钢结构的特点、应用和发展
西安建筑科技大学
2004年 6月
1、钢结构的特点
钢结构是由钢板、热轧型钢和冷加工成
型的薄壁型钢制造而成。与其他材料的结
构相比具有以下 优点,
（ 1）材料强度高，钢材质量轻。
（ 2）韧性、塑性好。
（ 2）材质均匀。
（ 3）制造简单，施工周期短。
（ 4）密封性好。
钢结构的 缺点 有：
（ 1）耐热但不耐火
150摄氏度时强度无变化,600摄氏度时
强度约为 0。
（ 2）钢材耐腐蚀性能差，维护费用高。
2、钢结构的应用
（ 1）大跨度钢结构
? 钢屋架
? 网架、网壳结构
? 悬索结构
? 拱架结构
? 桥梁结构
国家体育场
国家体育场建
筑体形上像鸟
巢。可容纳 8
万人。平面为
椭圆形,长轴
340m短轴
292m。屋盖
中间有一个
146m× 76m
的开口，这部
分将设计成开
合屋盖。采用
加肋薄壁箱形
截面,总用
钢量达 16万 t 。
天津奥林匹克体育场俯瞰效果图
“绿色奥运”、“科技奥运”、“人文奥运”
建筑底面面积为 80,000m2，屋顶面积 76,719m2，地上层数 6
层，最高点高度 53.00m，可容纳观众数 60,000。
屋顶结构采用钢桁架悬挑结构 。屋面桁架落地，形似露珠 。
国家大剧院
位于北京人民大会堂西侧，西长安街以南，总占地面积近 12公顷，
总建筑面积近 15万平方米，总投资 26.88亿元，目前已进行过网壳部
分设计与施工验收审查会议。
该工程外部围护结构为钢结构网壳，是半椭圆球形，东西长轴
212.2m，南北短轴 143.64m，总高度 46.285。内设歌剧院（ 2416
席）、音乐厅（ 2017席）及戏剧院（ 1040席）及公共大厅等。屋面
采用钛金属板，整个网壳外环绕人工湖（ 35500m2）,各种通道及入
口均设在水下 。 设计为法国巴黎机场公司安德鲁建筑师，北京市建筑
设计研究院参与主体设计,整体结构用钢量达 6750t,195kg/m。
（ 2）重型厂房结构
西安变压器厂（ 400t吊车）
（ 3）高层建筑
80年代我国建造的 11栋高层钢结构基本
上都是国外设计、施工承建。
目前我国已建和在建的高度超过 100m的钢
结构有 48栋。
上海环球金融中心
由日本森大厦株式会社的全额
子公司森海外株式会社及日本
具有代表性的银行、保险公司、
商社等 36家企业，偕同政府系
统机构日本海外经济协力基金
(OECF)联合投资的上海环球
金融中心，总投资逾 750亿日
元。位于陆家嘴金融贸易区，
建筑总面积 335,420平方米，
地下 3层，地上 94层。建成后
的高度达 460米 。总用钢量
26000t，钢筋混凝土核心筒，
外框钢骨混凝土及钢柱，目前
正在施工基础。
上海金茂大厦
金茂大厦是由中国上海对外贸
易中心股份有限公司独家投资
5.6亿美元建设的一座 88层的
超高层大厦，建筑高度 420.5
米，建筑面积 28.9万平方米，
于 1998年 8月 28日竣工。 总用
钢量 14000t，钢筋混凝土核心
筒，外框钢骨混凝土及钢柱。
设计者为美国 S.O.M事务所。
央视新台址
央视新台址建设工
程位于北京朝阳区
东三环中路、北京
商务中心区的核心
地段，占地面积
18.7万平方米，总
建筑面积 55万平方
米,230m。央视新
台址建设工程总投
资约 50亿元人民币，
2003年 10月开工建
设,2008年正式运
行 。
央视新台址
大连远洋大厦
大连远洋大厦由大连远洋运输公
司、中远房地产开发公司与美国
ESPIRIT公司联合投资 14.8亿人
民币开发的集五星级酒店和甲级
写字楼为一体的智能大厦。 总建
筑面积 14.8万平方米。其中,A
座为五星级酒店，地上 51层，总
高 200.8m。钢筋混凝土核心筒，
外框钢框架。设计、加工、安装
全部国产化。
台北 101
长宽各 150m，总面积
30277m2，塔高 508m，世
界第一高,26层以上以 8层
为一单元。主要由巨柱、核
心系统及外伸桁架梁。巨柱
自地下 5层至地上 90层，最
大尺寸为 2.4mx3m。
直径 5.5m，中 670t的阻尼器
（ 4）高耸建筑
电视塔、微波塔、通讯塔等
东方明珠电视塔
东方明珠广播电视塔座落在
上海浦东新区黄浦江畔，以
其 468米的高度成为亚洲第
一高 塔。她于 1991年 3月开
始建造,1994年 11 月完工，
总重量达 12万吨，总投资 8.3
亿元人民币。
东方明珠塔由三根直径为九
米的擎天立柱、太空舱、上
球体、下球体、五个小球、
塔座和广场组成。
（ 5）轻型钢结构
（ 6）容器和其他构筑物
陕西铜川天然气公司
1000立方米天然气球罐
大连西太平洋石化有限公司
1500立方米 CF-62钢球罐
3、钢结构的组成
? 跨越式结构
跨越地面上的一定空间，包括桥梁和单层房屋结构。
? 高耸结构
从地面向上发展的结构，包括高层房屋、塔架和桅杆结构。
4、钢结构设计方法
? 钢结构的概率极限状态
（ 1）承载能力极限状态
对应于结构或结构构件达到最大承载能力或出现不适于
继续承载的变形，包括以下几个方面：
→ 整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（如倾覆
等）；
→ 结构构件或连接因超过材料强度而破坏（包括疲劳破
坏），或因过度变形而不适于继续承载；
→ 结构转变为机动体系；
→ 结构或结构构件丧失稳定（如压屈等）；
→ 地基丧失承载能力而破坏（如失稳等）。
（ 2）正常使用极限状态
对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项
规定限值：
→ 影响正常使用或外观的变形；
→ 影响正常使用或耐久性能的局部损坏（包括裂缝）；
→ 影响正常使用的振动；
→ 影响正常使用的其它特定状态。
? 概率极限状态设计方法
设计 基本原则,技术先进、经济合理、安全适用、确保
质量
>0，结构处于可靠状态
Z=R-S =0，结构处于极限状态
<0,结构处于失效状态
除 疲劳 计算外，钢结构设计规范采用以 概率理论
为基础的极限状态设计方法, 用分项系数 的设计表
达式进行计算。
5、钢结构的发展
（ 1）高性能钢材（强度、塑性和韧性、耐火、耐候等）
Q235-A b (f) GB 700-88
-B b (f)
-C
-D
Q345(390,420)-A GB/T 1591-94
-B
-C
-D
-E
（ 2）对结构承载能力的认识
从构件 整体
从弹性 弹塑性
应力蒙皮效应
计算手段的改进
（ 3）新型结构形式
? 高强钢索
?钢和混凝土组合结构
?杂交结构
（索、拱配合）
（ 4）制造和安装
机电一体化，用软件把钢材切割、焊接技术和焊接标
准集成一起，保证质量又节省劳动力。
西安建筑科技大学
2004年 6月
1、钢结构的特点
钢结构是由钢板、热轧型钢和冷加工成
型的薄壁型钢制造而成。与其他材料的结
构相比具有以下 优点,
（ 1）材料强度高，钢材质量轻。
（ 2）韧性、塑性好。
（ 2）材质均匀。
（ 3）制造简单，施工周期短。
（ 4）密封性好。
钢结构的 缺点 有：
（ 1）耐热但不耐火
150摄氏度时强度无变化,600摄氏度时
强度约为 0。
（ 2）钢材耐腐蚀性能差，维护费用高。
2、钢结构的应用
（ 1）大跨度钢结构
? 钢屋架
? 网架、网壳结构
? 悬索结构
? 拱架结构
? 桥梁结构
国家体育场
国家体育场建
筑体形上像鸟
巢。可容纳 8
万人。平面为
椭圆形,长轴
340m短轴
292m。屋盖
中间有一个
146m× 76m
的开口，这部
分将设计成开
合屋盖。采用
加肋薄壁箱形
截面,总用
钢量达 16万 t 。
天津奥林匹克体育场俯瞰效果图
“绿色奥运”、“科技奥运”、“人文奥运”
建筑底面面积为 80,000m2，屋顶面积 76,719m2，地上层数 6
层，最高点高度 53.00m，可容纳观众数 60,000。
屋顶结构采用钢桁架悬挑结构 。屋面桁架落地，形似露珠 。
国家大剧院
位于北京人民大会堂西侧，西长安街以南，总占地面积近 12公顷，
总建筑面积近 15万平方米，总投资 26.88亿元，目前已进行过网壳部
分设计与施工验收审查会议。
该工程外部围护结构为钢结构网壳，是半椭圆球形，东西长轴
212.2m，南北短轴 143.64m，总高度 46.285。内设歌剧院（ 2416
席）、音乐厅（ 2017席）及戏剧院（ 1040席）及公共大厅等。屋面
采用钛金属板，整个网壳外环绕人工湖（ 35500m2）,各种通道及入
口均设在水下 。 设计为法国巴黎机场公司安德鲁建筑师，北京市建筑
设计研究院参与主体设计,整体结构用钢量达 6750t,195kg/m。
（ 2）重型厂房结构
西安变压器厂（ 400t吊车）
（ 3）高层建筑
80年代我国建造的 11栋高层钢结构基本
上都是国外设计、施工承建。
目前我国已建和在建的高度超过 100m的钢
结构有 48栋。
上海环球金融中心
由日本森大厦株式会社的全额
子公司森海外株式会社及日本
具有代表性的银行、保险公司、
商社等 36家企业，偕同政府系
统机构日本海外经济协力基金
(OECF)联合投资的上海环球
金融中心，总投资逾 750亿日
元。位于陆家嘴金融贸易区，
建筑总面积 335,420平方米，
地下 3层，地上 94层。建成后
的高度达 460米 。总用钢量
26000t，钢筋混凝土核心筒，
外框钢骨混凝土及钢柱，目前
正在施工基础。
上海金茂大厦
金茂大厦是由中国上海对外贸
易中心股份有限公司独家投资
5.6亿美元建设的一座 88层的
超高层大厦，建筑高度 420.5
米，建筑面积 28.9万平方米，
于 1998年 8月 28日竣工。 总用
钢量 14000t，钢筋混凝土核心
筒，外框钢骨混凝土及钢柱。
设计者为美国 S.O.M事务所。
央视新台址
央视新台址建设工
程位于北京朝阳区
东三环中路、北京
商务中心区的核心
地段，占地面积
18.7万平方米，总
建筑面积 55万平方
米,230m。央视新
台址建设工程总投
资约 50亿元人民币，
2003年 10月开工建
设,2008年正式运
行 。
央视新台址
大连远洋大厦
大连远洋大厦由大连远洋运输公
司、中远房地产开发公司与美国
ESPIRIT公司联合投资 14.8亿人
民币开发的集五星级酒店和甲级
写字楼为一体的智能大厦。 总建
筑面积 14.8万平方米。其中,A
座为五星级酒店，地上 51层，总
高 200.8m。钢筋混凝土核心筒，
外框钢框架。设计、加工、安装
全部国产化。
台北 101
长宽各 150m，总面积
30277m2，塔高 508m，世
界第一高,26层以上以 8层
为一单元。主要由巨柱、核
心系统及外伸桁架梁。巨柱
自地下 5层至地上 90层，最
大尺寸为 2.4mx3m。
直径 5.5m，中 670t的阻尼器
（ 4）高耸建筑
电视塔、微波塔、通讯塔等
东方明珠电视塔
东方明珠广播电视塔座落在
上海浦东新区黄浦江畔，以
其 468米的高度成为亚洲第
一高 塔。她于 1991年 3月开
始建造,1994年 11 月完工，
总重量达 12万吨，总投资 8.3
亿元人民币。
东方明珠塔由三根直径为九
米的擎天立柱、太空舱、上
球体、下球体、五个小球、
塔座和广场组成。
（ 5）轻型钢结构
（ 6）容器和其他构筑物
陕西铜川天然气公司
1000立方米天然气球罐
大连西太平洋石化有限公司
1500立方米 CF-62钢球罐
3、钢结构的组成
? 跨越式结构
跨越地面上的一定空间，包括桥梁和单层房屋结构。
? 高耸结构
从地面向上发展的结构，包括高层房屋、塔架和桅杆结构。
4、钢结构设计方法
? 钢结构的概率极限状态
（ 1）承载能力极限状态
对应于结构或结构构件达到最大承载能力或出现不适于
继续承载的变形，包括以下几个方面：
→ 整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（如倾覆
等）；
→ 结构构件或连接因超过材料强度而破坏（包括疲劳破
坏），或因过度变形而不适于继续承载；
→ 结构转变为机动体系；
→ 结构或结构构件丧失稳定（如压屈等）；
→ 地基丧失承载能力而破坏（如失稳等）。
（ 2）正常使用极限状态
对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项
规定限值：
→ 影响正常使用或外观的变形；
→ 影响正常使用或耐久性能的局部损坏（包括裂缝）；
→ 影响正常使用的振动；
→ 影响正常使用的其它特定状态。
? 概率极限状态设计方法
设计 基本原则,技术先进、经济合理、安全适用、确保
质量
>0，结构处于可靠状态
Z=R-S =0，结构处于极限状态
<0,结构处于失效状态
除 疲劳 计算外，钢结构设计规范采用以 概率理论
为基础的极限状态设计方法, 用分项系数 的设计表
达式进行计算。
5、钢结构的发展
（ 1）高性能钢材（强度、塑性和韧性、耐火、耐候等）
Q235-A b (f) GB 700-88
-B b (f)
-C
-D
Q345(390,420)-A GB/T 1591-94
-B
-C
-D
-E
（ 2）对结构承载能力的认识
从构件 整体
从弹性 弹塑性
应力蒙皮效应
计算手段的改进
（ 3）新型结构形式
? 高强钢索
?钢和混凝土组合结构
?杂交结构
（索、拱配合）
（ 4）制造和安装
机电一体化，用软件把钢材切割、焊接技术和焊接标
准集成一起，保证质量又节省劳动力。
