钢结构技术及发展探讨

摘要：我国建筑产业施工技术随着近些年来实践经验的不断积累，以及建筑市场的全面对外开放，在实践工程施工中不论是施工技术研究深入还是施工场地项目管理等都取得了不小成就。其中，钢结构施工技术就是近些年来施工建设阶段所普遍采用的施工技术。

关键词：钢结构；技术发展；探讨

Abstract: The accumulation of construction industry construction technology in China in recent years as practical experience, as well as the construction market comprehensive opening to the outside world, in the practice of engineering construction for research on construction technology of deep or construction site project management has made no small achievement. Among them, the construction technology of steel structure is in recent years construction technology in the construction stage.

Key words: steel structure; technology development; discussion

中图分类号：TU74

一、轻钢结构在国内外的发展现状1.1国外轻型钢结构发展概况20世纪60年代，澳大利亚提出了“快速安装预制住宅”的概念，但由于市场尚未成熟，并未得到很好发展。1987年，高强度冷弯薄壁钢结构出现。澳大利亚与新西兰的联合规范AS/NZS4600冷弯成型结构钢规范于1996年实施。这种钢材承载力高，与相同承载力的木材相比，只是木材的1/3重，表面经镀锌处理，在免大修的情况下，耐久性可达75年。1965年轻钢结构在美国仅占建筑市场15%；1990年上升到53%；1993年上升到68%；2000年上升到75%。住宅用构件和部品的标准化、系列化，及其专业化、商品化、社会化程度很高，几乎达到100%，各种施工机械、设备、仪器等租赁化非常发达，商品化程度达到40%[1]。近年来，全部构件均采用冷成型钢的轻钢龙骨体系建筑作为一种新兴的建筑方法正在欧美迅速发展，日益成为一种可订购的特殊商品，广泛应用于别墅、住宅、学校、医院、商业建筑等。在澳大利亚，每年约建造6亿美元的轻钢龙骨独立式住宅120000栋，约占澳大利亚所有建筑业务产值的24%；在美国，采用该体系建造的房屋从20世纪90年代中期的55000栋剧增为2000年的325000栋。1.2我国轻型钢结构发展概况早在1960年代初，我国钢材十分匮乏，为了解决在设计中长期存在的“深基、重盖、肥梁、胖柱”的问题，当时以小角钢和小圆钢为主要材料组成的轻型钢结构应运而生。这些轻型钢结构主要为屋盖承重结构，取材容易，经济指标比较好，用钢量较少，接近相同条件下钢筋混凝土结构用钢量，并可节省大量木材、水泥和其他建筑材料，减轻结构自重70%—80%，为改革笨重的结构体系创造了条件。冷弯型钢是一种公认的经济断面型材，我国的冷弯型钢始于1950年代。1960年代中期，在部分地区兴建了10余万m2冷弯型钢结构试点工程。关于门式刚架，早在60年代初我国就进行了研究试验，主要是刚架的塑性设计，并在试点工程中采用。近年来，我国轻型钢结构得到飞速发展，每年总体增长近200万m2，相当于1980年代我国轻型钢结构的全部建筑工程量。然而与一些发达国家相比，我国还存在一定的差距。我国政府高度重视钢结构建筑发展，建设部在新修订的《建筑技术政策》中，明确提出积极发展钢结构的方针，把钢结构技术列为10大重点推广技术。2002年了《钢结构住宅产业化技术导则》又为轻钢住宅的发展提供了政策保证和技术支持，这必将对我国钢结构建筑的发展起积极推动作用。

二、钢结构技术具备的优缺点

钢结构体系施工技术在国外已经有了近百年应用历史，但其技术在我国具体项目应用上多半以高层建筑为主。虽然说钢结构技术引入我国建筑产业市场下的起步时间较晚，目前而言，钢结构施工技术在我国建筑产业项目工程的应用程度相当广泛，主要由于钢结构施工作业具备周期性短、抗震性能指标较高、承重性能也很突出、以及对生态环境的迫害较小，因此导致了钢结构建筑施工技术得以快速推广开来。其技术具体优缺点如下：

(一)优势

首先，钢结构技术应用的施工周期短，即工厂流水线生产规模较大，在现场就能进行安装作业，达到降低作业周期的目的。其次，跟混凝土比起来，钢结构的抗侧弯、承载性能比较良好，一般为混凝土的1.5倍，所以如果在等同强度的条件下，其能够减少截面，进而达到增大有效空间的目的。再者，钢结构建筑产品能够实现回收再利用，避免了建筑垃圾大规模形成。

(二)缺点

首先，采用钢结构技术的钢材原料导热系数要比一般钢筋混凝土导热系数高，所以其耐火性能较差，从而使温度一超出其极限熔点后就会使其逐渐丧失建筑刚度和强度。所以，与其技术配套的防火设计也就成为了重点设计部分。其次，耐腐蚀性一般。钢材本身就是含铁成分居多，因此在钢材表面的含铁成分极易与空气中的氧气发生反应，进而形成氧化铁锈。而钢结构出现锈蚀，必然会引起建筑应力分布不均，过于集中，影响了建筑结构整体安全性，使其钢结构的塑形变形破坏提前发生。所以，钢结构防腐措施实施也是其技术实际运用中所必须考虑的一个环节。

三、轻钢结构住宅的特点及性能

3.1重量轻、抗震性能好

钢结构住宅是以工厂化生产的钢梁、钢柱为骨架，同时配以轻质墙板等新型材料作为维护结构和内隔墙建造而成。它与同面积的建筑楼层相比，钢结构住宅楼的重量可减轻近30%。由于轻钢结构住宅自重轻，一般情况下不需要做桩基，可减少地基处理的费用。因属于柔性结构、自重轻，因而能有效地降低地震响应及灾害影响程度，有利于抗震。我国是一个多地震区国家，在地震区建筑中应推广应用钢结构住宅，可以大大减少地震灾害和人员伤亡。同时，由于钢材具有较强的延展性，能较好地消除地震波力，抗震性能好，尤其适用于高层建筑。

3.2占地面积小，具有良好的空间感，净使用面积大

钢结构住宅布局灵活，净使用面积大。利用H型钢优良的承载性能，可以灵活布置大开间、大柱距的建筑平面;非承重轻质墙体的设计为设计师和住户提供了根据不同用途灵活布置室内空间的可能;型钢构件接点构造简洁，在垂直方向可方便地布置跃层和错层体系，结构构件截面较小，相对于传统结构方案，其净使用面积提高5%～8%，得房率高。1.3工业化程度高，设计制造安装周期短

现代轻钢建筑的设计、制造和安装借助网络计算机技术和工业化生产手段，可实现设计、生产、施工安装一体化，具有极高的效率和精确度，项目建设周期短与其他结构的相比可缩短工期1/2～1/3。这样将极大地减少投资融资成本，使业主或建筑开发商在享受回报上具备很大的优势.

3.3符合产业化和可持续发展的要求

钢结构配件制作工业预制化和机械化程度高，商品化程度高，减少了施工现场的加工量。现场主要为安装作业，能减少施工用水、噪声、垃圾污染，施工速度快，施工周期可大大缩短。钢结构在超出正常使用期限后的处理过程，无论是钢材还是与之相配套的建筑物品，都具有可重复利用性和可降解性，适应现代环保要求。

四、发展与展望

目前，轻钢结构还有很多问题值得研究，比如：

（1）轻钢建筑的新体系、新布置、新构造措施研究。

（2）轻钢住宅建筑的开发。

（3）轻钢建筑的结构计算理论，如主结构的精确有限元建模与非线性分析，构件的整体与局部稳定性分析，结构荷载分析，结构抗风、抗震分析，面板蒙皮效应分析，结构热荷载分析，半弹性节点实验研究，杆件长度系数研究，支撑抗剪性能研究，节点连接计算，结构变形限制与控制等等。

（4）加强对轻钢结构从业人员进行严格培训；在结构设计技术领域，自有版权软件的开发，国外软件的汉化、国标化、完善化尤显重要；进一步完善轻钢结构管理体系。

轻钢建筑主要占据的是多、低层非居住建筑市场，以后将出现更多的多层轻钢住宅建筑，实现我国住宅建设的工业化、产业化。这也是轻钢结构在几种结构形式中应用情景最为广阔的一种结构形式，这种结构形式的广泛发展可保护耕地、降低成本、优化乡村、市镇居住环境和建筑人文景观。

五、结语

综上，随着高科技的发展，人们的观念与生活的方式也将不断更新与变化，对住宅总体质量的要求也将不断提高。钢结构住宅具有环保、易于产业化、可持续发展的特点，发展钢结构住宅不仅可加快国家和城市的发展速度，还可提高住宅质量和人们的居住水准，钢结构住宅必将成为我国建筑业的发展方向和趋势。