关键词:建筑钢结构;施工特点;发展前景
1中国建筑钢结构的发展阶段
1.1起步阶段(1949-1965年)
新中国成立之初,建筑领域呈现百废待兴的局面,钢材极为短缺,难以满足正常的生产和生活需求,因而钢结构的建筑应用相对较少,主要侧重厂房等工业领域,优先满足汽车、飞机、轮船等重工业方面的建筑需求,其材料以碳素结构钢为主,技术等大多依靠苏联的支援。发展到后期,钢结构初步应用于体育场馆的建设,实现应用范围的拓展。1959年的北京人民大会堂万人立体即采用钢结构设计,实现60.9m的大跨度,满足礼堂对空间的需求。
1.2低潮时期(1966-1978年)
经过十余年的发展,中国的冶金事业获得长足的进步,钢材的产量和质量都大幅提升。然而,与社会发展的用钢需求相比还存在较大的差距,这导致国家采取相对紧缩的钢材政策,限制钢材在建筑领域的应用,以此实现对钢材的节约,这对建筑钢结构的发展产生极大的压制效果,导致建筑钢结构的应用近乎停滞。
1.3发展阶段(1979年至今)
1978年,中国确立改革开发的基本国策,经济体制由计划经济向市场经济的方向转变,对建筑钢结构的压制逐渐减弱,给予其自由发展的空间。与此同时,伴随国内经济的发展,建筑行业迎来蓬勃发展的历史时期,为钢结构的应用提供良好的外部环境,从而实现建筑钢结构的快速发展,在民用建筑、工业厂房、社会基础设施等方面获得广泛的应用。此外,中国钢材产能的增加和钢材质量、种类的提升也为建筑钢结构的应用和发展提供材料支撑。
2建筑钢结构特性分析
2.1比重小,重量轻
相对于传统的钢筋混凝土结构,钢结构建筑中钢材占据着主要比例,由于钢材比重要远低于混凝土比重,使得钢结构建筑总体重量要比钢筋混凝土结构建筑小得多。统计数据表明,钢结构住宅体系的自重仅为混凝土结构重量的50%左右,由此降低了建筑基础的载荷,进而减少基础部分的工程造价。
2.2机械性能优良
钢结构以钢材为基本建材,而钢材具有良好的韧性和可塑性,从而使得建筑钢结构在延性、塑性变形能力方面表现突出。即使发生了偶然性的超载或局部超载,钢结构建筑也很难发生结构破坏。钢材的良好韧性赋予了建筑钢结构较高水平的动力载荷适应能力。住宅建筑采用钢结构设计,可以大幅度提高建筑的抗震和抗风能力,建筑安全水平显著提高。
2.3有利于环境保护
钢结构建筑拆除后,拆下来的钢材可以循环使用,部分非钢质材料也可以降解,减少了对环境的污染,适合当前环境保护的总体发展趋势。
2.4防火性能差
相对于混凝土,钢材熔点较低。发生火灾时,温度升高到一定范围后,钢材强度下降就会变得明显。根据有关规定,如果建筑钢结构附近存在热辐射源,温度超过150℃以上时,为保障钢材强度,需要予以遮挡。而当结构温度超过500℃,钢结构强度几乎完全消失,整个建筑结构趋于倒塌。针对这个问题,建筑企业使用混凝土或砖将钢结构包裹起来,以提高钢结构耐火能力。
2.5耐腐蚀性差
如果钢结构所处环境空气湿度大,或者存在腐蚀介质,钢材的腐蚀速度就会大幅加快。这一点是钢材比混凝土差的又一方面。为了提高钢结构的耐腐蚀性能,钢材表面通常采取涂料或锌镀层作为防腐保护措施,而且在使用期间还应定期维护。
3当前的主要钢结构类型及应用
3.1高层钢结构
伴随城市化进程的推进,城市用地日趋紧张,促使建筑向着高层方向发展,从而实现对有限地面空间的有效利用,这对建筑结构的承载性能提出更高的要求,传统的砖混结构无法满足高层建筑的施工需要,导致框架结构成为建筑主流,其主要的结构形式分为混凝土框架和钢结构框架两种,其中,钢结构具有空间占用少、强度高、施工快捷的特定,因而受到业内人士的喜爱,在施工中的推广迅速。
3.2空间结构
所谓空间结构是指以网架为支撑主体、辅助以壳体作为隔断的建筑结构形式,具有大空间、大跨度的特点,被广泛应用于厂房、体育场馆等大型建筑,能够满足此类建筑对空间的需求。该种建筑结构对材料的性能要求极高,应该具有良好的抗弯、抗拉性能,有效抵御大跨度对材料产生的影响,确保建筑结构的稳定性。就目前的建筑材料而言,满足上述要求的只能是钢材,所以,要想将该结构付诸实现就只能依托钢结构实现。
3.3桥梁钢结构
区域经济一体化的推进使得地区间的交流日渐频繁,带动交通建设的蓬勃发展,使得公路、铁路等通行里程和密度大幅增加并逐步向着偏远地区延伸,导致桥梁的施工环境发生较大的变化,整体呈现复杂态势。通行的数量大幅增加,导致桥梁结构的载荷压力激增,这都对桥梁结构提出更高的要求。促使桥梁结构由传统的结构形式逐渐向着钢结构方向发展,形成强支撑、大跨度、长寿命的桥梁工程,满足社会的交通需要。
3.4住宅钢结构
民用住宅是建筑的重要类型,是人们日常活动的主要场所,其结构的稳定性和可靠性至关重要,一旦发生问题将造成严重的人员伤亡和经济损失,造成极为恶劣的社会影响。而住宅钢结构是20世纪90年代兴起的新型住宅结构,具有自重轻、抗震性佳、材料工业化程度高、节能环保等特点,符合社会对住宅结构的材料材质、加工和建筑结构性能的需求。一经引进就在国内建筑领域引发深刻的变革,成为重要的住宅结构形式,大幅推动国内建筑用钢技术的发展,提升了建筑施工的效率和建筑的结构可靠性。
4建筑钢结构的发展展望
2016年,对于建筑业转型可谓是不平凡的一年,“装配式建筑”、“综合管廊”、“海绵城市”等都到了国家层面。可以预见,2017年建筑行业的转型将势不可挡。强化建筑节能,实施建筑环保是现代人们追求的目标之一。装配式钢结构建筑作为2016年全国住房建设任务的八大主题词之一,并取得了较大进展。装配式钢结构建筑与新型建材融合的发展是建筑行业的一大改革创新,它能很好的体现创新、优质、低成本、节能、环保等理念。
钢结构领域很大,尤其是钢结构绿色建筑体系,它将打破房地产、建筑、机械装备制造、绿色建筑、新型建材、防灾减灾、家电厨卫装修等产业之间的界线,集合成为一个新的循环型建筑工业化产业体系。可以将房地产业的资金重新回流到现代制造业等实体经济中来,实现经济的转型升级。从长远来看,它是一种国家战略资源储备的新兴产业,可以藏钢于建筑,藏富于民,造福子孙万代。因此这些年,我国钢结构建筑和住宅正在持续发展,据初步统计,北京、天津、上海、浙江、湖北、内蒙古等省市已经开发或建成的钢结构住宅超过1000万平方米,北京奥运会的“鸟巢”、“水立方”、中央电视台新办公楼、上海环球中心等一大批具有世界先进水平的钢结构建筑,成为我国采用钢结构为建筑主体结构的应用典范工程。
5结束语
综上所述,钢结构在我国具有极大的发展空间,国外钢结构占钢材总量的10%左右,而中国仅占4%左右,存在着一定差距。我国的人均钢材占有量刚达到世界人均水平100千克左右,日本人均钢材占有量是400~500公斤,台湾达到1吨左右。但我国钢结构发展空间很大,特别是钢结构住宅,目前一些大城市,政府为了保护环境,节约能源,禁止使用砖。而钢结构既不会污染环境,又能实现住宅的多样化,具有极大的发展空间。
参考文献:
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