鋼結構在中國的發展前景

鞏夢嬌

【摘要】隨著我國經濟的不斷發展，鋼結構因其具備很高的性能和可循環利用優勢，在房屋建筑領域有著非常廣泛的應用。本文首先介紹了鋼結構，分析了鋼結構在我國的發展和存在的問題，然后提出鋼結構在我國的發展前景，以供廣大讀者參考。

【關鍵詞】鋼結構；發展前景；存在問題

1鋼結構簡介

鋼結構就是由各種鋼板、鋼管、鋼材料組成，通過焊接技術連接起來的鋼建筑結構。詳細來說，目前我國使用的鋼結構主要特點包括：第一，強度高、自重輕，因為鋼材料與混凝土、木材等材料相比在強度、密度、彈性等方面都有很大優勢，所以具備自重輕、運輸方便的優點，非常適合在跨度比較大的建筑結構中運用。

第二，韌性強、可靠度高，鋼材料具備較強的沖擊力和動力荷載，抗震能力也比較強，鋼結構在后期投入使用階段按照理論設計可以提高自身的可靠性。

第三，機械化程度高，鋼結構可以算作是建筑結構中機械化程度最高的一種，其基本構建都是來自工廠統一生產，并通過機械化來安裝，效率、精度等方面都比較高。

第四，密封性好，目前我國在鋼材料焊接技術方面有了很大改進，基本上可以實現完全密封的階段，還可以做成水密性和氣密性都比較高的容器。

第五，耐腐蝕性比較差，這應該屬于鋼結構的缺點，鋼結構很容易在普通環境下出現腐蝕等問題，所以比較加強抗腐蝕性建設。

2鋼結構在我國的發展及存在的問題

2.1鋼結構在我國的發展

從世界范圍來看，鋼結構建筑形式的發展和應用歷史也比較短，屬于一種新的建筑形式。大約在19世紀50年代以前，建筑形式以鑄鐵結構為主，20年后陸續出現了鋼結構。輕鋼結構屬于更新一種的建筑形式，發展至今不到百年時間，在第二次世界大戰中得到廣泛使用和發展。20世紀是鋼結構發展極為迅速的事情，在40年代出現了門式鋼架結構；60年代開始出現彩色壓型板、冷彎薄壁型鋼、H型鋼等，推動了輕型鋼結構的快速發展，也使輕鋼結構成為發達國家的重要建筑結構形式。

由于我國國情和歷史原因，鋼結構在我國起步很晚，但是改革開放三十多年以來，鋼結構在我國實現了快速發展，并形成了一批有實力的龍頭企業。詳細來說，鋼結構在我國的發展可以分為三個時期：第一，20世紀50年代的初勝時期，前蘇聯援助我國重型鋼結構工程；第二，20世紀60、70年代的低落時期，這一時期的鋼產量處于限制利用和發展階段；第三，20世紀80年代以來的連年攀升事情，鋼結構因其優質的性能，受到各方面的關注，被廣泛采用。北京2008年奧運會的主體育場，也就是國家體育場“鳥巢”被公認為是我國鋼結構建筑的典范，該建筑使用4.2萬噸鋼量，也是我國目前用鋼量最多、規模最大、施工難度最大的體育場館。鳥巢結構受力最大的是柱腳部分，并且采用了我國自主生產的高強度Q460鋼材，實現支撐整體結構的目的，這也說明我國的建筑事業進行全新發展起始。

2.2鋼結構發展中存在的問題

目前我國鋼結構發展也極為迅速，但是相比較發達國家還存在一些問題，詳細來說主要包括：第一，鋼結構產業是否是節能環保型行業還有待于進一步討論，并且鋼結構是否能夠成為可持續發展的重要推動力也是一大疑問。第二，鋼結構存在著天然缺陷，再加上后天人工技術和自然環境的影響，會出現各種問題，因此對鋼結構進行檢測和加固就顯得特別重要。第三，鋼結構研發周期比較長、資金需求大、規范和標準修訂比較麻煩，目前我國使用的鋼結構應用規范標準與鋼材施工銜接存在一些問題。第四，鋼結構加工廠和施工安裝企業裝備、計算機管理、勞動生產率還需進一步提高，穩定鋼材超常漲價的不良市場秩序。鋼結構建筑在防火、防腐、保溫、隔聲、防震和穩定性等方面的設計尚不成熟，限制了鋼結構在民用建筑中的發展。第五，鋼結構健康檢測項目比較多，包括材料性能、腐蝕和銹蝕方面、缺陷和損傷、疲勞、結構構造和整體性能等，但是鋼結構健康檢測和監測系統設計還不完備。3鋼結構的發展前景

通過以上分析鋼結構在我國的發展現狀，本文認為應該從鋼結構加固、鋼結構健康檢測和監測系統設計方面入手，從而實現鋼結構在我國更好地發展前景。

3.1鋼結構加固完善

第一，改變鋼結構的計算圖形，改變計算圖形就是對鋼結構的受力傳導體系進行改變，目前我國在冶金、建筑、電力等行業使用的鋼結構在工藝和結構布局方面都比較復雜，有些鋼結構甚至是基于不停產進行投入使用，所以在調整體系方面就會出現很多問題，而這樣就可以采用改變計算圖形的辦法來加固處理鋼結構。改變鋼結構的計算圖形經常可以在鋼結構擴建工程中使用，在具體使用時應該根據鋼結構施工的難度、工藝特點、使用技術等多方面因素進行綜合分析，還要考慮鋼結構在極限狀態下的受力狀況、鋼結構不同節點和支座等方面的內力作用，然后對結構進行補充驗算，這樣才能采用比較合理的加固措施，完成鋼結構加固目標。

第二，碳纖維增強復合材料鋼結構加固技術。傳統鋼結構加固技術具有耗費時間長、人力物力消耗大、耐久性能差、后期維護費用高等劣勢，所以需要一種更為實用的加固技術，而碳纖維增強復合材料具有比較優越的物理性能、較高的強度和剛度，在抗腐蝕性和抗疲勞性等方面都有很大優勢，同時還具有效率高、操作性強、操作簡單等特點，所以使用價值比較高。目前我國已經將碳纖維增強復合材料鋼結構加固技術應用于混凝土結構中，但是在加固建設方面，我國在利用碳纖維增強復合材料鋼結構加固技術時還處于起步階段，只是對疲勞加固、受彎構件加固、鋼結構受力分析等方面進行使用，所以還需要進一步開發和使用，滿足人們在更多方面的需求。

第三，增大構建截面的加固，這一方法就是采用增補的手段，能夠實現對原構件外包的混凝土進行加固處理。另外一方面，在對鋼柱進行加固時還可以采用截面形式擴大的具體辦法，這樣就可以使彎矩在平面內外方面的作用力增強，從而提高鋼結構的承載能力，如果在對鋼梁結構進行加固時，可以采用在翼緣板加固水平板的具體辦法，這樣就可以對斜板進行加固處理，提高鋼結構的性能和荷載能力。

第四，連接的加固與加固件的連接，目前我國在連接加固方面使用的具體辦法就是焊縫、普通螺栓、鉚釘和高強度螺栓連接方法，這樣就可以實現鋼結構節點連接部分的加固處理，但是在具體加固時還需要考慮鋼結構的詳細特點，從而選擇最為合適的連接辦法。

3.2鋼結構健康檢測和監測系統設計完善

第一，鋼結構檢測體系框架。建筑鋼結構檢測的前期準備工作包括檢測對象、檢測目的和檢測組織的明確和成立，而現場調查應該包括材料收集、建筑物的了解、現場資料的核對等內容。在確定檢測方案時應該有一定目的性和針對性，能夠根據檢測目的的要求來征求委托方的意見，如果沒有出現比較明顯的受損，那么久應該根據鋼結構的功能模塊來確定檢測方案。檢測方案應該包括檢測依據、檢測目的、檢測方法、檢測工作進度、相應的安保措施等內容，然后對需要抽樣檢測的構件進行抽樣。

第二，鋼結構監測系統框架。結構的健康監測系統是最低人工干預的結構在線監測、判斷系統，能夠通過傳感器、通訊系統和數據處理系統來報告結構狀態和發現問題的技術。該項技術能夠根據測量結構的變化來判斷結構的損傷狀態，所以歷史觀察數據特別重要。本文認為結構健康監測系統的硬件組成主要包括傳感器系統、數據采集系統、數據通信和傳輸系統、數據分析和處理系統等內容。

第三，鋼結構檢測和監測系統框架。鋼結構檢測和監測系統主要包括運載移動系統、數據采集和預分析系統、數據傳輸過濾系統、分析軟件系統等方面。運載移動系統能夠對具體結構進行長期和實時監控，并通過數據傳輸系統來現場和非現場監測，運載移動系統是整個現場檢測的載體，根據具體的監測方案和手段，按照具體檢測監測方案進行。數據采集和預分析系統能夠對采集的數據進行預處理，比如樣本數據優化、基本參數分析、有效數據存儲等項目。數據傳輸過濾系統是針對監測而設計的，因為數據分析并不在現場，所以需要一定的傳輸設計來實時傳輸，而過濾系統則是針對傳輸中數據量過大而設計的，這種數據傳輸能夠克服自然環境的影響。分析軟件系統是整個檢測監測系統的核心，其功能包括數據分析處理、結構數值分析、健康指標評估等。

通過以上分析可以看出，我國鋼結構正在逐步向住宅建筑發展，而通過完善鋼結構加固工程、鋼結構健康檢測和監測系統設計等，從而能夠實現鋼結構在我國更好地發展，提高建筑業的整體素質，并在國家建筑市場中具備一定的競爭能力，充分發揮建筑業帶動國民經濟增長和結構調整中的先導產業作用。

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