我国钢结构在建筑领域的发展及方向探索

王铭晖WANG Ming-hui；刘晓霞LIU Xiao-xia

（中南控股集团有限公司，海门 226124）

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

0 引言

1871 年10 月，一场持续3 天3 夜的大火将整个芝加哥化为灰烬，然而这次重建却标志着建筑新时代的来临，废墟上出现了世界上第一栋采用钢构架的摩天大楼，迄今为止已有100 多年了。这一个世纪以来，钢结构的发展无论是从量上还是质上有很大的飞跃。加上钢筋混凝土自重大、施工工期长等缺陷，钢结构在建筑行业的快速发展已成为必然。目前我国经济建设的需要，体育场、剧院等大型公共建筑的建设更是离不开钢结构，这也正是我国钢结构发展的最好时机。

1 钢结构的定义及特征

1.1 钢结构的定义 钢结构是指采用钢板及型钢经过加工成各种形状的钢构件后，通过焊接、螺栓连接、铆接将钢构件相互连接固定而成的承重结构物。

1.2 钢结构的特征 钢结构的特点大体可总结为以下几个方面。①钢结构质量轻、强度高。同等荷载和强度要求下，钢结构比钢筋混凝土等其他类型结构轻，对于无吊车梁的工业和民用建筑，轻钢结构的钢材用量一般为20-50kg/m2。②钢结构制作简单、施工安装周期短。钢结构工程大都使用H 型钢、槽钢等型材，制作简单。钢结构构件在加工厂中制作，质量可靠、精确度高，加工好的构件大都采用焊接或螺栓连接，因此，与同等面积的钢筋混凝土工程施工相比，钢结构工程的安装工期具有明显的施工周期短的特点。③机械化水平高，钢结构的制作和加工多采用大型机械，极大的降低了劳动强度。钢结构制作过程中，从下料、拼板、组立、埋焊、调直等整个过程都以机械为主，安装过程中也主要采用大型机械吊装，在一定程度上降低了劳动强度，节省了大量人力。④钢结构符合绿色环保节能理念。采用钢结构减少了水泥砂石开采工作，有利于生态环境的保护。钢结构在进行安装的过程中，主要采用整体式连接，不需要加工制作混凝土，在很大程度上减少了粉尘的污染，减少了建筑垃圾，降低了施工噪声。另外，98%以上的钢结构构件可以回收利用，既节约了材料，又节约了能源，复合绿色环保和可持续发展的原则。

2 钢结构的发展及应用

2.1 钢结构的发展 我国建筑用钢占到我国钢产量的20%-25%，其中钢筋约占了建筑用钢量的95%，钢结构用钢达到建筑用钢量的5%左右，也就是说，建筑钢结构用钢量占我国钢产量的比例仅有1%。然而发达国家美国、日本等，钢结构用钢量占钢产量达到10%-30%，与之相比，我国钢结构的发展还有待于进一步的推广。①高的钢产量为发展钢结构提供了物质基础。1996 年以前，我国钢材产量主要用于国防等重要行业，限制钢结构的用钢量，直至1996 年我国才首次修改了钢结构使用政策，解除限制，随后几年，我国钢材产量大幅增加，2012 年底，钢材产量达到9.6 亿元。②一系列的规范和规程的颁发为钢结构发展奠定了技术基础。我国每年都有新的钢结构相关规范颁布。截止目前，我国关于钢结构的国家标准达8 项，设计图集达25 项，这些标准规范为钢结构制作加工过程中的技术问题提供了技术依据。③政策支持为钢结构发展提供了国家保证。目前，财政部联合住建部出台了建筑补贴政策，钢结构建筑位列其首，同时，国家十大推广技术中也有钢结构专列。

2.2 钢结构在建筑结构中的应用 钢结构具有强度高、抗震性好、机械化水平高、施工周期短等特点，除常规的工业厂房外，钢结构在大跨度建筑、高层超高层建筑、新型住宅中都有广泛的应用。①大跨度结构，目前钢结构在大跨度结构中一统天下，上海八万人体育馆、鸟巢、国家大剧院等、广州新白云机场、武汉九头鸟火车站等大跨度结构都采用钢结构，用钢量最高为鸟巢，达760kg/m2。②超高层建筑，随着筒体结构体系、钢板剪力墙的广泛应用，越来越多的超高层建筑采用钢结构，例如上海环球金融中心、上海金茂大厦、上海中心大厦、电视塔如广州小蛮腰、黑龙江广播电视塔等。③钢结构住宅及办公楼，目前，我国正大力推广住宅产业化，钢结构体系将成为住宅结构体系的主流。采用钢结构的住宅群有很多，比较有名的就是位于武汉市江岸区的武汉世纪家园小区，由浙江杭萧钢构公司承建，其结构最大的亮点就是新型CCA 板灌浆外墙、冷弯高频焊接矩形钢管混凝土柱和高频焊接H 型钢梁的应用。杭州建的轻钢结构的小别墅，300 平方米的住宅8 人10个工作日即可完成装配。2 个月交付使用。更是突出了钢结构工期短的特点。

3 钢结构发展中存在的质量控制难点及措施

钢结构的发展步伐稳健，然而在钢结构的制作安装过程中，存在几个方面的质量控制难点，主要包括钢结构的防火防腐性能差和人为操作质量控制两个方面。

3.1 钢结构自身存在的问题，也就是防火性差和耐腐蚀性差 美国911 事件中，世贸大楼之所以会快速倒塌，原因主要在于钢结构防火性能差，当钢材受热超过200°C时，抗拉、抗压强度降低；受热达到600°C 时，钢材进入塑性状态失去承载能力。同时，钢材在潮湿的环境中，特别是处于腐蚀介质的环境中容易锈蚀。所以钢结构在制作安装过程中，防火防腐涂装质量一定要严格控制，达到设计要求，而且在使用期间还需定期进行维护。

3.2 钢结构制作安装过程中人为产生的质量问题 钢结构在制作过程中，切割、焊接工艺由于人为操作选择不当，会造成制作的钢构件达不到要求，在钢结构进行制作的过程中，要及时对工人进行培训，不同厚度的板材采用不同的切割技术。钢结构在安装过程中，柱脚安装、螺栓的安装和现场焊缝最容易出现问题，柱脚安装会因为预埋件的位置不对、锚栓不垂直现象等出现问题，因此在进行柱脚安装前期，预埋件的埋设工作时，钢结构施工单位和土建施工单位要一起参加，并且在混凝土浇捣之前，必须复核相关尺寸及固定牢靠；锚栓在安装时，应坚持先将底板用下部调整螺栓调平，再用无收缩砂浆二次灌浆填实。高强螺栓在安装时，要清除表面的油污等杂质。

4 结论和展望

相比于普通钢筋混凝土结构，钢结构具有很多优点，钢结构的发展将会一路向前，这也就需要在实践中不断的进行经验总结，以确保其施工质量。同时，要总结有价值的钢结构体系，研发和生产钢结构的围护结构，对钢结构建筑所需的构配件、楼墙板、建筑材料、配件安装工艺进行研究，提出适合我国地形地貌环境的钢结构建筑体系。

未来钢结构的发展，主要包括两个方面，材料的优化和技术的提高，尤其会挑战造型和空间方面的创新，这将充分利用钢结构的材料特性，在外观方面给人耳目一新的感觉。就像广州电视塔“小蛮腰”一样的地标性超高层建筑，更加追求与众不同的造型和高难度的施工技术。我国现有钢结构技术水平标志着我国在建筑开发和建设方面已迈入了钢结构的体系时代，这将为我国的建筑行业带来新的突破。

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