钢结构的优点和缺点
钢结构与其他材料的结构相比，具有以下特点：
1.钢结构自重轻
钢结构虽然容重较大，但其强度却远高于其他建筑材料，因此，在荷载和条件相同的情况下，钢结构比其他结构重量轻，运输和安装更方便，可以跨越较大的跨度。
2.钢材的塑性和韧性好
塑性好意味着钢结构不会因偶然超载或局部超载而突然破坏。韧性好使钢结构对动态荷载的适应性更强。钢材的这些性能为钢结构的安全性和可靠性提供了充分的保证。
3. 钢材更接近均质、各向同性
钢材内部组织比较均匀，非常接近均质、各向同性，在一定的应力范围内几乎完全呈现弹性，这些性质与力学计算中的假设相符，因此钢结构的计算结果与实际受力情况比较吻合。
4、钢结构制造简单，易于采用工业化生产，施工安装周期短。
钢结构型材多样，制造方便。钢结构大量由专门的金属结构厂家制造，制造精度高。制造好的构件运到现场组装，用螺栓连接。结构轻便，施工方便，工期短。另外，建成的钢结构也易于拆除、加固或改造。
5.钢结构密封性能好
钢结构具有较好的气密性和水密性。
6.钢结构耐热性好，但防火性较差
钢材耐热但不耐高温，随着温度升高，强度会下降，当周围有辐射热，温度在150度以上时，应采取屏蔽措施。如果发生火灾，结构温度达到500度以上，可能瞬间倒塌。为了提高钢结构的耐火性能，通常用混凝土或砖块包裹。
7. 钢材容易生锈，应采取防护措施
钢材在潮湿的环境下，特别是在有腐蚀介质的环境下，容易生锈，必须进行涂漆或镀锌处理，并在使用过程中定期保养。
一、概述
在这个实际的三维世界中，任何结构本质上都是空间性质的，但为了简化设计和施工，人们往往将其分解成一块块平面结构进行施工和计算。与此同时，现实中不能简单分解的空间体系却从未停止自身的发展，并日益显示出一般平面结构所无法比拟的丰富性和创造潜力，体现出大自然的美妙与神奇。空间结构的优良工作性能不仅体现在三维受力方面，还在于它通过合理的曲线造型有效地抵抗外荷载的作用。当跨度增大时，空间结构更能显示出其优良的技术经济性能。事实上，当跨度达到一定程度时，一般的平面结构往往很难成为一种合理的选择。从国内外工程实践来看，大跨度建筑大多采用各种形式的空间结构体系。
近二十年来，各类大跨度空间结构在美国、日本、欧洲等发达国家得到迅速发展。建筑跨度和规模越来越大，目前规模超过150米的超大型建筑已屡见不鲜；结构形式丰富多彩，采用了许多新材料、新技术，发展出了许多新的空间结构形式。如1975年建成的美国新奥尔良“超级穹顶”，其直径达207米，长期以来被认为是世界上最大的球面网壳；如今这一地位已被1993年建成、直径达222米的日本福冈体育场所取代，但后者以可开启性而更为著名：其球面屋面由三个可旋转的扇形网壳组成，沿圆形导轨移动，体育场可全封闭、开启1/3或开启2/3。 1983年建成的加拿大卡尔加里体育场，采用双曲抛物面索网屋面，圆形平面直径135米，为1988年冬奥会而建，外形极其优美，至今仍是世界上最大的索网结构。20世纪70年代以后，由于结构所用织物材料的改进，发展了膜结构或索膜结构（用索加固的膜结构）。美国已建成许多大型气承式索膜结构；1988年建成的东京“后乐园”棒球场也采用这种结构技术，尤为先进，其近似圆形的平面直径为204m； 美国亚特兰大为1996年奥运会修建的“佐治亚穹顶”（1992年建成）采用新颖的整体张拉索膜结构，其类椭圆平面轮廓尺寸为192mX241m。许多宏伟、特色鲜明的大跨度建筑成为当地的标志性建筑和著名的人文景观。
由于经济、文化发展的需要，人们还在追求更大空间的覆盖。例如有人设想将整个街区、整个广场，甚至整个山谷覆盖，形成人工控制气候的人类聚集环境或休闲环境；为了发掘和保护古墓葬、重要古迹，也有人设想采用超大跨度结构将其覆盖，形成封闭的环境。目前，一些发达国家正在探讨300m以上规模的超大跨度空间结构设计。
可以说，大跨度空间结构是近三十年来发展最快的结构形式。国际《空间结构》杂志主编ZSMakowski认为：在20世纪60年代，“空间结构还被认为是一种有趣但尚不为人所熟知的非传统结构，但今天它已被世界广泛接受。”从今天来看，大跨度、超大跨度建筑及其核心的空间结构技术的发展，已经成为代表一个国家建筑技术水平的重要标志之一。
世界各国都投入了大量的研究经费用于大跨度空间结构的发展。例如早在20年前，美国土木工程学会就组织了为期10年的空间结构研究计划，投入资金达1550万美元。同期，西德组织了由斯图加特大学主办的“大跨度空间结构综合研究计划”，每年的研究经费达100多万马克。这些研究工作为各国大跨度建筑的蓬勃发展奠定了坚实的理论基础和技术条件。国际壳体与空间结构学会（IASS）每年定期举办年会和各种学术交流活动，是目前最受欢迎和最著名的学术团体之一。
我国大跨度空间结构基础过去比较薄弱，但随着国家经济实力的加强和社会发展的需要，近十几年也取得了比较快的发展。有大量的工程实践，空间结构类型和形式逐渐多样化，相应的理论研究和设计技术也逐渐完善。以北京亚运会（1990年）、哈尔滨冬亚运会（1996年）、上海八运会（1997年）的众多体育建筑为代表的一系列大跨度空间结构作为我国建筑技术进步的标志，在国内外取得了一定的影响。
种种迹象表明，虽然我国还是一个发展中国家，但由于人口众多、国力不断增强，对建设更多、更大的体育、休闲、展览、机场、机库等大型、超大型空间建筑有着强烈的需求，而且这种需求可能在一定程度上超过很多发达国家。这是我国在空间结构领域面临的巨大机遇。
但与国际先进水平相比，我国大跨度空间结构的发展还存在一定的差距。这主要体现在结构形式还比较克制，大胆创新的作品较少，说明新颖的建筑理念与先进的结构创造还缺乏理想的有机结合，特别是150米以上的超大跨度空间结构的工程实践还比较少；结构类型相对集中在网架、网壳结构上，索结构应用较少。一些具有很大前景的新颖结构形式，如膜结构和索膜结构、整体张拉结构、可开合结构等，在国外已有不少成功的工程实践，但在我国尚处于空白或艰难的起步阶段。看来，在相对平坦的草原上驰骋了十几年之后，我国空间结构的发展似乎遇到了一个需要跨越的新阶段。这个新阶段包括材料、生产条件等技术问题，也包括一些理论问题还没有得到很好的解决。 为推动我国空间结构向更远、更高水平发展，需要广大科技工作者和企业家努力创造条件，更快、更好地解决这些技术和理论难题。
大跨度空间结构的类型和形式非常丰富多彩，通常分为以下几种类型：钢筋混凝土薄壳结构；扁网架结构；网壳结构；索悬置结构；膜结构与索膜结构；国外近年来广泛应用的“索穹顶”(CableDome)，其实是索膜结构的一种特殊形式；混合结构(HybridStructure)，通常是柔性构件与刚性构件的结合。
上述各种空间结构类型中，钢筋混凝土薄壁结构是我国在20世纪50年代末60年代初发展起来的，当时还建造了一些中跨度的球壳、圆柱壳、双曲扁壳和扭壳，也投入了大量的精力进行理论研究，制定了相应的设计规程。但这种结构类型现在已很少使用，主要是因为施工费时费力。扁网架、网壳结构中还包括一些不能单独分类的特殊形式，如折板网架结构、多平面网架结构、多层多跨框架网架结构等，可以统称为空间网架结构。这种结构类型在我国发展很快，而且还在不断壮大。索悬结构、膜结构、索膜结构等柔性体系都是利用张拉来抵抗外荷载的作用，可以统称为张拉结构。这种结构类型有很大的发展前景。 下面就按照这两大类型对我国空间结构的发展作一简单介绍。
2.空间网格结构
网壳结构的出现早于平板网壳结构，在国外，传统的肋环穹顶已有百余年历史，而第一座平板网壳则建于1940年德国（采用梅罗体系）。国内第一批具有现代意义的网壳建于20世纪五六十年代，但数量较少，当时柱面网壳多采用菱形“连环方格”网体系，1956年建成的天津体育场钢网壳（跨度52m）、1961年建成的同济大学钢筋混凝土网壳（跨度40m）可作为典型代表。球面网壳主要采用辅环体系。 1954年建成的重庆人民大礼堂半球形穹顶（跨度46.32m）和1967年建成的郑州体育场圆形钢屋盖（跨度64m）是我国仅有的两个大型球面网壳，此后直至20世纪80年代初，网壳结构在我国均未得到进一步发展。
相对而言，自1964年建成第一座平面网架（上海师范学院球室，31.5mx40.5m）以来，网架结构一直保持着良好的发展势头。1967年建成的首都体育馆采用斜交正交网架，矩形平面尺寸99mx112m，厚6m，采用钢构件、高强螺栓连接，用钢指标65kg/m2（1kg/m2≈9.8pa）。1973年建成的上海万人体育馆采用圆形平面三面网架，网架长110m，厚6m，采用圆钢管构件、焊接空心球节点，用钢指标47kg/m2。当时，平面网架在国内还是一种全新的结构形式。 这两种网架规模都比较大，即使到今天仍然具有代表性，因此在工程界影响很大。受当时体育馆建设需求的启发，国内大专院校、科研机构、设计部门对这种新型结构投入了大量精力，专业的制造、安装公司也逐渐壮大，为这种结构的进一步发展奠定了坚实的基础。改革开放后的十几年，是我国空间结构快速发展的黄金时期，扁平网架结构自然具有优先地位。即使在20世纪80年代末，北京为迎接1990年亚运会而建设的体育建筑，大部分仍然采用扁平网架结构。这一时期，计算机在网架结构设计中得到广泛应用，生产技术也有了很大的进步，预制螺栓球节点开始得到广泛应用，大大加速了网架的安装。
但事物都有两面性，在平面网架结构迅速发展的同时，随着经济文化建设需求的扩大和人们对于建筑欣赏水平的提高，在设计越来越多的大跨度建筑时，设计人员越来越感到结构形式的选择受到限制，不能满足日益多样化的建筑功能和建筑造型的要求。这种现实需求对网壳结构、索结构等多种空间结构形式的发展起到了很好的刺激作用。由于网壳结构与网架结构的生产条件相同，在国内有现成的基础。因此，自20世纪80年代后半期起，在相应的理论储备和设计软件等条件初步完备的情况下，网壳结构在新的条件下开始迅速发展。 建设数量逐年增多，应用了各种形式的网壳，包括球面网壳、柱面网壳、马鞍形网壳（或扭转网壳）、双曲平板网壳和各种异形网壳以及上述网壳的组合；还发展了预应力网壳、斜拉网壳（用斜拉索加强的网壳）等新的结构体系。近年来，还建造了一些大型网壳结构。例如，1994年建成的天津体育场，采用肋环斜拉杆式（Schwedler式）双层球面网壳。其圆形平面净跨度108m，周长延伸13.5m，网壳厚度3m，采用圆钢管构件和焊接空心球节点。用钢指标为每平方米55kg。 1995年建成的黑龙江速度滑冰馆，用于覆盖400m速度滑冰跑道，其巨大的双层网壳结构由中心圆柱壳部分和两端半球壳部分组成，轮廓尺寸86.2mx191.2m，覆盖面积1.5万平方米，网壳厚度2.1m，采用圆形钢管构件、螺栓球节点，钢材消耗指标为50kg/平方米。1997年刚建成的长春万人体育场，呈桃核形，采用中心条带切断后再拼凑而成的肋环球面网壳，体积巨大，若包括支腿，轮廓尺寸146mx191.7m，网壳厚度2.8m。 其桁架式“网”的上下弦杆、腹杆全部采用方（矩形）钢管，焊接而成，是我国首座方钢管网壳。此网壳结构设计由国外提出，施工图设计、制作、安装均在国内完成。
在网壳结构应用领域不断扩大的同时，扁平网架结构却没有停止自身的发展。这种相对简单的结构无论跨度大小都有其广泛的应用范围；但近年来，其应用范围在一些重要领域不断扩大。例如在机场维修机库领域，广州白云机场80m机库（1999年）、成都机场140m机库（1995年）、首都机场2Zmx150m机库（1996年）等大型机库均采用扁平网架结构。这些三面支撑的扁平网架规模巨大，需承受较大的悬挂载荷，往往采用较重的焊接型钢（或钢管）结构，有时需采用三层网架；其单位面积用钢量可达一般公共建筑网架的1倍或数倍。单层工业厂房也是扁平网架近年来获得快速发展的重要领域。 为了便于灵活布置生产工序，厂房柱网尺寸有扩大的趋势，此时扁平网架结构就成为一种非常经济、理想的结构方案。1991年建成的第一汽车制造厂高尔夫球车装配车间，占地面积近8万平方米（189.2mx421.6m），柱网为21mx12m，采用焊接球节点网架，用钢指标为31kg/平方米，该厂房是目前世界上规模最大的扁平网架结构。1992年建成的天津无缝钢管厂加工车间，占地面积6万平方米（108mx564m），柱网为36mx18m，采用螺栓连接球节点网架，用钢指标为32kg/平方米，比传统扁平钢桁架方案节约47%。 鉴于此类厂房巨大的圆形面积，确实为平面网架结构的发展提供了广阔的新领域。显而易见，包括网架、网壳在内的空间网架结构是近十几年来我国发展速度最快、应用最为广泛的空间结构类型。该类结构体系整体刚度好，技术经济指标优越，能提供多种建筑造型，因而深受建设者和设计者的喜爱。我国网架企业的蓬勃发展，也为该类结构提供了便利的生产条件。据测算，近年来，我国建设的网架、网壳结构建筑面积每年已达800万平方米，相应的用钢量约20万吨。如此庞大的数量是其他任何国家都无法比拟的钢结构加工厂组织机构框架图，无愧于“网架王国”的称号。难怪国外企业对这一庞大的市场垂涎欲滴。
如此大的发展势头，自然也会带来一些问题。与国际水平相比，我国目前的格栅生产工艺、质量管理水平还有很大的差距。特别是在市场需求的驱动下，大量小型格栅公司如雨后春笋般涌现，难免质量参差不齐，设计也不一定由经验丰富的人来做。因此钢结构加工厂组织机构框架图，大力加强行业管理，切实抓好设计、生产、安装质量，是推动我国空间结构进一步健康发展的重要课题。
3.张拉结构
我国现代斜拉结构的发展始于20世纪50年代末、60年代，北京工人体育场和杭州浙江人民体育场是当时两个代表性工程。北京工人体育场建于1961年，其圆形屋盖采用轮辐式双层索系，索系直径为94m。浙江人民体育场建于1967年，其屋盖为椭圆平面，长直径为80m，短直径为60m，采用双曲抛物面正交索网结构。
世界上最早的现代斜拉屋盖是1953年在美国修建的罗利体育场，采用马鞍形正交索网，以两个倾斜抛物线拱作为边杆。我国修建的两座斜拉结构无论从规模还是技术水平上看，都处于当时国际先进水平。但我国斜拉结构的发展曾长期中止，直到20世纪80年代，由于大跨度建筑的发展和对空间结构形式多样化的需求，这种丰富的轻型结构重新激发了人们的热情，工程实践数量大幅增加，应用形式趋于多样化，理论研究也随之开展，颇令人欣喜。
柔性索在自然状态下无刚度，形状不确定，需要通过铺设重顶或施加预应力等措施，使其具有一定的形状，使之成为在外荷载作用下具有必要刚度和形状稳定性的结构。难能可贵的是，我国科技人员在学习、吸收国外先进经验的同时，结合具体工程情况，进行了多次尝试和创新，创造出了更加符合我国国情的结构应用形式。
如山东淄博等地将索悬挂结构应用于中小型屋盖结构，颇具特色。其主要采用单层平行索系或伞状径向索系加钢筋混凝土屋面板。施工时，先将屋面板悬挂在索上（使索正好位于板缝内），在板上施加临时荷载，使索张紧，再在板缝内浇注细石混凝土。达到一定强度后，撤除临时荷载，形成具有一定预应力的“悬挂薄壳”。这种结构和施工方法不需要复杂的工艺和设备，造价也相对较低。
为了提高单层悬索的形态稳定性，在单层平行索体系上设置横向加劲梁（或桁架）也是十分有效的。横向加劲构件的作用有两个：一是将可能产生的集中荷载和局部荷载转移，使之较为均匀地分布到每根平行索上；二是通过将横向加劲构件两端下压到预定位置或通过张拉索使整个体系建立预应力，增加屋盖的刚度。从安徽省体育馆等多个工程的实践来看，这种混合结构体系施工简便、用料省，是一个成功的创举。
由一系列曲率相反的承重索和稳定索组成的预应力双层索体系是解决索悬结构形态稳定性的另一种有效方法，其工作机理与预应力索网相似。1966年，瑞典工程师Jawerth在斯德哥尔摩滑冰馆首次使用了由一对承重索和稳定索组成的名为“索桁架”的专利体系。此后，这种平面双层索体系在各国得到广泛应用。我国无锡体育馆也采用此体系。作为此体系的改进，吉林滑冰馆采用了一种新型的空间双层索体系，其承重索和稳定索不在同一平面，而是错开半个柱距，从而创造了一种新颖的建筑造型，并很好地解决了矩形平面索悬索屋面常见的屋面排水问题。 这种新颖的结构参加了1987年在美国举办的国际先进结构展览会。
我国斜拉结构发展的另一个特点是，在很多工程中采用了各种组合方式。其主要方式是将两层或两层以上的预应力索网或其他索体系组合起来，并设置强力拱或刚性框架作为中间支撑，形成各种形式的组合屋盖结构。如四川省体育馆和青岛市体育馆的屋盖，就是由两层索网和一对钢筋混凝土拱作为中间支撑组成。北京朝阳体育馆的屋盖则由两层索网和一个称为“索拱体系”的中央支撑结构组成。中央索拱体系由两根索和两根钢拱组成，本身就是一种混合结构，其构思也颇具创新性。采用各种组合屋盖，不仅使建筑造型更加丰富，而且往往能更好地满足某些建筑功能的要求，如为体育馆建筑提供“最优”的内部空间。从纯技术经济角度看，单一索网或其他索体系可以经济地跨越较大的跨度，并不必采用中间支撑结构。 因此，组合屋面在很多场合的使用主要是出于建筑造型和功能使用的考虑，从我国近几年的实践效果来看，其在这方面发挥了预期的作用。
将斜拉体系应用于屋盖结构，可形成一系列混合结构。这种体系利用从塔柱顶部延伸出来的斜拉索，为屋盖的横跨结构（主梁、桁架、扁网架等）提供一系列中间弹性支撑，使这些横跨结构在不增加结构高度和构件截面的情况下，跨越较大的跨度。前文提到的斜拉网壳也属于这种类型的混合结构。
索悬索结构虽然在近十几年取得了可喜的进展，但与网架、网壳结构相比，其发展还是比较缓慢的。造成这种情况的原因可能有两个方面：（1）索悬索结构的设计计算理论比较复杂，缺乏商品化程度较高的实用计算程序，一般设计单位难以采用。（2）索悬索结构的施工虽然并不复杂，但一般施工单位对其并不熟悉，也没有组建专业的索悬索结构施工队伍，也影响了施工单位和设计单位大胆采用这种结构形式。
同时，属于相同的张力结构系统并在国外广泛使用的膜结构或电缆膜结构，除了设计理论储备和生产条件的原因外，还处于最高限制的米布尔（Membrane），这是一个主要的限制。可充气的结构，并使用玻璃纤维织物覆盖了氯化物（PVC），这是第一次吸引了广泛的注意力，其准纤维化平面的轴尺寸达到了140mx835m，这通常被认为是1970年代初期的Polotel fragity fragity fragity fragity fragity fragity fagity fagity fragoneyl the Modern fragity the Modern fragity the Modern fragity the the Modern fragity loteyl。 Flon）。 从那时起，美国建立了许多体育馆，尺度为138m-235m，所有这些都采用了空气支持的有线膜结构，并实现了出色的技术和经济成果，但是，这种结构系统也有一些问题，主要是由于意外泄漏或不稳定的空气范围而造成的，或者在屋顶上造成了整个屋顶的范围，而屋顶则是造成的。使屋顶崩溃甚至事故的熔融系统使人们怀疑空气支持的膜结构的未来。 However, as mentioned earlier, the Tokyo Korakuen baseball Stadium built in Japan in 1988 still uses air-supported cable-membrane structures, but it uses extremely advanced automatic control technology and a double-layer membrane structure, with hot air passing through the middle to melt snow; the central computer automatically monitors wind speed, snow pressure, indoor air pressure, deformation and internal force of membranes and cables, and automatically selects the best method to control indoor air pressure and eliminate snow accumulation.
Tensile membrane (or cable-membrane) structures have been greatly developed in developed countries since the 1980s. This system is similar to a cable net structure, which is tensioned on rigid or flexible edge members, or supported on several independent fulcrums through special structures, and prestressed by tensioning to obtain a certain shape. The Riyadh Stadium in Saudi Arabia, built in 1985, has an outer diameter of 288m. Its stand canopy consists of 24 single-pillar tent-type membrane structure units of the same shape connected together. Each unit is suspended from the central pillar, and the outer edge is tensioned on several independent anchoring devices through the edge cable, and the inner edge is tightened on the central ring cable with a diameter of 133m. The terminal hall of Denver International Airport in the United States, built in 1993, uses a fully enclosed tensile membrane structure with a plane size of 305mx67m. 它由17个连接的双柱帐篷单元组成，每个长条带有4570万个柱子，这两个项目是相对典型的大规模拉伸膜结构的示例。它的主要负载结构是一系列平行的晶格拱形框架。 Ity）可能是过去10年中最受欢迎的新颖张力系统。 紧张态度是指由连续的张力杆和分散的压缩杆组成的自我平衡系统。他称其为屋顶，他称其为“电缆圆顶”，并在1988年的首尔奥运会的两个体育场项目中使用了它。 24LMX192M。 这种类型的张力电缆 - 跨膜系统非常轻巧且易于安装，并且在大型和超大型跨建筑物中具有良好的应用程序前景。
与世界的高级水平相比，在过去的几年中，中国在膜结构上的差距很明显，应该在理论研究中进行了许多工作，近年来已经建立了一定的理论储备。覆盖面积为36,100平方米，这是我国家的大型建筑物首次使用，但所使用的膜材料是进口的，外国公司也是由外国公司进行的，这是相对昂贵的。 Ing。各种迹象表明，膜结构的发展是大型空间结构的新成员，具有巨大的潜力，已经在我的国家展示了其小费。
iv
（1）与相应的理论研究相关的空间结构的应用。诸如平坦网格的伪板解决方案和晶格壳的伪壳解决方案将在载荷下产生大量的位移，因此在当时计算中应考虑一系列分析方法，以进行各种分析型结构。但是，在空间结构的发展中，分析方法毕竟具有不同的近似程度。
