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钢结构施工新技术
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1、钢结构发展概况
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钢是一种铁碳合金，人类采用钢结构的历史和炼铁、炼钢技术的发展是密
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不可分的。最早在公元前2000年左右，在伊拉克两河流域就出现了早期的炼铁
术。我国也是较早发明炼铁技术的国家之一，早在战国时期，我国的炼铁技术5
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已很盛行了。公元65年（汉明帝时代），已成功地用锻铁为环，相扣成链，建
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成了世界上最早的铁链悬桥——兰津桥。此后，为了便利交通，跨越深谷，曾
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陆续建造了数十座铁链桥。其中跨度最大的为1705年（清康熙）建成的四川泸
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定大渡河桥，桥宽2.8m，跨长100m。除铁链悬桥外，我国古代还建有许多铁建
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筑物，如铁塔等，目前依然存在。所有这些都表明，我们中华民族对铁结构的
应用，曾经居于世界领先地位。
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欧美等国家中最早将铁做为建筑材料的当属英国，但直到1840年以前，还
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只采用铸铁来建造拱桥。1840年以后，随着铆钉连接和锻铁技术的发展，铸铁
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结构逐渐被锻铁结构取代，随着1855年英国人发明贝氏转炉炼钢法和1865年
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法国人发明平炉炼钢法，以及1870年成功轧制出工字钢之后，形成了工业化大
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批量生产钢材的能力，强度高且韧性好的钢材才开始在建筑领域逐渐取代锻铁
材料，自1890年以后成为金属结构的主要材料。20世纪初焊接技术的出现，以
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及1934年高强度螺栓连接的出现，极大地促进了钢结构的发展。除西欧、北美
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之外，钢结构在前苏联和日本等国家也获得了广泛的应用，逐渐发展成为全世
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界所接受的重要结构体系。
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由于我国长期处于封建主义统治之下，束缚了生产力的发展，1840年鸦片
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战争以后，更沦为半封建半殖民地国家，工业落后，古代在铁结构方面的技术
优势早已丧失殆尽。我国在1907年才建成了钢铁厂，年产钢只有0.85万吨。
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新中国成立后，随着经济建设的发展，钢结构曾起过重要作用，如第一个五年
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计划期间，建设了一大批钢结构厂房、桥梁。但由于受到钢产量的制约，在其
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后的很长一段时间内，钢结构被限制使用在其他结构不能代替的重大工程项目
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中，在一定程度上，影响了钢结构的发展。自1978年我国实行改革开放政策以
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来，经济建设获得了飞速的发展，钢产量逐年增加。自1996年超过1亿吨以来，
一直位列世界钢产量的首位，2003年更达到创纪录的2.2亿吨，逐步改变着钢
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材供不应求的局面。我国的钢结构技术政策，也从“限制使用”改为积极合理
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地推广应用。所有这些，为钢结构在我国的快速发展创造了条件。
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钢结构以其独特的优越性在建筑工程中得到广泛应用，特别是高层、超高
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层、轻型钢结构，大跨度结构等应用的比较多。这是由于钢结构有许多优点，
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如强度高、塑性、韧性好、重量轻、材质均匀、制作简单、施工方便、工期短、
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节能环保、综合技术经济指标优、建筑造型美观、抗震性能好等优点。当然它
的缺点是耐火度不够，耐腐蚀性差，造价稍高等。但综合来评定，钢结构优点36
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多，缺点易克服。它仍是结构体系中最重要的一种结构形式，将被越来越广泛
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重视和使用。
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2、钢结构的应用情况
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钢结构应用于高层、超高层建筑中在南方一些大中城市中，高层、超高层
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建筑如雨后春笋般拔地而起，由于外资工程的兴建，建筑用钢材的发展，高层、
超高层建筑应用钢结构越来越多。如在上海的浦东开发区建设中，高层建筑钢
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结构的发展尤其迅速。现已建成的上海金茂大厦，为框- 筒结构，混合材料，
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高度420m ，地上88 层，地下3 层。在北京、深圳等地的高层、超高层建筑中，
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大都采用了钢结构建筑。
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目前在高层、超高层建筑中应用的体系大致有三种。一种是混凝土结构，一
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种是钢结构，另一种就是两种体系组成的混合结构。在这种混合结构中因发挥
了钢结构的优点而克服了钢结构的缺点，应用的比较多。现在钢结构应用的形
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式主要有: (1) 作为钢框架与混凝土核心筒组成受力结构体系，这是高层混合
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结构中常用的形式。(2) 作为劲性骨架与混凝土一起组成受力构件，包括钢管
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混凝土，这种混合结构兼有钢与混凝土两者的优点，整体强度大，刚性好，抗
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震性能好。当采用外包砼结构形式时更具有良好的耐火和耐腐蚀性能。混合结
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构构件一般可以降低钢量15 % —20 % ，还可减少支模，施工方便、快速，因
此混合结构在高层，超高层建筑中所占比重较多。
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应用于大跨屋盖体系中。一些工业厂房、仓储库、停车场、集市等建筑设
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施，由于空间高，跨度大，其他体系难以满足要求，故而选用钢网架，悬索，
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壳体，桁架，膜结构等形式作为这些大跨结构的屋盖系统。随着国外钢结构的
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新技术、新产品的不断引进和应用，采用轻钢结构体系使工程总造价低于钢筋
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混凝土或砖混结构体系，且施工工期缩短50 %以上。目前，在经济发达地区新
建的大跨设施中基本采用了钢结构，在内陆地区也有部分采用钢结构，随着人
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们对钢结构的认识，将会越来越被重视和采用。
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3、钢结构的发展现状
（1）钢结构发展的物质基础
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据有关资料统计，目前，我国钢产量已超过1. 2 亿吨，成为世界上钢产量65
之大国，同时，钢材的品牌、规格与质量日益提高，国内钢材市场已从过去的66
卖方市场转变到买方市场，这为大力推广利用钢结构技术奠定了坚实的物质基67
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（2）钢结构发展的技术政策
我国建筑技术政策中，特意提到“发展钢结构(含预应力钢结构) ，对
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于超高层建筑结构、大跨空间结构或大跨重载工业厂房等，可采用钢结构；对71
于大跨空间屋盖系统，可选用钢网架、网壳、悬索、壳体、膜结构等，加速推72
广轻钢结构”。又提到“研究推广组合结构和混合结构，充分发挥不同结构材料73
的性能。根据建筑物各自的特点，可采用两种以上结构材料构成的组合结构，74
如由型钢、钢筋、混凝土构成的劲性钢筋混凝土，由钢管和混凝土构成的钢管混凝土等。且在一个建筑物上可采用两种及以上结构形式构成的混合结构，如
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采用钢筋混凝土作为高层建筑的核心筒，采用钢框架结构作为外柱与其相连”。
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而且我国政府提出了从“节约钢材”转变成合理使用钢材，从“限制使用钢结构”到“大力发展钢结构”的政策转变。建设部在修订我国“建筑业推广应用
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10 项新技术”中，首次列入了钢结构新技术，充分说明我国钢结构发展已经具80
备了非常好的政策大环境。
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钢结构是一项绿色环保建筑产业。钢结构材料可再生利用，减少大气污染82
物。钢结构的废弃料可回炉、再生利用。对同样规模的建筑物，钢结构建造过83
程中有害气体(CO2) 排放量只相当于钢筋混凝土结构的65 %。
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工业化生产，现场施工周期短，最大限度的减少了施工工地对环境的影响。
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钢结构工程一半以上的工期是工厂加工制作，现场工期可缩短50 %以上，同时86
工地因很少使用砂、石、土和水泥等散料，而从根本上避免了尘土飞扬，污染环境的问题。
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钢结构体系可以带动其他“节能环保”型建筑材料的推广应用，钢结构体系由于连接的灵活性，各种“节能环保型”的围护材料都可以采用。
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（3）钢结构新技术的主要内容
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A．高层钢结构新技术
根据建筑高度和设计要求采用框架、框架—支撑、筒体和巨型框架结
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构，其构件可采用钢、劲性钢筋混凝土或钢管混凝土。钢构件质轻、延性好，
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可采用焊接型钢或轧制型钢，适用于超高层建筑。劲性钢筋混凝土构件刚度大，
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防火性能好，适用于高层建筑或底部结构。钢管混凝土施工简便，仅用于柱结
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构。
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B．空间钢结构技术
空间钢结构自重轻、钢度大、造型美观、施工速度快。以钢管为杆件的球
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节点平板网架、多层变截面网架及网壳等是我国空间钢结构用量最多的结构形
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式，在设计、施工方面均达到国际先进水平，有专门的设计、施工和检验规程，
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并可提供完整的CAD软件，除网架结构外，空间结构尚有大跨悬索结构、索一
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膜结构、大跨空间钢管桁架结构等。
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C．轻钢结构技术
伴随着轻型彩色钢板制成墙体和屋面围护结构组成的新结构形式，由厚4mm 104
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以上钢板焊接成轧制的大断面薄壁H型钢墙梁和屋面檩条，园钢制成柔性支撑
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系统和高强螺栓连接构成的轻钢结构体系，柱距6 —9 m ，跨度可达到30 m 或
更大，高度可多达10 m ，并可设轻型吊车。用钢量20 —30 kg/ m2。现已有107
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标准化的设计程序和专业化生产企业，产品质量好、安装速度快、重量轻、投
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资少，施工不受季节限制。适用于各种轻型工业厂房。
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D．钢—混凝土组合结构技术
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以轻钢或钢管与混凝土构件组成的梁、柱承重结构为钢—混凝土组合结构，
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近年来应用范围日益扩大，适用于承受较大荷载的多层或高层建筑的框架梁、
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柱及楼盖，工业建筑柱及楼盖等。
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E．高强螺栓连接与焊接技术
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高强螺栓通过摩擦力来传递应力，由螺栓、螺母和垫圈3 部分组成。
高强螺栓连接具有施工简便、拆除灵活、承载力高、抗疲劳性能和自锁性好、116
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安全性高等优点，工程中已取代了铆接和部分焊接，成为钢结构制作及安装中
的主要连接手段。在车间内制作的钢构件，厚板应采用自动多丝埋弧焊、箱型118
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柱隔板应采用熔嘴电渣焊等技术。现场安装施工中应采用半自动焊技术和气体
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保护焊药芯焊丝及自保护药芯焊丝技术。
F．钢结构防护技术
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钢结构防护包括防火、防腐、防锈，一般在防火涂料处理后无需再做
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防锈处理，但在有腐蚀气体的建筑中尚需做防腐处理。
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国内防火涂料种类较多，如TN 系列、MC —10 等，其中MC—10 防火
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涂料具有防火、防腐功能。防腐防锈涂料有醇酸磁漆、氯化橡胶漆、氯橡胶涂
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料及氯磺化涂料等。在施工中应根据钢结构形式、耐火等级要求及环境要求选
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用合适的涂料及涂层厚度。
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随着经济和科学技术的迅猛发展，钢结构技术日新月异，一些新型结
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构体系如住宅钢结构体系、预应力结构体系、张弦顶结构、膜结构等处于研究
开发和推广应用阶段；一些新型高效材料如轧制H 型钢、冷弯型钢、压型钢板、130
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耐火钢、不锈钢正在积极推广。
（4）目前存在的问题及对策
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A．钢结构设计力量薄弱
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从全国范围来看，制约我国钢结构发展和推广应用的最大问题是设计
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力量薄弱。目前我国绝大部分设计院没有专业化的钢结构设计人员，绝大多数
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结构设计工程师对钢结构设计不熟悉，主观上不接受钢结构方案，进行一些钢
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结构设计，也由于设计水平不高，体现不出钢结构的优越性，客观上也阻碍了
钢结构的推广应用。鉴于这种不利情况，政府主管部门、行业协会、设计院、138
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科研院所及高等院校应加强钢结构技术人才的培养，一方面对现有的钢结构设
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计的技术培训，提高整体素质，逐步在设计院(所) 配备一定数量的钢结构专
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业设计人员；另一方面对在校钢结构专业设计的学生强化钢结构专业学习和培
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养，造就一批高级工程技术专门人才。
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B．钢材的品种、规格和质量有待于提高
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目前，我国普通钢材的生产能力大于市场需求，但具有竞争力的真正
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能够满足市场各种需求的生产能力不足一半。钢结构用钢的品种选择面小，常
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用品种(Q235) 与国外大多数国家的常用品种相比，设计参数相差很大，无法接
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轨；高效、经济断面钢材，如H 型钢、冷弯型钢、钢管等规格不齐全，不配套，
使用率较低；一些特效钢材，如耐大气腐蚀钢、不锈钢、耐火钢及低合金高强148
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度钢还没有进入实质应用阶段；超厚钢板还存在着严重的质量问题。总之我国
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建筑钢材在品种、规格和质量方面还存在不足，在一定程度上制约了钢结构的
发展和推广。一定要积极开发新的品种和规格，提高产品质量，学习国外的先151
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进技术，缩小与国外发达国家的差距，逐渐与国际接轨，更好地推动我国钢结153
构的发展。提高我国钢结构制作、安装水平，规范钢结构市场改革开放以来，154
我国从事钢结构加工制作、安装的厂家和施工队伍很多，但真正具有技术实力，155
能够承接大型、复杂钢结构工程的单位很少，大部分都是设备简陋、技术水平156
低、小作坊作业的小单位，其工程质量低劣，甚至造成不少钢结构安全隐患，同时采取低价竞争不正当手段，扰乱了钢结构市场，影响钢结构的发展和推广。157
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钢结构技术在我国建筑技术领域是一项新技术，目前国内已形成了完整的159
成套技术、焊接技术、高强螺栓技术、现场安装技术等，每项技术都应有专门的技术人员和操作人员来实施，这些专门人员必须通过培训、考核、持证上岗；160
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对钢结构加工制作厂家和安装企业实行资质审核，项目经理和技术负责人持证162
上岗，规范招、投标制度，整顿钢结构市场，鼓励和支持条件比较好的企业进163
行技术创新，提高技术水平，组成专业化的钢结构制造、安装队伍，淘汰一些164
不合格的企业。
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（5）钢结构应用
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A.多、高层建筑钢结构：
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用于宾馆、饭店、办公大楼等多层和高层建筑。
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金茂大厦上海环球金融中心上海证券大厦
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B.高耸钢结构
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例如：电视塔、微波塔、通讯塔、输电线塔、石油化工塔、水塔烟囱等。180
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青岛电视塔（232米）黑龙江电视塔（336米）
C.桥梁钢结构
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由于钢桥建造简便，易于修复，因此钢结构广泛用于中等跨度和大跨度桥187
梁。
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