淺談鋼結構在結構設計中的體現

摘 要：隨著科技的發展看，鋼結構的應用與日俱增。本文分析了鋼結構的特點，并對鋼結構在建筑中的應用進行簡述。筆者通過國內外鋼結構發展的前景進行闡述，提出了我國鋼結構建筑與發達國家所存在的差距，并提出了實效性的建議，希望對我國鋼結構發展提供經驗。

關鍵字：鋼結構；建筑；結構設計

1．引言

隨著科技的發展新型材料的運用越來越廣泛，以鋼結構為主體的建筑是現代空間結構發展的主流。鋼結構，以其強烈的工業化特色和輕質高強的優勢，在工業及民用建筑中的應用越來越廣。鋼體建筑已成為推動我國建筑行業快速發展的新型坐標，是現代建筑工程中較普通的結構形式之一。

2．現代鋼結構的特點

2.1 建筑與結構的設計與功能一體化

在鋼結構建筑中，結構的形體，構件很大程度上制約著建筑的形象。因此，在結構選型與布置階段尤其重要。鋼結構建筑設計的復雜化與精致度要求越高，對細部設計、建筑細部質量的要求也越高。鋼結構建筑設計具有建筑設計的一般屬性，其專業化不但能提供豐富的設計知識而且能有效的整合設計資源和市場專家共同對建筑負責。

2.2 鋼結構原材料可以循環使用

鋼結構的發展很大程度上填補了我國資源、能源短缺的現象。鋼材以其高強度高效能的特性被廣泛運用在生活之中，鋼材不需要制模式施工，邊角料等可通過再循環利用顯示其高價值。全封閉式保溫隔熱防潮系統的新型住宅主要是利用鋼材的特性，國際上發展的新型環保節能住宅的特點是溫度變化小，熱損失低且節能。

2.3 工程建設成本低，工期短

為了實現了建筑工業化大規模生產，鋼結構協調統一建筑模數的標準，提高了建筑智能工程。為了使材料加工和安裝合作化，鋼結構建筑進行了預工程化，從而大大降低了建筑的建設成本；與此同時縮短了工期，加快了施工速度，由此推進了房地產開發商的買賣進程，使建筑能更早投入使用，滿足消費者需求。

2.4 建造大跨度和超高、超重型的建筑物

鋼材的特點是強度高、自重輕、剛度大，故用于建造大跨度和超高、超重型的建筑物特別適宜； 其密度與強度的比值遠小于其他建筑材料，在同樣受力情況下鋼結構自重小，從而可以做成跨度較大和高度較高的結構以及靈活的結構形體。比如日本東京后樂園棒球場屋蓋是鋼索與氣承膜組成的索膜結構，面積達28000平方米。

3．鋼結構在建筑中的應用

3.1 高層建筑鋼結構的應用

鋼結構材料輕質高強、承載力高而自重輕。據統計高層鋼結構的自重僅是鋼筋混凝土高層結構自重的一半到60%左右。鋼結構構件均在工廠制作加工，且鋼材可以回收，建造和拆除時對環境污染較少。為了保證高層鋼結構承載，我國配置適用于使用條件的承重結構體系鋼筒中筒體系及鋼框架-鋼筋混凝土剪力墻組合結構體系。

3.2 大跨度鋼結構

大跨度結構多用于多功能的場館、飛機場等，現在人類已具有建造跨度超過千米的超高層建筑能力。為了滿足建筑對跨度的限制要求，膜結構與鋼索相結合形成索膜結構體系在建筑中頻繁出現，這種方式的結合已成為這類型建筑標志，如英國的千年穹頂，其直徑長達到320m，它是形體與性能的完美結合，其展覽建筑多為索膜結構體系。

3.3 其他鋼結構建筑類型

由于鋼材具有良好的韌性和強度，故還可以用于重型廠房結構、可拆卸的結構以及海上采油平臺等其它鋼結構構筑物。施工現場可利用面積小，鋼結構以占用土地面積小而被廣泛應用。因此，鋼結構因其諸多優點而廣泛應用于其他非住宅類建筑。

4．國外鋼結構的發展現狀

近年來，以美國、日本的建筑鋼結構建設事業蓬勃發展。在美國，低層建筑中采用鋼結構還是很普遍。美國輕鋼結構廣泛應用于工廠、體育館、展覽館等建筑。輕鋼具有自重輕，建設周期短，適應性強，造價低，易維護等特點，故其被發達國家廣泛應用。世界上最大的室內體育館是美國建設，主要由索、桿、膜組成，是當今最有發展前途的一種新型空間結構。日本高層主要采用鋼結構，由巨型結構柱和、空間桁架梁組成的體系建造出鋼結構建筑，如最大的懸索橋為日本的名石大橋。從美國、日本、歐洲一些發達國家的經驗看，建筑業即將成為鋼材的主要市場。

5．我國建筑鋼結構的前景與差距

鋼結構建筑是一個國家經濟實力的重要體現，是一個城市的標志性建筑。大型建筑企業的競爭力不斷提高，建筑行業綜合實力的快速發展，為我國建筑鋼結構行業提供了良好的市場機遇。據統計，目前我國建筑用鋼約占整個鋼材消費總量的1/2，其中房地產建筑用鋼約占整個建筑用鋼的3/5。截止“十二五”末，我國鋼結構產量將達6000萬噸，我國建筑鋼結構行業迎來發展機遇。建筑鋼結構的運用將向高層住宅公路、鐵路橋梁建設等領域發展，我國政策的支持和引導為建筑鋼結構行業發展帶來新機遇。

與世界發達國家相比，鋼結構行業相關技術、設計水平、產品質量等還比較滯后，國內高層鋼結構鋼材幾乎都從國外進口，工程總承包由國外承擔， 行業技術標準規范、管理水平等方面還存在較多的問題。

為了解決這種現象，筆者認為，應從以下三方面進行改善：第一，要積極引進國外先進技術，與發達國家在鋼結構建筑領域開展廣泛的技術合作和交流，學習先進經驗，加快鋼結構企業與國際市場接軌的步伐；第二，為滿足市場需求，亟須推進設計理念優化，培養我國自己的建筑鋼結構工程設計人才隊伍，培育出更多的優秀人才；第三加強建筑鋼結構行業管理體系，進一步強化行業自律，整頓市場無序競爭、提高工程的質量。

參考文獻：

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[2] 高層民用建筑鋼結構技術規程（JGJ99-98）.北京：中國建筑工業出版社，2002.

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[4]劉芳 鋼結構及我國鋼結構的現狀和發展趨勢科技創新導報2009（1）

作者簡介：顧超（1990年），男，漢族，籍貫為山東省鄒縣，現就讀于重慶科技學院建筑工程學院，主要研究方向：土木工程。