淺談我國高層混合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

第十四屆全國現(xiàn)代結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)研討會(huì)質(zhì)疑我國高層混合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（2014月7月18-21日，天津大學(xué)）1中國高層混合結(jié)構(gòu)超限問題。2中國鋼結(jié)構(gòu)建筑世界獲獎(jiǎng)問題。3

全鋼結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)是中國結(jié)構(gòu)師的歷史使命國鋼結(jié)構(gòu)事業(yè)資深專家

中國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)資深專家中國高效預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)發(fā)展與推廣委員會(huì)委員廣東省鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)理事長華南理工大學(xué)土木系教授空淡誤國實(shí)干興邦定義：高層混合結(jié)構(gòu)——由鋼、混凝土兩種抗側(cè)力體系組成的高層結(jié)構(gòu)。

上海金茂大廈（n=88層，H=421m，1999）結(jié)構(gòu)分類構(gòu)件（structuralmembers）組成混合結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)不開裂構(gòu)件型鋼、鋼板、高強(qiáng)鋼絲（鋼絞線）、鋼棒（簡(jiǎn)稱S）鋼管混凝土（Concrete-filledSteelTubular，簡(jiǎn)稱ST·C）鋼梁+壓型鋼板上現(xiàn)澆砼組合件（Steel-Concretecomposite，簡(jiǎn)稱S-C）

混凝土結(jié)構(gòu)帶裂縫工作的構(gòu)件鋼筋混凝土（ReinforcedConcrete，簡(jiǎn)稱RC）型鋼砼或鋼骨混凝土（Steel-ReinforcedConcrete，簡(jiǎn)稱RC·S）部分預(yù)應(yīng)力混凝土（PartialPrestressedConcrete，簡(jiǎn)稱PPC）

結(jié)構(gòu)(Structures)——支承作用(Actions)的骨架。

直接作用：荷載(Loods)

間接作用：地震(Earthquake)、支座沉降、溫差[104]錢稼茹、趙作周、葉列平，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（第二版），中國建筑工業(yè)出版社，2012年8月經(jīng)典精品系列教材，高校土木工程專業(yè)指導(dǎo)委員會(huì)規(guī)劃推薦教材豎向混合框架結(jié)構(gòu)[104]

?!

RC(ReinforcedConcreteMember—Column)

orS(steelcolumn)RC·S(steelReinforcedConcreteColumn)orST·C(Concrete-filledsteelTubularColumn)RCBeam、RC·SBeam

or

SteelBeam混合框架——給計(jì)算分析帶來麻煩。

文獻(xiàn)[3]P.385：“對(duì)于混凝土核心筒-鋼框架混合結(jié)構(gòu)，在美國主要用于非抗震設(shè)防區(qū)，且認(rèn)為不宜大于150m。在日本，1992年建了兩幢，其高度分別為78m和107m，結(jié)合這兩項(xiàng)工程開展了一些研究，但并未推廣。據(jù)報(bào)道，日本規(guī)定采用這類體系要經(jīng)建筑中心評(píng)定和建設(shè)大臣批準(zhǔn)。”文獻(xiàn)[98]P.5：“1964年美國阿拉斯加地震，采用‘混凝土芯筒-鋼框架’混合結(jié)構(gòu)的樓房，曾發(fā)生嚴(yán)重破壞甚至倒塌。據(jù)此，美國工程界一些人士認(rèn)為，混合結(jié)構(gòu)不宜用于地震區(qū)的高樓。”文獻(xiàn)[3]P.385：“我國自20世紀(jì)80年代在當(dāng)時(shí)不設(shè)防的上海希爾頓酒店采用混合結(jié)構(gòu)以來，應(yīng)用較多，除大量應(yīng)用于7度和6度地區(qū)外，也用于8度地區(qū)。由于這種體系主要由混凝土核心筒承擔(dān)地震作用，鋼框架和混凝土筒的側(cè)向剛度差異較大，國內(nèi)對(duì)其抗震性能雖有一些研究，尚不夠完善”。[3]中國住建部，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50011-2010），中國建筑工業(yè)出版社，2010年8月[98]劉大海、楊翠如，高樓鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（鋼結(jié)構(gòu)、鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)），中國建筑工業(yè)出版社，2003年9月用鋼：型鋼+鋼筋（69+70）kg/m2

上海希爾頓國際酒店（n=43層，H=143m，1988）為何混凝土核心筒+鋼框架(ConcreteCoreTube+steelFrame)簡(jiǎn)稱C+SF，能夠在我國大量采用，主要原因是：核心筒幾乎承擔(dān)100%的水平作用（風(fēng)、地震），具有很大的抗推剛度，容易滿足水平側(cè)移限值，設(shè)計(jì)無難度。因此，混凝土和鋼兩種結(jié)構(gòu)的混合在強(qiáng)震作用下的結(jié)構(gòu)性能表現(xiàn)，必須引起結(jié)構(gòu)工程師的嚴(yán)重關(guān)注：強(qiáng)震后，同一幢高樓的兩種抗側(cè)力體系，一個(gè)（混凝土核心筒剛度大，地震力也大——第一道抗震防線）可能成為建筑垃圾，一個(gè)（鋼框架）能修復(fù)（可持續(xù)發(fā)展），如何處理后事，值得深思！鋼柱

N、M、u與H的關(guān)系No規(guī)范（程）抗側(cè)力體系非抗震設(shè)計(jì)抗震設(shè)防烈度6度7度8度9度0.10g0.10g0.15g0.20g0.30g0.40g1規(guī)范[1]P.96全鋼a

筒體300280260

240180b

框架-中心支撐220200180150120P.48混凝土c

框架-核心筒1501301009070

當(dāng)房屋高度超過c項(xiàng)時(shí)，可采用鋼框架-混凝土核心筒混合結(jié)構(gòu)組成的抗側(cè)力體系，但此時(shí)的[H]不宜超過b、c兩項(xiàng)高度的平均值（詳見規(guī)范[1]P.213）。2規(guī)程[2]P.123混合鋼框架-RC核心筒210200160120100703規(guī)程[3]P.1全鋼框架-支撐（剪力墻板）260220200140各類筒體360300260180P.1混合鋼框架-混凝土核心筒220180100704規(guī)程[4]混合鋼框架-RC（RC·S）核心筒160120100--鋼框架-RC核心筒鋼框架-RC·S核心筒2102302002201801801201307070[1]中國建設(shè)部，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50011-2010），中國建筑工業(yè)出版社，2010.[2]中國建設(shè)部，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（JGJ3-2010），中國建筑工業(yè)出版社，2011年6月[3]中國建筑技術(shù)研究院，高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（JGJ99-98），中國建筑工業(yè)出版社，1998.[4]中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)，高層建筑鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程（CECS230:2008），2008表1我國規(guī)范（程）規(guī)定的高層混合結(jié)構(gòu)的高度限值[H]我國用高層混合結(jié)構(gòu)盲目沖擊高層建筑高度1

廣州新中軸線的三大高層混合結(jié)構(gòu)——廣州電視塔、西塔、東塔廣州電視塔西塔（n=39，H=454m，不含天線146m，2009）（n=103，H=432m，2005）東塔（2015）是廣州最高的高層混合結(jié)構(gòu)，n=111,H=518.15m。設(shè)計(jì):美國KPE建筑事務(wù)所

奧雅納工程咨詢公司施工:中建鋼構(gòu)有限公司總建筑面積50萬m2，總用鋼量16.8萬t（型鋼10.8萬t，鋼筋6.0萬t）。最厚鋼板t=130mm（鑄鋼件厚度400mm）,最大鋼筋直徑d=40mm。混凝土用量20萬m3。2上海陸家嘴的三大高層混合結(jié)構(gòu)——金茂大廈、環(huán)球中心、上海中心黃埔江金茂大廈環(huán)球金融中心（n=88層，H=421m，1999）（n=101，H=492m，2007）核心筒內(nèi)縮后塔吊布置B3~57F57F~61F61F~79FM440D附著反向180度環(huán)球金融中心上海中心是上海最高的高層混合結(jié)構(gòu)，H=580m。

設(shè)計(jì)：美國Gensler公司

總包：上海建工（集團(tuán)）總公司總建筑面積57.4萬m2，鋼材總用量10萬t，最厚鋼板t=140mm，最大鋼筋直徑d=40mm。3

深圳平安大廈平安大廈是深圳最高的高層混合結(jié)構(gòu)。由美國KBF公司和CCDI悉地（深圳）國際設(shè)計(jì)公司設(shè)計(jì)，中建鋼構(gòu)有限公司鋼結(jié)構(gòu)施工?？偨ㄖ娣e46萬m2（塔樓35萬m2），鋼材總用量10萬t——型鋼4.545萬t，鋼筋5.455萬t（塔樓4.2萬t）。最厚鋼板t=150mm（鑄鋼件厚220mm），最大鋼筋直徑d=32mm。

混凝土用量為27.8萬m3（其中樓蓋46萬m2×0.1m=4.6萬m3）。

深圳平安大廈（n=118層，H=597m，不含天線63m）深圳平安大廈平面（n=118，H=597m）核心筒厚1500厚800翼柱建筑結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)(convensional)現(xiàn)代(modern)磚石結(jié)構(gòu)磚混結(jié)構(gòu)(n=1~6層)高層（聳）結(jié)構(gòu)

TallBuilding、HighRiseStructure

屋蓋結(jié)構(gòu)(RoofStructure)圬工結(jié)構(gòu),如水壩承重磚墻+木樓蓋或砼樓蓋混凝土（砼）鋼屋蓋形效結(jié)構(gòu)（軸力結(jié)構(gòu)）大跨度（L≥100m）屋蓋彎矩結(jié)構(gòu)中、小跨度RCPCSPS框架；框架-支撐（鋼板剪力墻）；框筒；巨型結(jié)構(gòu)；懸掛體系。剛性結(jié)構(gòu)-如網(wǎng)殼等柔性結(jié)構(gòu)-如索穹頂?shù)入s交結(jié)構(gòu)-如懸支穹頂?shù)葘?shí)腹梁、桁架、張弦梁（一、二維）、格柵、網(wǎng)架、門式剛架等鋼筋混凝土（RC）——ReinforcedConcrete；預(yù)應(yīng)力混凝土（PC）——PrestressedConcrete；鋼（S）——Steel；預(yù)應(yīng)力鋼（PS）——PrestressedSteel（1）ST.C（2）RC.S（3）鋼梁+RC板組合結(jié)構(gòu)：鋼管砼結(jié)構(gòu)（Concrete-FilledsteelTubularStructure簡(jiǎn)稱

ST.C）鋼骨砼結(jié)構(gòu)(Steel-ReinforcedConcretestructure簡(jiǎn)稱RC.S)

鋼—砼組合樓蓋結(jié)構(gòu)（鋼梁+RC板）

4結(jié)論①美國高層混合結(jié)構(gòu)“主要用于非抗震設(shè)防區(qū)，且不宜大于150m”[1]；

“1992年日本建了兩幢：H=78m和H=107m，但并未推廣”[1]。

“1964年美國阿拉斯加地震高層混合結(jié)構(gòu)樓房，曾發(fā)生嚴(yán)重破壞甚至倒塌”[6]。②可見，我國各地用400m~600m高層混合結(jié)構(gòu)形式來盲目沖擊高層建筑的高度:廣州maxH=518.15m、上海580m、深圳597m

嚴(yán)重違背我國規(guī)范（程）的高度限值[H]，極其危險(xiǎn)，且結(jié)構(gòu)也非常笨重，施工艱難。質(zhì)疑我國超限專家如何評(píng)審?fù)ㄟ^？！[1]中國建設(shè)部，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50011-2010），中國建筑工業(yè)出版社，2010.[2]中國建設(shè)部，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（JGJ3-2010），中國建筑工業(yè)出版社，2011年6月[3]中國建筑技術(shù)研究院，高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（JGJ99-98），中國建筑工業(yè)出版社，1998.[4]中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)，高層建筑鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程（CECS230:2008），2008表2我國規(guī)范（程）規(guī)定的高層混合結(jié)構(gòu)——RC核心筒+鋼框架的高度限值規(guī)范（程）8度抗震設(shè)計(jì)抗震設(shè)防烈度6度7度8度9度0.10g0.10g0.15g0.20g0.30g0.40g規(guī)范[1]18516514012095規(guī)程[2]210200

16012010070規(guī)程[3]22018010070規(guī)程[4]雙重160120100——非雙重21020018012070世界高層全鋼結(jié)構(gòu)前三名在美國隨著高度的增加，結(jié)構(gòu)方案也在變化，致使用鋼量在減少。

西爾斯塔樓（1974，束筒）世界貿(mào)易中心（1973，框筒）帝國大廈（1931，框架）H=443.179m，n=110416.966，110381，102

用鋼161kg/m2

186.6206

現(xiàn)代全鋼結(jié)構(gòu)的兩大特點(diǎn)：①采用輕質(zhì)高強(qiáng)材料；②采用現(xiàn)代結(jié)構(gòu)分析方法——結(jié)構(gòu)減震控制理論、結(jié)構(gòu)優(yōu)化理論和預(yù)應(yīng)力理論[1][2]。美國居世界前列的三個(gè)著名高層全鋼結(jié)構(gòu)建筑。[1]王仕統(tǒng)、薛素鐸、關(guān)富玲、陳務(wù)軍、姜正榮、石開榮，現(xiàn)代屋蓋鋼結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)，中國工

業(yè)出版社，2014年4月.[2]王仕統(tǒng)，大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)哲理（中國工程院工程科技論壇第39場(chǎng)特邀

報(bào)告論文集《論大型公共建筑工程建設(shè)——問題與建議》，中國建筑工業(yè)出版社，2006年12月.工程名稱EmpireStateBuildingWorldTradeCenterSearsTower高度H(m)381416.966443.179結(jié)構(gòu)方案框架框筒束筒用鋼量(kg/m2)206186.6161這充分說明高層全鋼結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)的高科技設(shè)計(jì)水平?？蛲玻苤啵?m+深梁

l/h＜4）44條箱形柱H型鋼柱箱形柱

腹板框架剪力滯后效應(yīng)(ShearLagEffect)翼緣框架西爾斯塔樓(1974)

世界貿(mào)易中心(1973)

SearsTower（9個(gè)束筒）WorldTradeCenter（外框筒、內(nèi)框架）

密柱間距1~3.5m工程名稱年代底層平面(m×m)總面積(萬m2)層數(shù)高度H(m)結(jié)構(gòu)方案型鋼+鋼筋總用鋼（萬t）混凝土用量（萬m3）用鋼量（kg/m2）全鋼結(jié)構(gòu)EmpirestateBuilding（帝國大廈）1931130×6044.35102381框架206WorldTradeCenter（世界貿(mào)易中心）197363.5×63.545110415.138南塔框筒8.34.5（樓板）186.6SearsTower（西爾斯塔）197468.55×68.55110443.179束筒161注：H=1250ft=1250×12×0.0254m=381m，H=1362ft=415.138m，H=1454ft=443.179m混合結(jié)構(gòu)東塔（廣州）201550111518.1510.8+6=16.820上海中心201457.4580平安大廈（深圳）2016351185974.545+4.2=8.74518.5美國高層全鋼結(jié)構(gòu)、中國高層混合結(jié)構(gòu)對(duì)比全鋼結(jié)構(gòu)輕量化、延性好；混合結(jié)構(gòu)核心筒轉(zhuǎn)角處加型鋼提高延性，笨重、施工艱難。點(diǎn)評(píng)美國世貿(mào)中心（110層，H=416.966m，1973）1

全鋼結(jié)構(gòu)—外框筒：密柱（柱距l(xiāng)=1.01m＜4m）深梁（梁高h(yuǎn)=1.32m＞l/4=1.01m/4=0.25m）內(nèi)框架（44條柱）箱形柱截面：450mm×450m×（7.5mm~12.5mm）2

風(fēng)壓：2.2kN/m2，大樓頂端側(cè)移u=28cm，u/H=0.28/416.966=1/14893框筒3柱變1柱——柱截面800×800，不設(shè)轉(zhuǎn)換層4每層桁架下弦，裝被動(dòng)控制（阻尼器）52001年9月11日（恐怖日），波音767客機(jī)先撞北樓、后撞南樓。飛機(jī)擊斷鋼柱進(jìn)入WorldTradeCenter。南樓、北樓1h后先后倒塌。6在風(fēng)載下的頂關(guān)側(cè)移u/H=0.28/416.966=1/148912.57.5450mm45070.029.522028u/H=0.28/416.966=1/1489

恐怖日（2001年9月11日），波音767客機(jī)擊斷鋼柱，進(jìn)入美國世界貿(mào)易中心

(WorldTradeCenter，1973，紐約)。南樓、北樓1h后先后倒塌。曼哈頓大橋全鋼結(jié)構(gòu)工程

設(shè)G為總用鋼（t），P為建筑總重量（t），則結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)秀性與G/P成反比[1]：優(yōu)秀設(shè)計(jì)：G/P=0.2~0.3平庸設(shè)計(jì)：=0.4~0.5拙劣設(shè)計(jì)：=0.6~0.7[1]陸賜麟，用科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)促進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)健康發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)與建筑業(yè)，2009年總19期[2]目擊者指南：美國，中國旅游出版社，2008全鋼結(jié)構(gòu)工程G/P世界貿(mào)易中心西爾斯塔8.41萬t/40萬t=0.214.83萬t/22.25萬t[2]=0.22

西爾斯塔世界貿(mào)易中心H=443.179mH=416.966m世界貿(mào)易中心一號(hào)大樓——自由塔One

WorldTradeCenter（簡(jiǎn)稱：1WTC)

——FreedomTower

為紀(jì)念911事件,紐約當(dāng)局在2003年在全世界范圍內(nèi)征集世貿(mào)中心重建方案，由DavidChilds和DanielLibeskind提出的“自由塔”方案成為最終的優(yōu)勝者。并試圖成為紐約和美國的新標(biāo)志。美國也因此希望能以此延續(xù)美國在建造摩天樓方面先進(jìn)且富有創(chuàng)造力的傳統(tǒng)，并將最高等級(jí)設(shè)計(jì)、安全性、質(zhì)量和科技結(jié)合在這座未來世界最高的塔樓之中。鋼管混凝土（ST.C）柱1776年獨(dú)立宣言：1776ft=541.325m，南塔1362ft=415.318mH=415.318m，天線126.187m，總高541.325m1776ft=541.325mH=1362ft=415.138m石油塔（RCPetronasTower)

H=425m（馬來西亞吉隆坡）核心筒厚：

外筒壁：30in=762mm—14in=356mm

內(nèi)筒臂：14in=358mm（不變）

混凝土：80MPa—40MPa

石油塔西爾斯塔H=452mH=442m石油塔結(jié)構(gòu)平面（三）結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)努力實(shí)現(xiàn)全鋼結(jié)構(gòu)文化：

①現(xiàn)代全鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)輕量化，即實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)哲理：少費(fèi)多用——用最少的結(jié)構(gòu)提供最大的結(jié)構(gòu)承載力。鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)包括設(shè)計(jì)與施工（制造和安裝），輕盈的鋼結(jié)構(gòu)必須從設(shè)計(jì)開始——設(shè)計(jì)是龍頭。因此，在進(jìn)行現(xiàn)代全鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，不是簡(jiǎn)單地使用設(shè)計(jì)軟件，而必須正確選擇結(jié)構(gòu)方案和正確估計(jì)結(jié)構(gòu)和構(gòu)件截面高度，否則，所謂的優(yōu)化是徒勞的。作者認(rèn)為，鋼結(jié)構(gòu)用鋼量是衡量結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)劣的最重要指標(biāo)之一。不談?dòng)娩摿慷嗌?，狂熱追求鋼結(jié)構(gòu)建筑亞洲第一高、世界第一跨是不科學(xué)的。我們要永遠(yuǎn)記住一個(gè)真理——設(shè)計(jì)是硬道理，硬設(shè)計(jì)就沒有道理！

②現(xiàn)代全鋼結(jié)構(gòu)建筑與綠色建筑必須掛鉤——節(jié)材與環(huán)保。全鋼結(jié)構(gòu)最能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化：鋼構(gòu)件制造（焊接）工廠化，工地高強(qiáng)螺栓裝配化。世界先進(jìn)國家鋼結(jié)構(gòu)超過40%,日本70%以上，我國不到3%，97%是混凝土等結(jié)構(gòu)。我國全鋼結(jié)構(gòu)空間巨大，關(guān)鍵是設(shè)計(jì)水平。迪拜塔(n=160層，辦公49層）迪拜塔2004年開工，原定2009年9月完工，但受金融危機(jī)拖累，竣工日期推遲。這座高樓耗材：混凝土33萬m3、鋼材3.14萬t。樓內(nèi)設(shè)57部電梯，包括最高時(shí)速v=64km/h=17.8m/s的世界最快電梯。

H=1922呎（RC）+712呎（S）

=585.826m+217.018m=802.844m迪拜塔創(chuàng)造條件要上！

OK克服困難也要上！OK

中國全鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工

（設(shè)計(jì))（施工）NoGood

當(dāng)前，中國大型笨重的建筑鋼結(jié)構(gòu)工程（鳥巢、CCTV、深圳大運(yùn)會(huì)體育場(chǎng)等）能施工的單位＜5%，施工單位＞95%靠邊站。

“創(chuàng)造性”破壞不能再進(jìn)行下去了。

板厚100~200mm珠江三角洲每個(gè)醫(yī)院（室）都可作斷肢再接手術(shù)我國大型鋼結(jié)構(gòu)工程：重型巨件起吊，現(xiàn)場(chǎng)厚鋼板焊接拼裝珠江三角洲斷肢多怪異鋼結(jié)構(gòu)的施工，反思鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)水平？軸線①、⑧③、⑥④、⑤剖面外框筒柱：H型鋼800×400。方鋼管砼：1300×1300～600×600內(nèi)框筒柱：焊接方鋼管砼1200×1200～600×600內(nèi)、外筒鋼梁、伸臂桁架（每16層）鋼構(gòu)件：H900×400樓蓋：壓型鋼板、鋼-砼組合樓蓋臺(tái)北國際金融中心大廈[71]——鋼結(jié)構(gòu)“筒中筒”體系（風(fēng)速42.5m/s，環(huán)太平洋地震帶）[71]謝紹松、甘錫澄、王正雄，臺(tái)北國際金融中心101層摩天大樓之結(jié)構(gòu)系統(tǒng)方案初選，臺(tái)灣：土木技術(shù)，1998年第3期。大廈底層平面（內(nèi)、外筒柱距3m）CCTV新電視塔（CCTVNewTower）

2008年

n=53H=234m

工地全焊接拼裝（鋼板厚max

t=130mm)SteelMaterials：14.2萬tmaxt=135mmQ345GJC=100mmQ390GJD=100mmQ420GJD3.326萬t=100mmQ460GJD2.363萬t用鋼量:14.2萬t/47萬m2=0.302t/m2

（冠達(dá)爾賀明玄總工提供）美國世界貿(mào)易中心（WorldTradeCenter）

1973年

n=110H=416.966m

工地全高強(qiáng)螺栓連接（鋼板厚7.5~22.5mm）

yieldstrength:fy=700N/mm2

（屈服強(qiáng)度）用鋼量:186.6kg/m2中國鋼結(jié)構(gòu)建筑世界獲獎(jiǎng)，愚弄不少中國專家

世界高層都市建筑學(xué)會(huì)（TheCouncilonTallBuildingsandUrbanHabitat，CTBUH）2013年“最佳高層建筑獎(jiǎng)”之央視大樓

[1]。

“最佳高層建筑”的評(píng)審標(biāo)準(zhǔn)：設(shè)計(jì)的可持續(xù)元素、創(chuàng)新科技、美化和清潔城市環(huán)境、提高城市與居民生活品質(zhì)等。

雷姆.庫哈斯和奧勒.舍仁設(shè)計(jì)師公布CCTV方案時(shí)，CCTV“側(cè)面S正面O”的奇特扭曲造型瘋狂，人們簡(jiǎn)直不敢相信建筑還可以這么做。CCTV是目前單體用鋼量最多的鋼結(jié)構(gòu)工程，被中國鋼結(jié)構(gòu)建筑專家稱為“世界級(jí)工程”。以下數(shù)字可謂驚人：

用鋼量14.2萬t，其中，鋼柱最重80t。懸臂（67.165m~75.165m）重1.4萬t，鋼構(gòu)件4.2萬多件，壓型鋼板29.6萬m2。高強(qiáng)螺栓95萬套，栓釘148萬套。

評(píng)委會(huì)主席JeanneGang：“CCTV是那種無法被復(fù)制的建筑，無論在結(jié)構(gòu)意義上，還是在無與倫比的造型上，它都是一個(gè)不可思議的成就。就如同埃菲爾鐵塔。”CCTV在世界其他地方獲準(zhǔn)建造的可能性很小，因?yàn)椴环弦?guī)范要求，而中國很愿意嘗試，這也為千奇百怪的建筑設(shè)計(jì)創(chuàng)造了一種非常寬松的氛圍。[1]劉玉珠編譯，世界高層都市建筑學(xué)會(huì)（CTBUH），2013年“最佳高層建筑獎(jiǎng)”揭曉，鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)展與市場(chǎng)，2013年第6期埃菲爾鐵塔（鍛鐵鉚接結(jié)構(gòu)，用鋼0.73萬t）CCTV用鋼量302kg/m2（冠達(dá)爾賀明玄總工提供）

全鋼結(jié)構(gòu)——由型鋼、鋼板、鋼管混凝土和高強(qiáng)鋼絲等不開裂構(gòu)件、并通過焊縫、高強(qiáng)螺栓、鉚釘或銷軸等連接而成的鋼結(jié)構(gòu)骨架。就具有綠色建筑的節(jié)材特質(zhì)。表1特質(zhì)比較現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)綠色建筑結(jié)構(gòu)哲理：少（費(fèi)）多用——用最少的結(jié)構(gòu)提供最大的結(jié)構(gòu)承載力。最輕的結(jié)構(gòu)最短的工期最好的延性在建筑全壽命周期內(nèi)*，最大限度地節(jié)約資源（節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材），保護(hù)環(huán)境和減少污染，為人們提供健康、適應(yīng)和高效的使用空間，與自然和諧共生的建筑。[1]王仕統(tǒng)，大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)哲理（中國工程院工程科技論壇《論大型公共建筑工

程建筑——問題與建議》第39場(chǎng)特邀報(bào)告），中國建筑工業(yè)出版社，2006.[2]王仕統(tǒng)，提高我國全鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)效率，實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)的三大核心價(jià)值，鋼結(jié)構(gòu)，2010年第9期*建筑全壽命周期（BuildingLifeCycle）——從建筑物的選址、設(shè)計(jì)、建造、使用、維護(hù)、拆除、處理廢棄建材（垃圾回收或二次能源再利用）的整個(gè)過程。

英國倫敦碗（2012）北京鳥巢（2008）

8萬人，用鋼1萬t8萬人，用鋼5.24萬t建筑理念：無序就是藝術(shù)綠色奧運(yùn)、科技奧運(yùn)、人文奧運(yùn)倫敦碗

由五層結(jié)構(gòu)環(huán)組成：

1天蓬支架環(huán)（舊鋼管）

2裝飾圍護(hù)環(huán)（纖維布）

3看臺(tái)面板環(huán)（低碳混凝土）

4看臺(tái)支架環(huán)（舊鋼管）

5地面看臺(tái)環(huán)（低碳混凝土）

實(shí)景

5層結(jié)構(gòu)環(huán)

地面看臺(tái)環(huán)倫敦碗——第30屆奧運(yùn)會(huì)主場(chǎng)館，總用鋼1萬t左右[149][150]，用鋼量90kg/m2，2012

效果圖剖面夜景[149]薛素鐸、李雄彥，2012倫敦奧運(yùn)場(chǎng)館結(jié)構(gòu)體系概述，工業(yè)建筑，2012年增刊.[150]陸賜麟，用科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)促進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)健康發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)與建筑業(yè)，2009(19).

a）原開合屋蓋[1]梅季魁、陸詩亮、羅鵬，新世紀(jì)的獻(xiàn)禮——2008年第29屆奧運(yùn)會(huì)主場(chǎng)館：國家體育場(chǎng)（鳥巢）建筑概念設(shè)計(jì)國際競(jìng)賽方案述評(píng)，第三屆全國現(xiàn)代結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)研討會(huì)，2003年《工業(yè)建筑》增刊。[2]王仕統(tǒng)，大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)哲理（中國工程院工程科技論壇第39場(chǎng)特邀報(bào)告論文集《論大型公共建筑工程建設(shè)——問題與建議》，中國建筑工業(yè)出版社，2006年12月[3]中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)，門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（CECS102:2002），中國計(jì)劃出版社，2003.[4]范重、劉先明、范學(xué)偉、胡天兵、王喆，國家體育館鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的優(yōu)化技術(shù)，第五屆全國現(xiàn)代結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)研討會(huì)（工業(yè)建筑，2005年增刊）建筑教授評(píng)委對(duì)鳥巢方案的評(píng)價(jià)[1]：“從各位評(píng)委各抒已見的發(fā)言中可以看出主要集中在兩個(gè)方向：一是創(chuàng)意，二是經(jīng)濟(jì)合理性（當(dāng)時(shí)用鋼量1.1t/m2”。無序就是藝術(shù)（野獸派）專家贊成反對(duì)中國34外國51合計(jì)85鳥巢評(píng)委分配b)次結(jié)構(gòu)：無序就是藝術(shù)c)主結(jié)構(gòu):交叉門式剛架結(jié)構(gòu)[2][3]鳥巢橢圓平面：332.3m×297.3m中央開洞：185.3m×127.5m用鋼4.1875[4]~5.2萬t（實(shí)際用鋼）即710~881㎏/㎡

鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)包括設(shè)計(jì)與施工（制造、安裝），輕盈的鋼結(jié)構(gòu)必須從設(shè)計(jì)開始——設(shè)計(jì)是龍頭。因此，在進(jìn)行現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，不是簡(jiǎn)單地使用設(shè)計(jì)軟件，而必須正確選擇結(jié)構(gòu)方案和正確估計(jì)結(jié)構(gòu)截面高度，否則，所謂的優(yōu)化設(shè)計(jì)是徒勞的。編者認(rèn)為，鋼結(jié)構(gòu)的用鋼量是衡量結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)劣的最重要指標(biāo)之一。不談?dòng)娩摿?，狂熱追求亞洲第一高、世界第一跨是不科學(xué)的。為了實(shí)現(xiàn)最簡(jiǎn)潔結(jié)構(gòu)（非復(fù)雜結(jié)構(gòu)）就是最好結(jié)構(gòu)的理念，提高我國鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)效率，實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)固有的三大核心價(jià)值——最輕的結(jié)構(gòu)、最短的工期和最好的延性。

回歸建筑工程設(shè)計(jì)的基本原則：實(shí)用、經(jīng)濟(jì)，在可能條件下注意美觀（邀請(qǐng)10名建筑、結(jié)構(gòu)和管理專家作報(bào)告）主持人：陳肇元院士（上午09：00~12：00）主持人：譚慶鏈理事長（下午14：00~17：30）特邀報(bào)告工程科技論壇我國大型建筑工程設(shè)計(jì)的發(fā)展方向主席臺(tái)一排左起：王宏、李世俊、藍(lán)天、鐘善桐、鄧志廣、姚兵、楊豪標(biāo)、王仕統(tǒng)、陳之泉、麥廣欽、葉浩文、劉錫良沈祖炎院士在大會(huì)的主題報(bào)告《還鋼結(jié)構(gòu)輕、快、好、省的本來面目》中指出“近年來涌現(xiàn)的與輕、快、好、省理念背道而馳的技術(shù)現(xiàn)狀，令人擔(dān)擾”[12]。并嚴(yán)厲批評(píng)了鳥巢、水立方、CCTV、深圳大運(yùn)會(huì)體育場(chǎng)、合肥創(chuàng)新展示館、廣州歌劇院、海南國際會(huì)展中心等11個(gè)大型屋蓋鋼結(jié)構(gòu)工程。[12]沈祖炎，必須還鋼結(jié)構(gòu)輕、快、好、省的本來面目，《中國建設(shè)報(bào)》連載，2011年3.14，4.11，4.25，5.9，5.30.

中國建筑金屬結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)姚兵會(huì)長在大會(huì)上指出：“合理用鋼，并不是把鋼結(jié)構(gòu)建筑建成結(jié)構(gòu)碉堡”[25]。[25]金石，鋼結(jié)構(gòu)熱現(xiàn)象背后的冷思考——影響中國——第二屆中國鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)高峰論壇，鋼構(gòu)之窗，2011年第2期首屆全國鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)交流會(huì)在北京中苑賓館隆重召開（2006年12月9~11日）

會(huì)議最后一天，代表們還參觀了國家體育館、國家游泳中心、CCTV等重大工程項(xiàng)目。怪異鋼結(jié)構(gòu)的艱難施工，反思鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)水平（特邀報(bào)告）a）P-w曲線b）

P-△H曲線

索的幾何非線性

布拉格謝拉明劇場(chǎng)

為何不少結(jié)構(gòu)師不樂意研究采用屋蓋形效結(jié)構(gòu)，具體原因有四點(diǎn)：①由于現(xiàn)階段鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)（設(shè)計(jì)、施工）存在：設(shè)計(jì)收費(fèi)、施工收費(fèi)和評(píng)獎(jiǎng)機(jī)制，創(chuàng)新和節(jié)約用鋼都沒有好處——現(xiàn)階段機(jī)制不鼓勵(lì)創(chuàng)新；②對(duì)索結(jié)構(gòu)來說，在局部集中荷載P作用下，會(huì)產(chǎn)生“機(jī)構(gòu)性位移”

。處理柔性索邊界，也

比處理剛性邊界要困難得多；③大跨度鋼屋蓋空間結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定(Stability)和預(yù)應(yīng)力分析是設(shè)計(jì)的難點(diǎn)；④某些文獻(xiàn)模棱兩可的措詞、誤導(dǎo)。如規(guī)范［10］第8、6、1條：“大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)系指跨度≥60m的屋蓋結(jié)構(gòu)，可采用桁架、剛架或拱等平面結(jié)構(gòu)以及網(wǎng)架、網(wǎng)殼、懸索結(jié)構(gòu)和索膜結(jié)構(gòu)等空間結(jié)構(gòu)”；⑤結(jié)構(gòu)工程師的學(xué)術(shù)魅力（力學(xué)、數(shù)學(xué)功底，結(jié)構(gòu)理論與工程實(shí)踐）與人格魅力（獨(dú)立性、進(jìn)取性和開放性）與世界先進(jìn)國家有較大差距。[10]中國建設(shè)部，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50017-2003），中國計(jì)劃出版社，2003年

本文針對(duì)專著[1]的理論提出索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的近似解法，可用來分析任意荷載作用下的橢圓底平面和菱形底平面雙曲拋物面索網(wǎng)結(jié)構(gòu)，該法先用級(jí)數(shù)將索網(wǎng)結(jié)構(gòu)基本方程展開，然后采用最小二乘配點(diǎn)法求解，并通過迭代過程考慮非線性項(xiàng)的影響。算例表明，該近似解法的計(jì)算機(jī)程序能滿足精度要求。[1]鐘善桐、沈世釗，大跨度屋蓋鋼結(jié)構(gòu)，中國建筑工業(yè)出版社，1985年11月布拉格謝拉明劇場(chǎng)馬鞍形索網(wǎng)的變形協(xié)調(diào)方程：承重索：穩(wěn)定索：[14]王仕統(tǒng)，雙曲拋物面索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的近似計(jì)算，建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，1992年6月第3期邊緣構(gòu)件NO混凝土（不均勻材料）鋼（勻質(zhì)材料）1抗壓高，抗拉低，脆性材料抗壓（拉）高，延性材料2強(qiáng)度問題實(shí)體構(gòu)件穩(wěn)定（屈曲）問題薄壁構(gòu)件3帶裂縫工作不開裂4公式幾乎100%由試驗(yàn)得出（含回歸分析）理論公式多由力學(xué)原理推出5設(shè)計(jì)難點(diǎn)：延性設(shè)