建筑结构的历史和发展趋势

1.2　建筑结构的历史和发展趋势

大量的考古发掘资料表明，在4 500—6 000年前新石器时代末期，我国就出现木架建筑和木骨泥墙建筑。至西周时期（公元前1134—前771年）已有烧制的瓦，在战国时期（公元前403—前221年）有了烧制的砖，到东晋（公元317—419年）砖的使用已十分普遍。中国封建时期采用砖木建造的寺院、庙宇、宫殿和宝塔等，体现了中国古代砌体结构的成就。建于公元1056年的山西应县木塔（图1.1），塔高67.31 m，为目前我国最高的木结构建筑；河南登封嵩岳寺塔建于523年，是中国最古老的密檐式砖塔，为砖砌单筒体结构；西安大雁塔也为砖砌7层单筒体结构，塔高64 m。石料在我国的应用历史也是十分悠久的，多用于建造桥梁、房屋的台基、栏杆等。如公元前2世纪修建的驰名中外的万里长城；隋朝（公元581—617年）石工李春所建的赵州桥（图1.2），虽经历洪水和大地震的袭击，但仍完好无损。但由于当时生产力发展水平的限制，这些无数高超的建筑技艺未能总结成系统的科学理论。

图1.1　应县木塔

图1.2　赵州桥

17世纪工业革命后，随着资本主义国家工业化的发展，建筑、铁路和水利工程的兴建，推动了建筑结构的发展。17世纪70年代开始使用生铁，19世纪初开始用熟铁建造桥梁和房屋，这是钢结构出现的前奏。从19世纪中叶开始，在冶金业中冶炼并轧成强度很高、延性好、质地均匀的建筑钢材，随后又生产出高强钢丝、钢索，钢结构得到了迅速发展。新的结构形式不断推出，如桁架、框架、网架和悬索结构。建筑结构的跨度从砖石、木结构的几米、几十米发展到钢结构的几百米，直至现代的千米，如建于1998年的日本明石海峡大桥（图1.3），全长3 910 m，主跨1 990 m，是20世纪世界最大跨径的桥梁。建筑的高度也不断增加，达到现代的几百米，如美国芝加哥的钢结构西尔斯大厦（图1.4）110层，高442 m，是目前世界上最高的全钢结构建筑。

图1.3　明石大桥

图1.4　西尔斯大厦

19世纪20年代波特兰水泥制成后，混凝土相继问世。由于混凝土抗拉强度较低，应用受到限制，于是便出现了钢筋混凝土结构。20世纪以来，钢筋混凝土结构已广泛应用于建筑工程各个领域。由于钢筋混凝土结构抗裂性差、刚度低，到30年代又出现了预应力混凝土结构，扩大了混凝土的应用范围。混凝土的出现，使建筑结构的发展又一次得到飞跃。

随着经济建设的发展，我国建筑结构发展十分迅速，在短短的50年间，取得了长足发展。目前有上海金茂大厦（图1.5），高421 m，93层（地上含尖塔）；上海证券大厦（图1.6），长120 m，宽37 m，高120.9 m，27层，中央横跨天桥63 m；上海东方明珠塔（图1.7），总高468 m；还有北京西客站（图1.8）等。这些都表明我国的建筑技术已跨入世界先进行列。

图1.5　金茂大厦

图1.6　上海证券大厦

建筑结构设计及计算理论也在不断发展。先是凭经验估算构件截面，新中国成立初期采用容许应力法确定截面；到20世纪70年代，采用破损极限状态法设计结构构件；80年代发展为多系数考虑单一系数表达的半概率极限状态法，80年代末引用了近似概率极限状态设计法。到21世纪初，又修订成现行使用的一套规范体系，使建筑结构设计计算理论得到进一步的完善。

图1.7　东方明珠塔

图1.8　北京西客站