钢结构在国内建筑中的应用

钢结构在国内建筑中的应用

前言

随着国内经济的发展和改革开放的深入，国内钢材每年的产量已连续超过1×108t，成为世界世界第一，迅速增长的钢材产量为发展国内钢结构建筑创造了优越的条件。钢结构建筑具有高强轻质、抗震性能好、力学性能优越、施工迅速、工业化程度高、外观优美、可多次利用并且符合国家可持续发展的等一系列优点，近几年钢结构建筑在国内发展得很迅速，应用范围不断扩大，但与国外一些发达国家相比，还存在着明显的差距和问题，分析了钢结构在国内建筑中能够得到快速发展的原因，总结了国内钢结构应用中存在的问题并提出解决方案，同时提出了个人的一些建议。

第1章 国内钢结构建筑的应用概况

1.1 轻钢结构的发展

自1985年以来，国内就从国外引入大量轻型钢结构建筑系统，这种新型钢结构建筑体系开始在国内慢慢崛起。该钢结构建筑体系是以美国MBMA设计规范及《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》为基础设计建造的。其结构形式为门式刚架以及以门式钢架为基础衍生出的不同形式，保护体系为彩色压型钢板、复合板和保温棉等轻型体材料为主，如今已形成了囊括采光、通风、密封等在内的成系统的新型钢结构建筑系统，称之为轻型钢结构。这种轻型钢结构大多用在建造厂房，仓库，商场和机库等工商业类建筑，逐渐替代了传统的钢结构、混凝土建筑，并以其较好的经济、技术及安全性。

1.2 大跨度钢结构应用广泛

从建筑造型看，为了迎合人们审美要求的提高，钢结构建筑的造型日趋多变。从结构形式看，大跨度钢结构从比较单一的网架、网壳逐渐发展至各式组合杂交体系，甚至很多其他领域(如桥梁)的结构形式也移植到大跨钢结构中来(如深圳万科中心采用的斜拉桥概念)，结构体系呈现出变化多端、不断创新的格局，这都得益于钢材质量均匀的特点。在有限元技术不断进步的今天，钢结构建筑的性能可比较准地进行分析控制，建筑师天马行空般的概念设计能得以彻底的实现。与此同时，大跨度及空间钢

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结构的施工技术也得到跨越式发展，先进、创新的施工方法层出不穷，不少技术方案及措施思路巧妙，令人赞叹以下具有地标性且结构形式新颖的钢结构建筑：深圳龙岗区体育新城、贵阳奥林匹克体育中心体育场、深圳滨海休闲区的“深圳湾体育中心”、广州番禺区的“广州亚运城综合体育馆”、武汉市青山区的 “武汉新火车站”、深圳宝安区的深圳机场航站区T3航站楼、北京朝阳区的电视台新台址等都是近年来建筑钢结构工程成功范例。

1.3层钢结构建筑得以发展

进入21世纪以来，随着国内各地的城市化进程加快，国家综合科学技术力量的提升，尤其是钢铁产业、建筑材料的发展，使高层建筑星罗棋布般地出现在各地。超高层建筑逐渐作为一个城市的地标性建筑，尤其是这几年来一些大中型城市的城市天际线在不断地升高。人们愈发认识到：超高层钢结构建筑是一个国家和地区经济发达、材料科技水平提高、科研进步的象征。国内的超高层钢结构建筑自1979年以来已有30多年历史，并在设计和施工中积累了不少经验，并有了国内自行编制的《高层民用建筑钢结构技术规程》。高层建筑在水平荷载的作用下，主要依赖竖向构件提供抗推刚度和强度来保持稳定。。

1.4 多层钢框架结构产生

多层钢框架结构是多层厂房最常用的结构，也是将来建筑产业发展的一个重点。钢框架结构是指沿房屋的纵向和横向来用钢梁和钢柱组成的框架结构来作为承重和抵抗侧力的结构体系，其自重轻，抗震性能好，施工速度快．机械化程度高；结构简单，构件易于标准化和定型化，对层数不多的高层建筑而言，钢框架结构体系是一种比较经济合理、运用广泛的结构体系。但同时它也存在一定的缺点，如用钢量稍大，耐火性能差，后期维修费用高，造价略高于混凝土框架。从目前来看，钢框架结构建筑是对城市环境影响最小的一种结构之一，在西方已被广泛采用。

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第2章 国内钢结构的发展条件分析

2.1国家支持

从1997年建设部发布《1996—2010年建筑技术》，明确提出了合理使用钢材，推广和发展钢结构，开发钢结构制造和安装施工新技术的要求开始，国内的钢结构产业出现了重大转变，由长期以来实行的“节约钢材”已转变为“合理用钢”“鼓励用钢”的积极的，这将进一步促进国内建筑产品结构的调整，使国内多年来由混凝土结构和砌体结构一统天下的局面，发生了向多种材料、多种结构合理使用的变化，开创了钢结构在建筑中应用的新时期。值得一提的是，2011年，住房和城乡建设部发布的《建筑业发展“十二五”规划》中，明确了“钢结构工程比例增加”的目标，把高层钢结构技术作为建筑业重点推广的十大技术之一，体现了对钢结构工程的重视，也为钢结构发展创造了新的机遇。

2.2 具备了必要的物质基础

根据国民经济建设和现代化产业的发展，按每年递增７％以上的速度，中国目前钢结构业年产量600万-700万吨（包括工程建设和钢结构制品）的能力将迅速扩大。若以发达国家钢结构制造产量占钢材产量10％计算，中国钢结构的年产量应达到2000万吨，而且大中型钢铁企业80多家均匀分布于全国各地区，钢材的供应比较便捷，这些为较快地发展国内的建筑钢结构提供了基本的物质基础

2.3 具备了必要的技术基础

从发展钢结构的技术基础来看，在普通钢结构、薄壁轻钢结构、门式刚架轻型房屋钢结构、压型钢板结构、网架结构、高层民用建筑钢结构、钢结构焊接和高强度螺栓连接、钢与混凝土组合楼盖、钢管混凝土结构及钢骨(型钢)混凝土结构等方面的设计、施工、验收的规范规程及行业标准已发行30余本。有关的钢结构规范规程还在不断地修订、更新和完善，为建筑钢结构体系的应用奠定了必要的技术基础，为设计、制作、安装提供了依据。各种高层钢结构、轻型钢结构、空间网格结构等国内、国外的专用设计分析计和分析的需要。国内的一些科学研究院所、相关高等院校及钢结构企业等单位，在钢结构技术的开发和应用中进行了卓有成效的科研工作，取得了一大批

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研究成果在国内钢结构行业发展的过程中，涌现出了一批标志性的钢结构建筑，上海世博园、北京的“鸟巢”、“水立方”、首都机场3号航站楼、电视台新址，上海浦东高492米的环球金融中心、高421米的金茂大厦，南京大胜关长江公路铁路大桥，青藏铁路、西气东输、西电东输、南水北调、京沪高速铁路桥梁等均采用了钢结构。美国《时代》周刊评选出的2007年世界十大建筑奇迹中，位居第六位、第七位和第八位分别是北京的“鸟巢”、电视台新址大楼和当代万国城。

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具备了必要的经济基础

目前，国内的门式刚架轻型钢结构建筑和压型钢板拱壳结构建筑的单位面积造价，已能与同类的单层钢筋混凝土结构建筑和砌体结构建筑大体持平，有些甚至更低，而且这类轻型钢结构建筑具有商品化程度较高、制作和安装速度快、施工工期短、投资回收快、外形美观等许多优点，因此，门式刚架轻型钢结构建筑和压型钢板拱壳结构建筑具有明显的优势和非常强的竞争能力。随着国内的钢材产量和质量持续提高，其价格正逐步下降，钢结构的造价也相应有较，大幅度的降低，为国内建筑钢结构的发展提供了必要的经济基础。

第3章国内钢结构应用中存在的问题分析

3.1钢结构设计方面的问题

3.1.1设计项目转包造成质量下降

由于各大设计院的设计任务很重，所承揽的工艺及综合专业部分设计收费较高，而钢结构部分却是难攻部分，在费用很低的情况下，很多设计院不愿意承接钢结构设计任务，或者缺乏钢结构的设计经验，因而往往将钢结构部分分包给其他单位。层层转包的另一表现为借用“资质”或者叫“买图标”，一些无资质的单位，拿到工程后，用买来的图标做设计，使设计质量存在重大隐患。当前设计市场比较混乱，对设计质量缺乏法制管理，缺乏严格的检查和监督，所出现多项倒塌事故无不与设计资质有关，如不规范市场，严格资质管理，都会造成严重后果。

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3.1.2钢结构设计深度不够

设计计算理论、施工规程和规范跟不上轻钢结构实际发展的需要。至今国内对减少用钢量指标的一些主要因素，如结构的蒙皮效应、空间工作和宽腹工形截面的屈曲后强度以及薄板局部屈曲后的塑性设计还研究得不够深入；专用于轻型钢结构的设计、施工及验收规范尚不健全，这些因素严重地阻碍了轻型钢结建筑体系在国内的发展和推广设计、制造质量不高，构、配件，功能材料搞的还是分散的单体构件，未形成一个体系，不能适应房屋建筑商品化体系的发展。不可否认的现实是，国内绝大多数设计员对钢构设计是生疏的，甚至不知从何着手，因而缺乏设计的积极性，设计质量可想而知；对轻钢结构建筑在制作、安装过程中产生的一些问题如屋面系统温度变化率的影响等，由于缺乏实际经验，往往处理不当，导致一些安全隐患；轻型钢结构建筑，结构和非结构附件较多，如胶条、带橡皮垫圈的螺钉、隔热材料、天沟、采光带等等，这些附件的制作加工部分还是利用冶金建设公司的设备进行加工，没有专门的工厂和生产线，因而质量、工期难以保证。

3.2钢结构施工方面问题

门式钢架所用的板件很薄，最薄可用到4毫米。多薄板的下料应首选剪切方式而避免用火焰切割，因为用火焰切割会使板边产生很大的波浪变形，目前H型钢的焊接大多数厂家均采用埋弧自动焊或半自动焊，如果控制不好宜发生焊接变形，使构件弯曲或扭曲。钢结构施焊前，对焊条的合格证进行检查，按设计要求选用焊含条，按说明书和操作规程要求使用焊条，焊缝表面不得有裂纹、焊瘤，一、二级焊缝不得有气孔、夹渣、弧坑裂纹，一级焊缝不得有咬边、未满焊等缺陷，一、二级焊缝按要求进行无损检测，在规定的焊缝及部位要检查焊工的钢印。不合格的焊缝不得擅自处理，定出修改工艺后再处理，同一部位的焊缝返修次数不宜超过两次。整体或布局偏移；标高有误；丝扣未采取保护措施。直接造成钢柱底板螺栓孔不对位，造成丝扣长度不够框架柱柱脚底板水平度差，锚栓不垂直，基础施工后预埋锚栓水平误差偏大。柱子安装后不在一条直线上，东倒西歪，使房屋外观很难看，给钢柱安装带来误差，结构受力受到影响，不符合施工验收规范要求。

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第4章解决钢结构设计和施工问题的措施

4.1 提高钢结构建筑设计水平

设计工作是由工程师去完成的，也就是说，设计工作中，工程师是主导者。工程

师应该运用个人才智，控制整个设计，让设计出来的成品体现你的智和水平。当然，要是设计工程师自身的水平不高，纵使你控制了整个设计，那设计成果也只能体现你所具有的水平而已。因此，提高工程师的设计水平是首要的。提高设计水平，可以通过不断的努力，包括刻苦学习基础理论、钻研有关技术、认真积累和吸收经脸、学习先进推新创断、开展科学研究等途径来实现。总之，并无捷径，唯一的方法是刻苦努力。除此以外，一些工作方法也能起到帮助提高设计水平的作用。

4.2 钢结构施工问题的解决办法

采取焊接锚杆与螺帽；在化学锚栓外部，应加厚防火涂料与隔热处理，以防失火时影响锚固性能；应补测基础沉降观测资料锚栓安装应坚持先将底板用下部调整螺栓调平，再用无收缩砂浆二次灌浆填实，国外此法施工。所以锚栓施工时，可采用出钢筋或者角钢等固定锚栓，焊成笼状，完善支撑，或采取其他一些有效措施，避免浇灌基础混凝土时锚栓移一位。高强螺栓表面浮锈、油污以及螺栓孔璧毛病，应逐个清理干净。使用前必须经防锈处理，使拼装用的螺栓，不得在正式拼装时使用，螺栓应由专人保管和发放。处理装配面应考虑到施工安装顺序，防止重复进行，并尽量在吊装之前处理。使用前螺栓应进行挑选，清洗除锈后作预配。丝扣损伤的螺栓不能做临时螺栓使用，严禁强行打进螺孔。预先选配的螺栓组件应按套存放，使用时不得互换。构件制作时，采用减小焊接变形的措施。组装焊接中，采用反方向变形等措施，组装顺序应服从焊接顺序，使用组装胎具，设置足够多的支架，防止变形，国内的钢产量已跃居世界首位，具备了持续发展建筑钢结构必要的物质基础和技术条件。但是，由于传统观念及其它诸多原因，人们对钢结构建筑诸多方面的优越性认识不够，对钢结构建筑还存在着种种疑虑，一些工程还不能采用最优方案的钢结构体系，存在着转变观念的问题。

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