浅析钢结构建筑发展前景

【摘要】钢结构体系具有自重轻、安装容易、施工周期短、抗震性能好、投资回收快、环境污染少等综合优势，与钢筋混凝土结构相比，更具有在“高、大、轻”三个方面发展的独特优势。

【关键词】高层钢结构；大跨度空间钢结构；钢结构住宅

无论从世界范围来讲还是从中国来讲，钢结构是建筑的发展方向。因为钢结构具有很多钢筋混凝土结构所无法比拟的优点，已被公认为绿色环保型产品，符合可持续发展的政策；钢结构具有自重轻、施工周期短、抗震、强扭性能好等特点，可应用于大跨高耸、重载，大跨度桥梁、展览馆、体育中心等。

1 我国钢结构的发展与不足

近几年我国钢结构建筑的发展十分迅速，特别是1996年，我国钢产量突破1亿吨以后，2008年已经超过5亿吨，这时钢铁产业的发展政策有了明显的改变，并且钢结构的优势逐渐被认可。重大工程、标志性工程用钢构比例明显上升。一些代表城市标志性高层建筑的建成，为钢结构在我国的发展揭开了新的一页。例如北京电视台钢结构主体部分用钢就达12万吨，上海的金茂大厦、上海浦东环球金融中心，由外商投资的大连总统大厦等，其高度都名列世界前茅。

首先是桥梁的建设，也是钢铁发展最快的产业。例如正在修建的京沪高速铁路桥梁、南京大胜关长江公路铁路大桥等。我国桥梁建设已经竖立起第五个里程碑，并且从桥梁大国向桥梁强国迈进。

其次是铁路，火车站的站台全部都是钢结构建筑。众所周知，北京、昆明、武汉、广州等地都在增建飞机场，奥运会结束之后包括上海世博会、广州亚运会、济南全运会、内蒙古的民族运动会等，都在建造奥林匹克中心、体育馆、体育场、游泳中心，钢结构用途越来越广泛。

再次关注较多的是民生安居工程。在汶川地震以后，从教育部、四川省都提出了新建学校、医院要求设计成安全系数较高的建筑，中国的经济实力和政府对公共场所的重视使钢结构建筑越来越普及。同时，钢结构住宅也是解决人口急剧增加的最好选择。联合国统计，世界每年增加6000多万人。现在钢结构住宅倡导绿色、环保、舒适、健康的生活理念，为了这个目标在全世界召开了建筑方案的征集会，中国举行了多次。

当前,我国建筑业发展的总目标是：提高建筑业的整体素质、生产工业与技术装备水平，达到在国际建筑市场中具有较强的竞争能力，并充分发挥建筑业在带动国民经济增长和结构调整中的先导产业作用，使建筑业成为名副其实的国民经济支柱产业。建筑业要带动相关产业发展，加快发展钢结构工程是一个很重要的方面。

当然也存在一些制约我国钢结构产业发展的不利因素。调查也发现，目前我国钢构开发力量薄弱，自主创新能力差，制约了我国钢结构发展。表现在：单一结构造价稍高于钢筋混凝土结构的10%；钢结构人才少，开发商与设计人员愿意采用方便成熟的砖混结构、钢筋混凝土结构体系；对钢结构防腐、防火技术及产品了解不够，盲目强制规定增加造价，影响推广应用；有关钢结构的标准、规程、规范不完善，修订编制滞后，研究开发经费严重不足。以市场化观念来编制规范标准，难免良莠不齐。同时，多用钢，多采用钢结构是资源利用的战略国策，应鼓励和加强开发。但企业短期效益回报慢，很难得到推广应用；长期计划经济观念落后，产品精细化不够，附加值低，支撑钢结构的基础远不够强大；最大的市场即建筑业相对落后，房屋建筑开发利益方太多，全寿命周期的设计、使用正在深入，但权益、责任及私有权保护不够。尽管钢结构产业在我国有了可喜的进步，但是发展力度远远不够。

2 推广应用住宅钢结构应提到重要位置

建筑钢结构虽然发展很快，但在住宅领域还是稀少。全国每年要建数千万平方米的住宅建筑，但采用钢结构的几乎很少。当然这和我国传统思想、观念以及对钢结构的认识偏差有关。

2.1 钢结构在住宅中应用的显著优势

2.1.1 实现大空间,空间布局灵活多变.根据钢材强度高的特点,设计中可采用大开间布置,从而使建筑平面能灵活方便地合理分隔,符合住宅的可改造性要求并能提高住宅的使用面积,实现真正意义上的开放式,个性化住宅.

2.1.2 自重轻,抗震性能好：钢结构建筑自重轻,可大大减少基础工程的造价(据比较,相同建筑面积的六层钢结构住宅的重量仅相当于四层砖混结构住宅的重量);钢结构建筑整体刚性好,强度高,变形能力强;钢材具有较好的延性,能有效消耗地震带来的能量,所以抗震性能好,结构安全度高.

2.1.3 施工方便,工期短,质量容易保证：钢结构构件可实现工厂化生产,现场安装.由于现场作业量小(基本消除湿作业),对环境污染少,符合环保建筑的要求.同时,施工的机械化程度高,加快了施工速度.据统计,等面积建筑施工,钢结构比砼结构工期缩短约三分之一,而且可节省支模材料和时间.

2.1.4 符合住宅产业化和可持续发展的要求：钢结构构件适宜工厂大批量生产,工业化程度高,并且易于将节能、防水、隔热、门窗等先进成品集合于一体,成套应用,将设计、生产、施工一体化,提高住宅产业化的水平,从而实现住宅建筑技术集成化的产业化新思路.

2.2 钢结构住宅尚存在以下问题

2.2.1 钢结构的耐火,耐热性较差。有效解决钢结构的防火问题是推广钢结构住宅的关键,我国的钢结构防火主要采用防火涂料,外包防火层等方法.

2.2.2 节点构造:由于H形截面腹板比较薄,故在弱轴方向与梁的连接多采用铰接,而强轴方向采用刚接形式,有时需采用半刚性连接,因其受力特性复杂,往往需通过试验方可取得准确的设计数据.同时多层住宅钢结构的构件相对较薄,应尽量避免工地现场焊接连接.节点构造应按照合理的受力模型在工厂加工整体节点,为加强结构的整体刚度,尽量采用高强螺栓连接梁与整体节点.

2.2.3 楼面、墙体材料的配套:示范工程均采用现浇楼板,仍需要满堂支模,从而影响了工程进度；目前钢结构住宅的楼盖体系及维护结构的配套技术尚不系统 。

2.2.4 锈蚀与维护:实验表明钢结构构件在无保护的情况下,钢材每年的锈蚀深度达0.15毫米,因此钢结构建筑不容许有外露构件.

2.2.5 工程造价:钢结构住宅的经济性与市场前景一直是人们关注的问题.根据几个示范工程的经济分析,钢结构建筑的单方造价较钢筋混凝土结构建筑高出近30%,但钢结构建筑的施工周期可缩短约三分之一,并增加室内有效建筑面积3%～6%左右,减轻建筑自重约15%.综合看来,尽管钢结构住宅直接造价高于砼结构,但由于钢结构体系自重轻,基础工程费用降低,总体用料减少;加之建设工期短导致间接费用的减少,故其综合效益仍十分可观.

由于土地资源不可再生,建设部早已下令禁止使用传统的粘土砖,并与国家冶金工业局联合组织建筑用钢技术协调组制定《国家建筑钢结构产业"十五计划"和2015年发展规划纲要》.纲要指出 ,引进国外已经成熟的钢结构住宅建筑体系,发展钢结构建筑产业,是中国建筑业和钢铁业的共同出路.

为加快建筑业的发展，我们希望社会各界，尤其是广大的房地产开发商、设计单位的建筑师们能率先采用钢结构这种结构型式，从而从根本上促进建筑用钢。以建筑钢结构带动冶金及相关行业的发展，从而有利于保持国民经济的持续稳定增长。我们相信，只要加强领导，合理规划，积极组织，政府、行业、企业共同努力，产、学、研紧密结合协作，钢结构产业更加兴旺发展的新局面就在眼前。

参考文献：

[1]《钢结构基本原理》 沈祖炎 陈扬骥 陈以一 编著,北京，中国建筑工业出版社，1996

[2]《钢结构设计规范》 （BG50017－2003），1998

[3]《结构发展论坛》 中国建筑金属结构信息网，2004

[4]窦向荣.轻钢结构的特点与展望.建筑时报，2003