2010上海世博会运用钢结构的建筑

2010上海世博会运用钢结构的建筑近年来，在高层重型钢结构、大跨度空间钢结构、轻钢结构、钢-混凝土组合结构、钢结构住宅的共同发展推动下，我国城市经济快速发展。这些钢结构的广泛运用展示和证明了它的建筑魅力，以及无限的发展空间。

以钢材制作为主的结构，是主要的建筑结构类型之一。钢材的特点是强度高、自重轻、刚度大，故用于建造大跨度和超高、超重型的建筑物特别适宜；材料匀质性和各向同性好，属理想弹性体，最符合一般工程力学的基本假定；材料塑性、韧性好，可有较大变形，能很好地承受动力荷载；建筑工期短；其工业化程度高，可进行机械化程度高的专业化生产；加工精度高、效率高、密闭性好，故可用于建造气罐、油罐和变压器等。其缺点是耐火性和耐腐性较差。主要用于重型车间的承重骨架、受动力荷载作用的厂房结构、板壳结构、高耸电视塔和桅杆结构、桥梁和库等大跨结构、高层和超高层建筑等。钢结构今后应研究高强度钢材，大大提高其屈服点强度；此外要轧制新品种的型钢，例如H型钢（又称宽翼缘型钢）和T形钢以及压型钢板等以适应大跨度结构和超高层建筑的需要。 钢结构又分轻钢和重钢。判定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。

在世博园这片5.28平方公里的区域内，无论是“东方之冠”中国馆，还是依江而建的一个个造型独特的世界各国场馆，大都以钢结构建筑形式展现在世人面前。众多富有想象力带有幻想光彩的建筑造型，从不同民族文化传统、风土人情、文学艺术、历史典故、时代风尚、地域气候、科技信息等方面，通过应用现代钢结构建筑技术对建筑空间、外型、表层材料肌理的处理，诠释出形式各样的人文精神和建筑理念，营造出不同的主题展示空间。

上海世博园汇聚了许多富有创意、千姿百态的各国和国际组织的钢结构建筑，成为世人目光的焦点。在瞬息万变的信息时代，一个世界性博览会所要传递的信息，不仅仅是世博展会本身的科技信息，而且世博

园内的建筑无懈可击是最大、最直观的信息传递符号，是承载世界各地人文精神的大舞台。因此，历届世博场馆建设最为引人瞩目。由于钢结构建筑具有结构多样化、排放低碳化、施工精确等独特的优越性，历来是世界各国建造大跨度、大空间、外形奇特建筑的首选。

同样，在上海世博园内，从浦东到浦西，在世博园各国和国际组织的场馆形成钢结构建筑艺术长廊。各国设计师们以本国文化为背景渗透到设计各个环节，把各设计元素组合成优美的曲线、自然凹凸的建筑表层。应用当代钢结构建筑技术的表现手法，以富有张力的钢结构建筑体型表现出力与美的统一，实现了现代建筑艺术与结构科学的美妙结合。使坚硬的钢材通过各式结构形体组合，空间分割、延伸、表层肌理的转换，雕琢出一幢幢完美无缺富有艺术魅力的钢结构建筑。

日本馆是上海世博会42个国外自建馆之一，日本馆整体以蜗牛为形状，其外观宛如一只卧蚕，通体透出淡淡的紫色，外壳上既有突出

的“触角”，又有凹进的“鼻孔”，被命名为“紫蚕岛”。虽然这个图很有创意，但钢结构的深化设计图很费功夫，技术难度也很大，但经过龙门钢构3个多月的忙碌，最后终于通过了日本方面的考核。于2009年3月，最终获得了整体制作和安装日本国家馆钢结构工程的任务。

“一轴四馆”作为上海世博的永久性建筑，进入人们的视野。“一轴四馆”更是当代钢结构建筑科技成果的结晶，以美轮美奂的建筑造型吸引了世人眼球。

中国馆外观以“东方之冠，鼎盛中华，天下粮仓，富庶百姓”为设计理念。以中华民族独特的内涵让世界人民更加全面深入地了解中国，中国馆呈现出中国建筑最为典型的斗拱结构，将无数中国人对世博会的憧憬和梦想寄托在了独特的建筑语言之中。以建筑外形最直接的表现力，集中体现了中国建筑的结构精髓，也是承载中国文化的载体。

走在中国馆屋檐下，没有人能忽略它遮盖天空的威严。钢梁像积木一样横竖交错，垒向半空，越向上钢梁越宽，和塔正好相反。没有顶点可以聚焦，这对眼睛是一种新鲜的刺激。但这种复杂的“斗拱”结构，

如何能保证安全呢？同济大学土木工程学院李国强教授及其团队，携20年的研究成果，顺利解决了安全难题。“中国馆属于大空间钢结构建筑，构件跨度从几十米到几百米，建造难度很大。”李国强说，“为了保证从施工各阶段到完工，结构绝对稳固，工程师们想方设法”。

　首先，他们利用计算机制定工序，保证在施工中，所有的钢梁不失精确的方位和角度。这一点很难做到，因为拉升一条钢梁往往需要几十个吊点。在这里，机器胜过人的细心。顺利搭建后，施工者还需要检测重要构件的变形情况，由此去判断建筑内部的受力情况与当初预想的是否一致。在哪里测，如何测？同济大学专家们建立的数学模型可以解答。

过去由于害怕火灾，人们给每一根钢梁和钢柱覆盖上防火涂层。中国馆没有这样做。专家们利用计算机模拟火灾，计算出位于不同位置的构件所受到的威胁，由此得出适当的涂料用量。如李国强所说：“如果馆内火焰最高只有五六米，就没必要给位于30米高处的钢结构刷涂料。”由此大量资源得以节省。

这个鼎形“斗冠”，施工采用巨型钢结构箱梁，构件数量多、吨位重，最重的构件达到135吨。中国馆建设者们积极开展科技攻关，采用钢柱、箱型钢梁和钢筋桁架模板等施工工艺，“钢梁与斜撑分段拼接，整体吊装到位”施工方案，克服了无支撑化施工困难，只用了100天，就圆满完成了钢结构施工任务，创造了一大奇迹。中国馆建设者通过科学组织和奋力拼搏，完成了通常情况下一年才能完成的钢结构工程量，安装了21959吨钢结构，组装了9673件构件，耗用了100吨焊条，这些数字无不记载着中国馆建设者们创造的奇迹。

具有“飞碟”之称的世博文化中心更是园区里最具未来感的建筑，柔和的建筑形体融于滨江公园绿地之中。世博文化中心以不同角度和不同空间呈现出不同形态。白天如“时空飞梭”、似“艺海贝壳”；夜晚则梦幻迷离，恍如“浮游都市”，其建筑造型有相当的变幻色彩。

世博主题馆外形设计从“折纸”的创意出发，屋顶则模仿了上海里

弄“老虎窗”正面开、背面斜坡的特点，显示上海传统石库门建筑的文化魅力。可以说：世博园的一轴四馆的建筑外形很有创意，融合了中国文化的精髓。用钢结构的建筑表现手法，支撑起富有艺术张力大跨度空间。

其实它更是一个“大肚子巨人”，骨架用掉1.7万吨钢。它的西展厅有3个标准足球场大小，净高14米，却没有一根柱子。它的安全保障，同样依赖同济大学专家们的理论总结和大量计算。

像中国馆一样，主题馆的建造也是高度自动化的。它在园区内首次采用了机器人滑移安装技术，滑移距离达180米。这项高新技术，在程序设计和机械人制造等方面达到了国际先进水平。

上海世博会最大的单体钢结构工程——世博轴，流云般舒卷的白色顶棚、玉兰花般怒放的“阳光谷”，宛如一座立体天桥。世博轴长约1045米、宽约130米，由地上地下各两层组成，总建筑面积251万平方米。世博轴大道上，错落有致地分布着6个极具视觉冲击力的倒锥形钢结构，它们有一个温暖的名字“阳光谷”——顾名思义就是让自然光洒落“谷底”。世博轴“阳光谷”为大悬挑单层网壳钢结构，是当今最先进的建筑结构技术的代表，设计与建造采用了国际领先的数字化仿真技术。

“阳光谷”采用的是钢结构网壳形式，网壳里镶嵌的都是玻璃，是专门展现玻璃特色的造型工程，由近2万块不同规则的三角形夹胶玻璃组成，其功能是让自然光透过“阳光谷”倾泻出来，加强地下空间的采光效果。然而阳光谷的建成并不容易。巨大的“阳光谷”，其中最大的顶部直径99米、底部直径20米。整个钢结构由10348个节点单元和31000多根杆件相互连接而成，构件数量巨大且各个节点的形状又互不相同，节点上每个“花瓣”的角度都不同，要做到无缝对接，就要求每个节点单元的尺寸误差小于0.5mm，角度偏差要小于0.25度。建筑精度的要求很高，具有世界级难度。德国厂家提出了6.7亿元的工程报价。天津大学提出了一个成本更低、安全性能更高的新方案。天津大学机械学院的