钢结构建筑

浅谈钢结构建筑

目前我国的钢结构建筑发展迅速，规模空前。与其他结构形式相比，钢结构有无可比拟的优势，必将有更广阔的发展空间。

一、钢结构建筑的发展历史及现状

钢结构建筑的发展可以追溯到十八世纪末的英国。一百年后法国工程师埃菲尔建造了著名的铁塔，人们也开始尝试建造钢结构的独户住宅，从此钢结构建筑彻底改变了以往建筑造型的模式，建筑设计的理念与方法亦随之改变。早期的钢结构仅是部分构件、配件用铸铁、熟铁制成，到了19世纪80年代结构型钢的出现加快了钢结构在建筑工程中的发展，使钢结构建筑在20世纪60年代实现了其第二次理论和实践的飞跃与创新的发展。

我国自1949年全国解放后，钢结构就在大跨重型工业厂房、大型公共建筑和高耸结构中得到了应用。近年来，伴随着中国市场经济的发展，建筑钢结构产品迅速发展，尤其是国外技术和新产品的引进，钢结构品质的提高，价格的降低，使钢结构在厂房、仓库、机场等建筑上广泛运用，继而推广到住宅、公共建筑、大跨度的体育场馆等方面。

目前，钢结构建筑在国内得到了空前的发展，主要可以分为如下几类：

（一）高层重型钢结构

高层钢结构建筑是一个国家经济实力和科技水平的反映，又往

往被当作一个城市的标志性建筑。从20世纪80年代至今我国已建成多幢高层钢结构建筑。上海环球金融中心（101层、高492米、用钢量6.5万吨），是中国大陆最高的建筑。

（二）大跨度、空间钢结构（包括膜结构）

近年来，以网架和网壳为代表的空间结构继续大量发展，不仅用于民用建筑，而且用于工业厂房、候机厅、体育馆、大剧院、博物馆等。无论在使用范围、结构形式、安装施工工法等方面均具有中国建筑结构的特色。如杭州、成都、西安、长春、北京、上海、武汉、济南、郑州等地的飞机航站楼、机库、会展中心等建筑，都采用圆钢管、矩型钢管制作为空间桁架、拱架及斜拉网架结构，其新颖和富有现代特色的风格使它们成为了所在城市的标志性建筑。

（三）轻钢结构

轻钢结构是相对于重钢结构而言的，其类型有门式钢架、拱型波纹钢屋盖结构等，用钢量（不含钢筋用量）一般为每平方米约30公斤。门式钢架房屋跨度一般不超过40米，个别达到70多米，单跨或多跨均用。单层为主，也可用于二层或者三层建筑。门式钢架和拱型波纹钢屋架都有相应的设计施工规程、专用软件和通用图集。

（四）钢-混凝土组合结构

钢-混凝土组合结构是充分发挥刚辞和混凝土两种材料各自优点的合理组合，不但具有优良的静、动力工作性能，而且能大量节

约钢材、降低工程造价和加快施工进度，同时，对环境污染也较小，符合我国建筑结构发展的方向。深圳赛格广场大厦，高291.6米，属世界最高的钢-混凝土组合结构。

二、钢结构建筑的优点及面临的问题

（一）钢结构的优点

钢结构是用钢板、热轧型钢或冷加工成型的薄壁型钢制造而成的，和其他材料的结构相比，钢结构有无可比拟的优越性。主要体现在以下方面：

1、材料的强度高，塑性和韧性好。

钢材和其他建筑材料诸如混凝土、砖石和木材相比，强度要高得多，因此，特别适用于跨度或荷载很大的构件和结构。钢材还具有塑性和韧性好的特点。塑性好，结构在一般条件下不会因超载而突然断裂；韧性好，结构对动力荷载的适应性强。良好的吸能能力和延性还使钢结构具有优越的抗震性能。

2、材质均匀、与力学计算的假定比较符合。

钢材内部组织比较接近于匀质和各向同性，而且在一定的应力幅度内几乎是完全弹性的。因此，钢结构的实际受力情况和工程力学计算结果比较符合。钢材在冶炼和轧制过程中质量可以得到严格控制，材质波动的范围小。

3、钢结构制造简便，施工周期短。

钢结构所用的材料单纯而且是成材，加工比较简便，并能使用

机械操作，因此，大量的钢结构一般在专业化的金属结构厂做成构件，精确度较高。构件在工地拼装，可以采用安设简便的普通螺栓和高强度螺栓，有时还可以在地面拼装和焊接成较大的单元再行吊装，以缩短施工周期。此外，对已建成的钢结构也比较容易进行改建和加固，用螺栓连接的结构还可以根据需要进行拆迁。

4、钢结构的重量轻

钢材的密度虽比混凝土等建筑材料大，但钢结构却比钢筋混凝土结构轻，原因是钢材的强度与密度之比要比混凝土大得多，以同样的跨度承受同样的荷载，钢屋架的重量最多不超过钢筋混凝土屋架的1/3至1/4，冷弯薄壁型钢屋架甚至接近1/10，为吊装提供了方便条件，对于需要远距离运输的结构，如建造在交通不便的山区和边远地区的工程。重量轻也是一种重要的有利条件。

5、管线布置方便

在钢结构的结构空间中，有许多孔洞和空腔，而且钢梁的腹板也允许穿越小于一定直径的管线，这样使管线的布置较为方便，也增加了建筑的净高，而且管线的更换。修坝都为方便。

（二）钢结构建筑设计所面临的问题

钢结构建筑有点很多，但钢材的耐腐蚀性和耐火性较为欠缺。钢结构建筑的防火。防腐是目前所面临的主要问题。

1、钢结构建筑的防火问题

钢材虽为非燃烧材料，但钢不耐火，温度为400度时，钢材的

屈服强度将降至室温下强度的一半，温度达到600度时，钢材基本损失全部温度和刚度，因此当建筑采用无防火保护措施的钢结构时，一旦发生火灾，很容易使建筑损坏。比如美国世贸中心大楼外墙是排列很密的钢柱，外面包以银色铝板，在美国911事件中两个塔楼分别受飞机撞击后所产生的大火使钢材软化，最终导致大楼倒塌。所以重要的结构必须注意采取防火措施。目前常用的防火措施，一是采用进口的新型防火板—保全板；二是根据钢结构的部位不同分别采用厚型或薄型的防火涂料，并且露明部位涂装饰漆。

2、钢结构建筑的防腐问题

钢材如果长时间暴露在室外受到风雨等自然力的侵蚀，必然会生锈老化，其自身承载力会下降，建筑的美观也会受影响。因此防腐问题也是钢结构建筑设计需要解决常见问题，目前的做法主要是涂刷防腐涂料。然而现在虽然有各种不同类型的防腐涂料，可较为有效的防腐涂料还需外国进口。

三、结语

钢结构建筑具有许多无可比拟的优点，是一种节能环保型、能循环使用的建筑结构，符合节能建筑和经济持续健康发展的要求。随着防火、防腐等问题得到更好的解决。钢结构在高层建筑、大型厂房、大跨度空间结构、住宅建筑中将有更好的发展空间。