钢结构的应用与发展

浅析钢结构的应用与发展

摘要：随着我国经济实力和工业制造水平的飞速发展，钢结构的建筑普及速度也急速提升，本文通过一系列实例及数据，分析了钢结构建筑的优缺点，并对钢结构的发作做了一定预测！

关键词：钢结构；优缺点；预测

中图分类号：tu391 文献标识号：a 文章编号：2306-1499（2013）06-（页码）-页数

当下，钢结构建筑的发展十分迅速，特别是能够代表我们国家经济实力、科技水平、材料工艺及建筑技术的一系列高层钢结构建筑的建成，将钢结构在中国的应用与发展推上了新高潮。如1996年建成的深圳地王大厦高度383.95 m，是国内第一幢超高层钢结构大厦1，1998年建成的大连远洋大厦，系钢结构高层建筑（高度200.08 m，51层），从设计、制造、安装以及钢材供应，全部由中国自己完成2。

1.钢结构建筑的结构特点

1.1钢结构材料自重轻，可显著降低基础工程造价

根据比较，6层轻钢结构住宅的重量，仅相当于4层砖混结构住宅的重量3。对于框剪结构，当外墙采用玻璃幕墙，内墙采用轻质隔墙，包括楼面活载在内对于钢筋混凝土结构的上部结构全部重力荷载约为15 kn/m2-17 kn/m2，其中梁、板、柱及剪力墙等自重约为10 kn/m2-12 kn/m2，但是对于钢结构全部重力荷载约为10

kn/m2-12kn/m2，其中，钢结构和混凝土楼板自重约为5 kn/m2-6

kn/m2。因此可知，两类结构自重比例约为2∶1，全部重力荷的比例约为1.5∶14，所以对于这两类结构传至基础的荷载差别将是十分惊人的。

1.2钢结构建筑的抗震性能优于钢筋混凝土结构

这是由于钢材属于金属晶体具有各向同性的性质，有很高的抗拉、抗压和抗剪强度，更重要的是钢材具有良好的延性。在地震的作用下，钢结构因其延性，不仅能减弱地震反应，而且属于较理想的弹塑性结构，且有抵抗强烈地震的变形能力。如日本明石海峡大桥，这座目前世界上主跨最长的悬桥（全长3911m，主跨长1991m），将日本的本州、九州、北海道和四国岛连在了一起，该桥可承受里氏8.5级的强烈地震和80m/s的暴风。

1.3减小结构构件的尺寸，增加建筑使用面积

由于钢材自重轻强度高，可使得建筑物梁柱截面积尺寸相对较小，因此其所占用的建筑面积也小，这样就相当于增加了建筑物的使用面积，这对于投资方来说，将产生不小的经济效益。

1.4质量容易保证、施工速度快、周期短

钢结构施工的最大特点就是钢构件在工厂制作，因此钢结构的质量容易保证。钢结构一般均为现场安装，作业比重大，而且其本不受气候影响。而且混凝土楼板的施工可与钢结构安装交叉进行。有时在上部安装柱、框架的同时，下部可以进行内部装饰、装修工程。因此，在保证技术、供应、管理等方面的条件下，可以提前投入使用。因此钢结构的施工速度常可快于钢筋混凝土结构20%～30%，相

应的施工周期也缩短能早日投入使用，使投资人在经济效益上及早获得回报。如纽约帝国大厦，高381 m（加上后来修建的电视塔共高448 m），这座高102层的摩天大厦仅用了1年多的时间就建成了。

1.5钢结构可以形成较宽敞的无柱空间，便于内部灵活布置

便于大柱网大开间的建筑布置或转换层或设备层、共享空间等建筑特殊平面与空间布置，便于设备管线的穿越设置。能更好地满足建筑对大开间布置的要求，也可满足地下车库柱间可停数辆车的要求，这些都是同等条件下钢筋混凝土结构难以做到的。在钢结构的结构空间中，有许多孔洞与空腔，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，也增加了建筑净高，而且管线的更换、修理都很方便。此外，集中荷载很大的转换层或设备层均可以通过设置钢结构层间绗架来解决，而这种绗架还可以起到加强与完善整个结构体系的作用。如悉尼奥林匹克体育场，这座最多可容纳11.5万名观众的体育场，它由两个长220m、宽70m 的弧形钢结构支撑，其跨度可并排停放4架波音747客机。

1.6钢结构建筑造价并不高

钢结构的造价与许多因素有关，对其造价的评估分析必须按动态的和综合的经济评估进行分析。由于钢结构建筑在施工时可以节省支模、拆模的材料，由此降低成本，大大加快施工速度。资金价值在施工中充分体现，减少资金成本。根据目前掌握的数据和资料，钢结构与钢筋混凝土结构间的差价约为工程总投资的5%～10%，如果从综合效益看，采用钢结构后，由于自重轻而降低基础造价，结

构尺寸小而增加建筑物使用面积和钢结构施工机械化高而缩短工期从而减少整个项目的投资。

1.7钢结构耐热性能好，但耐火性能差

钢材在常温至200℃以内性能变化不大，但超过200℃以后（其耐火时限仅为15 min），钢材的强度将随温度升高而大大降低，到600℃时就完全失去承载能力。因此就要采取有效的防护措施，如用耐火材料做成隔热层等以便提高钢结构的耐火性能差。钢结构耐锈蚀能力差，据有关资料估算，约有10%～12%的钢材损耗是属于锈蚀损耗。因此钢结构必须采取防锈措施，应彻底除锈后按设防标准刷涂或喷涂防腐涂料以对其进行保护。目前，已经有相应的保护规范、配套材料可使用，以提高钢结构的性能。

1.8符合中国建筑产业化和可持续发展的要求

钢结构建筑现场作业量小、无噪声、不污染周围环境，改建和拆迁容易，材料的回收和再生利用率高。传统建筑用的实心黏土砖，因大量浪费土地资源、污染环境已被限制禁止使用。相反，由于钢结构建筑易于实现工业化生产、标准化制作，可以采用节能、环保的新型墙体材料与之配套，因而，健康、环保、抗震较好的钢结构建筑，是中国现代化建筑发展的必然趋势。

2.钢结构在建筑工程中的应用

（1）大跨度结构。如体育馆、影剧院、大会堂、展览馆、飞机维修库等均采用钢结构。北京2008年奥运会的主体育场—鸟巢的主体结构就为钢结构。（2）工业厂房。如冶金厂房的平炉、转炉车

间、混铁炉车间、初轧车间；重型机器制造厂的铸钢车间、锻压车间、总装配车间等的主要承重构件大多采用钢结构。如宝山钢铁公司的厂房结构基本上是单层框架或排架体系的钢结构，其建设面积达到105万m2。（3）高耸结构。如电线塔、电视广播发射塔、钻井塔、无线电天线桅杆等。（4）高层建筑。由于结构自重轻、强度高，同时抗震好、工期短、施工方便对高层建筑的修建极为有利。（5）板壳结构。如油库、油罐、高炉、热风炉、漏斗、烟囱、水塔以及各种管道等。（6）可拆卸或移动的结构。如建筑施工用的吊装塔架，流动展览馆，移动式混凝土搅拌站，施工临时用的房屋等。（7）轻型钢结构。可用于使用荷载较轻或跨度较小的建筑。由于这类结构布置灵活、制造安装运输都很方便，所以现已广泛应用于仓库、办公室、工业厂房及体育设施。（8）混凝土组合成组合结构，如组合梁和钢管混凝土柱等。

3.钢结构建筑的钢材选用

钢结构的原材料是钢，钢的种类繁多，对于钢结构用的钢材：①承重结构采用的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷含量的合格保证，对焊接结构尚应具有碳含量的合格保证。②焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构采用的钢材还应具有冷弯试

验的合格保证。③对某些承受动力荷载的结构以及重要的受拉或受弯的焊接结构尚应具有常温或负温冲击韧性的合格保证。

4.结语

近几年，国家建设部已经把钢结构建筑列入全国重点推广项目，