我國鋼結構在建筑領域的發展及方向探索

王銘暉WANG Ming-hui；劉曉霞LIU Xiao-xia

（中南控股集團有限公司，海門 226124）

（Zhongnan Holding Group Co.，Ltd.，Haimen 226124，China）

0 引言

1871 年10 月，一場持續3 天3 夜的大火將整個芝加哥化為灰燼，然而這次重建卻標志著建筑新時代的來臨，廢墟上出現了世界上第一棟采用鋼構架的摩天大樓，迄今為止已有100 多年了。這一個世紀以來，鋼結構的發展無論是從量上還是質上有很大的飛躍。加上鋼筋混凝土自重大、施工工期長等缺陷，鋼結構在建筑行業的快速發展已成為必然。目前我國經濟建設的需要，體育場、劇院等大型公共建筑的建設更是離不開鋼結構，這也正是我國鋼結構發展的最好時機。

1 鋼結構的定義及特征

1.1 鋼結構的定義 鋼結構是指采用鋼板及型鋼經過加工成各種形狀的鋼構件后，通過焊接、螺栓連接、鉚接將鋼構件相互連接固定而成的承重結構物。

1.2 鋼結構的特征 鋼結構的特點大體可總結為以下幾個方面。①鋼結構質量輕、強度高。同等荷載和強度要求下，鋼結構比鋼筋混凝土等其他類型結構輕，對于無吊車梁的工業和民用建筑，輕鋼結構的鋼材用量一般為20-50kg/m2。②鋼結構制作簡單、施工安裝周期短。鋼結構工程大都使用H 型鋼、槽鋼等型材，制作簡單。鋼結構構件在加工廠中制作，質量可靠、精確度高，加工好的構件大都采用焊接或螺栓連接，因此，與同等面積的鋼筋混凝土工程施工相比，鋼結構工程的安裝工期具有明顯的施工周期短的特點。③機械化水平高，鋼結構的制作和加工多采用大型機械，極大的降低了勞動強度。鋼結構制作過程中，從下料、拼板、組立、埋焊、調直等整個過程都以機械為主，安裝過程中也主要采用大型機械吊裝，在一定程度上降低了勞動強度，節省了大量人力。④鋼結構符合綠色環保節能理念。采用鋼結構減少了水泥砂石開采工作，有利于生態環境的保護。鋼結構在進行安裝的過程中，主要采用整體式連接，不需要加工制作混凝土，在很大程度上減少了粉塵的污染，減少了建筑垃圾，降低了施工噪聲。另外，98%以上的鋼結構構件可以回收利用，既節約了材料，又節約了能源，復合綠色環保和可持續發展的原則。

2 鋼結構的發展及應用

2.1 鋼結構的發展 我國建筑用鋼占到我國鋼產量的20%-25%，其中鋼筋約占了建筑用鋼量的95%，鋼結構用鋼達到建筑用鋼量的5%左右，也就是說，建筑鋼結構用鋼量占我國鋼產量的比例僅有1%。然而發達國家美國、日本等，鋼結構用鋼量占鋼產量達到10%-30%，與之相比，我國鋼結構的發展還有待于進一步的推廣。①高的鋼產量為發展鋼結構提供了物質基礎。1996 年以前，我國鋼材產量主要用于國防等重要行業，限制鋼結構的用鋼量，直至1996 年我國才首次修改了鋼結構使用政策，解除限制，隨后幾年，我國鋼材產量大幅增加，2012 年底，鋼材產量達到9.6 億元。②一系列的規范和規程的頒發為鋼結構發展奠定了技術基礎。我國每年都有新的鋼結構相關規范頒布。截止目前，我國關于鋼結構的國家標準達8 項，設計圖集達25 項，這些標準規范為鋼結構制作加工過程中的技術問題提供了技術依據。③政策支持為鋼結構發展提供了國家保證。目前，財政部聯合住建部出臺了建筑補貼政策，鋼結構建筑位列其首，同時，國家十大推廣技術中也有鋼結構專列。

2.2 鋼結構在建筑結構中的應用 鋼結構具有強度高、抗震性好、機械化水平高、施工周期短等特點，除常規的工業廠房外，鋼結構在大跨度建筑、高層超高層建筑、新型住宅中都有廣泛的應用。①大跨度結構，目前鋼結構在大跨度結構中一統天下，上海八萬人體育館、鳥巢、國家大劇院等、廣州新白云機場、武漢九頭鳥火車站等大跨度結構都采用鋼結構，用鋼量最高為鳥巢，達760kg/m2。②超高層建筑，隨著筒體結構體系、鋼板剪力墻的廣泛應用，越來越多的超高層建筑采用鋼結構，例如上海環球金融中心、上海金茂大廈、上海中心大廈、電視塔如廣州小蠻腰、黑龍江廣播電視塔等。③鋼結構住宅及辦公樓，目前，我國正大力推廣住宅產業化，鋼結構體系將成為住宅結構體系的主流。采用鋼結構的住宅群有很多，比較有名的就是位于武漢市江岸區的武漢世紀家園小區，由浙江杭蕭鋼構公司承建，其結構最大的亮點就是新型CCA 板灌漿外墻、冷彎高頻焊接矩形鋼管混凝土柱和高頻焊接H 型鋼梁的應用。杭州建的輕鋼結構的小別墅，300 平方米的住宅8 人10個工作日即可完成裝配。2 個月交付使用。更是突出了鋼結構工期短的特點。

3 鋼結構發展中存在的質量控制難點及措施

鋼結構的發展步伐穩健，然而在鋼結構的制作安裝過程中，存在幾個方面的質量控制難點，主要包括鋼結構的防火防腐性能差和人為操作質量控制兩個方面。

3.1 鋼結構自身存在的問題，也就是防火性差和耐腐蝕性差 美國911 事件中，世貿大樓之所以會快速倒塌，原因主要在于鋼結構防火性能差，當鋼材受熱超過200°C時，抗拉、抗壓強度降低；受熱達到600°C 時，鋼材進入塑性狀態失去承載能力。同時，鋼材在潮濕的環境中，特別是處于腐蝕介質的環境中容易銹蝕。所以鋼結構在制作安裝過程中，防火防腐涂裝質量一定要嚴格控制，達到設計要求，而且在使用期間還需定期進行維護。

3.2 鋼結構制作安裝過程中人為產生的質量問題 鋼結構在制作過程中，切割、焊接工藝由于人為操作選擇不當，會造成制作的鋼構件達不到要求，在鋼結構進行制作的過程中，要及時對工人進行培訓，不同厚度的板材采用不同的切割技術。鋼結構在安裝過程中，柱腳安裝、螺栓的安裝和現場焊縫最容易出現問題，柱腳安裝會因為預埋件的位置不對、錨栓不垂直現象等出現問題，因此在進行柱腳安裝前期，預埋件的埋設工作時，鋼結構施工單位和土建施工單位要一起參加，并且在混凝土澆搗之前，必須復核相關尺寸及固定牢靠；錨栓在安裝時，應堅持先將底板用下部調整螺栓調平，再用無收縮砂漿二次灌漿填實。高強螺栓在安裝時，要清除表面的油污等雜質。

4 結論和展望

相比于普通鋼筋混凝土結構，鋼結構具有很多優點，鋼結構的發展將會一路向前，這也就需要在實踐中不斷的進行經驗總結，以確保其施工質量。同時，要總結有價值的鋼結構體系，研發和生產鋼結構的圍護結構，對鋼結構建筑所需的構配件、樓墻板、建筑材料、配件安裝工藝進行研究，提出適合我國地形地貌環境的鋼結構建筑體系。

未來鋼結構的發展，主要包括兩個方面，材料的優化和技術的提高，尤其會挑戰造型和空間方面的創新，這將充分利用鋼結構的材料特性，在外觀方面給人耳目一新的感覺。就像廣州電視塔“小蠻腰”一樣的地標性超高層建筑，更加追求與眾不同的造型和高難度的施工技術。我國現有鋼結構技術水平標志著我國在建筑開發和建設方面已邁入了鋼結構的體系時代，這將為我國的建筑行業帶來新的突破。

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