我國鋼結構建筑的應用與發(fā)展探討

摘要：針對我國經(jīng)濟高速發(fā)展、鋼鐵的產(chǎn)量和質(zhì)量持續(xù)提高，根據(jù)當前鋼結構建筑的應用情況，從鋼結構用材、鋼結構設計軟件的研發(fā)，以及設計、加工制作、安裝和鋼結構建筑領域拓寬等方面，對其發(fā)展進行了探討。

關鍵詞：鋼結構；應用；發(fā)展

中圖分類號：TV文獻標識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2010.10.015

文章編號：1672-0407(2010）10-037-03收稿日期：2010-09-27

近年來隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，鋼鐵的產(chǎn)量和質(zhì)量持續(xù)提高，且因鋼結構具有強度高、自重輕、平面布置靈活、造型美觀、適用于軟地基、施工速度快、工期短、環(huán)保和使用過程中易于改造等優(yōu)點，使鋼結構的應用范圍日益廣泛，越來越受到建筑業(yè)界的青睞與推崇，并已無可置疑地成為了二十一世紀建筑結構的總趨勢。

1.鋼結構在建筑中的應用

1.1 大跨度空間結構

現(xiàn)代的大跨度空間結構體系，主要有網(wǎng)架結構、網(wǎng)殼結構、懸索結構、斜拉結構、充氣結構、索膜結構、各種雜交結構、可伸展結構、可折疊結構以及張拉集成結構。如以優(yōu)良的建筑織物為材料，以柔性鋼索或剛性支撐結構將其繃緊而形成具有一定剛度和張力且能覆蓋大跨度空間結構體系的膜結構，可以充分發(fā)揮建筑造型的曲線曲率，且其加工制造、施工安裝快，施工現(xiàn)場也很環(huán)保。

1.2 輕型鋼結構

由于輕鋼結構一方面具有施工周期短、抗震性能好、利于環(huán)保和自重減輕及基礎施工取土量少的特點，另一方面又有比混凝土結構節(jié)約用水、少占施工場地、施工產(chǎn)生的噪聲小且粉塵少的特點，應用和推廣輕鋼結構技術，是我國鋼結構建筑應用發(fā)展的一條新的產(chǎn)業(yè)。[2]從以前多是圓鋼、小角鋼組成的小型或小跨度屋架、小型廠房和倉儲或臨時性建筑，將向各種類型的輕工業(yè)廠房和許多建筑的屋蓋構件應用與發(fā)展。

1.3 鋼結構住宅

我國目前住宅鋼結構的發(fā)展尚處于試點階段，根據(jù)建筑市場的需要，其研究的重點主要是多、高層鋼結構住宅。根據(jù)鋼結構的 相關設計規(guī)范和設計規(guī)程等，對于多、高層鋼結構住宅常用的結構體系可采用純鋼框梁結構、鋼框架加支撐結構、鋼框架——混凝土核心筒結構等幾種形式。

（1）純鋼框架結構，主要適用于多層鋼結構住宅。該結構梁、柱構件采用剛接，柱承受豎向荷載和梁承受水平荷載，受力便于平面布置靈活而進行大開間的設置，從而充分滿足建筑布置要求，達到制作安裝簡單、施工速度較快的特點。由于其側向剛度較小，為控制層間位移，可對柱子采用軋制或焊接工字鋼、方鋼管、圓鋼管或冷彎型鋼組合斷面， 也可以采用鋼管混凝土；主梁采用H型鋼，次梁可以有多種做法。

（2）鋼框架加支撐結構，主要用于多層、小高層鋼結構住宅。此結構框架的布置原則與構件連接基本上與純框架體系相同，并用槽鋼或角鋼在墻體平面內(nèi)布置垂直支撐體系。在不影響建筑功能的前提下，支撐與框架鉸接，當建筑物產(chǎn)生層間變形時，支撐承受水平力，從而使體系獲得比純框架結構大得多的抗側力剛度，減少建筑物的層間位移。但用鋼量相對較大。[3]

（3）鋼框架——混凝土核心筒結構，適用于高層、小高層鋼結構住宅。此結構采用鋼筋混凝土澆筑成混凝土核心筒，承受全部水平荷載，而鋼框架只承受垂直荷載，具有很好的水平抗側移剛度，且對防火和疏散都較有利。

1.4 預應力鋼結構

20世紀末期，在涌現(xiàn)出大量新材料、新技術、新理論的推動下，由于對鋼結構構件施加預應力，使其受力更合理而節(jié)約材料，且形式多樣，造型新穎，因此預應力鋼結構應用廣泛，如產(chǎn)生了一大批張拉結構體系的預應力鋼結構。

1.5 塔桅結構

塔桅結構是一種高度較高、橫截面相對較小、橫向荷載起主要作用的細長構筑物。塔桅結構主要應用于工業(yè)部門以及廣播、電視、通訊、電力、冶金、石油、化工、郵電、交通、旅游等企事業(yè)部門。

1.6 橋梁結構

隨著鋼材的大量生產(chǎn)和品種不斷增加，使高強度鋼材在橋梁工程的發(fā)展獲得了第一次飛躍，跨度不斷增大。

2.鋼結構的發(fā)展

2.1 鋼結構的用材趨勢

（1）鋼材品種。隨著鋼結構應用技術的不斷進步，目前所用鋼材品種呈現(xiàn)出以下變化趨勢。

第一，由于鋼結構應用中已經(jīng)形成了以中厚板焊接組合構件為主要承重結構的基本格局，且中厚板規(guī)格的組合靈活性、適應性及經(jīng)濟性很強。這樣使中厚板將成為鋼結構應用的主導的品種。第二，H型鋼及冷彎型鋼的截面特性更能減輕結構自重和減少鋼材耗用，且具有很大的側向剛度和很強的抗彎能力，因而經(jīng)濟效益顯著。隨著鋼結構技術的發(fā)展，將成為今后鋼結構建筑的主要應用類型之一。第三，壓型鋼板因其具有自重輕、強度高、剛性好、防水、抗風、造型美觀新穎、色彩豐富、裝飾性強、組合靈活等特點，在鋼結構尤其是輕鋼結構中正得到越來越多的采用，如用做屋面、墻面、樓板及裝飾板等。隨著人們生活水平的改善和美化環(huán)境要求的提高，壓型鋼板的市場前景得非常廣闊。

（2）為滿足與建筑高層化、結構大跨度化相適應的技術經(jīng)濟及安全可靠性的要求，建筑鋼結構用材性呈現(xiàn)出高強化、低屈服點、高焊接性能 、高耐火性能的發(fā)展趨勢。

2.2 鋼結構設計軟件的研發(fā)支持了其設計優(yōu)化而促進鋼結構建筑的發(fā)展

一直困擾鋼結構推廣的關鍵因素就是鋼結構與鋼筋混凝土結構相比用鋼量偏大而且造價高，從而影響鋼結構建筑的推廣應用。但隨著近幾年來計算機水平的高速發(fā)展，一些科研院所與高校研發(fā)了一些鋼結構設計軟件，如：中國建筑科學研究院的PKPM 中STS 模塊，同濟大學研究的3D3S、MTS 等軟件，解決了結構最優(yōu)設計問題。通過確定最優(yōu)的結構選型和結構構件斷面尺寸，使得鋼結構的用鋼量大大降低，克服了用鋼量比鋼筋混凝土建筑大的缺點，支持了我國高層鋼結構、輕型鋼結構、空間網(wǎng)架結構等鋼結構設計的需要，促進了我國鋼結構行業(yè)的發(fā)展。

2.3 形成鋼結構建筑設計、加工制作和安裝一體化的發(fā)展方向

鋼結構建筑從設計結構類型與尺寸必須經(jīng)濟合理、安裝精度要求高和加工尺寸誤差必須嚴格控制等方面，可看出建筑鋼結構是一項技術性要求很高的工作，其技術包含了設計、加工和安裝的各環(huán)節(jié)之中。我國目前鋼結構發(fā)展的現(xiàn)實狀況往往是設計、加工、安裝三個階段分頭進行，不利于形成鋼結構建筑設計、加工制作和安裝相協(xié)調(diào)的發(fā)展。民用鋼結構設計水平雖然近幾年情況有所好轉，但因接觸鋼結構設計任務較少而造成設計水平整體相對較低。

另外，從鋼結構建筑形成的全過程來看，鋼結構首先由設計院進行施工圖設計，再由鋼結構制造加工企業(yè)或設計院按設計的施工圖進行詳圖設計，然后按鋼結構詳圖進行構件加工制作，最后進行鋼結構安裝與涂裝防護等工作。從這里可看出鋼結構建筑形成中環(huán)環(huán)相扣，任何環(huán)節(jié)均不能出現(xiàn)問題，否則會造成安裝不順利或安全事故和財產(chǎn)損失。從國外的鋼結構房屋公司來看，主要是采取集設計、加工、安裝、銷售、售后服務一條龍的經(jīng)營模式。這樣可根據(jù)用戶要求及時進行施工圖調(diào)整，調(diào)整的內(nèi)容經(jīng)由公司詳圖設計部門的詳圖修改，及時交付構件加工部門，各部門之間銜接清晰、暢通，可保證安裝工程高質(zhì)、高效地順利進行，且對售后服務工作也可提供切實、有效的保證。因此，形成建筑鋼結構設計、加工制作和安裝一體化的發(fā)展方向，有利于減少鋼結構建筑建設中存在的質(zhì)量隱患，提高建筑鋼結構的設計水平和鋼結構企業(yè)的競爭力，推動鋼結構建筑的發(fā)展。

2.4 鋼結構建筑應用領域的拓展

隨著鋼結構技術的不斷進步和推廣應用，以及物流業(yè)的發(fā)展和社會經(jīng)濟水平的不斷提高，鋼結構在我國的應用領域將越來越廣泛。除在工業(yè)、基礎設施、公共建筑、橋梁、高層建筑等諸多方面外，民用建筑和農(nóng)村建筑都有一定的潛在市場。另外隨著物流業(yè)的發(fā)展，涉及到港口、大型倉庫的配套建設，也為鋼結構帶來巨大的市場空間。同時在海洋石油、機場等方面的發(fā)展也將帶來鋼結構建筑相應的發(fā)展。

3.結語

隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，物流等新行業(yè)的出現(xiàn)，使鋼結構在我國建筑行業(yè)中有了寬廣的市場。由于鋼結構設計軟件的不斷優(yōu)化，設計、施工人員素質(zhì)的逐步提高，以及建筑鋼結構領域中高（下轉第30頁）（上接第38頁）新技術的應用和推廣節(jié)能技術，使得鋼結構在我國已經(jīng)進入快速發(fā)展時期， 將在鋼結構建筑設計、加工制作和安裝方面逐步走上一體化的發(fā)展道路，以及在不斷拓寬的鋼結構建筑領域中取得更大的發(fā)展。

參考文獻：

[1] 渠延模，王林，唐柏鑒.對我國建筑鋼結構發(fā)展的再思考[J].山西建筑，2007，33（8）：55-56

[2] 黃新華.我國輕鋼結構發(fā)展思路探索[J].科技資訊，2006，（12）：134-135.

[3] 黃偉.住宅鋼結構發(fā)展研究[J].住宅科技，2005，（10）：44-48.

[4] 陸賜麟.預應力鋼結構發(fā)展50年(1)[J].2002，17（4）：32.

[5] 黃旭芒.建筑鋼結構發(fā)展應用及其用材概述[J].江蘇冶金，2003，31（2）：1-5.

[6] 來巧紅.淺淡我國鋼結構發(fā)展的主要因素與市場前景[J].浙江建筑，2003，（5）：11-12.

（特約編審：劉冰）