简述钢结构特点及其发展前景

付佳乐　洪翔宇　但唐坤　黄武福

摘 要：改革开放以来，随着我国经济建设的迅猛发展，土地资源日益宝贵，建筑结构向高层以及超高层发展。钢结构则以其诸多优点在我国现代化建设中占据了突出地位。以后随着钢材强度、质量的进一步提高，钢结构在未来建设中的应用范围将会更加宽广。

关键词：钢结构；特点；前景

1引言

钢结构是采用钢板、型钢通过型钢连接而成的结构，其延塑性好，强度也比较高，抗震性能良好。另外，钢结构主要以钢材为材料，而钢材具有可回收性，因此大大减少了建筑垃圾的产生，符合我国当代可持续发展的战略目标。钢结构的产生为行业发展引进了新的思路，有望成为未来高层建筑的主要结构形式。

2钢结构的优缺点

2.1钢结构的优点

2.1.1钢结构的强度高，塑性以及韧性好。与混凝土结构以及砖石结构相比，由于其所用钢构件均可由厂家预制，有效的保证了各构件的质量，因此钢结构的强度较高，也更加适用于大跨度结构。在钢结构设计时，取钢材的屈服状态为极限状态，因此实际上钢材还有较高的强度储备，其安全性更好。钢材优秀的韧性性能也使得钢结构在承受动力荷载时可以产生较为充足的变形以消耗冲击荷载所产生的能量，因此钢结构的抗震性能要明显由于混凝土结构和砖石结构等。

2.1.2钢结构密闭性好、造型美观，适合工业化生产。焊接是钢结构连接的主要方式，随着焊接技术的发展，焊缝处理越来越好，可以做到钢结构件的完全密闭，因此对于密闭要求较高的结构来说，钢结构应是其优先选择的结构形式。由于钢材的塑形，在制作过程中比较容易制造出各种体型的钢构件，设计时可以较容易的丰富建筑立面，达到建筑物设计美观的要求。钢结构所用构件均为工厂预制然后现场装配的，因此钢结构产业工业化程度更高，施工进度更快，更加适合现在快速施工的建设客观要求。

2.1.3钢结构自重轻，材料可回收性好。与其他建筑材料相比，钢材密度相对较大，但是由于其强度要远高于混凝土、砖石材料，所以，钢结构的自重要小。同等高度的建筑物，钢结构的自重约为混凝土高度的1/2—3/5，且钢结构的截面要小，可以节省建筑空间。另外，由于钢结构主要原料为钢材，钢材的可降解性好而且可以回收利用，因此鋼结构对于材料的利用率更高，效果更好，更环保。

2.2钢结构的缺点

2.2.1耐火性很差。尽管钢材不是可燃材料，但是由于温度对钢材强度影响很大，因此钢材耐火性很差。以失去支持能力为标准，无保护层时钢柱和钢屋架的耐火极限只有15min。当温度超过600℃时可以认为钢材已经失去了承载能力。因此当钢材表面在施工或者使用过程中温度过高时需要按照相关的规范进行保护处理。

2.2.2失稳和变形过大造成破坏。钢结构自重轻的实现是因为设计过程中考虑钢材的高强度，可以使其截面适当的小而且薄。但是对于受压杆件而言，一般情况下都会在其强度破坏之前发生屈曲。一旦变形过大，构件就会失稳破坏。因此在设计时要充分考虑长细比对构件的影响，增强钢结构的稳定性，使其强度得以充分利用。

2.2.3钢结构耐腐蚀性差。钢材的腐蚀既受到其自身材质影响，也受到环境介质的作用。当混凝土的含碱度降低时，混凝土对钢筋的保护作用减弱，钢筋更容易腐蚀。因此，处于强腐蚀性环境中的建筑物应尽量避免采用钢结构。

3钢结构的主要应用

3.1高层及超高层钢结构

随着建筑规模的扩大，建筑高度越来越高。减小结构自重在高层以及超高层设计中十分必要。钢结构以其自重小、强度高、桁架结构等受力合理等优点成为高层、超高层建设中的主要结构形式。钢—混凝土组合结构的提出更使建筑可能高度进一步提高且其安全性能更好。

3.2轻型钢结构住宅

轻型钢结构住宅具有自重轻、跨度大等一般钢结构建筑物拥有的优点。另外，它的空间布置更加灵活，易于满足房间的使用要求。

3.3大跨度空间钢结构

对于诸如大型体育场等对房间大空间要求较高的建筑物，在大空间内不允许构造柱的出现，使用单一的混凝土结构已经很难满足结构设计要求。这种情况下，采用网壳结构的大跨度钢结构则可以很好地实现这种大使用空间的要求。

3.4桥梁钢结构

交通建设在我国基础设施建设中占据重要地位，钢结构自重小、强度高的特点非常适合大跨度桥梁的建设。钢构桥在现代桥梁建设中已经占据了重要的地位。南京长江第二大桥的建成展示了我国斜拉桥建设的成果。其主跨长达628m，显示了钢结构在桥梁建设中极强的适用性。

4钢结构的发展前景

钢结构在我国已经有了相当长的一段时间，以钢结构为主要形式的建筑物也已经建成了很多。在此过程中，我国建立了很多规范，关于钢结构的研究也在不断进行。从各方面来看，钢结构在未来有望成为主要的结构形式。

4.1从钢结构的计算理论上来看

钢结构设计从最初的古典理论到现在的按极限强度设计理论，其设计方法越来越精确合理，基于概率论的分析也可以使设计方案更加优化。虽然对于体系的可靠度、疲劳计算等问题仍有待解决，但随着有限元等先进分析方法的提出和优化，这些问题终将解决。

4.2从设计人才方面来看

钢结构已经发展了较长的一段时间。其间，越来越多的人投入到钢结构的建设中去，积累了宝贵的经验，关于钢结构设计的讲授也在各大高校进行。在未来，钢结构设计并不缺乏人才，有望使得钢结构建设理论更加完善。

4.3从我国钢铁产业来看

我国的钢铁产量世界领先，钢材仍是我国的基础建设材料。因此钢结构建设原料充足，而且钢材可回收，是绿色能源，符合我国的发展战略。

5结语

钢结构优缺点并存，但是充分利用其优点就会节省建筑成本，赢得巨大的经济效益。钢结构的设计会逐渐完善，有望成为主要的结构形式。

参考文献：

[1]苏秀玲，张良艳.钢结构的优点及发展前景[J].研究与探讨，2011，12：281

[2]肖亚明.我国钢结构建筑的发展现状及前景[J].合肥工业大学学报，2003，2：112

（作者单位：武汉科技大学城市建设学院）