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钢结构在建筑工程中的应用及发展

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发表于 2012-3-19 21:29:07 | 显示全部楼层 |阅读模式
谋学网

题    目:    钢结构在建筑工程中的应用及发展     


内容摘要

钢结构建筑是一种新型的节能环保的建筑体系,因其自重轻,基础造价低,适用于软弱地基,安装容易,施工快,周期短,投资回收快,施工污染环境少,抗震性能好等综合优势而受到各方的重视,被誉为21世纪的“绿色建筑”。因此在高层建筑、大型工厂、大跨度空间结构、交通能源工程、住宅建筑中更能发挥钢结构的自身优势。本文详细的阐述了钢结构的优缺点,对我国钢结构在住宅建筑中应用状况进行了分析,并进一步论述了钢结构在建筑工程中的发展及制约发展的因素。

关键词:钢结构;建筑工程;应用;发展


目     录

内容摘要        I
引   言        1
1  钢结构的特点        2
1.1  钢结构的主要优点        2
1.2  钢结构的缺点        3
2  钢结构在建筑工程中的应用        4
2.1  国内外钢结构应用概况        4
2.2  钢结构的住宅建筑体系        6
2.2.1  钢结构住宅体系的概念        6
2.2.2  钢结构住宅体系的优势        7
2.2.3  施工工艺        8
3  建筑工程中钢结构的发展        10
3.1  钢结构建筑发展史        10
3.2  钢结构建筑发展动因        10
3.2.1  发展钢结构具备物质技术基础条件        10
3.2.2  发展钢结构符合国家产业导向        11
3.3  钢结构建筑发展前景        12
3.4  制约钢结构住宅发展的因素        13
4  结语        14
参考文献        15

引   言

钢结构因具有建筑功能分区的可变性强、房屋自重轻、抗震性能优越、生产自动化施工装配化程度高和造价低综合经济效益好等优点,已经广泛的应用在建筑行业。钢结构已为许多欧美发达国家广泛采用 ,其作为一种建筑材料 ,正逐步取代其他建筑材料 ,成为建筑材料的主体。随着国民经济的快速发展以及人民生活水平的日益提高,钢结构的发展也日趋完善,但是,我国对钢结构的研究还处于起动阶段,研究力度还不够,推广和应用钢结构还需解决一系列的问题。本文对钢结构在建筑工程中的应用进行了详细分析,阐述了钢结构的特点、钢结构住宅建筑体系的优点及施工工艺,并对钢结构在建筑工程中的应用价值进行论述和评价。通过对本论题的研究,使我们对钢结构的发展有进一步的认识,从而使钢结构在我国得到更好更快的发展。


1        钢结构的特点

1.1  钢结构的主要优点
钢结构主要是指由钢板、热轧型钢、薄壁型钢和钢管等构件组合而成的结构,它是土木工程的主要结构形式之一。目前,钢结构在房屋建筑、地下建筑、桥梁、塔桅和海洋平台中都得到广泛采用,这是由于钢结构与其他材料的结构相比,具有如下优点:
(1) 建筑钢材强度高,塑性和韧性好。强度高,钢与混凝土、木材相比,虽然密度较大,但其强度较混凝土和木材要高得多,其密度与强度的比值一般比混凝土和木材小,因此在同 样受力的情况下,钢结构与钢筋混凝土结构和木结构相比,构件较小,质量较轻。适用于建 造跨度大、高度高和承载重的结构;塑性好,钢结构在一般的条件下不会因超载而突然断裂,只会增大变形,故容易被发现。此外,还能将局部高峰应力重分配,使应力变化趋于平缓;韧性好,适宜在动力荷载下工作,因此在地震区采用钢结构较为有利。
(2) 钢结构质量轻。钢材密度大,强度高,但做成的结构却比较轻。结构的轻质性可用材料的密度ρ 和强度f的比值密强化α来衡量,α值越小,结构相对越轻。建筑钢材的α值在 (1.7 ~ 3.7)×10-4/m 之 间;木材的α值为5.4×10-4/m ;钢筋 混凝土的α值约 为18×10-4/m。以同样的跨度承受同样的荷载,钢屋架的质量最多不过为钢筋混凝土屋架的1/4~1/3。
(3) 材质均匀,和力学计算的假定比较符合。钢材内部组织比较均匀,接近各向同性,可视为理想的弹—塑性体材料,因此,钢结构的实际受力情况和工程力学的计算结果比较符合,在计算中采用的经验公式不多,从而,计算的不确定性较小,计算结果比较可靠。
(4) 工业化程度高,工期短。钢结构所用材料皆可由专业化的金属结构厂轧制成各种 型材,加工制作简便,准确度和精密度都较高。制成的构件可运到现场拼装,采用焊接或螺栓连接。因构件较轻,故安装方便,施工机械化程度高,工期短,为降低造价、发挥投资的经济效益创造了条件。
(5) 密封性好。钢结构采用焊接连接后可以做到安全密封,能够满足一些要求气密性和水密性好的高压容器、大型油库、气柜油罐和管道等的要求。
(6) 抗震性能好。钢结构由于自重轻和结构体系相对较柔,所以受到的地震作用较小,钢材又具有较高的抗拉和抗压强度以及较好的塑性和韧性,因此在国内外的历次地震中,钢结构是损坏最轻的结构,已公认为是抗震设防地区特别是强震区的最合适结构。
(7) 耐热性较好。温度在 200℃以内,钢材性质变化很小,当温度达到 300℃以上时,强度逐渐下降,600℃时,强度几乎为零。因此,钢结构可用于温度不高于 200℃的场合。在有特殊防火要求的建筑中,钢结构必须采取保护措施。
1.2  钢结构的缺点
钢结构的缺点对工程的影响主要体现在以下几个方面:
(1) 耐腐蚀性差。钢材在潮湿环境中,特别是在处于有腐蚀性介质的环境中容易锈蚀。因此,新建造的钢结构应定期刷涂料加以保护,维护费用较高。目前国内外正在发展各种高性能的涂料和不易锈蚀的耐候钢,钢结构耐锈蚀性差的问题有望得到解决。
(2) 耐火性差。钢结构耐火性较差,在火灾中,未加防护的钢结构一般只能维持 20分钟左右。因此在需要防火时,应采取防火措施,如在钢结构外面包混凝土或其他防火材料,或在构件表面喷涂防火涂料等。
(3) 钢结构在低温条件下可能发生脆性断裂。钢结构在低温和某些条件下,可能发生脆性断裂,还有厚板的层状撕裂等,都应引起设计者的特别注意。
(4) 易失稳。钢结构的失稳分两类:整体失稳和局部失稳。整体失稳大多数是由局部失稳造成的,当受压部位或受弯部位的长细比超过允许值时,会失去稳定。它受很多客观因素影响,如荷载变化、钢材的初始缺陷、支撑情况的不同等。

2        钢结构在建筑工程中的应用

2.1  国内外钢结构应用概况
(1) 建筑用钢占总钢产量的比重
近数十年来,前苏联、美国、日本三个国家一直是世界上钢产量居前三位的国家,其钢产量轮流位居世界第一位。因此,这几个国家的建筑钢结构建设事业蓬勃发展。而在同一时期,我国在这方面的发展则比较缓慢,水平也相对落后。近几年来,随着我国改革开放政策的实行和推进,我国的经济建设工作取得了突飞猛进的进展。在此期间,我国的钢产量一跃成为世界第一位。1996年,我国钢产量首次突破亿吨大关;1998年我国钢产量已达11434万t,而且每年增产300万t。钢产量的增长为发展我国建筑钢结构建设事业创造了极好的时机。但目前,我国与发达国家相比在许多方面还存在着明显的差距,因此,为了推动我国建筑钢结构的进一步发展和应用,我们急需了解国外建筑钢结构的应用概况。
中国的建筑用钢总量约占全部钢产量的20%~25%,而工业发达的国家则占30%以上。如美国和日本,该项指标均已超过50%。在我国,钢在建筑中主要用于建筑用钢结构,钢筋混凝土用钢筋,钢绞线,钢丝,门窗等,而其中钢结构用钢只占10%左右,在我国一亿吨的钢产量中,真正用于钢结构上的也就200~300万吨。
根据1998年中期美国金属建筑行业分布的一些数据,美国金属建筑行业的发展和市场的基本情况是:在20世纪50、60、70、80和90年代,以百万美元计的年销售额/以万吨计的年加工量分别为150/30、300/65、1200/110、1500/125和2200/190。从中可以看出,美国的建筑用金属年销售额增长很快,估计目前已经超过25亿美元,年加工量也已经达到200万吨以上。
(2) 低层、多层建筑钢结构和轻钢结构
美国金属建筑的主要市场分布:工业(生产用厂房、仓库及辅助设施等)、商业(商场、旅馆、展览馆、医院、办公大楼等)、社区(私有及公有社区活动中心及建筑如学校、体育馆、图书馆、教堂等)、综合等方面,分别占到46%、31%、14%和9%的份额。
在美国,低层建筑中采用钢结构还是很普遍的。美国钢结构学会和金属房屋制造协会(AISC 和MBMA)联合编制了低层建筑的设计指南。所谓低层建筑是指层高低于18m,层数不超过5层的工业厂房、仓库、办公室及其他的办公和社区建筑等,其中两层以下的非居住用楼房建筑占70% 。
轻钢建筑在一些发达国家已被广泛应用于工厂、仓库、体育馆、展览馆、超市等建筑。所谓轻钢是指以彩钢板作为屋面和墙面,以薄壁型钢作檩条和圈梁,以焊接“H” 型截面做主与梁,现场用螺栓或焊接拼接的门式刚架为主要结构的一种建筑,再配以零件、扣件、门窗等形成比较完善的建筑体系,即轻钢结构体系。这种体系由工厂制作,现场按要求拼装形成。具有自重轻,建设周期短,适应性强,外表美观,造价低,易维护等特点。由于自重轻,也降低了基础的造价。国外轻钢结构厂商如 Butler、BHP、ABC等都已经进入了中国市场,我国企业应奋起直追,创造条件积极发展我国自己的轻钢结构体系,以适应今后我国建筑钢结构不断发展的要求。
(3) 高层及超高层钢结构
由于人类文化生活不断提高,对高层、大跨度建筑的要求也就越来越高。而钢结构本身具备自重轻,强度高,施工快等独特优点,因此对高层、大跨度,尤其是超高层、超大跨度,采用钢结构更是非常理想。目前世界上最高,最大的结构采用的都是钢结构,而历届奥运会的场馆也多采用钢结构。世界上目前已经建成的几个纯钢结构建筑为目前世界上最高的超高层建筑,它们是:1931年建成的102层、高381m的美国纽约帝国大厦(1969年以前一直是最高的);1969年建成的110层、高417m的美国纽约世界贸易中心(南北两座);1970年建成的110层、高443m的美国芝加哥西尔斯大厦;1996年建成的高450m的马来西亚双塔石油大厦(KLCC,号称目前世界最高,但美国的西尔斯大厦有异议);我国于1997年建成的上海金茂大厦为95层,建筑高度421m,结构高度395m,也跻身于世界最高行列。如果上海浦东环球金融中心大厦(95层460m)建成,则堪称世界最高,实为我国一大光荣。深圳赛格广场大厦70层、高279m,为世界上最高的全部采用钢管混凝土的超高层建筑,这又是我国的一大光荣。巨型钢结构为高层或超高层建筑的一种崭新体系,它是为了满足特殊功能或综合功能而产生的。它具有良好的建筑适应性和潜在的高效结构性能,是一种很有发展的结构。如日本千叶县43 层、高180m的NEC大楼,该建筑内部布置大开口和大空间庭院,其巨型结构是由四根巨型结构柱和四个巨型的空间桁架梁组成的巨型空间桁架体系。经分析,这种体系具有极强的抗推刚度。另一例是德国法兰克福1997年建成的商业银行新大楼,63层、高298.74m,通过八层楼高的钢框架为“巨型梁”连接而围成的巨型筒体系,具有极好的整体效应和抗推刚度,其中“巨响梁”产生了巨大的“螺旋箍”效应。第三例是日本拟建的动力智能大厦(DIB-200),高800m,地上200层,地下7层,总建筑面积150万m2,由12个巨型单元体组成。每个单元体是一个直径50m、高50层(200m)的框筒柱,1~100层设4个柱,101~150层设3个柱,151~200层设1个柱,每50层设置一道巨型梁。结构上设有主动控制系统,进一步削弱地震反应。香港汇丰银行也属于一巨型钢结构大厦,是诺尔曼•福尔特设计的。
(4) 大跨度钢结构
大跨度或较大跨度大都采用钢结构,当然也有用“膜”完成的,但充气膜由于一些缺点近年来很少用,张力膜则也需要钢索和钢杆的支撑。大跨度钢结构多用于多功能体育场馆,会议展览中心,博览馆,候机厅,飞机库等。最早跨度最大的平板网架是60 年代美国洛衫矶加里福尼亚大学体育馆91m×122m(正放四角锥)。最大的双层网壳是70年代也是在美国建造的休斯敦宇宙穹顶(Astrodome,直径196m)及新奥尔良超级穹顶(Superdome,直径207m)。90年代在日本名古屋又兴建了当今世界上最大跨度的单层网壳,建筑直径229.6m,结构直径187.2m,采用三向网格,节点为能承受轴力和弯矩的刚性节点。本世纪世界最早的双曲抛物面悬索屋盖是著名的美国雷里竞技馆。另外历届奥运会、博览会等都可以显示钢结构的发展水平。如1972年德国慕尼黑(覆盖7.48万m2体育场的索网建筑群),1976年加拿大蒙特利尔,1980年莫斯科,1984年美国洛杉矶,1988年韩国汉城(120m直径体操馆及93m直径击剑馆都是索穹顶),1992年西班牙巴塞罗那圣乔地体育馆(128m),1996年美国亚特兰大乔治亚穹顶( 186m×235m索穹顶)。2000年澳大利亚悉尼主体育场(11万人,两个220m×70m的双曲抛物面网壳)。机场和机库都属于大跨度结构,在工程中基本上也都采用钢结构。如英国伦敦希思罗机库(一、二期)应是规模比较大的工程。而我国近年来建成的首都机库(2153m×90m)采用三层斜放四角锥网格、焊接球节点平板网架,其跨度规模之大,在国际上是数一数二的,这是我国在钢结构方面的又一大殊荣。机场的钢结构屋盖由于建筑上的要求比较高,更是绚丽多彩。香港机场、马来西亚机场都采用大面积单体网壳形式。目前,国际上以及我国都在流行一种波浪形曲面,树状支承以及直接交汇的相贯节点的立体桁架体系。看起来雄壮而美观。我国深圳机场、首都机场、上海浦东机场就是典型的例子。
2.2  钢结构的住宅建筑体系
2.2.1  钢结构住宅体系的概念
住房的建筑形式和风格千差万别,但就结构体系(支撑骨架)而言,只有砖混结构、木结构、钢筋混凝土结构和钢结构等几种主要的结构形式。随着国家对环境保护意识的认识不断加深,对木材和粘土砖已经提出限制、限时使用,现阶段我国住宅建筑的主要结构形式主要以钢筋混凝土框架为主,但该结构施工烦琐、施工垃圾多且结构自重大,进深和开间相对较小,梁、柱粗大,空间利用率较低等缺点,这在一定程度上无法满足条件越来越高的住宅建筑的功能要求。因此,开发坚固耐久,建造迅速,空间布置灵活,易于改建的新型住宅结构体系,则成为住宅建筑和结构发展的重要趋势。
   钢结构住宅是指以钢铁结构构件为承重骨架,以轻体材料 作 为 围 护 结 构 与 功 能 配 套 的 水 暖 电 卫 设 备 和 部 品 优 化 集成的节能、环保型居住类建筑。钢结构住宅结构体系大致可分为以下几种形式:钢框架与混凝土筒体(墙体)的混合结构体系;钢框架加支撑的结构体系;钢框架与预制混凝土墙体的框剪结构体系;纯钢框架结构体系;错列桁架结构体系;轻钢龙骨结构体系。
2.2.2  钢结构住宅体系的优势
钢结构住宅体系与传统的结构体系相比具有以下优势:
(1) 利于工业化、产业化生产
钢结构住宅体系是由预制构件(框架片、网片等)及与之相配套的定型维护墙板、门、窗、隔墙等组成的,因此满足了工程化定型生产,现场拼装的特点。
(2) 绿色建筑、节能建筑
环境破坏及污染少,改建和拆迁容易,材料的回收和再生利用率高。因此,钢结构建筑达到了绿色建筑的要求,与钢结构构件及其配套技术的轻质材料(如各种轻质墙板等)采用新型材料,符合节能建筑的要求。
(3) 提高空间的利用率
由于采用了轻型屋面及墙体结构,而且其支撑钢结构的材料强度高,用料省,体形小,所以自重轻。故以钢结构做支撑体系时,可建造开间,进深较大(大柱网钢结构避免设置转换层利于各种建筑功能要求),户型户内不设柱的灵活分隔的住宅来满足建筑平面功能的要求;同时可提高住宅的空间利用率,适于住宅竖向的夹层、局部错层的改造。而且,所需构件的截面小,在相同建筑面积下的建筑空间利用率增加5~8%,这一点对以建筑面积销售而言,开发商相对要吃砖混或钢筋混凝土结构的亏,但作为销售宣传上,是极为有利的。
(4) 钢结构构件可制造各种形状,因此,使设计更加灵活,先进,它可以根据设计师的意愿来完成其建筑功能及建筑艺术特性。
(5) 由于钢结构住宅的重量轻,体量小,且钢结构本身具有良好的延性,因此其钢结构住宅的抗震性能非常好,就地震破坏的情况分析来说,钢结构建筑明显的优于刚性建筑-砖混结构和钢筋混凝土框架结构。这一点在美国、日本、台湾的地震当中都能得到明显的证明。
(6) 减少基础造价
由于钢结构住宅建筑的自重较轻,基础负载也相应的减少,因此降低了基础工程的施工难度及造价。
(7)施工周期短,提高资金的投资效益;施工现场文明
除基础施工外,构件全部由专业工厂标准化生产,施工速度快,施工周期比传统建筑缩短一半;各部件运抵现场组装,施工现场文明,现场湿作业少,噪声粉尘和建筑垃圾也少,满足环境保护的要求;施工作业受天气及季节影响较少(冬季可在工厂制作钢构件),并且可以工厂制作与现场安装平行进行,甚至一些标准化的住宅体系,可以随订货,随建造,大大缩短建造周期和资金占用时间。
(8)综合效益指数高
钢结构住宅体系直接造价略高于混凝土结构大约5%左右。但其经济效益、社会效益高,在房地产企业激烈竞争的今天,它是房地产企业综合实力的集中体现,对于提高企业产品品牌,提高企业的社会知名度都有较大的影响。
2.2.3  施工工艺
(1)钢构件的加工。钢构件一般在加工车间加工,主要工艺是除锈、焊接。梁及连接板的加工主要由下料、钻孔和焊接组成。
(2)钢结构安装。柱体在实际施工过程中按照材料采购、加工、运输、吊装、连接和加固 等工艺完成。所有钢结构制品,在刷防锈油漆前,必须将构件表面的毛刺、铁锈、油污及附着物清除干净。手工除锈达到St2,机械除锈达到Sa2。吊装顺序采用由中心向四周扩展的原则,以保证安装过程中框架的对称性和稳定性。立柱安装采用吊装,连接采用临时连接板和临时螺栓进行,形成稳定的单元框架后调整焊接及 UT 检测。
钢梁的安装分主梁、次梁(外挑梁)的安装;主梁在立柱形成单元后采用捆绑串吊施工,次梁和剪力墙框架梁根据空间和接点的实际情况,一般采用单根吊装。安装高强螺栓是目前建筑钢结构最先进的连接方法之一。紧固办法采用专用棘轮扳手和扭矩扳手经初拧和终拧完成。栓钉焊接是钢结构住宅施工中不可缺少的一个环节,常见的栓钉焊接分为直接焊接在钢梁上和穿过压型钢板后焊接在钢梁上两种方式。
(3)墙板的安装。内、外墙板一般采用工厂化加工,运输到现场吊装,外墙缝隙用嵌缝砂浆和密封胶密封。内墙板在卫生间、厨房等部位采用特殊 PVC密封胶。

3        建筑工程中钢结构的发展

3.1  钢结构建筑发展史
我国是最早用铁建造结构的国家之一,比较典型的是铁链桥,主要有云南省永平与保山之间跨越澜沧江的霁虹桥以及四川泸定大渡河上的泸定桥;其次是一些纪念性建筑,如建于 967 年的广州光孝寺的东铁塔和建于 963 年的西铁塔,以及建于 1061 年的湖北当阳玉泉寺的 13层铁塔。中国古代在钢铁结构方面虽然有所创建,但在封建制度下,生产力发展极其缓慢。在半封建半殖民地的百年历史中,中国也曾建造过一些钢桥和钢结构高层建筑,但绝大多数是外国人设计的。
新中国成立以后,随着经济建设的发展,钢结构在重型厂房、大跨度公共建筑、铁路桥梁以及塔桅结构中得到一定程度的发展。例如我国几个大型钢铁联合企业如鞍山、武汉和包头等钢厂的炼钢、轧钢和连铸车间等都采用钢结构;在公共建筑方面,1975 年建成跨度达 110m 的三向网架上海体育馆、1962 年建成直径为 94m 的圆形双层辐射式悬索结构北京工人体育馆、 1967年建成的双曲抛物面正交索网的悬索结构浙江体育馆;桥梁方面,1957年建成的武汉长江大桥和 1968 年建成的南京长江大桥都采用了铁路公路两用双层钢桁架桥;在塔桅结构方面,广州、上海等地都建造了高度超过 200m的多边形空间桁架钢电视塔。1977 年北京建成的环境气象塔是一个高达 325m 的 5层纤绳三角形杆身的钢桅杆结构。
改革开放以后,我国经济建设有了突飞猛进的发展,钢结构也有了前所未有的发展,应用的领域有了较大的扩展。高层和超高层房屋、多层房屋、单层轻型房屋、体育场馆、大跨度会展中心、大型客机检修库、自动化高架仓库、城市桥梁和大跨度公路桥梁、粮仓以及海上采油平台等都已采用钢结构。目前已建和在建的高层和超高层钢结构已有 30 余幢,其中地上 88层、地下 3层、高 421m 的上海金茂大厦的建成,标志着我国的超高层钢结构已进入世界前列。在大跨度建筑和单层工业厂房中,网架和网壳等结构的广泛应用,已受到世界各国的瞩目。桥梁方面,九江长江大桥、上海市杨浦大桥和江阴长江大桥等桥梁的建成标志着我国已有能力建造任何现代化的桥梁。
3.2  钢结构建筑发展动因
3.2.1  发展钢结构具备物质技术基础条件
(1) 从发展钢结构的主要物质基础来看
自1996年开始我国钢的总产值就已超过1亿t,居世界首位,到2002年国内钢总产量更是达到2.0 亿 t 以上。而且随着钢材产量和质量持续提高,其价格正逐步下降,钢结构的造价也相应有较大幅度的降低,相应的与钢结构配套的新型建材也得到了迅速发展。因此,发展建筑钢结构具备了必要的物质基础。
(2) 从发展钢结构的技术基础来看
在普通钢结构、薄壁轻钢结构、高层民用建筑钢结构、轻钢房屋钢结构、网架结构以及钢结构焊接、高强螺栓连接、钢管混凝土、钢骨混凝土等方面的设计、施工、验收规范规程及行业标准已发行20余本。有关钢结构的规范规程的不断完善为钢结构体系的应用奠定了必要的技术基础,为设计提供了依据。
(3) 从发展钢结构的人才素质来看
经过几年来的发展,专业钢结构设计人员已经形成一定的规模,而且他们的专业素质在实践中得到了提高。而随着计算机在工程设计中的普遍应用,国内外钢结构设计软件发展迅猛,软件功能日臻完善,为协助设计人员完成结构分析设计、施工图绘制提供了极大的便利条件。
3.2.2  发展钢结构符合国家产业导向
我国政府对钢结构行业的政策,从过去的限制使用到鼓动推广使用,从规划、政策及具体推动做了大量工作。
1999年,经国家经贸委批准,我国将“轻型钢结构住宅建筑通用体系的开发和应用”作为我国建筑业用钢的突破点,并正式列入国家重点技术创新项目。
2000年5月建设部/国家冶金工业局建筑用钢协调组在北京召开了全国建筑钢结构技术发展讨论会,会上建设部和国家冶金工业局领导作了重要指示,成立了全国钢结构专家组,讨论了国家建筑钢结构产业“十五”计划和2010年发展规划纲要及建筑钢结构工程技术政策。提出“2005”和“2010”年建筑钢结构用材分别达到全国钢材总产量的3%和 6%的目标。“十五”期间应以住宅钢结构为发展重点。
2001年3月公布了《建设部产业技术政策纲要》,其中关于住宅与房地产业技术政策的内容共包含6大项20条。《纲要》指出,要积极研究开发工厂化生产、现场装配的钢结构住宅,重点突破多层、小高层钢结构住宅,逐步向高层住宅发展。与此同时,还要研究开发与钢结构配套的围护结构、楼板结构及其他配套构件与部件,形成钢结构住宅建筑体系。
2001年上半年,为推动我国钢结构住宅建筑体系的建立,促进住宅产业化,建设部科技司分别召开了“钢结构住宅产业化技术导向编制研讨会”和“钢结构住宅建筑体系及关键技术研究课题立项评审会”。确定了制定钢结构住宅产业化技术导向的编制原则,通过了18个包括钢结构住宅建筑体系及其关键和示范工程的立项。
2001年年底,建设部发布了《钢结构住宅建筑产业化技术导则》建科〔2001〕254号文。该文件明确了钢结构住宅建筑技术发展的基本原则,是钢结构住宅建筑发展的指导性文件。
在 2001年全国建筑钢结构行业大会上,中国建筑金属结构协会会长杜宗翰指出:21 世纪是钢结构的世纪,2001年是建筑钢结构的元年,发展建筑钢结构刻不容缓。
3.3  钢结构建筑发展前景
(1) 电力钢结构方面
电力工业将“加强电网建设,推进全国联网”作为该行业“十五”期间发展和结构调整的重点,其前三年内投资2500亿元,而作为“西电东送”末端电网的广东,也将对城乡电网进行大规模改造,由此将带来我国输变电铁塔及变电站钢结构用材的高峰。据电力部门介绍,每年用于国家重点电力输出工程中的钢材就有五六十万吨,其中,电力铁塔用中型钢材比例高达84%左右。有关专家预计,其需求量每年将递增10%左右,且不包括地方及城乡电网改造用的钢材量。
(2) 海洋钢结构应用方面
按照海洋石油的发展规划,未来五年,我国将投资 1200亿元开发海洋石油天然气。据了解,目前已相继开工多个亿吨级海上油、气田,海洋采油平台钢结构用材量也随之迅速增加。
(3) 在桥梁用钢结构方面
钢结构已经越来越受到桥梁设计单位、业主和主管部门的青睐,而未来数年,全国各地将大规模加强各种路网的建设,可以预见,大跨度的钢结构桥梁将不断地涌现。如:拟建中的连接香港和珠海伶仔洋跨海公路大桥、连接广东与海南的琼州海峡大桥、连接浙江与舟山市的大型桥梁工程等。
(4) 在机场建设钢结构应用方面
“十五”期间,我国将重点建设枢纽机场,完善干线机场,增加支线机场,投资1300亿元,重点建设北京、上海、广州三个枢纽机场,扩建天津、沈阳、大连、成都、重庆、宁波、济南等干线机场,新建和扩建敦煌、黑河、九寨沟、佳木斯等40个支线机场,到2005年,全国通航机场从原来的129个增加到150个。
(5) 在物流方面
各个中心城市都掀起建设物流基地的热潮,如北京、上海、广 州、深圳等中心城市都提出了建设地区性、全国性甚至国际性的物流基地,而物流基地的建设,将涉及到港口、大型仓库的建设,这给钢结构带来的应用市场不容忽视。
(6) 住宅钢结构方面
国家经贸委、国家建设部已将之纳入规划、试点中,钢结构住宅产业化也正在马钢、莱钢、天津进行试点。今后20年~30年,我国的房地产业还将是一个发展趋势,每年将完成建筑面积11亿 m2 ~15亿 m2。其中 10%~20%采用钢结构,将是一个可观的数字。另外,钢结构的发展给传统建筑业带来了历史性的变革,钢结构建筑体系是一种新型的建筑体系,它有可能打通房地 产业、建筑业、冶金业之间的行业界线,集合成为一个新的产业体系。由于钢结构具有独特的优点,因此,钢结构建筑在环保、节能、高效、工厂化生产等方面的特点都将是建筑业未来的发展要求。与此同时,钢铁业与建筑业是国民经济的两大支柱产业,钢结构的发展必将促使建筑业、冶金业、机械工业、汽车工业、农业、石油业、商业、交通运输业得到迅猛发展,同时极大地拉动内需,对我国国民经济将产生重大的影响。因此,钢结构在我国市场前景十分广阔。
3.4  制约钢结构住宅发展的因素
(1) 钢结构住宅体系缺乏统一的标准准则,因此从设计到施工、建筑防火及工程验收等环节差别较大,在设计规范、建筑防火(是以人为本还是以物为本-即对于多层住宅而言,人在1.5h防火要求时间内完全可以逃生)要求尚缺乏必要的有针对性的规范准则。
(2) 住宅建筑综合性比较强,平面布置比较复杂,使用要求比较高,钢结构作为建筑的一种结构体系虽然毫无技术问题,但整体钢结构体系(包括与各种围护构件的连接件的配套生产、防火材料、各种板材等)的采用在经济核算上、工程使用上尚有难度。
(3) 在住宅建筑中,结构体系不能外露,对钢结构构件的设计,钢结构的维护和防火、防腐带来困难。
(4) 缺乏合适的外墙板(包括屋面板),内墙板及楼面板等材料,因此,很难做到既要经济耐用,又能达到防火、防腐、保温、防水、隔声、隔热等要求。
4  结语

钢结构的发展前景十分让人看好,从世界范围来讲也好,从我们中国来说也好,应该是一种趋势,是建筑的发展方向。因为钢结构具有很多钢筋混凝土结构所无法比拟的优点,已被公认为绿色环保型产品,符合可持续发展的政策。近两三年来,住宅钢结构的发展也成了业内的热点话题。通过对钢结构产业的进一步研究,对不利因素进行改善,相信不久的将来,钢结构产业必然会给建筑行业带来了一场深层次的革命。


参考文献

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[2] 石建军,姜袁.钢结构设计原理.北京:北京大学出版社,2007。1-2.
[3] 王伟,付志斌.我国钢结构住宅发展前景展望.江苏建筑,2004年(1):19-20.
[4] 叶琳、丁新中.谈钢结构建筑进展,山西建筑,2005(22).
[5] 刘学利、李宜宏,钢结构住宅体系现状及对若干技术问题的讨论.天津建设科技,2005(3).


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