谈我国现代钢结构建筑的发展★

马福全 常源朝 高建新 孙 皓

(东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)



谈我国现代钢结构建筑的发展★

马福全 常源朝 高建新 孙 皓

(东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

介绍了钢结构建筑的概念及常见的建筑类型，从材料、施工工期、质量、后期改造等方面，阐述了钢结构建筑优良的工程与经济特性，并针对制约钢结构建筑发展的因素，提出了几点解决对策，有利于促进钢结构建筑的推广应用。

钢结构，建筑类型，钢材

0 引言

2008年5月12日是一个让全体中国人民痛心的日子，下午14时28分里氏级别高达8.0级的地震发生在我国四川汶川县，一时间山崩地裂，无数的房屋倒塌，造成了巨大的经济损失和人员伤亡，成为我国在唐山大地震后伤亡最严重的一次自然灾害。回顾历史我们可以发现，尽管绝大多数钢筋混凝土建筑在地震中被摧毁，但部分钢结构建筑却始终屹立不倒，例如四川绵阳的九州体育馆、南河体育中心等不但没有受到明显破坏，还成为安置灾民的临时避难所。我国作为一个多地震的国家，其地震级数、破坏程度给我国国民带来了巨大灾难，要想解决这一难题，一方面是大力发展地震预测技术，健全灾害防治机制；另一方面必须积极探索我国建筑行业发展的新途径，大力推进钢结构建筑形式势在必行。

1 钢结构建筑的概念及常见的钢结构建筑类型

1.1 钢结构建筑的概念

所谓钢结构建筑是相对于传统的钢筋混凝土建筑结构来说的。传统的钢筋混凝土建筑利用钢筋和混凝土之间良好的粘结性和相近的温度变形性能使二者紧密的结合为一体，二者互有补充相辅相成构筑建筑物的承重基础[1]。而钢结构建筑则是以钢材作为建筑施工和后期承重的主要材料并结合必要的施工技术而呈现出的用于担负预定任务、支撑荷载的新型建筑物形式。

1.2 常见的钢结构建筑类型

近年来，随着钢结构的应用范围不断扩大，工程上为了有效发挥钢材的优良特性所采用的结构形式也不相同。目前，钢结构建筑形式多种多样，按照钢结构的类型和用途可以分为五大类，即轻型钢结构、高层钢结构、住宅钢结构、空间钢结构和桥梁钢结构，各结构具体特点及主要应用方向如表1所示。

2 钢结构建筑优良的工程和经济特性

最近几年，由于国家大力推进城镇化进程，高层建筑日益增多，城市建设日新月异，我国钢结构建筑得到了巨大发展，对于钢结构的研究和开发也越来越深入。钢结构建筑相比于传统的钢筋混凝土结构优势突出、特征明显，具体优势列举如下：

1)材料方面。

传统钢筋混凝土结构使用的基础建材如水泥不仅是资源能源消耗大户，而且对环境也造成了严重污染，据统计，传统建材工业每年要消耗各种不可再生矿产资源70多亿吨，每年排放的各类固体废弃物占到全国工业部门总量的80%，给周边环境带来了巨大破坏。相比较而言，钢结构的主要原料为钢材，钢材和其他材料相比优势明显。首先，由于钢的主要组成物质是铁、合金和少量的碳，组织内部质地均匀，接近各向同性，实际工作性能与计算假定吻合度高，在承担后期荷载方面可靠度优势明显；其次，钢材的强度较高，塑性和韧性较好。较高的强度使得钢结构建筑的工程适应性提高，在建筑跨度和承载方面可以更好地适应工程要求；良好的塑性和韧性则使结构能通过自身的变形更好的适应冲击荷载，避免了结构在动荷载条件下的失稳现象。

表1 常见的钢结构类型表

2)施工工期和施工质量方面。

传统钢筋混凝土建筑由于受施工工艺和施工材料的限制，施工工期较长，施工工序步骤繁杂，现场作业的施工精度不高。而钢结构建筑的主要承重构件能实现批量化生产，且工序的连贯程度较高，从工厂到工地工人们要做的只是按施工图进行拼装和锚固，大大简化了施工工序，提高施工速度的同时也保证了工程质量。施工工期的缩短减少了作业人员的工资支出和银行贷款时间，也为建筑物尽快投入使用收回建造成本创造了有利条件。

3)后期改造方面。

传统钢筋混凝土结构由于结构形式笨重，后期拆迁重建困难较大，而且经常产生大量的建筑垃圾，回收难度大，综合利用率较低。但钢材属于绿色材料，可以达到100%的回收率，当既有的钢结构建筑不符合社会经济发展要求时，整个结构可以在短时间内拆迁和搬移，并且大部分结构构件可以重复利用，节约了后期造价成本的同时对周围环境也不会产生较大的影响。

3 我国钢结构建筑的发展状况及对策分析

3.1 我国钢结构建筑的发展状况

我国首次把熟铁应用于工程建筑中最早可以追溯到公元60年的两汉时期，最著名的就是大渡河泸定桥，充分显示出了我国古代高超的金属结构技术。近代以来，由于清政府盲目自大、闭关锁国切断了和外界的交流导致钢产量持续下跌，钢材在建筑业的应用发展缓慢。新中国成立之初，千疮百孔、百废待兴，受制于我国当时一穷二白的发展现状，钢结构建筑在挫折中缓慢前行。20世纪70年代末期，我国大力推行改革开放政策，我国的一些沿海地区率先从国外引进了轻钢技术，一大批钢结构厂房和多栋高层钢结构建筑的建成迎来了我国钢结构发展的第一次高潮。此后，钢结构建筑在我国快速发展，在过去的30年里取得了令人欣喜的成绩：

1)高层和超高层钢结构建筑发展方面。

改革开放初期，由于我国高层钢结构设计和施工技术发展不健全，建筑模式基本上都是国外设计和施工承建，比较著名的如上海金茂大厦、深圳地王大厦等。20世纪末期，随着我国技术规范的完善和经验的积累，我国逐渐开始探索自主设计和施工的新模式，1998年大连远洋大厦的竣工标志着我国高层钢结构建筑迈向国产化进程。

2)轻钢结构建筑发展方面。

20世纪90年代以来大批国外公司涌入中国市场，轻钢结构以其施工方便、综合造价低等诸多优点在国内迅猛发展，国家也在全国很多地区建立了轻钢结构住宅试点工程，目前我国建设部已将轻钢结构住宅列为重点推广项目，全国每年约有300万m2轻钢建筑竣工[4]，其中比较有代表性的如黑龙江省2002年竣工的号称钢铁巨人的龙塔就采用了这种轻钢结构。

3)空间钢结构建筑发展方面。

由于空间钢结构建筑具有独特的现代建筑美感，在国内大型体育馆、展览中心应用广泛，如国家大剧院、国家体育馆鸟巢等，其中国家体育馆鸟巢在2014年入选“中国当代十大建筑”，它在建造过程中采用大量焊接箱形构件，构件尺寸巨大而且内部存在大量空间扭曲构件，建造难度前所未有，充分体现了我国空间钢结构建筑的建造水平。

4)桥梁钢结构建筑方面。

虽然我国钢桥工作起步较晚，但经过几十年的发展和积累钢结构桥梁技术已日趋成熟，在很多领域处于世界领先地位。2003年竣工的上海卢浦大桥，全桥主跨达550 m，是世界上首座采用箱形拱结构的特大型拱桥；2008年1月份，重庆朝天门大桥主拱成功合龙，跨度超越卢浦大桥2 m，再一次刷新了大跨度桥梁的世界纪录，而且值得一提的是，在汶川地震发生后经过有关单位的检测大桥完好无损，并未受到大地震的影响。

3.2 对我国钢结构发展的建议

目前我国钢结构用钢的比例不到6%，在关键的住宅和桥梁结构中，钢结构建筑所占比例更是不到1%，远不及发达国家20%～30%之间的发展水平。为了促进我国钢结构建筑的发展，现将有关建议列举如下：

1)制定有利于钢结构产业的发展政策，在政策和经济上给予支持。

目前，钢结构施工资质的企业约有3 000家，而且企业规模普遍偏小，行业竞争十分激烈。这种竞争不仅局限于钢结构企业之间的业务争斗，更重要的是还要抵抗本就实力强大的传统钢筋混凝土结构行业。而且由于传统观念的影响，人们对钢结构还处于认知阶段，对钢结构的特性还存在着种种担忧，大大阻挠了钢结构的发展。所以国家要想推进钢结构建筑发展改变我国传统建造行业格局就必须进行宏观调控，促进钢结构产业发展壮大。

2)促进钢结构企业与高中专院校之间的交流，大力培养相关专业技术人才。

国内钢结构的快速发展对钢结构专业人才的专业素养有了更高要求，相关企业应加强与高中专院校的合作，培养大量钢结构设计、施工专业人才，走产学研合作道路，形成钢结构理论、技术研发和成果转化的良性循环道路。

3)加强对钢铁行业的管理，提高国产钢材的竞争力。

最近几年，我国钢铁行业产能过剩，钢铁企业规模参差不齐，产品中粗钢所占的比重过高，一些高质量的钢材又不能实现国产。所以，相关部门必须强化市场监管体系，对于规模小、耗能高、污染大的企业予以整治和关停，培育产业集群，支持龙头企业做大做强。

4)重视研究钢结构建筑本身的局限性，力争有所突破。

近年来钢结构建筑方兴未艾，但不可否定的是钢材本身也存在属性上的不足。一方面，钢在冶炼和浇筑的过程中存在冶炼缺陷，如化学成分在钢材内部分布不均匀而产生的偏析现象往往会造成磷、硫等有害元素富集在钢材某一区域，严重影响了钢材的工程特性。另一方面，钢材对不利环境的抵抗能力较差，如果后期防护不到位就极易被腐蚀，且往往后期的防护费用会大大增加钢结构建筑的总造价；同时钢材虽然有一定的耐热能力，但对火灾产生的高温抵抗性能较差，如911事件中纽约世贸大楼的倒塌。

4 结语

钢结构建筑经济耐久、施工快速、自重较轻、坚固耐用且回收利用率高，具备传统钢筋混凝土建筑无法比拟的工程和经济优势，发展钢结构建筑符合我国建筑产业化的目标，符合国家的经济政策趋向，更加体现了可持续发展的目标。随着我国对经济发展过程中产业结构的调整和相关技术应用方面日趋成熟，钢结构建筑正在迎来发展的春天。可以推测，21世纪钢结构发展不可限量，终有一天钢结构建筑将替代传统钢筋混凝土结构成为建筑首选的结构类型。

[1] 贾艳敏，高 力.结构设计原理[M].北京：人民交通出版社，2004.

[2] 白尚平.国内外绿色建材发展综述[J].科技情报开发与经济,2007(35):156-158.

[3] 马 健.浅析钢结构建筑在我国的发展前景及关键问题[J].工程经济,2015(1):60-64.

[4] 雷宏刚.21世纪建筑钢结构的应用及展望[J].山西建筑,2002，28(2):4-6.

[5] 梁新文.浅析桥梁钢结构的发展现状与前景[A].2013中国钢结构行业大会论文集[C].中国钢结构协会(China Steel Construction Society),国家钢结构工程技术研究中心(National Engineering Research Center for Steel Construction),2013.

On the development of modern steel structure building in China★

Ma Fuquan Chang Yuanchao Gao Jianxin Sun Hao

(School of Civil Engi., Northeast Forestry Univ., Harbin 150040, China)

The paper introduces the concept of the steel structure buildings and common architectural types, from the material, construction period, quality, late reformation and so on, illustrates the engineering and economic features of the steel structure buildings, and points out some solutions according to the factors restraining the steel structure development, so as to enhance the application of the steel structure buildings.

steel structure, architectural type, steel material

1009-6825(2016)12-0007-03

2016-02-19

马福全(1994- )，男，在读本科生； 常源朝(1993- )，男，在读本科生； 高建新(1994- )，男，在读本科生； 孙 皓(1994- )，男，在读本科生

TU391

A

★:中央高校基本科研业务费专项资金项目(项目编号：2572014CB21)；大学生创新训练计划项目(项目编号：201510225171)