对我国建筑钢结构发展的再思考_渠延模

·结构·抗震·文章编号:1009-6825(2007)08-0055-02对我国建筑钢结构发展的再思考收稿日期:2006-10-08作者简介:渠延模(1981-),男,江苏科技大学土木工程系硕士研究生,江苏镇江　212003王　林(1963-),男,副教授,江苏科技大学船舶与海洋工程学院,江苏镇江　212003唐柏鉴(1976-),男,博士,讲师,江苏科技大学船舶与海洋工程学院,江苏镇江　212003渠延模　王　林　唐柏鉴摘　要:总结了我国钢结构在大跨度空间结构体系、高层及超高层结构体系、轻型钢结构体系、塔桅结构体系桥梁结构体系中的应用概况,提出了钢结构面临的主要问题,并对其进行了深入的调研与思考,提出了有借鉴性的建议。

关键词:钢结构,发展,结构体系中图分类号:T U391文献标识码:A 中国钢产量连续九年位居世界第一[1],1996年我国钢产量已是世界第一,年产量超过1亿t ,钢材质量及钢材规格也已能满足建筑钢结构的要求[2]。

2004年,中国钢产量达2.72亿t ,相当于日本、美国、俄罗斯三国钢产量的总和。

同时,国务院温家宝主持召开国务院常务会议,审议并原则通过《钢铁产业发展政策》。

会议指出,要努力把中国建成世界钢铁大国和具有国际竞争力的钢铁大国。

钢结构具有诸多优点:强度高、自重轻、平面布置灵活、造型美观、施工速度快、工期短、环保、满足可持续发展原则等。

综观建国50多年的历史,我国钢结构的发展有两个较大的高潮时期:第一个高潮是50年代～60年代初;第二个高潮时期是80年代至今仍在继续发展,建筑钢结构呈现出50年来未曾有过的兴旺景象。

但是与发达国家相比,我国在设计、施工等方面还存在着明显的差距。

日本、欧美等国家,钢结构建筑占建筑总量的30%以上,目前我国钢结构建筑只占建筑总量的3%～4%[1]。

综观我国目前发展钢结构的物质基础、国家政策等情况,随着我国钢铁工业的迅速发展,钢结构的发展必然会出现一个兴旺的景象。

1　钢结构在各种体系中的应用概况1.1　大跨度空间结构体系现代的大跨度空间结构体系,主要有网架、网壳、悬索、斜拉、充气结构、索膜结构、各种杂交结构、可伸展结构、可折叠结构以及张拉集成结构。

如膜结构是一种新型的建筑结构形式,从设计、结构体系及受力形式上完全区别于其他传统的结构,它以优良的建筑织物为材料,以柔性钢索或刚性支撑结构将其绷紧,从而形成具有一定刚度、张力、能覆盖大跨度空间结构体系,国际超过200m 跨度的大型膜结构建筑很多。

同时,它的建筑景观效果最佳,可以充分发挥建筑师的想象,那些曲线曲率是其他建筑达不到的。

加工制造、施工安装快,施工现场环保。

目前的大跨度建筑很多,结构体系也很丰富。

例如,深圳国际会议展览中心,建筑面积253615m 2,结构特点:采用钢—框剪混合结构,其中展览厅和会议厅屋盖为钢结构,展厅采用国内鲜见的弧形箱形张弦梁结构,间混带钢柱支撑箱梁;会议厅为圆穹状箱梁横跨60m ,总用钢量达3.1万t 。

1.2　高层及超高层结构体系高层及超高层结构体系在中国的起步较晚,最早应用于工业建筑中,如矿井塔架,海洋平台等。

随后应用于民用建筑,最早起步的纯框架结构建筑是26层北京长富宫中心工程,中国第一座高度超过100m 的钢结构高层建筑是1997年在深圳建成的发展中心大厦,高165m [1]。

随着经济实力和科技水平的提高,结构体系的进一步杂交、演化,发展为框筒结构体系、巨型结构体系和蒙皮结构体系等。

如上海环球金融中心,地上101层、地下3层,建筑主体高度达到492m ,为世界第一高楼。

主体结构为钢骨及钢筋混凝土组合结构,塔楼的受力体系主要为周边的巨型结构(巨型柱、带状桁架、巨型斜撑)和中部核心筒。

1.3　轻型钢结构体系在我国,传统意义上的轻钢结构主要指圆钢、小角钢组成的小型或小跨度屋架、刚架结构,多用于小型厂房、仓储或临时性建筑[4]。

轻型钢结构的经济指标很好。

由于这种结构自重轻,且具有结构形式多样、制造和安装方便等优点,目前被普遍用于各种类型的轻工业厂房和许多建筑的屋盖构件。

近几十年发展起来的薄壁型钢结构,与热轧型钢结构相比,在相同截面积的情况下,其回转半径可增大50%～60%,截面惯性抵抗矩可增大0.5倍～3.0倍,能较合理地利用材料的强度,可节约钢材30%,其壁厚为1.5mm ～5.0mm ,常用的为2.0mm ～3.0mm 。

1.4　塔桅结构体系塔桅结构体系属于高耸结构,是一种高度较高、横截面相对较小,横向荷载起主要作用的细长构筑物。

可以分为自立式的塔式结构和拉线式的桅式结构。

钢结构塔多数是空间桁架结构,少数低矮的钢塔也采用大直径单管塔(通讯塔)。

塔式结构的应用几乎涵盖整个工业部门,广播、电视、通讯、电力、冶金、石油、化工、邮电、交通、旅游等企事业部门。

最常见的,用于建筑工地的塔式起重机也是一种高耸结构。

国内建造的钢结构塔很多,1994年建成的江苏泰州电视塔,率先采用斜拉型塔楼,总高218m ,塔身为正八边形空间桁架结构[4]。

1.5　桥梁结构体系19世纪中叶钢材的出现,随后又出现高强度钢材,使桥梁工程的发展获得了第一次飞跃,跨度不断增大[6]。

2　钢结构发展面临的新问题2.1　地域差异所导致的一些问题我国幅员辽阔,地区经济实力和科技水平差异较大。

20世纪·55· 第33卷第8期2007年3月 山西建筑S HANXI ARCHITECT URE Vol .33No .8M ar .　2007DOI :10.13719/j .cn ki .cn14-1279/tu .2007.08.03280年代中期始建高层钢结构建筑,此后随着改革开放与经济发展,在上海、北京、深圳、广州、大连、厦门、沈阳、天津等地相继建造数十幢高层钢结构建筑,特别是在上海浦东新区的开发与建设中,很多高层建筑采用钢结构,而在大西北地区,甚至华北地区,发展相对缓慢。

不同的地域,气候的差异也很大。

沿海城市由于海边的湿度和盐度都要大些,钢结构的防腐蚀性就要考虑的多些,甚至工艺就会更复杂,而防腐蚀性差又是钢结构在使用过程中的一大致命弱点。

尽管在中国也投入了耐候钢的生产,使用了进行改良的耐候型钢板、耐火钢等,但是钢结构在防腐蚀维护的费用上还是非常之高。

2.2　专业设计软件的可信度与相关规范、标准不完善随着近几年来计算机水平的高度发展,一些科研院所与高校也做了不少的贡献,如:中国建筑科学研究院的PK PM 中ST S 模块,同济大学研究的3D3S 软件、M T S 等软件。

另外,还有许多如X ST EEL ,AN SYS 等国外软件。

根据对一些大中型设计院的调查,使用较多的是PK PM ,ANSYS 。

也有部分工程根据业主的要求用XST EEL ,很少用M TS ,对这些软件的应用还是不那么特别可靠,一般设计人员还要通过两个软件来相互校核。

软件的开发离不开程序的开发,钢网架、轻钢结构的设计程序比较成熟,但是高层钢结构设计程序有待于进一步研究,在高层钢结构设计中弹塑性动力时程分析仍是难点,钢结构住宅的通用程序也有待于开发[6]。

对于标准的研究情况,截止到2002年底,中国已发布工程建设国家标准298项,其中涉及规划、城建、建工的国际项目(包括建筑防火)160项;发布了224项规划、城建、建工行业标准,其中规划(CJJ )3项、城建(CJJ )89项、建工(CJJ )182项。

此外,其他部门还发布了涉及规划、城建、建工的行业标准,如勘察标准等。

尽管建筑规范相对于其他标准起步较早,较完善,但是一些高新技术仍然不够健全、完善。

2.3　设计及施工单位人员素质差异由于钢结构工程设计的专业性强,技术要求高,经过几年的发展,一些甲级设计院具有了设计、制作、安装一体化的资质。

据调查,有不少小公司不具备设计资质,只能挂到某个大设计院的名下,或者采用买图签、分提成等办法来承接工程项目。

同时,也不乏有不少小公司把设计院的图纸作二次开发,造成工程设计的混乱,质量得不到保证。

2.4　高等院校的理论教学与实践脱节高等院校是向社会输送人才的源头,目前开设一级学科土木工程专业的院校也有几百所。

据土木工程专业往届毕业生工作情况调查反映:普遍感觉专业的性质实践性强,走上工作岗位上手不快;教材老套,没有完全反映钢结构的前沿技术和新的科研成果,缺乏实际工程技术应用的理解;尽管一些高校也建设了不少关于钢结构的精品课程和课程群,但是学时都不足;院校之间的差异以及在校期间实践的机会也很少;对规范和标准的理解不够深入、透彻;钢结构其实是一门交叉学科,与许多诸如材料、物理化学等有密切的联系,需要在校学生有良好的自学与研究习惯。

3　建议与对策3.1　规范的健全与完善尽管建筑钢结构规范实施了较长的时间,但是在实际工程中仍然有规范无法解释的新问题,这些新问题在现实生活中会影响建筑物结构的安全、稳定。

因而,着眼于这些新问题,规范还有待于进一步地健全和完善。

3.2　设计软件的进一步优化随着经济的快速发展,目前的建筑设计越发地依赖于设计软件,这同时也带来诸多的问题,设计软件五花八门,质量参差不齐,这给建筑结构的稳定、安全带来隐患,因而有必要对设计软件的开发用规范的形式加以约束,提高软件开发企业的准入门槛,对已发出的设计软件存在的局限性做进一步的优化,取各设计软件之长,开发出大型的通用设计软件以满足社会的需要。

3.3　设计、施工人员素质的提高目前市场上设计、施工人员素质的良莠不齐要求素质相对低的人员做进一步的培训,以“先进”带动“落后”,在社会各层的共同努力下促进整个社会中设计、施工人员素质的提高。

3.4　高新技术的推广应用在当今资源和能源相对紧缺的形势下,在保证结构安全、稳定的情形下,应当在建筑钢结构领域中积极推广高新技术的应用,应用和推广节能技术,减少资源的能耗,为建设节约型社会做贡献。

4　结语从以上各个方面的分析可以看到,钢结构在我国已经进入快速发展时期,随着国民经济的迅速发展和经济全球化,进而推动规范的完善与设计软件的优化、设计与施工人员素质的提高及其高新技术的应用。

参考文献:[1]程志广.以标准化提升钢结构产业发展水平[J ].钢结构,2005,20(4):29-30.[2]刘　新,时　虎.钢结构防腐蚀和防火涂装[M ].北京:化学工业出版社,2005.[3]王元清,石永久.现代轻钢结构建筑及其在我国的应用[J ].建筑结构学报,2002,23(1):2-8.[4]王肇民,马人乐.塔式结构[M ].北京:科学出版社,2004.[5]邵旭东,顾安邦.桥梁工程[M ].北京:人民交通出版社,2004.[6]窦立军.钢结构发展与应用中的问题[J ].长春工程学院学报,2002,3(2):6-9.[7]鲍广鉴.钢结构施工技术及实例[M ].北京:中国建筑工业出版社,2005.Reconsideration on steel structure development in chinaQU Yan -mo WANG Lin TANG Bai -jianA bstract :T he recent development of steel structure as well as all kinds of the structural system adopted in China have been summarized .Such as lo ng -span space structure sy stem ,hig h and super high -rise building structure system ,lightweight steel structure sy stem ,tow er structure system ,bridge structure system .M oreover ,we find the problems that w ere encountered in the steel structure .T herefore ,we have carried on thorough investigation ,study and co nsideration .Some instructiv e comments on the steel structure are put forward in the paper .Key words :steel structure ,development ,structure sy stems·56·第33卷第8期2007年3月 山西建筑 。