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    鄭州中州勘察設計有限公司
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    鋼結構發展前景如何

    發布日期:2016-03-14

    鋼結構發展前景如何
     

    一、國外鋼結構建筑的發展歷史

        最早在建造房屋中使用的金屬結構可以追溯到18世紀未的英國。由于當時棉紡 廠經常發生火災,因而在廠房結構中采用了鐵框架。100年后, 美國的芝加哥學派 建造了一批鋼結構摩天大樓,法國工程師埃菲爾建造了著名的鐵塔,金屬建筑從此 進入了第一個光輝時代。在那個時代,人們也建造金屬結構的獨戶住宅,有些金屬 住宅,至今狀態良好。

        在以后的半個多世紀里,鋼筋混凝土結構興起,金屬在建筑領域里失去了它的 名聲和魅力,主要用于建造工廠、飛機庫等。

        鋼結構建筑在20世紀60年代再次開始新發展。建筑鋼材獲得了突破性進展,計 算機也開始早期應用,金屬建筑的各種結構體系日趨成熟。70年代法國蓬皮杜文化 中心建成,高科技潮流開始出現;到8090年代,雷諾汽車零件配送中心、香港匯 豐銀行、法國里昂機場TGV鐵路客運站、 日本關西國際機場等則把鋼結構推向了一 個新的高度。與此同時,建筑師們在中小型項目中,也把鋼結構技藝發揮得淋漓盡 致,如FRANCE建筑工作室設計的大學生餐廳、儒勒.瓦爾納中學、美國ABC公司制造 的住宅等。特別值得指出的是,西方發達國家已提出預工程化金屬建筑概念,預工 程化金屬建筑是指將建筑結構分成若干模塊在工廠加工完成,從而使鋼結構建筑的 設計、加工和安裝得以一體化,這就大大降低了建筑成本(比傳統結構型式低 10 ~20%),縮短了施工周期,使鋼結構的綜合優勢更加明顯。

        在新結構方面, 許多國家都加大了研究力度, 現在人類已具有建造跨度超過 1000m的超大型穹頂與高度超過1000m最高至4000m的超高層建筑的能力。 大跨度開 合空間鋼結構亦有較大的進展,1989年建成的加拿大多倫多天空穹頂體育館,跨度 205m,能容納7萬人,屋蓋關合后可做全封閉有空氣調節的體育場。1993 年建成的 日本福岡室內體育場,直徑222m,是當代世界上最大的開合空間鋼結構。膜結構的 發展亦令人矚目,1992年在美國亞特蘭大建成的奧運會主館佐治亞穹頂,平面 尺寸為240m×193m,是世界上最大跨度的索網與膜雜交結構屋頂。

        由于科技之發展及鋼材品質之進步,鋼結構之重要性被先進國家所肯定,在歐 洲、美洲、日本、臺灣等地,廠房之興建全部采用鋼結構。而在一些先進城市,大 樓、橋梁、大型公共工程,亦多采用鋼結構建筑。最近10年,在美國,大約70%  非民居和兩層及以下的建筑均采用了輕鋼剛架體系。

        二、鋼結構建筑的主要優點

        1.強度高、剛度大、自重輕。大體而言鋼結構與鋼筋混凝土自重之比約為1:1 .6,而地震力=質量*地震加速度,故重量愈輕,地震力也減少。鋼結構若以適當處 理,對耐地震力更有效。同時還可以減少基礎工程量和基礎造價。

        2.鋼結構件及其配套技術相應部件絕大部分可以實現工廠化制作,使質量容易 保證,便于標準化及推廣使用。

        3.施工周期短(約為混凝土結構的1312),可以大大縮短投資資金的占 有周期,提高資金的投資效益,并且不受季節因素影響。例如:萬平方米的鋼結 構庫房,從加工制作到施工安裝2個月即可完成(鋼筋砼結構最少需要10個月,  時在北方冬季無法施工)。

        4.可做成大跨度、大開。鋼結構對梁深及柱間跨度,有較佳之優勢。如一般鋼 筋混凝土的梁深及跨度比約為112,而鋼結構則為124  并可以提高使用面積 5%~8%。

        5.垃圾少,便于資源重復利用和環境保護。同時,有利于節約耕地,保護土地 資源,易拆遷。

        6.具有造型美觀,使用面廣,適合于不同氣候條件和大氣環境等優點。

        現場濕作業少,符合環保建筑的要求,適宜于在城市繁華地段、不允許施工 周期過長和混凝土等建材運輸不便的情況下施工。

        8.目前鋼結構建筑直接造價略高于混凝土結構,但從長遠看,其綜合效益卻明 顯高于傳統建筑。

        三、我國鋼結構建筑發展概況

        鋼結構的應用在我國有悠久的歷史。公元60年就開始修建鐵鏈橋,最著名的是 大渡河瀘定橋,充分表明了我國古代在金屬結構方面的卓越成就。

        新中國成立后,鋼結構建筑得到了較大發展,大體可分為三個階段:一是初盛時期 50年代~60年代初),二是低潮時期(60年代中后期~70年代),三是發展時期( 80年代至今)。50年代以蘇聯156個援建項目為契機,取得了卓越的建設成就。 60 年代國家提出在建筑業節約鋼材的政策,執行過程中又出現了一些誤區,限制了鋼 結構建筑的合理使用與發展。

        八十年代沿海地區引進輕鋼建筑,國內各種鋼結構的廠房、亞運會的一大批鋼 結構體育館的建設,以及多棟高層鋼結構建筑的建成是中國鋼結構發展的第一次高 潮。但在1994年前,中國超過100米高的高層建筑152幢,其中只有幢采用鋼結構 或鋼-混結構,而在國外這樣高的建筑一般都首選鋼結構。我國每年的建筑用鋼量 1%被用于預制鋼結構,與發達國家80%以上的用量比較,差距巨大。 可喜的是, 目前我國鋼結構建筑的發展出現了未曾有過的興旺景象。主要表現在:

        1、高層、超高層建筑由中外合作到國產化的起步。我國著名的高層、 超高層 建筑大多是中外合作的產物,如上海金茂大廈、環球金融中心、深圳地王大廈、北 京京廣中心等。中外合作設計對于掌握國外先進技術及鍛煉培養人才起到了促進和 推動作用。1998年建成的大連遠洋大廈(高201m51層)標志著高層鋼結構建筑國 產化的起步,1999年建成的深圳賽格廣場(291.6m,72 層)是世界上最高的鋼管混 凝土結構建筑。

        2、輕鋼結構建筑的迅猛發展與國外公司的大批涌入。近年來, 輕鋼建筑以其 商品化程度高、施工速度快、使用效果好、應用面廣、造價低等優勢獲得了迅猛發 展。全國每年約有200萬平方米輕鋼建筑竣工。在此背景下, 國外輕鋼結構生產廠 商也紛紛在我國設分公司、制造廠,獲得了很大的銷售量。

        3、空間結構得到了進一步的發展,大量大跨度的建設項目陸續興建, 如天津 體育中心(直徑108m1994年)、上海8萬人體育場看臺頂蓋(1998年)、 沈陽博 展中心室內足球場(144×204m2000年)等。

        我國鋼結構建筑雖達到了一定的水準,但在材料、工藝設計手段等方面與發達 國家相比仍存在不少差距,在有些領域尚屬空白,如大跨度開合空間結構等。

        四、大力推廣鋼結構技術、廣泛開展鋼結構建筑設計的緊迫性

        1 環境問題逼迫、促發的緊迫性

        面對日益嚴峻的環境問題,建筑界責無旁貸。我國是世界上最大的磚砌體建筑 與混凝土建筑大國。每年生產7000億塊磚(約占世界總產量的1/2)、5億噸水泥( 占世界總產量1/3強),生產磚的代價是每年毀農田約15萬畝,消耗標準煤約 7000 萬噸,生產水泥的代價是每年排放溫室氣體CO23億噸(生產1噸水泥熟料,排施CO2 ),破壞的礦山與排放的廢水則難以統計。如此觸目的數字,不能不讓人反 思。更為嚴重的是,磚、混凝土都是不可再循環材料,一次性使用后果嚴重,形成 的建筑垃圾將極難處理。因此,國家采取了一系列具體措施,不但明確提出要積極 合理地擴大鋼結構在建筑中的應用;同時,還明確規定了被淘汰建材品種及淘汰的 時間表:即從2000年起三年里在住宅建設中逐步禁止使用實心黏土磚,代之以其它 建筑材料。

        鋼結構的發展帶來了解決環境問題的突破口。首先,鋼材是一種高強、高效能 的材料,具很高的再循環價值,邊角料也有價值。其次,鋼結構抗震性能好,使用 靈活,施工時既不需要耗費大量的木材、鋼模板和水,也不會產生強的噪音與空氣 污染。再次,鋼結構的發展會帶動一系列輕質高強墻體材料的發展,并為綠色建材 的發展創造條件。當然,鋼結構的這些優點是與磚砌體結構相比較而言的,并不是 說鋼結構建筑對環境就沒有損害,只是對資源、能源的利用相對合理,對環境的破 壞相對要少罷了。在嚴峻的環境問題面前,發展鋼結構建筑,替代混凝土與砌體建 筑是較理想的選擇。

        2、競爭日劇導致的緊迫性

        2000年我國有望成為WTO的正式成員,加入WTO意味著我國建筑業將面對一個更 加開放的市場。目前已初露端倪,國際上強大的建筑設計事務所正在占領我國的設 計市場。我國國家或地方的重大項目,大多旁落外人之手。如果細心觀摩中外方案, 則不難發現,國外精湛的鋼結構建筑有明顯增多趨勢,質量亦有顯著提高,設計正 粗放型階段集約型階段轉化。朝精心設計、合理選料、精細加工的方 向努力,無疑會使我國鋼結構建筑上一個臺階,也無疑會增強設計單位的競爭能力。 在競爭日劇的設計市場,設計的技術優勢,是中標的必要條件,缺少技術表現、缺 少技術含量就意味著落后,落后就意味著落選,長此以往則難以生存,即使目前沒有生存的危機,也應居安思危,盡可能開展鋼結構建筑設計工作。

        五、我國鋼結構建筑發展前景展望

        從發達國家鋼結構建筑的發展軌跡,結合我國的實際,不難看出我國鋼結構發 展前景光明,但會有許多不同于發達國家的特點。所以說前景光明,是因為政府已 開始高度重視鋼結構建筑的發展,在1998年把鋼結構技術列為重點推廣的新技術之 后,1999年成立了國家建筑用鋼領導小組,組長由建設部副部長葉如棠擔任。與此 同時,專家組則分九個課題專門研究鋼結構在建筑領域的應用問題。

        目前發達國家的建筑用鋼量為其鋼產量的45~55%,而我國建筑用鋼量僅占總產 量的20%左右。我國年鋼產量已超過1億噸, 如按此比例推算, 則我國建筑用鋼有 3000萬噸左右的發展空間。

        所以說會有自己的特點,是因為我國的國情不同于西方發達國家,勞動力相對 低廉,國家尚不富裕,造價低、技術含量稍低的鋼結構會得到優先發展。在今后一 段時間內,鋼管混凝土結構、輕鋼結構等將會得到較快發展。

        鋼管混凝土結構與其它結構相比,具有承載力高、塑性和抗震性能優越、節省 材料和施工簡便的特點。用于高層建筑中,這些特點尤為突出,中國在此領域已處 于領先地位。

        輕鋼結構除在大跨單層房屋中普遍應用外,今后會在住宅與中小型多層公共建 筑中大面積應用。據統計,二十世紀后幾年,我國城鎮住宅建設以每年竣工面積4 .4億平方米,總產值6000億元(約占GDP9%)的速度迅猛發展,住宅產業成為國民 經濟中跨世紀的新的增長點。鋼結構住宅建筑體系以其結構部件輕、預制程度高、 便于推行設計標準化、定型化、施工機械化、裝配件制作工廠化、施工周期短等優 勢,在建筑用材市場中展示出其廣闊的應用及發展前景,成為替代現有小磚住宅的 主要體系之一;中小型建筑則量大面廣,發展輕鋼結構對于資源、能源都非常短缺 的我國意義猶為重大。

        對于鋼結構建筑,建設部有關領導和專家認為,鋼結鋼是一種較為符合產業化 生產方式的結構形式。它容易實現設計和標準化、構配件生產的工廠化、施工的機 械化和裝配化,能夠進行標準化的設計,系列化的開發、集約化的生產和社會化的 供應。有的學者曾預言,50年后,鋼結構可能成為我國新建筑的主體結構,由今日 之發展狀況看,這一預期有望大幅度提前。


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