钢结构建筑的优越性

摘 要：钢结构住宅以其自重轻、抗震性能好、施工进度快、易于产业化等特点,近年来发展迅速.本文对钢结构建筑体系的优越性,从国民经济和可持续发展的宏观角度分析探讨了钢结构住宅在我国发展的可行性和优越性.

关 键 词：钢结构；钢结构建筑；优越性

建筑自人类产生以来就已经成为人们生活的重要组成部分,但在很长时间内应用的都是石材、木材等.随着科技的发展,新型材料的运用越来越广泛,而钢材是其中普遍采用的一种.以钢结构为主体的建筑已经成为现代空间结构发展的主流,钢结构建筑与钢筋混凝土、砌体、木结构建筑相比有着一定的共性和个性.近年来,钢结构更加广泛应用于公共建筑中,钢结构施工速度快,施工污染小,重量轻,这些优势让它成为未来的发展趋势.

一、钢结构建筑的发展史

(一)钢结构的涵义

"钢结构"是指结构系统主要由钢构件组成的一种结构形式.结构系统主要由基础柱、梁、支撑、剪力墙(筒)和楼盖等几部分组成.其中柱除钢柱外也包括钢管混凝土柱、型钢混凝土柱,梁除钢梁外也包括由钢和混凝土组成的钢-混凝土组合梁,剪力墙(筒)除钢筋混凝土外也包括型钢混凝土构件.

(二)钢结构建筑的发展史

1、国外的钢结构的发展历史

最早在建造房屋中使用钢结构的国家可追溯到18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嬗变.但早期的钢结构仅是部分构件或配件用铸铁、熟铁制成,到了19世纪80年代,结构型钢的出现才加快了钢结构在建筑工程中的发展.二十世纪五十年代中期,随着巴黎ThePortal-des-Lilas大楼的建成,掀起了一股钢结构建筑热潮.位于法国鲁昂的GrandMare居住区是另一个典型的工业化体系.

2、我国钢结构建筑的发展历程

一个国家采用钢结构的历史,往往与这个国家的钢铁产量和钢铁冶炼技术有关.我国古代钢铁冶炼技术在世界上处于前列.我国是最早用钢铁建造桥梁和塔刹等承重结构的少数几个国家之一.如建于1705年（清康熙44年）的四川泸定大渡河桥,比欧洲和美国建造的第一座铁桥早100年左右.新中国成立以后我国的钢铁产业得到迅速发展,钢结构的厂房也从无到有,同时也建成了一批有代表性的钢结构建筑,比如,1954年建成的57米跨度两铰拱结构的北京体育馆和1956年建成的52米跨度的圆柱面联方网壳的天津体育馆等.改革开放以后,特别是1996年以来,那年我国的钢产量首次突破一亿吨并逐年增加,钢结构的建筑也有长足的发展,并且技术和艺术水平不断提高,钢结构的应用逐渐增长.钢结构在高层特别是超高层建筑及大跨度公共建筑中得到广泛应用.

二、钢结构的建筑的优势

钢结构建筑的发展,也是一个国家钢产量、建筑技术发展的象征与标志.钢结构建筑与其他的建筑结构相比,无论是结构的性能、使用功能及经济效益、社会效益,都具有较大的优越性.目前,发达国家钢结构建筑呈现出用途广泛和用钢量大的特点,钢结构的优越性已经从先进国家的实际应用中得到肯定.钢结构广泛应用于高层、超高层建筑,大跨度和大空间建筑,量大面广的中小型工业、商业、社区、文教卫生等建筑,以及大部分的低层非居住型建筑中.随着城市建设的发展及人们对住宅品质要求的不断提高,城市改造需要拆除大量旧建筑,钢结构装配化建造方式使其比传统结构的拆除更容易,钢材回收利用率高、拆除成本低、污染小,符合可持续发展的要求.由于民用住宅的物质总量在人类生态环境中占有较大比重,所以该体系建筑模式的大量发展应用,必将为人类生态环境的保护做出巨大贡献.

钢结构的容重虽然较大,但与其他建筑材料相比,它的强度却高得多,因而当承受的荷载和条件相同时,钢结构要比其他类型结构轻.主要表现在：

1、大跨度、大开间,有利于功能、空间的灵活布置

钢结构住宅采用框架体系,改变了传统砖混和混凝土结构住宅以墙体承重的结构形式,空间通透,可以根据设计和使用要求灵活分隔空间,实现居住空间在空间和时间上的可变性,符合可持续发展的要求.

2、钢结构体系具有良好的抗震性能

钢结构有较好的延性,当结构在动力冲击荷载作用下破坏时吸收较多的能量,可降低脆性破坏的危险程度,因此其抗震性能好,尤其在高烈度震区,使用钢结构就更为有利,钢筋混凝土结构延性的保证在于结构的应力不太高,而钢结构的延性在于使部分构件进入塑性阶段.从而增加了建筑的抗震性.

3、运输、安装工程量减少,提高施工效率

采用钢结构可为施工提供较大的空间和较宽敞的施工作业面.钢结构工程的柱子一般取3－4层（12m左右）为一个施工段,在现场一次吊装.而且柱子的吊装、钢框架的安装、钢筋混凝土心筒的浇筑、组合楼盖的施工等,可以实行立体交叉作业.有时在上部安装柱、框架梁的同时,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.

4、自重轻,降低基础造价

钢材的抗拉、抗压、抗剪强度相对来说较高,钢结构构件结构断面小、自重轻.一般情况下,高层钢筋混凝土建筑物的自重在1.5－2.0吨／平方米左右,高层建筑钢结构自重大都在1吨／平方米以下,甚有的办公楼只有0.5－0.6吨／平方米.

5、管线布置方便

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自由,也增加了建筑净高,而且管线的更换、修理都更为方便.

6、钢结构的质量容易保证

钢结构构件一般都在工厂里制造、加工,构件精度高,质量易于保证.

7、钢结构应用在住宅上,可提高住宅的有效使用率

钢结构占有面积（或称为结构平面密度）小,实际上是增加了使用面积.高层建筑钢结构的结构占有面积只是同类钢筋混凝土建筑面积的28％.采用钢结构可以增加使用面积4%－8%.这实际上是增加建筑物的使用价值,增加经济效益.

1、钢结构建筑对国民经济的促进作用

作为当今建筑体系主要的建筑形式,钢结构建筑首先为我国过剩的钢材找到了消化渠道,带动钢铁工业的良性发展.中国的建筑用钢总量约占全部钢产量的20%－25%,而工业发达的国家则占30%以上.如美国和日本,该项指标均已超过50%.这样发展钢结构建筑势必将大力推动我国的钢铁工业.

2、钢结构建筑对住宅商品市场的促进作用

随着人民生活水平的改善,审美层次的提高,作为商品投放市场的住宅也应有更加丰富的品种.钢结构住宅以其通透流畅的空间形式,轻盈灵巧的外观造型赢得居民的青睐,符合全面建设小康住宅"一、二十年不落后,三、四十年可改造"的要求.

(三)钢结构建筑的环保优势

众所周知长期作为主要建筑材料的粘土砖生产对我国耕地造成极大的危害,导致水土流失,生态破坏,国家已在各大中城市开始全面禁用粘土实心砖.水泥制品的开采和烧制也对环境造成很大污染,同时会形成难于降解的固体垃圾.钢结构中的钢材具有可再生性,可以重复使用,遗留的废料垃圾少,其生产和使用中对自然环境的破坏小.钢结构的废弃料可以回炉炼钢,再生利用,既解决建筑垃圾污染问题,同时节约了资源.另外,钢结构建筑的大部分构件在工厂中加工完成,施工现场主要工作是组合安装,以干作业为主,减少了粉尘、污水、噪声对环境的污染.同时住宅钢结构体系可以带动其他"节能环保"型建筑材料的推广应用由于其连接的灵活性,各种"节能环保"型的围护材料都可以采用.

三、关于钢结构建筑发展前景的展望

钢结构的应用标志着建筑工业的发展.在这个彰显个性的年代里,人们在追求舒适性的同时越来越注重建筑的美观性及布局的独特性,所以为了顺应时代的发展和市场的需要,利用钢结构的特有优势来实现异形建筑是最好的选择.21世纪是钢结构的时代.由于科技之发展及钢材品质之进步,钢结构之重要性被先进国家所肯定,在欧洲、美洲、日本、台湾等地,厂房之兴建全部采用钢结构.而在一些先进城市,大楼、桥梁、大型公共工程,亦多采用钢结构建筑.最近10年,在美国,大约70%的非民居和两层及以下的建筑均采用了轻钢刚架体系.钢结构在中国发展起步并不早,但钢结构建筑的发展十分迅速.钢结构以它独特的优点适应了建筑业发展的需要,被大量地运用在了住宅、高层、超高层等建筑中.随着建筑行业的发展和建筑工艺的不断革新以及建筑理念的转变,钢结构建筑正走出原来工业建筑的"深闺",延伸到各个领域的建筑市场,成为建筑行业一个引人注目的大亮点.钢结构建筑有着广阔的发展前景,让我们拭目以待.

总之,21世纪钢结构建筑必将得到更大程度的发展,钢结构建筑的技术和艺术水平也会不断的提高,钢结构的体系也会应用到更广阔的领域中,它的优势会不断的体现出来,钢结构住宅体系具有比其它结构体系无可比拟的优势,增加建筑的有效使用面积,缩短施工周期,而且由其自身特点所形成的灵活的室内空间布局,更能满足现代各种生活的需要,所有这些都使得钢结构住宅体系必将成为21世纪中国最流行的绿色环保型居住建筑体系..