钢结构的发展现状

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改革开放以来,我国的经济建设取得了突飞猛进的发展,建筑钢结构行业也有了前所未有的发展。尽管我国建筑钢结构有了飞跃式的发展,但无论从钢结构的用钢量、应用范围和结构体系等方面看还都存在着一些问题。

⒈钢结构的应用有待拓宽。世界钢铁协会的统计数据显示,1996年,我国粗钢材产量为10124万吨,跃居世界第一;2005年达到35579万吨;2006年达到42266吨;2007年达到 48924万吨,2008年达到50031万吨,2009年达到56784万吨。我国钢产量的逐年增加,并且连续14年位居世界第一,已成为世界的产钢大国。有资料显示,199年~2007年,中国粗钢产量增长了3.49倍,平均年增长速度达到了16.2%。这一速度是德国的20倍,日本的11.6倍、 韩国的8.5倍、俄罗斯的4倍、意大利的2.2倍,是发达国家(日本、美国、德国和意大利)平均年增长速度的7倍;是世界平均年增长速度的3倍。这表明我国钢铁工业的发展速度已远远快于世界其他主要钢铁生产国和地区,但是,我国钢结构的应用却远远落后于发达国家。

①钢结构用钢量占钢材产量比例应不断提高。钢结构(包括工业与民用建筑、铁路与公路桥梁、水电与火电建设、城市建设等)用钢量占钢材产量的比例2002年为4.3%,2004年为4.8%,2005年为4.26%,2006年为4.12%,2007年为4.28%。这其中建筑钢结构用钢量占钢材总产量的比例更少。从这些数据可以看出,我国建筑钢结构用钢量严重偏低,与钢产量的快速增长形成了巨大的反差,这也是造成我国钢材总体供大于求的一个主要原因。但同时也说明,中国钢结构发展具有极大的空间和潜力。

②高性能钢材的研究应认真加强。我国目前钢材的质量和规格基本能满足建筑结构的要求,随着建筑钢结构的快速发展,建筑钢结构对钢材的性能提出了更高的要求。如高层钢结构今后将大量需要高强度、高韧性、低屈强比、抗层状撕裂能力、高焊接性、耐火性等高性能钢材。对于冷弯钢材,需开发高强冷弯钢以及厚度在6毫米~25毫米的厚壁冷弯型钢。钢材质量和规格的提高,高性能钢材的生产,必将有利于降低钢结构的成本,扩大其应用范围。从总体上讲, 我们应该将追求钢铁产品的数量转变为提高钢材产品的质量、优化产品的结构,创新钢材的品种,以适应建筑钢结构用钢的需求,同时也促使钢铁产业的可持续发展。

③钢结构的应用范围亟需扩大。我国房屋建筑中,混凝土结构占到90%以上,钢结构还不到5%,而日本等地震高发国家或地区的建筑中钢结构已占38%,木结构占35%,混凝土结构只占20%左右。我国建筑钢结构还仅集中使用于高层、超高层建筑、大空间公共建筑与工业建筑中,普通办公楼,学校、医院建筑等多高层建筑应用钢结构的少;低层、多层及高层住宅中钢结构应用的少。我国每年竣工6亿平方米的城镇住宅建设,却只有5%采用钢结构。即使是在 2008年汶川震后灾区的重建工作中,新建的住宅中仍然以砖混、钢筋混凝土结构居多,而抗震性能优异的钢结构住宅依然很少。而日本在20世纪90年代末, 在预制装配住宅中钢结构比例就已达到71%。

⒉网架和门式刚架结构在我国发展的经验值得推广。在大跨度建筑中,以网架和网壳结构为代表的网格结构50多年来成为我国发展最快、应用最广的结构, 无论在使用范围、结构型式、安装施工等方面均具有中国建筑结构的特色。中国钢结构协会空间结构分会对网架和网壳结构的统计数据显示:2005年~2008 年,每年建造1500座,约250万平方米,生产已趋于平稳状态。

门式刚架轻型钢结构体系自20世纪80年代在我国采用以来得到迅速发展,每年建造约800万平方米,在单层轻型工业厂房和仓库建筑中几乎都采用这种 结构体系。网架和门式刚架结构体系之所以能够得到迅猛发展和推广,主要是充分体现了钢结构轻、快、好、省的特点;都采用了轻屋面,结构构件都经过千方百计的优化,使结构的自重减到极轻,体现了钢结构“轻” 的特点。网架和门式刚架都是体系化结构,具有高度的工厂化、标准化和模数化,现场施工几乎不用焊接,因此施工速度极快,也体现了钢结构“快”的特点。有专用设计规范和商用软件,能够保证设计质量,高度工厂化生产,构件形式标准化,可以在自动生产线上加工,能够保证制作质量,体现了钢结构质量“好”的特点。 结构用钢指标优异,以门式刚架钢结构为例,用钢指标可降低到10千克/平方米~30千克/平方米。结构体系化以后,可以形成批量生产,产生规模效应,明显 降低生产成本,门式刚架钢结构的造价可降低到400元/平方米~600元/平方米,因此体现了钢结构“省”的特点。

在目前巨大的住宅市场中,钢结构为什么没有得到推广应用?这中间有很多问题需要研究和解决。从技术层面上来讲,可以借鉴网架结构和门式刚架结构在短期内迅速发展成为建筑业中新兴专门行业的经验,也就是一定要走体系化的道路。要开发成套的钢结构住宅产品,使钢结构住宅的建造实现标准化、模数化;还要开 发新型的围护材料,使这些围护材料既适用于钢结构,又符合我国居住者的使用习惯,而且还具有良好的保温隔热、隔声、防潮、防渗性能,从而提高建筑的使用舒适度。

⒊与轻、快、好、省理念背道而驰的现状令人担忧。近20年来,随着我国国民经济的高速发展,大型公共建筑的建设也得到了空前的发展,涌现出了像金茂大厦、上海大剧院等一批既体现了中国民族特色和时代气息,又将结构设计和施工技术完美展现的先进示范性钢结构建筑,但也涌现出了与国际上倡导的可持续发展理念背道而驰、与国家基本建设原则背道而驰、与钢结构“轻、快、好、省”理念背道而驰的工程,其中包括国家大剧院、鸟巢、水立方和CCTV主楼为代表的一些工程。

2007年建成的国家大剧院,为了追求建筑效果,竟在歌剧院、音乐厅和戏剧场三幢独立的建筑上采用了一个没有任何使用功能的椭圆形半球壳体覆盖,用钢指标达263千克/平方米,建成后的运营费和维护费极其惊人,仅每月电费就很高,造成能源的过度消耗和投资的巨大浪费,完全不符合钢结构“好、省”的特点。

  

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