钢结构建筑发展（精选12篇）
钢结构建筑发展 篇1
改革开放以来, 我国钢铁产业迅速崛起。1996年我国钢产量超过1亿吨, 居世界之首;此后钢产量持续上升, 2000年~2007年间平均年增长率均在20%以上, 2008年更是超过了5亿吨;2013年起, 钢铁行业由于积年的产量增长, 产能利用率仅为71.2%。
钢结构是最适合工业化的结构形式, 也是天然的装配式建筑。由于钢结构构件制作加工精确、受运输距离的约束小、安装速度快, 钢结构建筑抗震性能好、建筑质量易保证、施工现场干净整洁, 并且节约模板支撑和外脚手架、节水、节电、建筑垃圾少、得房率高、回收利用率高、绿色建筑程度高等, 因此应大力发展钢结构建筑。
一、钢结构建筑分类
钢结构建筑从结构体系来分, 可分为钢框架体系、钢框架-支撑体系、钢框架-核心筒体系、钢框架-剪力墙体系、钢框架模块-核心筒体系等。
1. 钢框架体系
钢框架体系具有较大的变形能力, 结构简单、抗震性能好、房间布置灵活。但是, 钢结构建筑的变形要求限制了钢结构框架的使用, 造成钢框架结构的用钢量一般大于相同高度的其他结构形式。钢框架体系一般用于多层建筑。
2. 钢框架-支撑体系
钢框架-支撑体系是抗震较好的结构体系, 具有钢框架和支撑双重抗侧力的体系, 支撑可选用中心支撑、偏心支撑和内藏钢板支撑等。支撑增加了钢框架的抗侧力能力、增加了结构刚度、有效地降低结构的用钢量。但由于不便于在每道框架轴线上都布置钢支撑, 楼板的刚度和强度就会在结构体系中起到举足轻重的作用。因此, 钢框架-支撑体系中不宜采用全预制的楼板。钢框架-支撑体系是目前应用最广泛的钢结构体系, 适用于高层及小高层建筑。
3. 钢框架-核心筒体系
钢框架-核心筒结构体系是由钢框架和钢筋混凝土核心筒组成的双重抗侧力体系, 在高层住宅中通常将楼电梯间等公共区域设置剪力墙形成核心筒, 来承担地震作用等水平力, 外围钢框架承担竖向力, 可以有效降低用钢量, 钢构件形式简单、种类少, 这类结构体系适用于高层和超高层公共建筑。
4. 钢框架-剪力墙体系
钢框架-混凝土剪力墙结构体系是由钢框架和钢筋混凝土剪力墙 (或钢板剪力墙) 组成的双重抗侧力体系, 通常将楼电梯间设置剪力墙, 来承担地震作用等水平力, 外围钢框架承担竖向力;剪力墙可以采用钢筋混凝土剪力墙, 也可采用钢板剪力墙, 钢板剪力墙包括组合钢板墙、防屈曲钢板墙和开缝组合钢板墙等。这类结构体系适用于高层公共建筑和高层住宅。
5. 钢框架-核心筒体系
钢框架模块-核心筒结构体系是从爱尔兰引入的, 根据国内抗震要求和材料部品进行了改型研究和实验验证, 工业化程度高;其主体钢框架模块结构、室内精装修甚至清洁全部都在工厂完成, 现场只需要完成模块的吊装、连接及外墙装饰, 施工速度快, 施工精度和质量管理水平远高于我国目前的现场作业水平。该体系中的核心筒是模块建筑体系的抗侧力核心, 可以采用钢筋混凝土结构, 也可以采用钢结构, 承担风荷载和地震作用;钢框架模块是由钢密柱墙体、混凝土楼板钢桁架吊顶、内装部品等在工厂共同组成的预制三维空间承重单元, 只承担竖向荷载。核心筒与钢框架模块之间、模块与模块之间通过可靠度非常高的连接件连接, 能有效保证钢框架模块-核心筒结构体系的整体受力性能。
二、钢结构建筑发展建议
随着建筑业的蓬勃发展, 钢结构建筑得到了前所未有的发展, 尤其是在工业建筑和大型公共建筑领域 (包括超高层建筑、大跨度会展中心、体育场馆、大型交通建筑等) 。但在住宅建筑中, 钢结构与钢筋混凝土结构相比, 尚处于“萌芽”状态, 为了大力推动钢结构住宅的健康发展, 特提出对策和建议:
1.目前的房地产开发模式和管理机制使得开发、设计、总包、生产、施工、运维等过程条块化, 不利于从全生命周期进行核算钢结构住宅的成本, 也不利于全产业链的建筑集团进行钢结构住宅的推广。只有打破建筑业原来固有的条块分割, 进行产业链的整合, 鼓励全产业链的建筑集团参与到钢结构住宅的推广中, 并通过全生命周期的运作获取合理的利润, 才能推动钢结构住宅的健康发展。
2.建议加大对钢结构住宅及其配套技术研发的投入, 加强技术创新, 完善部品体系;尤其是加强复合保温外墙板的研究, 一定程度上提高质量、降低成本。
3.提倡钢结构住宅采用装配式装修, 规定成品住宅的交付;不仅可以提高人们对于钢结构住宅的接受度, 还可在一定程度上解决室内露梁露柱的问题。
4.钢结构住宅目前更适合具有板材加工基础、经济发达的大中城市以及土地价格和人工费较高的地区。因此, 钢结构住宅的推广应定位于经济发达的城市和地区, 政府给予政策支持。
5.通过加强宣传, 提升住户对钢结构住宅的使用体验, 提高人们对钢结构住宅的认知度。
钢结构建筑发展 篇2
【摘要】随着我国经济的快速发展、人口老龄化的加剧以及建筑业绿色可持续发展理念的持续推进，装配式建筑应运而生，钢结构是装配式建筑的发展方向。论文总结目前我国装配式钢结构发展面临的问题，从完善相关政策、构建技术标准体系、加强产业协作等方面提出对策建议，以期推动装配式钢结构的可持续发展，促进建筑业的转型升级。
【关键词】装配式建筑；钢结构；可持续发展
1引言
作为国民经济支柱产业，建筑业在近年来取得了显著成就，对我国经济发展、改善民生、城市化建设等方面都起到了重要支撑作用。但不可否认的是，建筑业仍然是能耗高、建造方式粗放、信息化水平低的传统行业，不符合建设资源节约型和环境友好型社会的要求。建筑业要改变现状、寻求高质量发展就必须融合先进的发展理念及科学技术，迈上绿色化、工业化、信息化的转型升级之路。在新形势下，大力发展装配式建筑是促进建筑业转型升级的重要举措。装配式建筑是预制部品部件在工厂提前生产，然后运至工地装配而成的建筑，按结构体系主要分钢结构、预制混凝土结构以及木结构三大结构类型。由于自然环境因素的限制，我国木材资源匮乏，装配式木结构不能被广泛推广来解决大量的人口居住问题，目前木结构主要应用分析于高档低层别墅。装配式混凝土结构虽然耐久性高、可塑性强，但是其预制构件重，运输半径大，运输成本的管理费用偏高。装配式钢结构具有钢材重量轻、抗风抗震性能佳、施工周期短、建筑品质高、有效使用面积大、节能环保、经济性好等优势，与其他两种结构相比，钢材可回收再利用，更契合可持续发展的理念，是绿色建筑的代表，是天然的装配式建筑。
2装配式钢结构的发展现状
鉴于装配式钢结构建筑具有抗震性好等优势，其在日本、美国等发达国家得到广泛应用分析。日本有三成以上的房屋采用钢结构，在住宅领域钢结构甚至占比超过了七成；美国钢结构被应用分析到各种类型的建筑中，其中在住宅领域钢结构占比超过四成。装配式钢结构建筑的广泛推广及应用分析，给社会带来了巨大的综合效益。在我国，钢结构建筑的应用分析主要集中于商业地产、大跨度会展中心、体育场馆、工业厂房等公共建筑领域，并且发展势头良好，技术较为成熟。而钢结构在住宅领域则发展缓慢，和发达国家存在较大差距，这与人们对钢结构住宅的性能优势认知存在局限、对钢结构住宅的综合效益认识不足等存在一定的关系。为了改善目前我国住宅因多为钢筋混凝土或砖混结构而整体性差、抗震性能不佳的`问题，应大力发展钢结构住宅。随着人口老龄化的加剧，建筑业人工成本处于上行趋势，并且自xx年以来水泥、混凝土等原材料的价格快速攀升，混凝土结构相对于钢结构的成本优势在逐渐缩小。钢结构建筑有助于化解钢铁去产能困局，巨大的市场空白为装配式钢结构建筑预留了大量发展空间[1]。自xx年以来，行业层面对装配式建筑的政策逐渐向钢结构住宅倾斜。xx年x月，住建部公布《住房和城乡建设部建筑市场监管司xx年工作要点》中提出要开展钢结构装配式住宅建设试点，推动建立成熟的钢结构装配式住宅建设体系。xx年x月，住建部发布《装配式钢结构住宅建筑技术标准》，在钢结构住宅的设计、生产、施工安装、质量验收、维护及管理等方面制定了详细规范。
3装配式钢结构发展存在的问题
3.1标准体系尚未完善
目前我国装配式钢结构建筑尚未形成统一的、行业认可的标准体系，导致整个产业链的各环节无法参照一个统一的标准执行，企业就不可能进行产品的批量化生产，工业化水平低导致成本增加、钢结构市场发育不完善，影响了装配式钢结构建筑建造水平和发展速度。
3.2建筑成本高
我国建筑产业化起步较晚，目前处于初级阶段。在此阶段，采用装配式建造方式尚未形成规模效应，预制构件标准化程度不足且生产和运输成本过高，建设生产未做到真正提升效率，无法发挥工业化批量生产的价格优势，装配式建筑的综合效益不明显。装配式钢结构建筑用钢量大，其造价相较于混凝土结构偏高，在前期投入资金量大而回报周期长，影响了企业的生产积极性。
3.3信息化发展滞后
建筑工业化的发展需要现代信息技术的支撑。装配式钢结构建造过程是一个复杂的系统工程，其建造模式既需要实现建筑、结构、机电、内装等全专业系统一体化装配，也需要实现设计、生产、施工等全过程一体化实施。然而，目前BIM技术虽有一定的实践，但总体上推进缓慢，尤其缺少对设计、生产、运输、施工全过程管理及应用分析，在一定程度上限制了装配式建筑的发展。
3.4专业人才短缺
与传统建筑的建造方式不同，装配式钢结构建造模式需采用大量新技术、新工艺、新方法，对相关参与者提出了更高的技术要求，而行业内缺少与之相匹配的专业人才。设计人员、生产人员、施工人员、管理人员等相关技术人员都更熟悉混凝土结构建造技术和管理模式，对装配式钢结构缺少了解和实践经验，短时间不能完全适应新的设计理念和施工方法。专业人才的短缺，将不利于装配式钢结构建筑产业的持续发展。
4装配式钢结构发展的对策与建议
4.1完善相关政策，构建技术标准体系
推进装配式钢结构建筑的发展，应以政府引导为基础，市场化运作为手段，适当推行相应的激励扶持政策，如土地供给、科技研发、资金配套、人才引进等方面给与政策倾斜，引导和鼓励企业发展装配式钢结构建筑，尤其是住宅领域。同时应健全监管机制，制定配套措施，为装配式钢结构建筑发展营造良好的市场环境。根据装配式钢结构发展现状，应加大规划、设计、生产、施工等各环节的标淮化建设，完善和提高技术标准体系；加大关键技术、工艺工法、配套管理方法的研发力度，提高行业整体的技术及管理水平[2]。
4.2提高工业化程度，降低建设成本
导致装配式钢结构建筑成本高的主要原因有两点：一是用钢量大，材料成本高，因此需对主体结构进行轻量化设计，减少整体钢材的消耗量；二是预制构件加工成本高，因此需要进行标准化设计，批量生产发挥规模优势，降低成本。由此可见，降低成本的关键是实现建设全过程的标准化，做到标准化设计、标准化生产及标准化施工，提高行业工业化程度。同时做好设计优化，加大施工阶段新工艺、新方法的硏发，充分发挥装配式钢结构建筑在提高质量、降低成本、缩短工期等方面的优势，提升整体综合效益[x]。
4.x加强产业协作，提高综合效益
装配式建筑采用设计、施工、制作与安装高度协调统一的一体化建造模式，需要上下游企业加强协作，共建相互依存、合作共赢的产业联盟，使得工程项目建设全过程形成完整的产业链，加快产品研发、技术推广、成果转化。提高BIM技术在装配式钢结构建筑中的利用率，逐步实现全过程全产业链信息化管理，实现数据传输与共享，提高项目各参与主体间的协同效率。同时，积极推广EPC工程总承包模式，实现设计施工一体化，发挥装配式钢结构建筑的建造优势，提升整体综合效益。
4.4重视人才培养，建立多元化培养机制
保障装配式钢结构建筑良性发展的基础是专业技术人才。人才培养是一个长期性的系统工程，需要从建立和完善专业资格认证、技术考核体系、职业技能培训体系等方面培养专业化的生产、施工、管理队伍。与此同时，可结合信息技术与制造业的发展，加大力度研发建筑机器人，让机器人代替人力进行生产、施工和检测等工作。此外，针对人才短缺现象，企业还可以与高校合作进行产学研协同育人，联合培养钢结构相关专业的人才，推动装配式钢结构建筑的健康发展。
5结语
装配式钢结构建筑因其具有自重轻、抗震性能好、节能环保、装配率高等特点，加之有利于化解我国钢铁行业产能过剩问题，推广装配式钢结构建筑有助于构建项目建设全过程资源节约和环境友好的发展模式，符合可持续发展理念，在很大程度上将推动建筑业的转型升级。虽然在现阶段，推行装配式钢结构应用分析和发展的过程中遇到了一些问题，需要进一步加强专项研究，但装配式钢结构建筑定将成为建筑业转型升级的主要推动力量。
【参考文献】
【1】胡泊,刘冰,韦凯杰.钢结构建筑在装配式建筑发展过程中的优势[J].福建建材,20xx(02):x1-x2+10x.
【2】廖礼平.绿色装配式建筑发展现状及策略[J].企业经济,xx,x8(12):1x9-14x.
浅谈钢结构建筑的工厂化发展趋势 篇3
摘要：伴随着我国经济的快速发展，建筑事业也蓬勃发展起来，相较于建筑常用的钢筋混凝土结构来说，钢结构建筑有其自身的优势，我国建筑结构在发生着巨大的变化，打破了混凝土结构独步天下的局面，钢结构建筑越来越多，尤其是钢结构在建设我国住宅中的应用，钢结构住宅产业现在是未来建筑产业发展的方向，但是，要实现住宅工厂化，必须建立一套新型体系，采用新兴技术。钢结构恰恰就满足了这一点，实现住宅建筑工厂化。本文主要论述钢结构建筑的工厂化发展趋势。
关键词：钢结构建筑；工厂化；发展趋势
我国建筑结构一般是采用混凝土结构，但是随着建筑业的发展，混凝土结构呈现出一定程度上的缺点，钢结构建筑在建筑业应用越来越广泛，因为它自身的优点在建筑结构施工中发挥出来，实现钢结构工厂化成为建筑业发展的方向。
一、钢结构建筑的概况
钢结构建筑是指由钢板、型钢、钢管、钢绳、钢束等钢材，用焊、铆、螺栓或胶等方式连接而成的建筑。钢结构具有很多优点，钢结构主要用于住宅建筑中，它较一般的建筑在空间上比较灵活；而且可以节约能源；抗震功能和抗风性能好；而且成本低；再就是钢结构在建造时速度快，可以缩短工期；由于钢结构的材料都是运用绿色材料，因此，对于环保来说效果极佳；钢结构比较适合工厂生产，其自身特点更加具有系统性和完整性。
二、钢结构建筑的发展情况
由于我国钢结构建筑起步比较晚，在初期阶段还受到设备和技术这两个因素的影响，为钢结构建筑的广泛应用制造了困难，其还不能实现国产化，必须依靠中外合资的方式进行建筑施工。二十世纪九十年代后，在我国的不断探索中积累了些许经验，开始自主研发钢结构建筑。尤其是近几年的发展，大批具有完全自主产权的钢结构建筑纷纷建立起来了，增强了其他地区应用建筑钢结构施工的信心，而且国内施工企业对于钢结构的施工也越来越成熟，施工的质量也不错，促进了建筑钢结构的迅速发展。而且随着经济的发展，钢结构建筑也随之快速发展着，大规模钢建筑结构可以实现工厂生产，就目前而言，我国钢结构逐步成熟，钢结构产业发展越来越迅速。
但是在某些方面仍存在着不足，在钢结构产业中，节能环保和可持续发展的意识还不是很高；设计理念与市场需求不符；钢结构建筑标准改定时间长；钢结构材料的质量参差不齐；钢结构科研开发资金不足，高性能、新品种钢材的自主研发能力不强。钢结构锻造和安装企业的设备落后；计算机管理水平不高；行业协会不能有效的进行市场秩序的规范和引导；企业科学化管理和专业人才的培训等方面还需发挥更大作用。
三、钢结构建筑的工厂化发展趋势
（一）钢结构工厂化的作用
首先，可以保证钢结构建筑质量。制定统一的规范和标准，可以引进欧美标准，借鉴学习，加强管理，加强锻造后，保证进厂钢材原材料一定是质量合格和优质的。保证了原材料的质量后，在制造厂加强工厂化制作流程，细化管理，标准流水线后，那么出厂的钢结构产品必将是高标准、高质量的。
其次，可以改善建筑品质，有利于品牌打造，使其在市场竞争中获胜。在日趋竞争激烈的中国市场，甚至全球市场，要想持久发展，务必对建筑的品质进行打造。工厂生产的钢结构产品，其质量是根本，效率也是很重要的。产品好，工程优质，那么企业就有了自己的品牌，竞争大大提高。
第三，可以缩短工程进度。工厂流水化作业加强管理后，钢结构产品制造快捷有序，将大大推进工程进度。
第四，對于施工现场形成文明施工和安全管理起到促进作用。如果工厂加工好基本就可以直接安装的构件，将大大为施工现场节约场地，必定会提高项目的管理，做到高效的文明施工，安全管理。
（二）工厂化发展趋势
可持续建筑是既满足现代人的需要，又不会对后代人的需要产生影响的建筑形式。转变思想关键，不再把建筑看作成人类随意强加给地球的东西，而是从更高层次综合分析建筑所造成的影响，是可持续建筑观的根本出发点。可持续建筑的理念需要建筑师在进行住宅设计时要先考虑气候因素，利用自然通风、自然采光的方法，减少住宅对能源的依赖。针对日益严峻的环境问题，建筑界也当然要有所重视。我国的建筑形式主要是砖砌体建筑或混凝土建筑。对环境造成了巨大的伤害，因此，国家采取了一系列具体措施，明确提出要积极合理地扩大钢结构在建筑中的应用。
加快钢结构住宅发展必须推动钢结构住宅实现工厂化，推动建造集成式住宅。集成式住宅是指住宅建设的安装、生产摆脱了传统的水、砂、石，打破了手工劳动和现场湿作业生产；由工厂生产住宅部件，在现场组装生产成品住宅。住宅部件是系统和标准的，可通过流水线进行生产，而房屋的形式、功能、布局都是高档次的；完全满足住户的要求，由建筑商提供可选择的住宅类型，供住户选择。较传统的工业化住宅来说，可以灵活地对部件进行加工、运输和吊装，由大改小的标准化单元，增加空间单元组合的灵活性和机动性。因为隔墙的轻质化和可拆改化，居住空间布置更灵活，最大限度地满足住户对功能和设备的高需求。
工厂化装修是钢结构住宅的广泛应用的技术支持，钢结构住宅如果用手工装修，不能发挥优势，工厂化生产的建筑主体无法配合粗糙的手工装修，并且钢结构住宅内隔墙一般都采用轻质工业化生产的整体构件，难以实现手工装修。而工厂化生产的装修构件淘汰了从电锤打眼塞木楔直到补钉眼刷漆的全过程，各种轻型墙体都可直接与装饰构件紧密结合，且寿命大为延长，从而有效地解决了钢结构住宅的室内精装修工艺可行性问题。工厂化装修与钢结构住宅的设计生产一体化是必然趋势。
在设计、施工、钢结构工厂化的趋势出发，越来越多的钢结构建筑的建设，实践证明我国的钢结构建筑不管是从施工设计，还是钢结构件的工厂生产加工，专业钢结构设计人员的素质都在不断提高，一批有特色有实力的专业研究所、设计院、建筑施工单位、施工监理单位都在日臻成熟，专业性、技术性、规模化更加完善。然而从钢结构应用范围看，我国的钢结构建筑正从高层重型和空间大跨度工业和公共建筑钢结构向住宅发展。
现阶段，随着我国城市建设的发展，高层建筑的增多，促进了我国钢结构发展，钢结构住宅作为一种绿色环保建筑，已被住房和城乡建设部列为重点推广项目。钢结构的发展趋势表明，我国发展钢结构存在着巨大的市场潜力和发展前景。此时我国钢结构形势已进入一个新阶段，有关规范和标准已经被制定出来，国内钢产量也很充足，为钢结构住宅的发展提供了较好的物质和技术基础。要紧紧把握其发展趋势，根据我国国情，积极借鉴吸收国外先进技术，促进钢结构住宅工厂化发展，相信我国钢结构住宅的发展前景是光明的。
结语：
在我国市场经济的快速发展的大背景下，建筑行业也在不断改革创新，以最先进的施工技术来适应发展的要求。我国建筑形式由混凝土结构转变为钢结构建筑是建筑业的一大进步，因为钢结构建筑是绿色建筑形式，实现钢结构建筑工厂化也是必然趋势。
参考文献：
[1]董友位，李科强.国内钢结构节能住宅现状及发展趋势[J].城市建设，2010（28）.
[2]张光明，郝继伟.钢结构住宅产业及其发展趋势[J].油气田地面工程，2013，25（12）.
[3]龚云.钢结构在住宅建设中应用探讨[J].建筑设计管理，2012（7）.
[4]肖亚明.我国钢结构建筑的发展现状及前景[J].合肥工业大学学报（自然科学版），2013，26（1）.
钢结构建筑发展 篇4
《规划》在总结、回顾“十一五”期间, 我国建筑业的主要发展成就中提到:“超高层、大跨度房屋建筑, 钢结构施工等领域的技术达到国际领先或先进水平”。而在建筑业“十二五”发展目标中, 在建筑节能的内容里, 提出了“十二五”期间“钢结构工程比例增加”的目标, 把发展钢结构作为建筑业推进“资源节约型社会”建设贡献率的一项指标。在建筑业“加强技术进步和创新”、组织重点领域和关键技术的研究中, 把推动“超高层钢结构工程和住宅工程关键技术”列为基础研究课题, 为开展钢结构住宅产业化课题研究提供了依据, 将对钢结构住宅推广、运用产生积极的影响。
《规划》重点提到未来五年, 国家将重点鼓励采用先进的节能减排技术和材料, 降低碳排放量大的建材产品的使用, 逐步提高“高强度、高性能”建材使用比例, 推动建筑垃圾的有效处理和再利用等, 对建筑钢结构行业提出新的课题, 如何开发、推广绿色环保、节能减排的建材产品, 钢结构领域大有文章可做。
值得一提的是, “十一五”期间我国建筑业完成的一系列设计理念超前、结构造型复杂、科技含量高、施工难度大、令世界瞩目的重大工程, 很多都是当今钢结构建筑的典范之作, 如奥运会“鸟巢”体育馆、首都机场3号航站楼、上海世博会的“中国鼎”、杭州湾跨海大桥及“世界第三高楼”的上海环球金融中心等, 涵盖了建设领域最新技术成果和先进施工工艺、工法的运用, 标志着我国钢结构建筑已经达到世界领先水平。
“十二五”期间, 国家落实科学发展观, 以加快建筑业发展方式转变和产业结构调整为主线, 以节能减排为重点的发展思路, 将为钢结构发展创造更有利的环境。钢结构由于其自身的特性, 具备实现建筑节能减排的条件, 钢结构工程强度高、抗震性能好、建设周期短, 技术含量高, 能够为社会提供结构安全工程。更因钢结构建筑垃圾可回收再利用的特点, 被世界发达国家在房屋建筑领域广泛运用, 一些国家还从战略物质储备的角度, 制定一些产业扶持政策, 大力推广、发展建筑钢结构。
当前, 我国作为一个产钢大国, 但还不是钢结构发展强国。建筑钢结构在城市公共建筑、体育场馆、交通基础设施等方面发展迅速, 但在住宅建设领域一直处于低水平、低层次的发展阶段, 钢结构住宅可以减少土地污染, 有利于标准化、整体装配式的生产性能尚未被社会充分认识和接受。在钢结构领域的技术人员素质、设计水平、产业政策以及发展质量还落后于世界发达国家。由于我国钢结构发展时间不长, 行业的技术标准规范制定、企业的发展环境、生产管理水平等还存在不少亟待解决的问题。
钢结构建筑发展 篇5
目前针对传统的结构检测技术，主要对材料的坚韧度、变形情况以及构件大小等方面进行检测。当前，材料、构件的力学特点、物理化学特性也包含在了检测工作里面，诸如混凝土材料的氯离子含量、含水率、抗渗性、水泥含量、PH 值以及混凝土里面钢筋的直径、具体位置、锈蚀情况、构件的外部温度、内部裂缝、动态静态应变情况以及动力反应等方面。针对建筑工程的稳定性以及安全性，工程结构监测涉及以上内容，另外，还包括建筑的持久性能和舒适度。
1 建筑需要结构检测的前提条件
1.1 建筑结构检测的原则
建筑结构检测是一项严谨的科学实践活动，不同于一般的工程操作，它结合了建筑科学、化学、材料学、物理学、电子学等，是一项学科交叉性较强的实践活动。建筑结构检测通常情况是检测单位受委托方的请求而进行的。发生下列情况时需要进行建筑结构检测：一是建筑物在设计阶段存在差错。
1.2 对于老龄建筑的检测
建筑物年久失修。由于建筑物使用时间较长，其结构遭到一定程度的损坏，其使用的安全性和稳定性难以得到保障，需要对其进行加固或者改造时，就需要对其进行结构检测以利于操作。其次，是由自然或者人为灾害造成对建筑物结构存在影响。以及建筑物在使用过程中出现超载现象，有可能对其造成破坏的，例如：在未对建筑的地基承载能力进行核算便对其加层改造，或者随意的拆墙、打洞，这种情况的发生，很容易造成结构的安全威胁。
2 现场对于建筑工程结构的检测具体部位
2.1 工程砌体结构
在检测砌体结构的时候，检测指标和项目为砌体结构的砂浆抗压强度。在进行第一次检测的时候对优检查和普检的选点密度和要求类似于混凝土结构，可根据上文的选点标准进行检测，复检时也要根据普检参检数量的两部进行检测和选点，其初复检要求以及整体选点和混凝土结构相，在此不再做赘述，可根据上文所述进行选点。选择时要可能的覆盖所有的类型和结构，同时，对于地下室，必须要对顶层和首层几个重要结构进行选点检测，以备质量监督部门的随时检查。
2.2 工程混凝土强度的检测
钢结构建筑发展 篇6
关键字：古木建筑 伞架结构 斗棋 昂 出跳 与自然共处
建筑作为一种跨越时空的艺术形式，承载着人类在大地上诗意栖居的梦想，记载着人类追寻幸福生活的永恒轨迹。当建筑这种高雅艺术遇上人们生活当中的普通用品时，往往会迸发出各种奇思妙想。中国古代木建筑与伞便有着这样的不解之缘。古代木建筑是中国建筑的代表，在以石头为主的西方建筑以外，形成了一个独立自主的建筑传统。相传，伞的发明就来源于木建筑结构的灵感。繁体的“傘”字，中间四个人字，其实是活动的可收束的“榫头”，由此可见二者缘份匪浅。笔者将分别阐述古建筑与伞的发展演变，逐步揭开二者之间是有着怎样的一脉相承的不解之缘。
一、中国古代木建筑形式的产生与发展
中国古代建筑作为世界建筑体系中最古老的一种，有着悠久的历史传统和辉煌的成就。有实物可考的历史在7000年以上，且发展从未中断。3000年前已经形成以木构架为主要结构、以封闭的院落为基本的群体布置方式的独特风格。总体来说，关于中国传统建筑的特征，中国建筑史学的奠基人梁思成先生在其著作《中国建筑史》（1944年）里总结为四个方面，即“以木料为主要构材、历用构架制之结构原则、以斗拱为结构之关键、外部轮廓之特异”。从这句话可以看出，木建筑在整个建筑史上占有举足轻重的地位。中国木建筑结构方法，最主要的就在构架之应用。北方有句通行的谚语，“墙倒房不塌”，正是这结构原则的一种表征。其用法则在构屋程序中，先用木材构成架子作为骨干，然后加上墙壁，如皮肉之附在骨上，负重部分全赖木架，毫不借重墙壁。中国木构正统延续了三千多年的寿命仍还健在。这种结构方式，是由立柱、横梁、斗棋等主要构件建造组合而成，各个部分之间的结构点以榫卯相吻合，构成具有弹性的结构框架。而这一点，也被借用到伞具当中。我们先来了解木建筑的结构组成。
从外观上看，木建筑结构由屋顶、柱身和台基三部分组成：
屋顶
中国古代建筑造型之美，整体上体现为恢弘壮阔，细节上体现人性细腻。在整个建筑中屋顶造型最为突出，外观多为坡顶，少见平顶。最初屋顶的形制是由一根立柱支撑起一个人形的屋檐组成，这是中国传统建筑中最基本的元素。发展到后来，主要有庑殿、歇山、悬山、硬山、攒尖、卷棚等建筑形式。下面是五种屋顶构造类型的九种变形（图1）：
屋顶横断面的曲线是由举（即脊樽的升高）和折（即椽线的下降）所造成的。其坡度决定于屋脊的升高程度，可以从一般小房子的1：2到大殿堂的2：3不等。升高的高度称为举高。屋顶的曲线是这样形成的：从脊樽到檬檐枋背之间画一直线，脊樽以下第一根槽的位置应按举高的十分之一低于此线；从这樽到撩檐枋背再画一直线，第二根樽的位置应按举高的二十分之一低于此线；依此类推，每根樽降低的高度递减一半。将这些点用直线连接起来，就形成了屋顶的曲线。
屋顶的曲面弧度，在力学上可以将铺设的瓦片扣搭得更紧贴。屋檐向外出跳的深度也是值得注意的。宽阔的出檐既保护着屋身，并且能保证屋内有充足的光线，同时又能使雨水落下时冲得更急更远，从而避免地基受到雨水冲激而损坏。
柱、樑
柱是直立承受建筑上部重量的构件。按外形分为直柱、梭柱，截面多为圆形。按所在位置有不同名称：在房屋外围的柱子为外檐柱，外檐柱以内的称金柱（屋内柱），转角处的称角柱等。柱有侧脚，即向中心倾斜；有生起，即从中间柱向角柱逐渐加高。附在墙壁的柱叫作樽。
樑是搭在柱顶上的水平构件，沿着进深与房屋的正面成九十度角排列，一纵一横地承托着整个屋顶的重量。上一樑较下一樑短，层层相叠，构成屋架。最下一揉置于柱头上头或与斗棋结合。
斗栱
屋顶就是架在柱、樑之上的，并通过柱和樑将重量逐级传递到台基。而连接柱和棵的构件，就是“斗棋”。
斗棋在古建筑中的独特地位使其成为研究古代建筑的重要课题，斗棋的发展演变史清晰地刻画了中国古建筑的发展演变史，长期以来为国内外学者所重视。斗棋最早的形象见于周代的“令簋”（图3），“令簋”四足做成方形短柱，柱上置栌斗，再与两柱之间、栌斗斗口内施横枋，枋上置二方块，类似散斗，与栌斗一起承载上部座子，形状与组合和后代檐柱的构造方法十分相似。
令簋是斗棋的前身，真正的斗棋是一个十分复杂的部件，组成斗棋的构件分为斗、栱和昂三大类。根据位置和功能的差异，共有四种斗和五种棋。然而从结构方面说，最重要的还是栌斗（即主要的斗）和华棋。后者是从栌斗向前后挑出的，与建筑物正面成直角的棋。
华棋之上还有一个斜向构件，与地平约成30度交角，称为昂。它的上端，称为昂尾，常由梁或榑的重量将其下压，从而成为支承挑出的屋檐的一根杠杆。从昂自身构造和其杠杆作用来看，其最大优势便是能够轻而易举加大出檐深度。
斗棋不同于西方建筑中的那种简单的柱头，直接承重并将荷载传递到柱上。斗棋底部只是柱头上的一块大方木，但从其中却向四面伸出十字形的横木（棋）。后者上面叉置有较小的方木（斗），从中再次向四面伸出更长的横木以均衡地承托更在上的部件。这种前伸的横木（华棋）以大方木块为支点一层层向上和向外延伸，即称为“出跳”，以支承向外挑出的屋檐的重量。它们在外部所受的压力由这一托架（斗棋）内部所承受的重量来平衡。
斗栱从其最初的作用而言，主要是承檐结构。斗棋可置于柱头上，也可置于两柱之间的阑额上或角柱上。根据其位置它们分别被称为“柱头铺作”、“补间铺作”或“转角铺作”（“铺作”即斗棋的总称）。
台基
作为基础，台基肩负通风及稳定竖柱的功能，同时又好像一个巨大承托垫子，避免柱基因为负重不同而出现沉差。台基包括埋在地下（埋深）和露出地面（台明）两部分。台明是台基的主体。
传统建筑的台基，会随着庭院大小以及建筑物的高度来调整，以求达到突出建筑物的性质，显示等级和气派。同时，在基本上以水平横向展开的中国建筑中，台基同时叉起着将平面空间及直线所造成的闷局打破的积极作用。将一个较低的平地变成较高的平地，将水平直线变成带着起伏的韵律。
木建筑让我们的祖先从颠沛流离中安定下来，使人类有了一个可以遮风挡雨的场所。建筑是固定的，风雨却是随时随地的，人们需要一个可以“行走”的遮风挡雨工具，因此，木建筑的结构形式便被引用到伞具中来。
二、木框架建筑对现代伞的借鉴和应用意义
伞具作为我们生活中必备的一件日用品，作为先哲的一项充满智慧的造物，不仅承载着丰富的文化内涵，更展露出一种秩序性很强的美感，而这种美感，更多的是借鉴木框架结构的古代建筑形式。
相传鲁班借鉴亭子的造型，用几条木棍做了个架子，上面顶着油布，做成了世界上第一把伞，几乎就是一座能走路的亭子。早期的伞是用树叶或草编织成的，后来出现了用油纸和竹片做的伞，用丝绸做的伞。2000年前，就出现了有完整骨架、能开能合的伞。
伞的基本结构从古至今几乎没有本质的变化。现代伞的结构基本承袭了古代伞结构特点，主要由伞面、伞骨、伞杆、手柄及其它一些辅件塑件组成，这种构造与木建筑结构的结构原理是一脉相承的：伞柄可以看作是缩小版的台基，伞杆则是屋身，支撑起类似屋顶的伞面，伞面采用了屋顶中“攒尖式”造型。整个伞架最初是不可收束的、固定的，不利于随身携带。
一副伞架既能将伞撑起，又具有收束功能，轻巧简便，是现代伞架最突出的特点。以一把直杆伞伞架为例：
上图为一把直杆伞伞架示意图。部件7（长骨）、8（拉骨）、11（撑骨）、12（夹马）是伞骨的主要部件。通常一把伞有6—8根伞骨。伞骨与伞杆共同支撑着整个伞面。夹马（又称马鞍）的作用相当于一个斗拱，连接着长骨和拉骨，长骨就似一根横樑，伞杆相当于木框架结构中的柱。
当撑开伞时，拉骨被推向伞的顶端，整个伞面被撑开。同时，拉骨对长骨产生了一个压力。笔者认为，拉骨就似一根挑出去的昂。长骨由于拉骨的拉力作用，向外拱起；同时产生一个向下的压力，使得长骨尾部向内缩，这样便形成了一个弧度。这个弧度既能够让伞呈现出曲线美观感，还有一个实际的作用，即让从伞顶流下的雨水迅速滑落，减轻伞面的承受力。
这种设计也是借鉴了古建筑的屋顶设计。在中国木构造建筑的构造中，对屋顶的支承方式根本上不同于通常的西方三角形屋顶桁架，西方建筑的直线形的坡屋顶显得很僵硬。而中国建筑的框架则有明显的灵活性，工匠可通过对构架高度与跨度的调整，按其所需造出各种大小及不同弧度的屋顶。伞骨也可以通过调整大中小马鞍的位置以及各档铝骨片的长度，使整个伞面呈现不同的曲线弧度。
伞骨弯曲的弧度没有使伞面有屋檐那样的出跳，但它的作用与出跳有异曲同工之妙，都是要保证使用者不被雨淋湿；而且伞面也不需要出跳，因为使用者可以随心所欲地调整伞杆的角度，保证视野不受遮挡。
伞骨支撑着整个伞面的重量，这个重量通过马鞍传递到伞杆上，再到手柄上。而小小的手柄，不像古建筑中的台基，有很深的埋深和宽阔的台基，自然支撑不了整个伞面、伞架的重量，所以只能依靠使用者的手部力量作为补充，其同支撑起一把伞。
直杆伞伞架相对来说，构造较简单，它只借鉴了一组斗棋的构造。三折伞就更复杂一点了，它借鉴了多组斗棋的构造。以天堂牌普通三折伞架为例，一根伞骨主要由大、中、小三个马鞍（行业术语）以及六档长短不一、精细不同的铝片（或钢片，以下统一为铝片）组成，如图所示：
大中小三个马鞍可以看作是三组斗棋，连接不同的横梁和昂，层层架构，撑起来与直杆伞无异，但收束起来，伞面成三段，更加小巧。
从木框架建筑与伞骨的各项对比我们可以看出，伞的构造不仅保留了木建筑中的精华，而且进行了简化。儿时谜语“门背一根竹子、撑起来一间屋子”，则是对这种传承与发展的最好说明。
三、吸取精髓，再造精华
木结构建筑留给我们的不仅仅是它的营造法式、结构布局，更是古人的一种心愿、精神理念。五行中，“木”的位置安放在旭日照耀的东方，是一切生命之源。古人植树做林，截木为材。盖房子，做家具。生活在树木旁，住在木材里。在木桌上吃饭、在木床上睡觉。这种“与自然共处”的价值观念至少给了我们两点启示：
其一，古人利用这种远比石材脆弱得多的木头来支撑他们的家园，必然有他们的道理。木建筑框架保留着自然气息，而且会散发着家园的温暖。这种观点与当下低碳环保、绿色健康意识不谋而合。我们应将那种“与自然共处”的价值观念渗透到生活当中，尤其是产品设计方面，伞具亦是如此。现代伞注重的是现代工业金属材料和工业面料的使用，虽然体现了现代工业的发达与进步，但缺乏了伞具原始的、自然的味道。笔者曾与浙江大学城市学院创意与艺术设计学院的几位老师进行合作，设计开发出一把竹伞，给予了伞具返璞归真的韵味。
竹与木一样，都是自然物种。而且竹子硬并且有弹性，易于加工成各种造型。这把竹伞伞架和伞骨均采用竹子制作，连伞面也是采用竹炭纤维面料，该伞最具特点的是它的有镂空大椭圆的手柄，这个手柄在直观感觉上是简洁硬朗的，体现了竹子虚怀若谷和坚毅挺拔的特点。而事实上，它就类似于一个加长加宽的台基，既烘托了整把伞的气势，又更加符合人机工程学，使人握着舒服且握得牢。这把伞曾一举斩获2013年度IF产品设计奖大奖和红点设计大奖。
其二，木建筑结构简单，虽然庞大，但所有部件一目了然，而且观赏性十分高。这种框架结构，一是为了保持木材通风，二是便于更换构件。反观伞具，伞架的构件虽然小巧，却不易更换，通常一根伞骨出现问题，需要把整把伞架都拆下来，或者直接换成全新的伞架。这不但耗时耗力，更是一种浪费。
放眼当下制伞行业，制作过程中仍有60%～70%的工序要靠手工完成，而且消费者对伞具的要求越来越高，伴随着的是越来越复杂的工艺和越来越多的零部件。据了解，一把普通伞竟有上百个的零部件，伞骨的拼接、伞杆的组装、伞面的缝合等都完全靠手工来完成。这种情况制约了伞具行业的进一步发展，无法顺利地实行产业转型和升级。可以想象，如果能在伞架结构上实现突破，将可能促进制伞行业在完全实现自动化生产方面迈进一大步。
笔者了解到，目前有一种概念设计的伞架，从伞面、伞骨到伞柄，只有20个分部件。它的特殊设计的、注塑成型的一体化伞骨在维持正常力学强度要求的同时，极大地精简了结构需求，使得组装与维修都变得十分简单。这就大大缩减了生产工序，降低了制造成本。我们亟需做的事情，即将这种概念伞架转换为可批量生产的实物伞架，并全面推广。
绿色建筑风潮之下的钢结构发展 篇7
绿色建筑中的“绿色”, 并不是指一般意义的立体绿化、屋顶花园, 而是代表一种概念, 指建筑能充分利用自然资源, 并在不破坏环境基本生态平衡条件下建造, 又可称为“可持续发展建筑”和“生态建筑”。绿色建筑被看作是一种资源节约型的建筑, 最大限度地减少不可再生的能源、土地、水和材料的消耗, 产生最小的直接环境负荷 (如温室气体排放、空气污染、污水、固体废物及对周边的影响) 。绿色建筑不仅讲究建材的绿色环保和本地化, 还在于建材生产到建筑物的设计、施工、使用、管理及拆除回收等整个生命周期。
二、社会背景
1. 国内外绿色建筑发展现状
国际上对绿色建筑的探索和研究始于20世纪60年代。60年代美籍意大利建筑师保罗·索勒瑞把生态学和建筑学两词合并, 提出“生态建筑学”的新理念。1973年的中东石油危机给各发达国家的经济带来重创。为了缓解这种情况, 各国纷纷推出各种强制性的节能措施, 其中, 高能耗的建筑及建筑节能受到了特别的重视。在这期间, 世界各地掀起一股有关绿色建筑的风潮, 各种新建筑名称也繁花似锦般地涌现。80年代, 节能建筑体系日趋完善;90年代之后, 绿色建筑理论研究已经比较系统和完善。近几年, 在钢结构发展方面, 一些工业发达国家已较为普及, 如日本、澳大利亚等国的钢结构建筑已占全部建筑数量的50%, 美国达20%。
我国近几年绿色建筑得到了比较迅速的发展, 成绩显著, 但同时也应看到, 在这个过程中也存在着较多不足之处。我国每年新建的建筑和现有的存量建筑, 绝大部分属于高耗能建筑。如建筑用的水泥, 从石灰石矿的开采, 到烧制成水泥, 运输至生产厂家制成商品混凝土, 再应用于建筑施工, 这一过程需要消耗大量的能源。建筑建成之后, 建筑的使用运行和最后的废弃处理, 都需要耗能。整个过程, 建筑消耗了较多的水资源、原材料, 造成了一定的空气污染、温室气体效应、水污染、固体废物和氟氯化物。据有关统计数据显示, 我国钢结构建筑产业刚处于起步阶段, 钢结构住宅比例不足5%。
2. 国家政策
如今这个工业高度发达的时代, 出现了高楼林立、阡陌交通, 但同时也出现了高密度的污染及大规模的废弃物排放。这一问题, 近些年逐渐引起相关部门的重视, 也相继有一些措施出台。从上世纪末开始, 国家颁布了在建筑工程中推广使用钢结构的政策措施, 提出了到2010年建筑钢结构用量达到钢材总产量6%的目标。2000年5月, 国家专门成立钢结构专家组, 将住宅钢结构列为“十五”期间的发展重点。2001年《钢结构住宅建筑产业化技术导则》的发布, 使36项钢结构住宅建筑体系及关键技术研究课题得以深入扎实地推进, 一大批钢结构住宅试点工程相继在北京、天津、上海等地建成。近几年, 党中央提出“要大力发展节能省地型住宅, 全面推广节能技术, 制定并强制执行节能、节材、节水标准, 按照减量化、再利用、资源化的原则, 搞好资源综合利用, 实现经济社会的可持续发展”, 坚持走资源节约型和环境友好型的可持续发展道路, 从每一栋建筑做起, 让越来越多的绿色建筑构成我国未来希望的发展前景。
三、钢结构建筑的“绿色”优势
1. 自重轻,
可降低基础造价。钢材的抗拉、抗压、抗剪强度相对较高, 钢结构构件结构断面小、自重轻, 能够承受更大的荷载、便于运输和安装。
2. 运输、
安装工程量少。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。同时柱子的吊装、钢框架的安装、钢筋混凝土核心筒的浇筑、组合楼盖的施工等, 可以实行立体交叉作业, 大大缩短施工周期。
3. 同等用途体积较小,
提高了住宅的有效使用率, 基础费用也较低, 总体用料减少, 在施工时可大大减少砂、石、水泥的用量。同时钢结构是工程结构中工业化程度最高的一种, 便于机械化制作, 集约生产, 精度高, 安装方便, 因此总体成本较低。
4. 具有可回收再利用的特点,
采用螺栓连接的钢结构易于拆卸、加固和改建, 符合当前国家对建筑业提出的可持续发展的要求。
5. 钢结构产品寿命较长, 一般在50—80年之间。钢结构产品在维修上非常简单,
功能平面上的调整可发挥的空间较大。
6. 钢结构建筑安全性高, 抗震、抗风性能好。因为钢结构重量轻,
结构侧移、受力主要是风荷载影响, 材料延展性好, 结构体系基本不进行转换, 竖向刚度均匀, 因此具有较高的安全性。
四、钢结构的技能瓶颈
1. 钢结构本身的缺陷
(1) 钢结构的防火性能差
随着温度的升高, 强度就降低。如果一旦发生火灾, 结构温度达到500度以上时, 就可能全部瞬时崩溃。
(2) 钢结构容易锈蚀
钢材处于有腐蚀介质的环境中容易锈蚀, 如遇潮湿环境、土壤、工业废气等, 会显著降低钢材的强度、塑性、韧性等力学性能。
2. 现存钢结构企业自身存在的不足
(1) 钢结构企业缺乏一定的专业人才。
钢结构建筑在建筑工程中属于技术要求较高且技术较复杂的一种结构, 过去人们一直和混凝土结构及砌体结构打交道, 对这两种结构比较熟悉, 而对钢结构接触较少, 还不能适应钢结构建筑项目的需要。现在必须重视并加强钢结构建筑研究、开发、设计、生产、施工、检测等各方面技术人才的教育和培训, 提高专业队伍的人员素质, 为提高钢结构建筑质量打下良好的基础。
(2) 钢结构企业数量较多, 但鱼龙混杂, 具备一定规模的还比较少。
近年来, 随着钢结构建筑的应用和发展, 国内钢结构市场不断扩大, 导致全国各地出现大量新建和转产钢结构制作安装的企业, 其中既有国内知名的大型企业, 也有不少个人承包的小作坊, 良莠不齐。
五、总结
通过上述分析可以发现, 钢结构自身独特的优势适应了当今社会低碳节能、可持续发展的大环境, 是典型的“绿色建筑”。钢结构建筑的大力发展是大势所趋, 未来几年时间里, 钢结构企业要在政策的支持与引导下, 扬长避短, 发挥自身的创新能力, 克服发展道路上的种种障碍, 努力缩小与发达国家的差距, 把我国的钢结构建筑发展壮大。
摘要：本文阐述了绿色建筑的基本含义, 分析了当今社会国内外钢结构发展的背景, 结合钢结构建筑本身的优势和现今钢结构行业的整体发展情况, 总结出钢结构在倡导绿色建筑的今天拥有巨大的发展空间和潜力, 钢结构企业应把握机会, 把钢结构建筑发展壮大。
建筑钢结构焊接技术发展趋势研究 篇8
1 我国钢材的使用情况概述
图1是我国2001年—2010年钢产量的数据统计表, 从图1不难看出我国每年的钢产量是非常大的, 而巨大的钢产量意味着巨大的焊接需求。建筑行业是钢铁的消耗大户, 因此探究建筑钢结构的焊接技术具有重要的意义。
相较于其他的建筑形式, 钢结构建筑的施工周期更短, 适应性强、外形丰富、施工方便, 因而钢结构被广泛应用于高层建筑、厂房、仓库、码头、桥梁等的施工中, 现代经济的发展使得各种基础设施的建设项目越来越多, 对于钢材的用量越来越大的同时, 对钢结构的焊接技术也提出了更高的要求。
2 建筑钢结构焊接技术现状分析
2.1 焊接技术和焊接材料的发展现状
近些年来我国除了在经济方面取得了举世瞩目的成就, 在工业方面同样实现了跨越式的进步。随着钢结构建筑在建筑领域中的应用越来越广泛, 各种新型建筑钢结构的焊接技术也层出不穷, 焊接技术的进步带来了钢结构建筑的发展。当前各种焊接技术种类繁多, 但是并没有出现哪一种焊接技术能够广泛适用于各种建筑钢结构的焊接之中, 钢结构建筑的施工仍旧需要根据建筑的原材料以及焊接材料来确定焊接技术与焊接工艺。
2.2 建筑钢结构焊接设备的发展现状
焊接设备的质量与建筑钢结构焊接的质量息息相关, 虽然我国的钢结构建筑越来越多, 对于焊接技术的应用也越来越多, 但是在焊接设备方面的发展却一直处于停滞状态, 当前焊接施工中很多设备都是从国外进口或者采用国外技术在中国制造, 我国并不具有核心知识产权, 这不仅带来了更加高昂的焊接成本, 也不利于我国钢结构行业的发展。从当前的情况来看我国的钢结构制造企业与国外企业仍旧存在一定的差距亟待弥补。
2.3 焊接技术人员的培养现状
随着市场上的钢材的种类日益增多, 钢结构的焊接工作对于技术人员的技术水平及综合素质的要求也越来越高, 虽然我国的钢结构建筑被广泛的应用, 但是对于专业技术人员的培养却仍旧稍显不足, 与发达国家相比我国在对相关技术人员的培训、管理以及资质考核等方面还有诸多差距, 这就导致了从事建筑钢结构焊接的工作人员职业素质参差不齐, 既不利于建筑工程的施工也不利于我国焊接技术的发展。
3 建筑钢结构焊接技术的发展趋势
3.1 新技术的创新应用
1) 高强钢焊接技术。随着城市土地资源的日益稀缺, 城市的建筑越来越高, 这就对建筑钢结构的强度提出了更高的要求。当前将高强钢应用于建筑钢结构中的情况也越来越多, 为了保证高强钢焊接之后的强度能够达到要求, 高强钢的焊接技术更为严格, 需要控制好焊接电压、电流、焊接速度、冷却时间以及焊缝当中碳氧等元素的配置比例, 同时还要控制好应力和变形。
2) 低温焊接技术。建筑钢结构的焊接同样会受到温度的影响, 在低温下焊接时焊缝会出现裂纹, 在工作状态下容易发生脆断, 而低温焊接技术的出现则很好地解决了低温天气对于钢结构施工的影响, 国家体育场“鸟巢”的钢结构工程就是最显著的代表。一般来说低温焊接技术的应用温度要在-15℃以上, 温度太低时测温仪以及送丝机的工作状态难以保障。为了保证接头的抗拉强度, 需要对周围的施工环境温度进行控制, 在焊接之前进行准确均匀的预热。同时焊接后要立即对焊接接头处进行有效的保温处理, 这样有利于焊接处氢气的散出, 防止后期冷裂纹的出现。
3) 组合楼板栓钉穿透焊技术。当前我国高层建筑钢结构对于组合楼板的使用也越来越多, 这使得组合楼板栓钉穿透焊技术应时而生。所谓的组合楼板栓钉穿透焊技术指的是在焊接时通过电弧的燃烧使得栓钉穿透压型钢板并焊接在钢梁的表面上, 栓钉将组合楼板紧密结合在一起, 使得楼板的强度能够达到设计使用的需求。组合楼板栓钉穿透焊的过程可以分为起弧、不稳定燃烧、稳定燃烧和熄弧顶锻这四个阶段, 通过大量的使用经验证实组合楼板栓钉穿透焊技术具有较高的质量保证, 使用组合楼板栓钉穿透焊技术之后楼板的合格率相较于普通焊接技术更高。
4) 铸钢及铸钢节点焊接技术。对于一些跨度比较大的大型厂房建筑或者体育馆类的建筑, 铸钢及铸钢节点焊接技术得到了很好的应用。铸钢及铸钢节点焊接技术在处理复杂多变的建筑造型时更为有效, 但是这种焊接方式也不是最完美的, 因其含碳量比较高, 在焊接时容易带入各种杂质, 而且铸态时的组织晶粒比较大, 导致了其焊接性能会相对较差, 所以铸钢节点对于焊接工艺的要求也很高, 主要表现在减少残余应力来防止裂纹的产生。
3.2 焊接设备的创新发展
随着科技的发展, 焊接设备也处在不断的更新换代之中, 当前建筑钢结构焊接施工中主要使用的机械有手工电焊机、电渣焊机、MIG和MAG焊机、埋弧焊机等, 随着科技的发展以及人们对于可持续发展的不断追求, 焊接设备必将朝着高效节能的方向发展。新型焊接设备可以采用逆变电源以及微处理器, 逆变电源的出现能够显著降低焊接设备的质量和体积, 而微处理器的应用则能够提高其智能性, 用同一台焊接设备实现多种焊接技术。
3.3 提高焊接技术人员的素质
焊接技术人员的职业素质对于建筑钢结构的焊接质量的影响至关重要, 而随着各种新型焊接技术的发展, 焊接技术人员必须不断地提高自身的职业素质才能满足建筑钢结构焊接的要求。作为一门专业性非常强的技术, 从事建筑钢结构焊接技术的人员需要进行严格的培训和考核, 获取相关的操作资格, 以此来保证操作的质量。而各种新型钢材的出现使得新兴的焊接技术也层出不穷, 想要提高建筑钢结构的焊接质量, 相关焊接的工作人员需要不断提高自身的知识水平, 了解各种新型钢材的物理性能和焊接方法, 从而推动焊接技术的发展。
4 结语
高层建筑的形式层出不穷, 钢结构建筑的广泛使用对焊接技术提出了更高的要求, 笔者从焊接技术和焊接材料的发展现状及建筑钢结构焊接设备的发展现状、建筑技术人员的培养现状探究了建筑钢结构焊接技术的发展趋势, 作为我国经济发展的支柱型产业, 建筑钢结构焊接技术在建筑行业中占有举足轻重的地位, 建筑行业需要审度当前科技发展的形势, 从新技术、新设备、新人员三个角度来考虑建筑钢结构焊接技术的发展趋势, 从多个方面来提高建筑钢结构的焊接质量, 以便充分保证建筑物的整体质量, 继而创造更大的经济效益和社会价值。
摘要：对建筑钢结构焊接技术的现状进行了分析, 基于建筑钢结构焊接技术的现状提出了建筑钢结构焊接技术的发展趋势, 指出当前建筑钢结构焊接技术的发展主要体现在焊接设备的改进、焊接工艺的创新以及焊接人员素质的提高三方面。
关键词：建筑钢结构,焊接技术,现状,发展趋势
参考文献
[1]李斌.建筑钢结构焊接技术的发展现状和发展趋势[J].科技创新与应用, 2013 (13) :245-246.
[2]李方芳.我国建筑钢结构焊接技术的发展现状及未来发展趋势[J].科技风, 2014 (18) :165-166.
[3]李雪峰.我国建筑钢结构焊接技术的发展现状与发展趋势[J].科技创新导报, 2015 (8) :67-68.
钢结构建筑发展 篇9
按住建部要求, 2014年11月29日, 中国建筑金属结构协会建筑钢结构分会组织召开建筑业发展“十三五”规划编制工作征求意见会议, 协会质量部、建筑钢结构分会的主要负责人、省级协会负责人、专家、企业家代表出席会议。
刘哲秘书长作为住建部“十三五”规划编制领导小组成员, 负责指导、督促、审查建筑业发展“十三五”规划编制工作, 保证规划编制进度和符合行业发展目标。在《建筑业发展“十三五”规划编制工作方案》中, 首次重点提到钢结构行业, 钢结构分会也是首次承担建筑业发展五年规划的编制工作。希望钢结构行业抓住机遇, 进一步提升和宣传钢结构, 使钢结构建筑得到更广泛的社会认知。
协会质量部主任梁岳峰传达了住建部《关于印发住房和城乡建设事业“十三五”规划编制工作方案的通知》, 从规划编制的背景、总体要求、主要任务、工作分工、内容框架、完成目标等方面做了具体阐述, 并对如何扎实推进“十三五”规划编制工作做了安排和要求。本次会议的主要内容是讨论钢结构“十三五”规划内容框架、提出钢结构专业的内容框架, 并针对规划文字做具体描述。大家发表了意见和建议并展开了研讨, 与会专家、学者和企业家一致认为要认真总结、全面评估“十二五”, 充分认识建筑业面临的风险与挑战, 把发展放第一位, 坚持远近结合, 与国民经济社会发展全局结合。要密切跟踪国家政策规划导向, 加大对接力度和争取力度, 切实把关系钢结构行业发展全局的重大事项纳入上级规划盘子, 为钢结构行业“十三五”期间转型跨越发展争取主动。
钢结构建筑发展 篇10
一、钢结构建筑的发展
我国钢结构真正意义上的发展始于上世纪80年代。到90年代, 由于钢材产量多年蝉联世界第一位, 使得钢结构建筑迎来了空前繁荣发展。由于我国钢结构技术的发展滞后于发达国家, 一些大型的公共建筑都是在外国公司的指导和参与下完成的, 一直到1998年大连远洋大厦的建成, 我国的钢结构建筑发展才变成完全国产化。进入21世纪, 钢结构建筑技术日益成熟以及建筑数量不断增多, 钢结构建筑进入快速发展时期。
二、钢结构的特点
1. 钢结构的优点。
钢结构是由钢材经过加工制造成各种形状而形成的。和其他的建筑材料相比, 钢结构具有如下优点:
(1) 质量轻、强度高。钢材的密度虽然比其他建筑材料大, 但由于其强度相比混凝土较高, 钢材的强度与密度的比要比混凝土大许多。以同样跨度承受同样荷载的情况下, 钢筋混凝土屋架的质量是钢屋架的3~4倍还要多。混凝土的抗拉强度远远低于抗压强度, 而钢材的抗拉强度和抗压强度相差无几。这也使得钢结构在大跨度和承受较大荷载的建筑中得以发展。
(2) 塑性、韧性好。钢结构的塑性好, 在承受较大荷载的情况下, 会发生塑性破坏, 能够察觉到一定的变形, 而不是发生突然断裂。韧性好, 能较好地适应动荷载。钢结构具有良好的吸能能力和延性, 具有良好的抗震性能。
(3) 材质均匀、制造简单, 施工方便。钢材的材质均匀, 受力性能优越, 结构的实际受力情况与力学计算比较吻合。钢结构材质均匀, 加工方便, 部件都是采用机械化生产, 精度也较高。对于一些小型的组合构件, 可以先组装, 再吊装, 极大地缩短工期, 避免了高空作业的危险。
(4) 绿色环保。混凝土会毁坏耕地, 且一旦损坏便不可二次利用。钢结构多采用普通螺栓和高强度螺栓连接, 有时也采用焊接, 拆装方便。对于临时性的建筑或是需要拆装的建筑, 可以把钢结构部件拆卸下来, 再次使用。
2. 钢结构的缺点。
(1) 钢材的耐腐蚀性差, 维护费用高。钢材的耐腐蚀性差, 必须对其进行防护。对于经常接触腐蚀性物质和暴露在大气中的钢结构, 因其本身结构受到腐蚀, 而造成承载能力下降, 进而结构破坏。钢筋混凝土结构一经建成维护费用很低, 而钢结构的维护费用就很高。
(2) 钢材耐热不耐火。钢材在经受100摄氏度的热辐射时, 强度没什么变化, 且具有一定的耐热性能。在200℃以内, 钢材性能没有很大变化;在430℃~540℃之间强度急剧下降;600℃时强度很低不能承担荷载。而在发生大火的情况下, 温度高达几百摄氏度甚至上千摄氏度, 这已大大超过了钢材的温度限制, 在发生火灾时, 就会造成钢结构破坏而使整体结构坍塌。
三、钢结构建筑存在的问题及预防措施
1. 钢结构耐腐蚀性过差且易锈。
钢结构除了在高温高湿环境下会腐蚀和生锈外, 在常温条件下也会腐蚀和生锈。前一种情况都是发生在工业建筑中, 后一种情况则发生在所有钢结构中。在高温高湿条件下, 高湿的水蒸汽中夹杂着很多腐蚀性颗粒, 钢结构与腐蚀性颗粒长期接触就会发生化学反应, 直接腐蚀钢结构。在常温条件下, 由于日晒雨淋干湿交替, 钢结构表面的涂层也会不同程度老化、脱落, 使得空气中的氧气和水接触到钢结构构件, 加之钢结构中由于制作工艺不成熟而存在一些夹渣, 就会在其上发生电化学反应。经过腐蚀和生锈的钢结构构件会遭到不同程度的破坏, 在承受荷载的过程中, 会发生应力集中, 造成结构的更大破坏。
钢结构的防腐措施很多, 大致可以分为两种:一是在钢结构构件表面镀一层金属进行保护, 另一个是在钢结构构件表面涂一层非金属进行保护。前一种方法是在构件表面镀上一层更易发生反应的金属膜, 在发生腐蚀时先腐蚀外侧金属, 之后才能腐蚀构件, 从而减少和杜绝钢结构的腐蚀。目前比较成熟的方法有两种:热浸镀锌和热喷铝锌复合涂层。这两种方法都能够长期有效地对构件进行保护。后一种方法是在构件表面涂装油漆, 这种方法价格低廉, 施工方便, 且美观大方, 适合一些小型和短期防腐的建筑, 在施工中应用广泛。
2. 钢结构耐热不耐火。
钢结构可以承受一定程度的辐射热, 但是不能够长时间承受火。在没有任何防火措施的情况下, 钢结构只能承受大约15 min的火作用, 在250摄氏度附近会发生蓝脆现象, 大约260℃~320色℃时有徐变现象, 弹性模量在500摄氏度后就开始急剧下降, 到600摄氏度时弹性模量约为室温弹性模量的40%。根据钢材在150摄氏度范围内材料的特性变化不大的规定, 设计时, 以150摄氏度为宜, 超过这一温度就要设置隔热保护层。
钢结构的抗火研究一直是钢结构领域的热门话题, 研究一直未停止。目前的防火方法大致分为两种:一是截留法, 就是通过某些手法来提高钢结构的耐火极限或是降低起火温度, 如喷涂法、淋水法、屏蔽法等。喷涂法是在钢结构构件表面喷涂防火涂料, 来提高防火能力;淋水法是在钢构件上安装喷水装置, 在着火的时候, 随即喷水在构件表面形成水保护层, 以降低温度和阻止火接触构件, 达到保护作用;屏蔽法是把钢构件埋入混凝土中, 避免与火接触, 进而保护构件。二是导热法, 也就是把传到钢构件上的热能消耗掉或是传导到别的吸热装置上, 避免构件的温度达到耐火极限, 从而使钢结构免遭破坏。
2001年“9·11”事件造成大约3000人死亡和大量的财产损失, 这也是因火灾造成的重大伤亡, 因此钢结构建筑的防火设计必须做到最优, 要严格按防火要求实施, 在火灾发生时就能够减少生命财产损失。
四、结语
钢结构建筑发展 篇11
淄博市规划设计研究院 255000
摘要：文章介绍高层建筑转换层的概况，对转换层的几种转换方式进行分析比较，探讨转换层结构的发展趋势，提出研究中存在的问题，表明转换层结构推动了高层建筑及其结构体系的发展。
关键词：高层建筑；转换层结构；转换方式
一、概述
近年来国内外高层建筑发展迅速，现代高层建筑越建越高、越建越大，其建筑向着体型复杂、功能多样的综合性方向发展。在同一座建筑中，沿房屋高度方向的建筑功能要发生变化，上部楼层布置旅馆、住宅；中部楼层作为办公用房；下部楼层作商店、餐馆和文化娱乐设施。这种不同用途的楼层需要大小不同的结构形式。
从建筑功能上看，上部需要小开间的轴线布置和需要较多的墙体以满足旅馆和住宅的功能要求；中部则需要小的或中等大小的室内空间，可以在柱网中布置一定数量的墙体以满足办公用房的功能要求；下部需要尽可能大的自由灵活的室内空间，要求柱网大、墙体尽量少，以满足商店、餐馆等公用设施的功能要求。
从结构受力上看，由于高层建筑结构下部楼层受力很大，上部楼层受力较小，正常的结构布置应是下部刚度大，墙体多、柱网密，到上部渐渐减少墙、柱的数量，以扩大柱网。这样，结构的正常布置与建筑功能对空间的要求正好相反。因此，为满足建筑功能的要求，结构必须进行“反常规设计”，即将上部布置小空间，下部布置大空间；上部布置刚度大的剪力墙，下部布置刚度小的框架柱。为了实现这种结构布置，就必须在结构转换的楼层设置水平转换构件，即转换层结构。
二、转换层的主要转换方式
转换层楼盖依其受力状态的不同可以分为梁式楼盖转换、箱形楼盖转换、桁架转换、厚板转换和斜柱转换。
梁式楼盖：在现浇钢筋混凝土楼板上布置单向托梁（纵向或横向）或双向托梁（纵、横向）或斜向托梁，以承托在本层落空的上面各层的承重柱或剪力墙。该种转换形式一般用于底部大空间剪力墙结构，当需要纵横向同时转换时，采用双向梁的布置。对于框筒或筒中筒结构，由于外框筒的柱一般较密，在底部一、二层的出入口处往往不能满足使用要求，有时要求把外筒在局部减少，因而形成上层有柱、下层无柱的情况，有时出入口不止一处，对此情况可以在相应楼层下做一圈转换大梁，把上部柱的荷载通过转换大梁传到下层两边的柱上去。
箱形楼盖：以上、下两层楼板作为构件的上下翼缘，并在其间设置若干片单向或双向腹板（竖隔板）后，所形成的箱形水平抗弯构件。转换层箱形楼盖的适用范围与梁式楼盖大致相同，即可用于上下层的构件类型转换，柱网尺寸的扩大以及构件轴线单向错位等。但是箱形楼盖具有比梁式楼盖大得多的承载能力，因此箱形楼盖特别适用于大跨度以及承托大荷载的柱和墙。
桁架转换：对于下部是商场、娱乐设施而上部是住宅、客房等情况的建筑，一般在客房或住宅与商场之间设有一个管道设备层，可以利用设备层的空间根据上、下柱网轴线的位置设置桁架。桁架上部的柱或墙的荷载通过桁架传到下部较大间距的柱或墙上，而设备管道又可以在桁架的腹内穿行。
厚板转换：当结构上、下柱网轴线错开较多，难以用梁直接承托时，可以做成厚板，形成板式承台转换层，板式转换层的下层柱网可以灵活布置，无须与上层结构对齐。厚板厚度要视柱网尺寸及上部荷载而定，但是这种转换层体系自重很大，材料耗用较多。厚板楼盖虽然外形比较简单，但是由于它很厚，其厚度有时达到3.0m，自重很大，差不多等于20层一般楼盖的自重，对抗震不利。在地震作用下，这样大的质量必将引起很大的水平地震作用，而且是作用于一个楼层的水平集中力，它会使下面楼层的层间侧移变得较大。此外，由于厚板楼益的水平刚度和竖向刚度均很大，相比之下，使得上、下楼层因层间抗推刚度显得较小，而变成“相对柔弱层”。从而加剧其上、下楼层的塑性变形集中效应，进一步加大上、下楼层的层间侧移值，以致降低这些楼层的结构抗震可靠度，加重其破坏程度。因此，对于地震区的高楼，转换层要慎用厚板楼盖。万不得已必须采用厚板楼盖时，一定要采取措施提高其上下各楼层的结构构件的变形能力。
斜柱转换：斜柱转换是一种可在大量超高层、高层建筑中推广采用的转换结构形式。它是桁架转换中最简单的一种，采用它将会改变转换层不便使用的概念，将目前巨型梁转换仅能供作管道层改为可进行营运的有效使用面积，变“死”空间为活空间，使转换层具有了更大的经济价值。
三、转换层结构的发展趋势
上世纪70年代中期，国内开始尝试使用底层大开间剪力墙结构（即梁式转换层），转换层结构的工程应用发展迅猛，工程实际中转换层结构的应用正朝着形式多样、方法多样以及结构受力更有利的方向发展。主要体现在以下几个方面：
（一）钢骨混凝土转换层的应用
由于建筑朝着高层和超高层形式发展，相应转换层结构中转换构件承托的层数也增多；同时，又由于建筑功能对层高及空间的种种要求和限制，这使得工程应用中钢骨混凝土材料的引入势在必行。钢骨混凝土梁不仅承载力高、刚度好，可大大减小截面尺寸，且塑性、耐久性、抗震性能也优于钢筋混凝土梁。
此外，钢骨混凝土梁在施工阶段其自身刚度好，定位准确，可减少支模，加快施工进度。目前，国内采用钢骨混凝土转换构件的实际工程还不多，但国外采用则较多。
（二）预应力转换层的应用
采用预应力技术可带来许多结构和施工上的优点，如减小截面尺寸、控制裂缝和挠度、控制施工阶段的裂缝及减轻支撑负担，等等。因此，预应力混凝土结构非常适合于建造承重荷载的大跨度转换层，且自重轻，节省钢材和混凝土。随着我国预應力技术的发展，预应力材料及施工费用不断下降，即使用材料等强代换的概念从经济上来比较预应力混凝土结构和钢筋混凝土结构，许多情况下后者并不比前者经济。
（三）转换梁受力性能的改善
实际设计时，转换梁的截面尺寸通常是由它的抗剪承载力要求来确定的，截面尺寸往往较大，由于梁很强，处理不好有可能使转换梁与框支柱形成的框架出现强梁弱柱的现象，对结构的抗震不利；另一方面，采用转换梁也或多或少会影响该层的使用空间；对外筒的转换，采用转换梁会对该层的通风、采光等不利，若开设洞口，则会产生明显的应力集中现象。因此，寻求新的转换结构形式和改善转换梁受力性能的有效措施有其必要性。
四、转换层结构研究的几个问题
（一）带转换层高层建筑结构抗震性能和抗震设计方法的研究
高层建筑中，由于设置了转换层，建筑物高度方向刚度的均匀性受到了很大的破坏，转换层结构竖向承力构件不连续和墙、柱截面的突变，导致了传力路线曲折、变形集中和应力集中，因此转换结构的抗震性能较差。目前有关转换层结构动力特性和抗震性能的研究还不多，现行规范中也没有给出明确的条款，如何准确建立高层建筑转换层结构地震作用的计算模式有待进一步研究。
（二）转换层上、下层结构侧向刚度比的描述方法和合理刚度比的研究
目前转换层上、下结构侧向刚度比是按楼层剪切刚度比来控制的，但存在着考虑竖向构件的布置位置不同，对层刚度的贡献是不同的，而楼层剪切刚度比并没考虑竖向构件的布置问题；同时还存在特殊结构布置情况下剪切面积取值不明确等问题。因此，采用何种刚度指标来描述转换层上、下层结构侧向刚度比的变化以及取值范围等有待研究。
（三）转换层楼板平面的内力和变形问题
目前，实际工程设计中采用的高层建筑结构计算分析程序均采用了楼板在自身平面内刚度为无穷大的假定，这一假定使得位于楼板平面的杆件无法直接计算其轴向变形和杆件的轴向内力。但试验表明，转换层结构不计算位于楼板平面内的变形是不安全的。因此，转换层楼板平面的内力和变形问题有待进一步研究。
五、结语
建筑钢结构技术与发展方向研究 篇12
钢是一种铁碳合金, 人类采用钢结构的历史和炼铁、炼钢技术的发展是密不可分的。早在公元前2000年左右, 在伊拉克两河流域就出现了早期的炼铁术。我国也是较早发明炼铁技术的国家之一, 早在战国时期, 我国的炼铁技术已很盛行了。公元65年 (汉明帝时代) , 已成功地用锻铁为环, 相扣成链, 建成了世界上最早的铁链悬桥———兰津桥 (云南省) 。此后, 为了便利交通, 跨越深谷, 曾陆续建造了数十座铁链桥。其中跨度最大的为1705年 (清康熙年间) 建成的四川泸定大渡河桥, 桥宽2.8 m, 跨长100 m。除铁链悬桥外, 我国古代还建有许多铁建筑物, 如铁塔等, 目前依然存在。所有这些都表明, 我们中华民族对铁结构的应用, 曾经居于世界领先地位。欧美等国家中最早将铁做为建筑材料的当属英国, 但直到1840年以前, 还只采用铸铁来建造拱桥。1840年以后, 随着铆钉连接和锻铁技术的发展, 铸铁结构逐渐被锻铁结构取代, 随着1855年英国人发明贝氏转炉炼钢法和1865年法国人发明平炉炼钢法, 以及1870年成功轧制出工字钢之后, 形成了工业化大批量生产钢材的能力, 强度高且韧性好的钢材才开始在建筑领域逐渐取代铸铁材料, 自1890年以后成为金属结构的主要材料。随着20世纪初焊接技术的出现, 以及1934年高强度螺栓连接的出现, 极大地促进了钢结构的发展。除西欧、北美之外, 钢结构在前苏联和日本等国家也获得了广泛的应用, 逐渐发展成为全世界所接受的重要结构体系。自1978年我国实行改革开放政策以来, 经济建设获得了飞速的发展, 钢产量逐年增加, 逐步改变着钢材供不应求的局面。我国的钢结构技术政策, 也从“限制使用”改为积极合理地推广应用。所有这些, 为钢结构在我国的快速发展创造了条件。
1 建筑钢结构的特点
建筑钢结构即是由型钢和钢板通过焊接、螺栓连接或铆接而制成的工程结构, 与其他建筑相比, 在使用、设计、施工方面都具有一定优势, 以下简要说明下它的优缺点。
1.1 优点
1) 钢结构住宅或钢结构工业厂房比传统建筑能更好地满足建筑上大开间、灵活分隔的要求, 并可通过减少柱的截面面积和使用轻质墙板, 户内有效使用面积提高约6%。
2) 节能效果好。墙体采用轻型节能标准化的C型钢、方钢、夹芯板, 保温性能好, 抗震度好。
3) 将钢结构体系用于住宅建筑可充分发挥钢结构的延性好、塑性变形能力强, 具有优良的抗震抗风性能, 大大提高了住宅的安全可靠性。尤其在遭遇地震、台风灾害的情况下, 钢结构能够避免建筑物的倒塌性破坏。
4) 建筑总重轻。钢结构住宅体系自重轻, 约为混凝土结构的一半, 可以大大减少建筑物的基础造价。施工速度快, 工期比传统住宅体系至少缩短三分之一, 一栋1 000m2的建筑只需20 d、5个工人就可完工。
5) 环保效果好。钢结构住宅施工时大大减少了砂、石、灰的用量, 所用的材料主要是绿色材料, 100%回收或能降解的材料, 在建筑物拆除时, 大部分材料可以再用或降解, 不会产生大量建筑垃圾。
6) 灵活、丰实。大开间设计, 户内空间可多方案分割, 可满足用户的不同需求。符合住宅产业化和可持续发展的要求。钢结构适宜工厂大批量生产, 工业化程度高, 并且能将具有节能、防水、隔热等功能的先进成品集合于一体, 成套应用, 将设计、生产、施工一体化, 提高建设产业的水平。
1.2 缺点
有一定耐热性, 但抗火性能差, 耐腐蚀性能差。热浸锌 (25年) 酸洗、清洗、干燥、热浸锌、后处理, 质量稳定、工业化程度高, 但构件尺寸受锌槽尺寸控制。
2 建筑钢结构工程应用实例
钢结构建筑种类繁多、造型新颖、规模宏大。按建筑功能分主要有:会展场馆、体育场馆建筑、机场、剧院、高层建筑、塔桅结构、厂房、仓储、住宅、桥梁等。
2.1 上海卢浦大桥
上海卢浦大桥主桥为全钢结构拱桥, 主跨550 m, 采用空间提篮中承式拱梁组合体系, 为世界上同类桥型中跨度最大的拱桥, 主桥建成双向六车道, 并设两条观光人行道。人群荷载4 k N/m2, 全桥满布人群荷载2.4 k N/m2。鉴于国际上大跨度钢桥的焊接技术有向全焊接方向发展的趋势, 卢浦大桥是国际上首座采用全焊接制造的世界第一跨度钢结构拱桥。其全景图如图1所示。
近几十年来, 国内外建造了不少钢拱桥, 跨径突破500m的拱桥有3座, 加上本项目研究的卢浦大桥共4座, 综合比较见表1。
2.2 国家体育场
国家体育场位于北京奥林匹克公园中心区的南部, 主体建筑紧邻北京城市中轴线, 并与国家体育馆和国家游泳中心相对于中轴线均衡布置。国家体育场作为北京2008奥运会的主会场, 既是运动员的竞技场, 世界体育文化的交流中心, 又是展示北京古都风貌, 充分体现绿色奥运、科技奥运、人文奥运理念及新北京、新奥运的时代主题, 其全景图如图2所示。
国家体育场工程以其独一无二的大胆创新设计而成为世界民用建筑史上的里程碑建筑, 同时其建设实施汇集了诸多世界性难题, 具有技术上挑战性、功能上综合性、时间上紧迫性以及管理上复杂性等特点, 针对其特定建筑形式无规律可循。国家体育场工程具有建设规模宏大的特点, 4.5万t用钢量, 将近300 m的屋盖跨度, 为世界奥运场馆建设项目所罕见, 被北京市政府确定为一号工程。
2.3 金茂大厦
金茂大厦位于上海浦东陆家嘴金融贸易区, 工程占地面积2.3万m2, 地下3层、地上88层, 建筑面积约29万m2, 金茂大厦建筑总高度为420.5 m, 曾是国内第一、亚洲第二、世界第三高度。金茂大厦是一幢集办公、旅馆、购物、娱乐、餐饮、休闲于一体的综合性大楼。设有各类大型机电设备、服务设备、地下停车库和美食街。整幢大楼宛如一座综合性的小区。其总投资约45亿元人民币。
金茂大厦基坑面积近2万m2, 基坑开挖深度约20 m, 主楼基承台为4 m厚。C50高标号大体积混凝土的用量为13 500 m3, 主楼泵送混凝土高度达到382.5 m, 在24~26层、55~57层、85~87层有3道外伸桁架将核心筒与8根巨型柱连接成一个钢骨混凝土巨型柱整体, 工程结构设计独特, 并获世界结构工程协会颁发的国际建筑结构设计最高奖, 其全景图如图3所示。
3 建筑钢结构新技术的主要内容
1) 高层钢结构新技术。根据建筑高度和设计要求采用框架、框架-支撑、筒体和巨型框架结构, 其构件可采用钢、劲性钢筋混凝土或钢管混凝土。钢构件质轻、延性好, 可采用焊接型钢或轧制型钢, 适用于超高层建筑。劲性钢筋混凝土构件刚度大, 防火性能好, 适用于高层建筑或底部结构。钢管混凝土施工简便, 仅适用于柱结构。
2) 空间钢结构技术。空间钢结构自重轻、钢度大、造型美观、施工速度快。以钢管为杆件的球节点平板网架、多层变截面网架及网壳等是我国空间钢结构使用最多的结构形式, 在设计、施工方面均达到国际先进水平, 有专门的设计、施工和检验规程, 并可提供完整的CAD软件, 除网架结构外, 空间结构尚有大跨悬索结构、索-膜结构、大跨空间钢管桁架结构等。
3) 轻钢结构技术。伴随着轻型彩色钢板制成墙体和屋面围护结构组成的新结构形式, 由厚4 mm以上钢板焊接成轧制的大断面薄壁H型钢墙梁和屋面檩条, 园钢制成柔性支撑系统和高强螺栓连接构成的轻钢结构体系, 柱距6~9m, 跨度可达到30 m (或更大) , 高度可多达10 m, 并可设轻型吊车, 用钢量20~30 kg/m2。现已有标准化的设计程序和专业化生产企业, 产品质量好、安装速度快、重量轻、投资少, 施工不受季节限制。适用于各种轻型工业厂房。
4) 钢-混凝土组合结构技术。以轻钢或钢管与混凝土构件组成的梁、柱承重结构为钢-混凝土组合结构, 近年来应用范围日益扩大, 适用于承受较大荷载的多层或高层建筑的框架梁、柱及楼盖, 工业建筑柱及楼盖等。
5) 高强螺栓连接与焊接技术。高强螺栓通过摩擦力来传递应力, 由螺栓、螺母和垫圈几部分组成。高强螺栓连接具有施工简便、拆除灵活、承载力高、抗疲劳性能和自锁性好、安全性高等优点, 工程中已取代了铆接和部分焊接, 成为钢结构制作及安装中的主要连接手段。在车间内制作的钢构件, 厚板应采用自动多丝埋弧焊、箱型柱隔板应采用熔嘴电渣焊等技术。现场安装施工中应采用半自动焊技术和气体保护焊药芯焊丝及自保护药芯焊丝技术。
4 建筑钢结构目前存在的问题及对策
1) 钢结构设计力量薄弱。从全国范围来看, 制约我国钢结构发展和推广应用的最大问题是设计力量薄弱。目前我国绝大部分设计院 (所) 没有专业化的钢结构设计人员, 绝大多数结构设计工程师对钢结构设计不熟悉, 主观上不接受钢结构方案, 即使进行一些钢结构设计, 也由于设计水平不高, 体现不出钢结构的优越性, 客观上也阻碍了钢结构的推广应用。鉴于这种不利情况, 政府主管部门、行业协会、设计院、科研院 (所) 及高等院校应加强钢结构技术人才的培养, 一方面应对现有设计人员的技术培训, 提高整体素质, 逐步在设计院 (所) 配备一定数量的钢结构专业设计人员;另一方面应对高校钢结构专业设计的学生强化钢结构专业学习和培养, 造就一批高级工程技术专门人才。
2) 钢材的品种、规格和质量有待于提高。目前, 我国普通钢材的生产能力大于市场需求, 但具有竞争力的真正能够满足市场各种需求的生产能力不足一半。钢结构用钢的品种选择面小, 常用品种 (Q235) 与国外大多数国家的常用品种相比, 设计参数相差很大, 无法接轨;高效、经济断面钢材, 如H型钢、冷弯型钢、钢管等规格不齐全, 不配套, 使用率较低;一些特种钢材, 如耐大气腐蚀钢、不锈钢、耐火钢及低合金高强度钢还没有进入实质应用阶段;超厚钢板还存在着严重的质量问题。在一定程度上制约了钢结构的发展和推广。一定要积极开发新的品种和规格, 提高产品质量, 学习国外的先进技术, 缩小与国外发达国家的差距, 逐渐与国际接轨, 更好地推动我国钢结构的发展。
5 结语
钢结构是一项绿色环保建筑产业, 钢结构材料可再生利用, 减少大气污染物。钢结构的废弃料可回炉, 再生利用。对同样规模的建筑物, 钢结构建造过程中有害气体 (CO2) 排放量只相当于混凝土结构的65%。可以工业化生产, 现场施工周期短, 最大限度地减少了施工工地对环境的影响。钢结构工程一半以上的工期是工厂加工制作, 现场工期可缩短50%以上, 同时工地因很少使用砂、石、土和水泥等散料, 而从根本上避免了尘土飞扬, 污染环境的问题。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, 钢结构体系由于连接的灵活性, 各种“节能环保型”的围护材料都可以采用。[ID:001095]
参考文献
[1]建筑钢结构设计软件今年进行第二次登记[J].建筑结构, 2003, 33 (7) :8.
[2]贾图壁.2005年中国 (北京) 国际建筑钢结构展览会会前专访——杜宗翰解构“快速发展期”[J].建设科技, 2005, 4 (16) :40-41.
[3]全国建筑钢结构技术交流大会在广州召开[J], 建筑监督检测与造价, 2008, 1 (4) :46.
[4]2009年全国建筑钢结构行业大会将在西安举行[J].中国建筑金属结构, 2009, 9 (3) :5.