鋼結構建筑的現(xiàn)狀與發(fā)展

周彪　田林林　劉洲

摘要：針對現(xiàn)在環(huán)境問題的日益突出，鋼的產量和使用備受各界關注。有效的利用鋼材，充分發(fā)揮鋼材的使用價值是建筑行業(yè)的重點。隨著經濟的快速發(fā)展，追求建筑的高度更高，跨度更大等特點，鋼結構的應用是最有效的實現(xiàn)此目標。本文簡單介紹河北省鋼結構的發(fā)展歷程，來認識鋼及鋼結構的特點和性能。

關鍵詞：環(huán)境；使用價值；鋼結構；特點及性能

前言

隨著我國的改革開放和經濟的不斷發(fā)展，我國的鋼材年產量已連續(xù)多年超過1×108t，成為世界上鋼產量最多的國家，鋼材產量的增長為發(fā)展我國的鋼結構建筑事業(yè)創(chuàng)造了良好的時機。鋼結構建筑具有輕質高強、力學性能良好、抗震性能優(yōu)越、工業(yè)化程度高、施工速度快、外形美觀、投資回收快、可再次利用及符合可持續(xù)發(fā)展政策等一系列的優(yōu)點，近幾年來鋼結構建筑在我國出現(xiàn)了非常快的發(fā)展勢頭，應用范圍不斷地擴大，目前，我國鋼結構建筑的發(fā)展處在建國以來最好的一個時期。鋼結構住宅有著自重輕、基礎造價低，適用于軟弱地基、安裝易、施工快、周期短、投資回收快、施工污染環(huán)境少、抗震性能好、可回收利用、住宅利用率相對較高和經濟環(huán)保等效益，因而在住宅市場有著良好的發(fā)展前景，被譽為二十一世紀的“綠色建筑”之一在這種背景下，我國建筑行業(yè)對鋼結構建筑的關注力度越來越大。

一、國內外鋼結構研究的現(xiàn)狀及背景

1.國內現(xiàn)狀

目前，我國已經成為鋼鐵大國，2015年鋼產量突破8億噸，鋼結構產量5000萬噸，鋼材累積量突破70億噸，千噸規(guī)模以上的鋼結構制造企業(yè)超過3000家，專項施工資質企業(yè)突破1萬家。2007～2015年期間，我國鋼結構產量保持了年平均增長率15%以上的速度，已經成為名副其實的鋼結構大國。

2.國外現(xiàn)狀

二次世界大戰(zhàn)后，鋼結構在西方取得了很大程度的發(fā)展，由于計算機的介入，各種體系日趨完善。二戰(zhàn)后，西方國家需要解決大量的住宅問題，由于鋼結構住宅自身具有建造速度快，適合工業(yè)化生產的特點，所以一度受到追捧。

二、鋼結構發(fā)展動態(tài)分析與分類

1.大跨結構

結構跨度越大，自重在荷載中所占的比例就越大，減輕結構的自重會帶來明顯的經濟效益。鋼材強度高結構重量輕的優(yōu)勢正好適合于大跨結構，因此鋼結構在大跨空間結構和大跨橋梁結構中得到了廣泛的應用。所采用的結構形式有空間桁架、網架、網殼、懸索、張弦梁、實腹或格構式拱架和框架等。

2.工業(yè)廠房

吊車起重量較大或者其工作較繁重的車間的主要承重骨架多采用鋼結構。另外，有強烈輻射熱的車間，也經常采用鋼結構。結構形式多為由鋼屋架和階形柱組成的門式剛架或排架，也有采用網架做屋蓋的結構形式。近年來，隨著壓型鋼板等輕型屋面材料的采用，輕鋼結構工業(yè)廠房得到了迅速的發(fā)展。其結構形式主要為實腹式變截面門式剛架。

3.受動力荷載影響的結構

由于鋼材具有良好的韌性，設有較大鍛錘或產生動力作用的其他設備的廠房，即使屋架跨度不大，也往往由鋼制成。對于抗震能力要求高的結構，采用鋼結構也是比較適宜的。

4.多層和高層建筑

由于鋼結構的綜合效益指標優(yōu)良，近年來在多、高層民用建筑中也得到了廣泛的應用。其結構形式主要有多層框架、框架-支撐結構、框筒、懸掛、巨型框架等。

5.高聳結構

高聳結構包括塔架和桅桿結構，如高壓輸電線路的塔架、廣播、通信和電視發(fā)射用的塔架和桅桿、火箭（衛(wèi)星）發(fā)射塔架等。

6.輕型鋼結構

鋼結構重量輕不僅對大跨結構有利，對屋面活荷載特別輕的小跨結構也有優(yōu)越性。因為當屋面活荷載特別輕時，小跨結構的自重也成為一個重要因素。冷彎薄壁型鋼屋架在一定條件下的用鋼量可比鋼筋混凝土屋架的用鋼量還少。輕鋼結構的結構形式有實腹變截面門式剛架、冷彎薄壁型鋼結構（包括金屬拱形波紋屋蓋）以及鋼管結構等。

7.鋼和混凝土的組合結構

鋼構件和板件受壓時必須滿足穩(wěn)定性要求，往往不能充分發(fā)揮它的強度高的作用，而混凝土則最宜于受壓不適于受拉，將鋼材和混凝土并用，使兩種材料都充分發(fā)揮它的長處，是一種很合理的結構。近年來這種結構在我國獲得了長足的發(fā)展，廣泛應用于高層建筑

三、鋼結構的工程應用

1.鋼結構住宅的應用

鋼結構住宅在我國的應用剛剛起步，已有成功案例的主要企業(yè)有杭蕭鋼構、寶鋼集團、萊鋼集團等。由萊鋼集團建設的凱旋新城鋼結構住宅項目，其有效使用面積比相應磚混結構和鋼筋混凝土結構提高約3%～6%。杭蕭鋼構股份有限公司經過10多年研發(fā)，形成了一套完善的鋼結構住宅體系成套技術。該體系從主體結構構件、梁柱節(jié)點、樓板系統(tǒng)和墻板系統(tǒng)、鋼結構的防火防腐等幾個方面系統(tǒng)解決了鋼結構住宅的產業(yè)化問題該技術符合標準化設計、工業(yè)化制造、裝配化施工、信息化管理的產業(yè)化要求。由杭蕭鋼構建設的武漢世紀家園采用了杭蕭鋼構自主研發(fā)的多高層鋼結構住宅成套體系，該項目也是住房和城鄉(xiāng)建設部“節(jié)能省地型”科技示范工程。

該項目于2009年交付入住，其性能得到了社會與住戶的充分肯定，特別是外墻系統(tǒng)成功地解決了開裂與滲漏問題。采用杭蕭鋼構自主研發(fā)的多高層鋼結構住宅成套體系建設的萬郡·大都城住宅小區(qū)是全國鋼結構住宅產業(yè)化示范小區(qū)，2013年7月通過綠色建筑二星設計標識專家評審。

2.鋼結構與其它建筑形式相比的優(yōu)勢

2.1材料強度高，自身重量輕

鋼材強度較高，彈性模量也高。與混凝土和木材相比，其密度與屈服強度的比值相對較低，因而在同樣受力條件下鋼結構的構件截面小，自重輕，便于運輸和安裝，適于跨度大，高度高，承載重的結構。

2.2鋼材韌性，塑性好，材質均勻，結構可靠性高

適于承受沖擊和動力荷載，具有良好的抗震性能。鋼材內部組織結構均勻，近于各向同性勻質體。鋼結構的實際工作性能比較符合計算理論。所以鋼結構可靠性高。

2.3鋼結構制造安裝機械化程度高

鋼結構構件便于在工廠制造、工地拼裝。工廠機械化制造鋼結構構件成品精度高、生產效率高、工地拼裝速度快、工期短。鋼結構是工業(yè)化程度最高的一種結構。

2.4鋼結構耐熱不耐火

當溫度在150℃以下時，鋼材性質變化很小。因而鋼結構適用于熱車間，但結構表面受150℃左右的熱輻射時，要采用隔熱板加以保護。溫度在300℃ -400℃時.鋼材強度和彈性模量均顯著下降，溫度在600℃左右時，鋼材的強度趨于零。在有特殊防火需求的建筑中，鋼結構必須采用耐火材料加以保護以提高耐火等級。

2.5鋼結構耐腐蝕性差

特別是在潮濕和腐蝕性介質的環(huán)境中，容易銹蝕。一般鋼結構要除銹、鍍鋅或涂料，且要定期維護。對處于海水中的海洋平臺結構，需采用“鋅塊陽極保護”等特殊措施予以防腐蝕。

2.6低碳、節(jié)能、綠色環(huán)保，可重復利用

鋼結構建筑拆除幾乎不會產生建筑垃圾，鋼材可以回收再利用。

四、結束語

本文介紹了鋼材料的發(fā)展和應用，在建筑上取得成果。中國是產鋼大國，但合理使用鋼的技術處于發(fā)展中。鋼結構的應用和發(fā)展是至關重要的，是時代的需要。此文幫助我們了解鋼和鋼結構。為研究鋼提供了發(fā)展背景。

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