2 2 钢结构的诞生钢结构的诞生 第一座依照现代钢结构框架结构设计原理建造起来的高层建筑是芝加哥家庭保险公司大厦（1883-1885， 威 廉 Le男 爵 ，Jenney），共十层。这是真正意义上世界上建造的第一座钢结构大厦。 芝加哥家庭保险公司大厦 十九世纪后期，美国芝加哥一批建筑师和结构工程师形成了一个建筑流派芝加哥学派。芝加哥学派代表了当时美国建筑师们追求建筑高度的一种时尚风格。芝加哥是美国摩天大楼的发源地，从此人们建造的房屋越来越高，结构和功能都同传统建筑相比发生了非常大的改变。返回返回2 2. .3 3 钢结构在建筑领域中角色的变化钢结构在建筑领域中角色的变化 第第 3 3 章章 国内国内钢结构钢结构建筑建筑3 3.1 .1 北京国家大剧院（北京国家大剧院（2001)2001)3 3.2 .2 上海金茂大厦（上海金茂大厦（19991999年）年）3 3. .3 3 中央电视台新大厦中央电视台新大厦(2004)(2004)3 3. .4 4 国家体育场国家体育场鸟巢鸟巢(2002)(2002)3 3. .5 5 国外建筑赏析国外建筑赏析返回 国家大剧院占地面积11.9公顷，总建筑面积15万平方米，总投资为26.9亿元。在东西向长轴跨度212.2米、南北向短轴跨度143.64米、高度为46.285米的椭球形穹顶下，将建造歌剧院、音乐厅和戏剧院三栋建筑。椭球形屋面主要采用钛金属板饰面，中部为渐开式玻璃幕墙，整个穹顶的面积为3万多平方米，大约是上海大剧院屋顶面积的3倍。 3 3.1 .1 北京国家大剧院（北京国家大剧院（2001)2001) 北京国家大剧院为满足多种艺术表演形式的需要，建筑物主要由歌剧院、戏剧院、音乐厅三部分组成。屋面结构为空间壳体钢结构承重，屋面板采用了钛合金板，大剧院屋顶在日光映射下呈现太空银色。建筑物造型前卫、浪漫，充满了神密色彩，给人们带来了丰富的想象力和强烈的感染力。 大剧院外挂的钛合金板金属屋面，融汇了建筑师保罗.安德鲁先生来自古城门的门钉和战袍上的灵感，及众多专家和研究单位的意见。逾3000平方米的钛板用量也使国家大剧院成为全球“含钛量”最高的建筑。钛的化学性质稳定，常态下不易被氧化，表面金属光泽极具质感，强度大、自重轻。 歌剧院设有2416个观众席，舞台台口宽度 18.6米，台口高度14.2米戏剧院设有1040个观众席，舞台台口宽度15m，舞台台口高度9m 音乐厅设有2017个观众席，舞台台口宽度24米，进深15米，可容纳120人演奏，180人合唱。国家大剧院壳体钢结构三维图国家大剧院壳体钢结构三维图国家大剧院壳体钢结构平面布置国家大剧院壳体钢结构平面布置返回返回壳体钢结构长轴剖面图壳体钢结构长轴剖面图 金茂大厦是上海市经贸委投资建设的中国第一高楼，位于上海浦东金融贸易区，建筑高度 420.5 米，共 88 层，总建筑面积 29.2 万多平方米。 金茂大厦地面以上部分，采用钢结构和钢筋混凝土组合结构，抵抗水平荷载系统的主要构件包括中央混凝土剪力墙组成的八边形核心筒，外框是八个钢骨混凝土巨型组合柱、八根钢结构巨型柱及钢桁架梁。3 3.2.2 上海金茂大厦（上海金茂大厦（19991999年）年） 剪力墙核心筒内通过钢结构外伸桁架同外部复合巨型柱连接。共同组合成“核心筒体钢巨型桁架钢骨混凝土巨型组合柱”的高效率抗侧力系统，是典型的钢混凝土组合结构体系。返回返回 大厦采用不锈钢、铝和玻璃做外壁的装饰，特别是那些镂空的不锈钢装饰部件，丰富了外壁的表情，其坚硬和挺拔的建筑立面造型，赋予金茂大厦一种宗教性的庄严与气质非凡的高贵外表。金茂大厦的基本造型显然融和了中国传统塔型的构造，高、单纯，但不单调，是靠完美的比例关系，挑起观赏者的波澜，赋予了这座建筑以动感和美感。 该大厦由瑞士0MA公司设计，由于大楼造型怪异，设计过于复杂，方案一度遭受到质疑，认为“大楼先天性倾覆力具大，抗冲击破坏力较弱”。 针对以上评论总设计师介绍，央视大楼的结构是由许多个不规则的菱形渔网状脚手架构成，这些脚手架都经过精密计算，而且可以调节由于大楼的不规则设计的楼体各部分的受力差异，因此大楼造型虽怪但是很稳。 它对中国的建筑及钢结构高层建造技术的应用和发展起到了重要的推动作用。对北京的意义，将不亚于艾菲尔铁塔对巴黎的意义。3 3. .3 3 中央电视台新大厦中央电视台新大厦(2004)(2004) 中央电视台新大厦中央电视台新大厦 2008年奥运会主会场“鸟巢”是由一系列辐射式门式钢桁架围绕碗状坐席区旋转而成，结构科学简洁，设计新颖独特，为国际上极富特色的巨型建筑。 “鸟巢”，这件被誉为“第四代体育馆”的伟大建筑作品，见证的不仅仅是人类21世纪在建筑与人居环境领域的不懈追求，也见证着中国这个东方文明古国不断走向开放的历史进程。可开启屋顶可开启屋顶3.43.4国家体育场国家体育场鸟巢鸟巢(2002)(2002)总建筑面积：254660m2；固定观众席：80000个；临时观众席20000个；（已被新方案取消）东西段共七层，高度51m；南北段共六层，高度45m；屋顶中央有开合屋盖，共两片，每片跨度75m，长为70m，以“阴阳八卦”的曲线形状在中间接合。（已被新方案取消）建筑结构安全等级：一级；设计基准期：50年；设计使用年限：100年；抗震设防分类：乙类；抗震设防烈度：8度；场地类别：类；设计地震分组：第一组。主要钢材为Q345D和Q345GJD；最大厚度：100mm，Z向要求：Z25；焊接和用10.9及高强螺栓连接；主桁架主要杆件为箱形截面(12001200），部分为热轧H型钢和空心方钢，多杆交叉节点为铸钢件；柱主要杆件为箱形截面（12001200），中柱部分为菱形；总用钢量约5.5万T。结构设计结构设计鸟巢鸟巢主桁架立面图主桁架立面图鸟巢鸟巢幕墙立面图幕墙立面图3.53.5国国外其他建筑外其他建筑 吉隆坡双子塔位于吉隆坡市中心美芝律，高88层，是当今世界名冠第一的超级建筑。巍峨壮观，气势雄壮，是马来西亚的骄傲。它以451.9米的高度打破了美国芝加哥希尔斯大楼保持了22年的最高记录，成为当今世界独一无二的巨型建筑。这个工程于1993年12月27日动工，1996年2月13日正式封顶，1997年建成使用。它是马来西亚国家石油公司用20亿马币建成的。世界著名的建筑大师西泽配利是这座大楼的设计者。吉隆坡双子塔吉隆坡双子塔 帝国大厦是一栋超高层的现代化办公大楼，它和自由女神像一起被称为纽约的标志。地上建筑有381米高的帝国大厦，自1931年以来，雄踞世界最高建筑的宝座达40年之久，直到1971年才被世贸中心超过。 上世纪30年代，建筑师设法增加了一节200英尺高的圆塔，使帝国大厦的高度为1250英尺。这座摩天大楼只用了410天就建成，也可算是建筑史上的奇迹。在很长一段时间里，帝国大厦一直是世界最高的楼房。纽约帝国大厦纽约帝国大厦 千年穹顶，位于伦敦东部泰晤士河畔的格林威治半岛上，是英国政府为迎接21世纪而兴建的标志性建筑。 弯项直径320m，周圈大于1000m，有12根穿出屋面高达100m的桅杆，屋盖采用圆球形的张力膜结构。膜面支承在72根辐射状的钢索上，其截面为232，这些钢索则通过间距25m的斜拉吊索与系索为桅杆所支撑，吊索与系索同时对桅杆起稳定作用。伦敦千年穹顶伦敦千年穹顶此大型综合展览建筑，包括一系列展示与演出的场地，以及购物商场、餐厅、酒吧等。旧金山金门大桥旧金山金门大桥 金门大桥横跨南北，将旧金山市与Marin县连结起来。 金门大桥的巨大桥塔高227米，每根钢索重6412公吨，由27000根钢丝绞成。1933年1月始建，1937年5月首次建成通车。钢塔耸立在大桥南北两侧，高342米，其中高出水面部分为227米，相当于一座70层高的建筑物。塔的顶端用两根直径各为92.7厘米、重2.45万吨的钢缆相连，钢缆中点下垂，几乎接近桥身，钢缆和桥身之间用一根根细钢绳连接起来。资料显示，钢塔之间的大桥跨度达1280米，为世界所建大桥中罕见的单孔长跨距大吊桥之一。悉尼歌剧院悉尼歌剧院 悉尼歌剧院整个建筑占地1.84公顷，长183米，宽118米，高67米，相当于20层楼的高度。它的外观为三组巨大的壳片，耸立在一南北长186米、东西最宽处为97米的现浇钢筋混凝土结构的基座上。歌剧院整个分为三个部分：歌剧厅、音乐厅和贝尼朗餐厅。歌剧厅、音乐厅及休息厅并排而立，建在巨型花岗岩石基座上，各由4块巍峨的大壳顶组成。拱门拱门 密苏里州圣路易斯的盖特威拱门，是美国最高的独自挺立的纪念碑。这座闪闪发光的用钢制成的圆弧造型，拔地而起，有将近200米高，跨度也是近200米，和高度完全一样。 据记载，芬兰裔美国人、著名建筑设计师伊洛?萨里嫩在1940年代后期的一次全美设计竞赛中设计了盖特威拱门。可是，该工程直到1963年2月才开始动工，1965年10月完工。后来，拱门上增添了一个运输系统，让人们可以登上拱门顶端的一个观景台放眼眺望。盖特威拱门座落在密西西比河畔，被人们誉为通往西部的大门。 伦敦子弹头伦敦子弹头瑞典马尔默旋转大厦瑞典马尔默旋转大厦 第第 4 4 章章 钢结构钢结构建筑缺点及建筑缺点及 事故案例分析事故案例分析4 4.1 .1 钢结构的缺点钢结构的缺点4 4.2 .2 美国世贸中心大楼倒塌原因分析美国世贸中心大楼倒塌原因分析返回1 1. .耐腐蚀性差耐腐蚀性差 钢材在湿度大和有腐蚀性介质的环境中容易锈蚀。因此，为确保钢结构的耐久性，必须采用油漆、镀锌等防护措施，故维护费用较高。2 2. .耐热不耐火耐热不耐火 温度超过250以内时，材质发生较大变化，不仅强度逐步降低，还会发生蓝脆和徐变现象。温度达600时，钢材进入塑性状态不能继续承载。因此，耐火性能差，必须采取一定的防火措施。3.3.钢结构断裂钢结构断裂 钢结构在低温和某些条件下，可能发生脆性断裂，还有厚板的层状撕裂，都应引起设计者的特别注意。4.4.钢材较贵钢材较贵 采用钢结构后结构造价会略有增加，往往影响业主的选择。其实上部结构造价占工程总投资的比例很小，增加幅度约为10%。而以高层建筑为例，增加幅度不到2%。显然，综合考虑各种因素，尤其是工期优势，则钢结构将日益受到重视。4.1钢结构的钢结构的缺缺点点 纽约世贸中心姊妹塔楼，地下6层，地上110层，高度411m。设计人为著名的美籍日裔建筑师雅马萨奇，熊谷组施工，两幢楼的建筑时间为19661973年。每幢楼建筑面积41.8万，标准层平面尺寸63.5m63.5m，内筒尺寸24m42m，标准层层高为3.66m，吊顶下净高2.62m，一层入口大堂高度22.3m，建筑高宽比为6.5。整个世贸中心可容纳5万人工作，每天来办公和参观的约3万人左右。4.2 美国世贸中心大楼倒塌原因分析美国世贸中心大楼倒塌原因分析工程概况工程概况背景背景 2001年9月11日是让全世界震惊的一天，美国纽约和华盛顿及其他城市相继遭受有史以来最严重的恐怖袭击。遭受袭击大事记如下： 美国东部时间9月11日08：45：载有92位乘客的美国航空公司波音767客机11次航班从波士顿飞往洛杉矶，该机遭受劫持并撞击世贸中心北楼； 美国东部时间9月11日09：03：载有65位乘客的联合航空公司波音757客机175次航班从波士顿飞往洛杉矶，该机遭受劫持并撞击世贸中心南楼； 美国东部时间9月11日09：43：载有64位乘客的美国航空公司波音77次航班从华盛顿飞往洛杉矶，该机遭受劫持并撞击美国五角大楼； 美国东部时间9月11日10：05：世贸中心南楼轰然倒塌； 美国东部时间9月11日10：28：世贸中心北楼轰然倒塌； 美国东部时间9月11日10：37：载有45位乘客的联合航空公司波音93次航班从 新泽西州飞往旧金山的客机坠毁在匹斯堡东南80英里以外地区； 美国东部时间9月11日11：34：联航一家从纽华客飞往旧金山的波音757客机在宾州西部坠毁，地点处于纽约与华盛顿之间； 美国东部时间9月11日15：25：世贸中心7号楼倒塌；1倒塌过程 就大楼的倒塌过程而言，恰似于多米诺骨牌效应，其连续破坏过程可划分为三个阶段：（1）飞机撞击形成的巨大水平冲击力造成部分梁柱断裂，形成薄弱层或薄弱部位；（2）飞机所撞击的楼层起火燃烧，钢材软化，该楼层丧失承载力致使上部楼层塌落；（3）上部塌落的楼层化为一个巨大的竖向冲击力，致使下面楼层结构难以承受，于是发生整体失稳或断裂，层层垂直垮塌。2倒塌原因 就大楼的倒塌原因而言，可谓是复合型的。因为单一的水平撞击或者大楼发生常规性火灾都不可能造成整个结构垮塌。笔者从外因和内因两方面进行分析：（1）外因 飞机撞击大楼纯属意外，就形成的水平冲击力而言，纯属不可抗力，可谓百年或千年不遇。一般能够耐得住飞机撞击的建筑物，只有核电厂以两百年为一周的计算器率，可以承担一次飞机的撞击。纽约世贸中心大楼历经30年风雨依然完好。本次撞击大楼的波音757飞机起飞重量104吨，波音767飞机起飞重量156吨，飞行速度约每小时1000公里。在如此巨大的冲击下，大楼虽然晃动近1米但未立即倾倒，无论内部还是外部并无严重塌落，充分证明大楼原结构的设计和施工没有问题。倒塌原因分析倒塌原因分析（2）内因 钢结构作为一种结构体系，尤其在超高层建筑中有无以伦比的优势。但耐火性能差是自身致命的缺陷。试验表明：低碳钢在200C以下钢材性能变化不大，在200C以上，随温度升高弹性模量降低，强度下降，变形增大，500C时弹性模量为常温的50%，700C时基本失去承载能力。本次撞击北楼的波音767飞机装载51吨燃油，撞击南楼的波音757飞机装载35吨燃油。尽管世贸中心大楼的钢结构采用了防火涂料等防护物，但在如此罕见的熊熊大火面前也无能为力，在爆炸、断电、消防系统失灵、火势无法及时扑灭的情况下，高温将使其不得不软化，最终导致塌落。 另外，世贸中心大楼采用外筒结构体系，该体系存在剪力滞后效应，且外柱截面仅为450450mm，厚度仅为7.5mm12.5mm，因此，抵抗水平撞击的能力较差。若采用截面及厚度较大的巨型钢柱、钢砼组合柱或采用约翰考克大厦的巨型外交叉支撑，也许飞机在撞击时会在大楼的外部发生爆炸，不会进入楼内引发火灾，本次灾难也许能够幸免。谢谢谢谢