我國鋼結(jié)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(jié)構建筑的應用情況，從鋼結(jié)構用材、鋼結(jié)構設計軟件的研發(fā)，以及設計、加工制作、安裝和鋼結(jié)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(jié)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(jié)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(jié)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(jié)構的總趨勢。

1.鋼結(jié)構在建筑中的應用

1.1 大跨度空間結(jié)構

現(xiàn)代的大跨度空間結(jié)構體系，主要有網(wǎng)架結(jié)構、網(wǎng)殼結(jié)構、懸索結(jié)構、斜拉結(jié)構、充氣結(jié)構、索膜結(jié)構、各種雜交結(jié)構、可伸展結(jié)構、可折疊結(jié)構以及張拉集成結(jié)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(jié)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(jié)構體系的膜結(jié)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(jié)構

由于輕鋼結(jié)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(jié)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(jié)構技術，是我國鋼結(jié)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(jié)構住宅

我國目前住宅鋼結(jié)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(jié)構住宅。根據(jù)鋼結(jié)構的 相關設計規(guī)范和設計規(guī)程等，對于多、高層鋼結(jié)構住宅常用的結(jié)構體系可采用純鋼框梁結(jié)構、鋼框架加支撐結(jié)構、鋼框架——混凝土核心筒結(jié)構等幾種形式。

（1）純鋼框架結(jié)構，主要適用于多層鋼結(jié)構住宅。該結(jié)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(cè)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(jié)構，主要用于多層、小高層鋼結(jié)構住宅。此結(jié)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(jié)構大得多的抗側(cè)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(jié)構，適用于高層、小高層鋼結(jié)構住宅。此結(jié)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(cè)移剛度，且對防火和疏散都較有利。

1.4 預應力鋼結(jié)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(jié)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(jié)構應用廣泛，如產(chǎn)生了一大批張拉結(jié)構體系的預應力鋼結(jié)構。

1.5 塔桅結(jié)構

塔桅結(jié)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(jié)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(jié)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(jié)構的發(fā)展

2.1 鋼結(jié)構的用材趨勢

（1）鋼材品種。隨著鋼結(jié)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(jié)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(jié)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(jié)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(jié)構自重和減少鋼材耗用，且具有很大的側(cè)向剛度和很強的抗彎能力，因而經(jīng)濟效益顯著。隨著鋼結(jié)構技術的發(fā)展，將成為今后鋼結(jié)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(jié)構尤其是輕鋼結(jié)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(jié)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(jié)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(jié)構設計軟件的研發(fā)支持了其設計優(yōu)化而促進鋼結(jié)構建筑的發(fā)展

一直困擾鋼結(jié)構推廣的關鍵因素就是鋼結(jié)構與鋼筋混凝土結(jié)構相比用鋼量偏大而且造價高，從而影響鋼結(jié)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(jié)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(jié)構最優(yōu)設計問題。通過確定最優(yōu)的結(jié)構選型和結(jié)構構件斷面尺寸，使得鋼結(jié)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(jié)構、輕型鋼結(jié)構、空間網(wǎng)架結(jié)構等鋼結(jié)構設計的需要，促進了我國鋼結(jié)構行業(yè)的發(fā)展。

2.3 形成鋼結(jié)構建筑設計、加工制作和安裝一體化的發(fā)展方向

鋼結(jié)構建筑從設計結(jié)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(jié)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(jié)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(jié)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(jié)構設計水平雖然近幾年情況有所好轉(zhuǎn)，但因接觸鋼結(jié)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(jié)構建筑形成的全過程來看，鋼結(jié)構首先由設計院進行施工圖設計，再由鋼結(jié)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(jié)構詳圖進行構件加工制作，最后進行鋼結(jié)構安裝與涂裝防護等工作。從這里可看出鋼結(jié)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(jié)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(jié)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(jié)構建筑建設中存在的質(zhì)量隱患，提高建筑鋼結(jié)構的設計水平和鋼結(jié)構企業(yè)的競爭力，推動鋼結(jié)構建筑的發(fā)展。

2.4 鋼結(jié)構建筑應用領域的拓展

隨著鋼結(jié)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(jié)構在我國的應用領域?qū)⒃絹碓綇V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(jié)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(jié)構建筑相應的發(fā)展。

3.結(jié)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(jié)構在我國建筑行業(yè)中有了寬廣的市場。由于鋼結(jié)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(jié)構領域中高（下轉(zhuǎn)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(jié)構在我國已經(jīng)進入快速發(fā)展時期， 將在鋼結(jié)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(jié)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(jié)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(jié)構發(fā)展思路探索[J].科技資訊，2006，（12）：134-135.

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

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

[5] 黃旭芒.建筑鋼結(jié)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(jié)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）