“建筑是用石头写成的史书”在雨果先生生活的那个时代是没有疑问的,然而当今世界的史书恐怕没有多少是用石头写的。在几千年的人类历史中,建筑结构经历了木结构、砖石结构、钢筋水泥结构、钢混结构及钢结构。目前全球独领风骚的建筑材料是钢材,钢结构已是发达国家主导建筑结构,广泛应用于高层、超高层建筑、大跨大空间建筑、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。(千金难买牛回头 我不需再犹豫)
建筑钢材的突破性进展是20世纪60年代开始的。30余年来,利用钢格、玻璃、膜材等现代建筑材料及相应的结构、构造技术与施工工艺建筑起来的钢结构建筑,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。如今,技艺合一与可持续发展等理念已深入人心,以钢结构技术为基本手段,注重材料特性与技术表现的建筑创作倾向已成为时代的潮流。(剖析主流资金真实目的,发现最佳获利机会!)
与国外相比,我国钢结构建筑的发展相对滞后,在我国钢产量连年居世界首位,钢结构建筑的建造条件基本成熟的前提下,钢结构技术仍未得到有效推广,是颇值得令人深思的。目前我国建筑设计界普遍存在着对钢结构建筑认识不足,观念落后;对钢结构体系积极性不高,管理跟不上等问题。这些都严重阻碍着钢结构建筑在我国的进一步发展。
一、国外钢结构建筑的发展历史
最早在建造房屋中使用的金属结构可以追溯到18世纪未的英国。由于当时棉纺厂经常发生火灾,因而在厂房结构中采用了铁框架。100年后, 美国的芝加哥学派建造了一批钢结构摩天大楼,法国工程师埃菲尔建造了著名的铁塔,金属建筑从此进入了第一个光辉时代。在那个时代,人们也建造金属结构的独户住宅,有些金属住宅,至今状态良好。
在以后的半个多世纪里,钢筋混凝土结构兴起,金属在建筑领域里失去了它的名声和魅力,主要用于建造工厂、飞机库等。
钢结构建筑在20世纪60年代再次开始新发展。建筑钢材获得了突破性进展,计算机也开始早期应用,金属建筑的各种结构体系日趋成熟。70年代法国蓬皮杜文化中心建成,高科技潮流开始出现;到80、90年代,雷诺汽车零件配送中心、香港汇丰银行、法国里昂机场TGV铁路客运站、 日本关西国际机场等则把钢结构推向了一个新的高度。与此同时,建筑师们在中小型项目中,也把钢结构技艺发挥得淋漓尽致,如FRANCE建筑工作室设计的大学生餐厅、儒勒.瓦尔纳中学、美国ABC公司制造的住宅等。特别值得指出的是
,西方发达国家已提出预工程化金属建筑概念,预工程化金属建筑是指将建筑结构分成若干模块在工厂加工完成,从而使钢结构建筑的设计、加工和安装得以一体化,这就大大降低了建筑成本(比传统结构型式低 10 ~20%),缩短了施工周期,使钢结构的综合优势更加明显。
在新结构方面, 许多国家都加大了研究力度, 现在人类已具有建造跨度超过 1000m的超大型穹顶与高度超过1000m最高至4000m的超高层建筑的能力。 大跨度开合空间钢结构亦有较大的进展,1989年建成的加拿大多伦多天空穹顶体育馆,跨度 205m,能容纳7万人,屋盖关合后可做全封闭有空气调节的体育场。1993 年建成的日本福冈室内体育场,直径222m,是当代世界上最大的开合空间钢结构。膜结构的发展亦令人瞩目,1992年在美国亚特兰大建成的奥运会主馆“佐治亚穹顶”,平面尺寸为240m×193m,是世界上最大跨度的索网与膜杂交结构屋顶。
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。
二、钢结构建筑的主要优点
1.强度高、刚度大、自重轻。大体而言钢结构与钢筋混凝土自重之比约为1:1 .6,而地震力=质量*地震加速度,故重量愈轻,地震力也减少。钢结构若以适当处理,对耐地震力更有效。同时还可以减少基础工程量和基础造价。
2.钢结构件及其配套技术相应部件绝大部分可以实现工厂化制作,使质量容易保证,便于标准化及推广使用。
3.施工周期短(约为混凝土结构的1/3至1/2),可以大大缩短投资资金的占有周期,提高资金的投资效益, 并且不受季节因素影响。例如:5 万平方米的钢结构库房,从加工制作到施工安装2个月即可完成(钢筋砼结构最少需要10个月, 同时在北方冬季无法施工)。
4.可做成大跨度、大开。钢结构对梁深及柱间跨度,有较佳之优势。如一般钢筋混凝土的梁深及跨度比约为1:12,而钢结构则为1:24 , 并可以提高使用面积率5%~8%。
5.垃圾少,便于资源重复利用和环境保护。同时,有利于节约耕地,保护土地资源,易拆迁。
6.具有造型美观,使用面广,适合于不同气候条件和大气环境等优点。
7 现场湿作业少,符合环保建筑的要求,适宜于在城市繁华地段、不允许施工周期过长和混凝土等建材运输不便的情况下施工。
8.目前钢结构建筑直接造价略高于
混凝土结构,但从长远看,其综合效益却明显高于传统建筑。
三、我国钢结构建筑发展概况
钢结构的应用在我国有悠久的历史。公元60年就开始修建铁链桥,最著名的是大渡河泸定桥,充分表明了我国古代在金属结构方面的卓越成就。
新中国成立后,钢结构建筑得到了较大发展,大体可分为三个阶段:一是初盛时期(50年代~60年代初),二是低潮时期(60年代中后期~70年代),三是发展时期( 80年代至今)。50年代以苏联156个援建项目为契机,取得了卓越的建设成就。 60 年代国家提出在建筑业节约钢材的政策,执行过程中又出现了一些误区,限制了钢结构建筑的合理使用与发展。
八十年代沿海地区引进轻钢建筑,国内各种钢结构的厂房、亚运会的一大批钢结构体育馆的建设,以及多栋高层钢结构建筑的建成是中国钢结构发展的第一次高潮。但在1994年前,中国超过100米高的高层建筑152幢,其中只有9 幢采用钢结构或钢-混结构,而在国外这样高的建筑一般都首选钢结构。我国每年的建筑用钢量仅1%被用于预制钢结构,与发达国家80%以上的用量比较,差距巨大。 可喜的是,目前我国钢结构建筑的发展出现了未曾有过的兴旺景象。主要表现在:
1、高层、超高层建筑由中外合作到国产化的起步。我国著名的高层、 超高层建筑大多是中外合作的产物,如上海金茂大厦、环球金融中心、深圳地王大厦、北京京广中心等。中外合作设计对于掌握国外先进技术及锻炼培养人才起到了促进和推动作用。1998年建成的大连远洋大厦(高201m,51层)标志着高层钢结构建筑国产化的起步,1999年建成的深圳赛格广场(291.6m,72 层)是世界上最高的钢管混凝土结构建筑。
2、轻钢结构建筑的迅猛发展与国外公司的大批涌入。近年来, 轻钢建筑以其商品化程度高、施工速度快、使用效果好、应用面广、造价低等优势获得了迅猛发展。全国每年约有200万平方米轻钢建筑竣工。在此背景下, 国外轻钢结构生产厂商也纷纷在我国设分公司、制造厂,获得了很大的销售量。
3、空间结构得到了进一步的发展,大量大跨度的建设项目陆续兴建, 如天津体育中心(直径108m,1994年)、上海8万人体育场看台顶盖(1998年)、 沈阳博展中心室内足球场(144×204m,2000年)等。
我国钢结构建筑虽达到了一定的水准,但在材料、工艺设计手段等方面与发达国家相比仍存在不少差距,在有些领域尚属空白,如大跨度开合空间结构等。
四、大力推广钢结构技术、广泛开展钢结构建筑设计的紧迫性
1、 环境问题逼迫、促发的紧迫性
面对日益严峻的环境问题,建筑界责无旁贷。我国是世界上最大的砖砌体建筑与混凝土建筑大国。每年生产7000亿块砖(约占世界总产量的1/2)、5亿吨水泥(占世界总产量1/3强),生产砖的代价是每年毁农田约15万亩,消耗标准煤约 7000 万吨,生产水泥的代价是每年排放温室气体CO2约3亿吨(生产1吨水泥熟料,排施1 吨CO2 ),破坏的矿山与排放的废水则难以统计。如此触目的数字,不能不让人反思。更为严重的是,砖、混凝土都是不可再循环材料,一次性使用后果严重,形成的建筑垃圾将极难处理。因此,国家采取了一系列具体措施,不但明确提出要积极合理地扩大钢结构在建筑中的应用;同时,还明确规定了被淘汰建材品种及淘汰的时间表:即从2000年起三年里在住宅建设中逐步禁止使用实心黏土砖,代之以其它建筑材料。
钢结构的发展带来了解决环境问题的突破口。首先,钢材是一种高强、高效能的材料,具很高的再循环价值,边角料也有价值。其次,钢结构抗震性能好,使用灵活,施工时既不需要耗费大量的木材、钢模板和水,也不会产生强的噪音与空气污染。再次,钢结构的发展会带动一系列轻质高强墙体材料的发展,并为绿色建材的发展创造条件。当然,钢结构的这些优点是与砖砌体结构相比较而言的,并不是说钢结构建筑对环境就没有损害,只是对资源、能源的利用相对合理,对环境的破坏相对要少罢了。在严峻的环境问题面前,发展钢结构建筑,替代混凝土与砌体建筑是较理想的选择。
2、竞争日剧导致的紧迫性
2000年我国有望成为WTO的正式成员,加入WTO意味着我国建筑业将面对一个更加开放的市场。目前已初露端倪,国际上强大的建筑设计事务所正在占领我国的设计市场。我国国家或地方的重大项目,大多旁落外人之手。如果细心观摩中外方案,则不难发现,国外精湛的钢结构建筑有明显增多趋势,质量亦有显著提高,设计正由“粗放型阶段”向“集约型阶段”转化。朝精心设计、合理选料、精细加工的方向努力,无疑会使我国钢结构建筑上一个台阶,也无疑会增强设计单位的竞争能力。在竞争日剧的设计市场,设计的技术优势,是中标的必要条件,缺少技术表现、缺少技术含量就意味着落后,落后就意味着落选,长此以往则难以生存,即使目前没有生存的危机,也应居安思危,尽可能开展钢结构建筑设计工作。
五、我国钢结构建筑发展前景展望
从发达国家钢结构建筑的发展轨迹,结合我国的实际,不难看出我国钢结构发展前景光明,但会有许多不同于发达国家的特点。所以说前景光明,
是因为政府已开始高度重视钢结构建筑的发展,在1998年把钢结构技术列为重点推广的新技术之后,1999年成立了国家建筑用钢领导小组,组长由建设部副部长叶如棠担任。与此同时,专家组则分九个课题专门研究钢结构在建筑领域的应用问题。
目前发达国家的建筑用钢量为其钢产量的45~55%,而我国建筑用钢量仅占总产量的20%左右。我国年钢产量已超过1亿吨, 如按此比例推算, 则我国建筑用钢有 3000万吨左右的发展空间。
所以说会有自己的特点,是因为我国的国情不同于西方发达国家,劳动力相对低廉,国家尚不富裕,造价低、技术含量稍低的钢结构会得到优先发展。在今后一段时间内,钢管混凝土结构、轻钢结构等将会得到较快发展。
钢管混凝土结构与其它结构相比,具有承载力高、塑性和抗震性能优越、节省材料和施工简便的特点。用于高层建筑中,这些特点尤为突出,中国在此领域已处于领先地位。
轻钢结构除在大跨单层房屋中普遍应用外,今后会在住宅与中小型多层公共建筑中大面积应用。据统计,二十世纪后几年,我国城镇住宅建设以每年竣工面积4 .4亿平方米,总产值6000亿元(约占GDP9%)的速度迅猛发展,住宅产业成为国民经济中跨世纪的新的增长点。钢结构住宅建筑体系以其结构部件轻、预制程度高、便于推行设计标准化、定型化、施工机械化、装配件制作工厂化、施工周期短等优势,在建筑用材市场中展示出其广阔的应用及发展前景,成为替代现有小砖住宅的主要体系之一;中小型建筑则量大面广,发展轻钢结构对于资源、能源都非常短缺的我国意义犹为重大。
对于钢结构建筑,建设部有关领导和专家认为,钢结钢是一种较为符合产业化生产方式的结构形式。它容易实现设计和标准化、构配件生产的工厂化、施工的机械化和装配化,能够进行标准化的设计,系列化的开发、集约化的生产和社会化的供应。有的学者曾预言,50年后,钢结构可能成为我国新建筑的主体结构,由今日之发展状况看,这一预期有望大幅度提前。
六、国内主要钢结构生产和施工企业(排名不分先后)
1.沪东造船厂
沪东造船厂是国有特大型企业,从属于中国船舶工业集团公司。位于上海浦东新区,始建于1928年,1952年改名为沪东造船厂。经过五次扩建和技术改造,现占地近87万平方米,拥有职工11000余名,其中专业技术人员 2800 余名, 各类设备 4100余台。在钢结构制造方面,沪东造船厂先后在上海南京路西藏路闹市中心承建了四座人行天桥、获得了市府好评。从而承接了国内外有影响的上海市第一
座连接黄浦江岸的南浦大桥钢结构工程和世界第一斜拉桥即杨浦大桥、徐浦大桥主桥钢结构工程。自1986年工厂承建北京京城大厦全部一万八千多吨钢结构制造。打破了多年来国外厂商垄断我国建筑钢结构制造的局面,之后,又承接上海国际贸易中心、上海展览北馆、大庆电视塔、上海证券大厦、上海商品交易大厦、东海广场等建筑钢结构工程,参加了上海30万吨乙烯工程、石洞口电站建设、黄浦江引水工程,以及东方明珠电视塔钢环梁和钢桅杆结构工程制造项目。
企业资质:土建工程施工(一级);网架施工(一级);钢结构施工(一级); 2.上海泰胜建设发展有限公司
该公司系专业从事轻钢房屋营造的大中型股份制企业,是由八家企业经改制合并而组建的。公司置地近百亩,一期总投资1.07亿元,拥有世界一流的从澳大利亚进口的彩板生产设备和国家最先进的钢构件生产线及一批国内一流的轻钢专家。企业以强大的技术为后盾,迅速形成了研究、设计、制造、材料加工、工程安装等一条龙的服务体系。
企业资质:钢结构制作(一级);土建工程施工(一级);
3.上海宝成钢结构建筑有限公司
上海宝成钢结构建筑有限公司(BSCC),是宝钢集团(BAOSTEEL GROUP )于 1993年投资控般,台湾理成工业公司(ISC)参股的大型钢结构公司。 注册于上海宝山区,总投资1500万美元。公司全套引进当今美国最先进的预制钢结构建筑公司华普公司(Varco Pruden)的建筑产品系统及生产流水线,致力于开拓及发展预制钢结构在中国及亚太地区的推广应用,具有集销售报价、设计、制作、安装于一体的全套服务。充分利用宝钢集团的资源优势、理成公司的管理经验、华普的高新技术,客户提供一流的产品和优质的服务。 宝成钢构拥有雄厚的技术力量, 拥有一支由 70余名高级工程师、硕士、本专科毕业生组成的专业技术队伍。公司具有轻钢结构工程施工专业级资质,是国家最早的建筑钢结构工程制作、安装定点企业。宝成钢构厂区占地7万多平方米,拥有两个生产车间, 五条轻钢建筑产品全自动流水线。具有目前国内独有的轻钢结构PLASMA水下等离子切割机及VP专利浸漆工艺( DIPTANK),确保为客户提供高品质的产品。近年来,公司在发展生产的同时, 大力推行科学管理,进一步提高产品质量,努力与国际标准接轨。以ISO9000 系列质量标准来规范公司的质量管理,初步建立起了系统的ISO9000质量体系。 宝成钢构自创建以来,承建了大批的工程项目。20000平米以上的项目近十个,10000平方米以上的项目二十余个,累计工程项目百余个。其
中有52000 平米的宁波中华纸业公司厂房;国内第一大跨距的72米无支撑国家粮库。业务范围涉及厂房仓库、机场、超市、粮库、体育场馆、展览中心等多个领域。宝成钢构在立足国内市场的同时,积极凭借自身优势,承接国际业务。先后与澳大利亚,泰国、缅甸、越南等国家的公司建立业务关系。
企业资质:钢结构施工(专业级);
4.上海市机械施工公司
上海市机械施工公司系国家一级建筑施工企业,成立于1958年,隶属上海(集团)总公司。公司专业从事建筑工程,市政工程施工总承包,具有钢结构设计,制作,安装,地基与基础工程施工业资质。 公司下设五个(施工)分公司, 以及科技开发中心等四个机构,占地面积13万平方米,注册资金4819.7万元。现有未只技术人员共541名。(包括中、高级工程技术人员124名),企业拥有国家资产原值1 .3亿元,人均技术装备2.6万余元。近年完成了金茂大厦,浦东机场航站楼, 八万人体育场、东方明珠天线整体提升等一大批钢结构工程。1998年取得ISO9002 标准认证证书(国际互认)。
企业资质:钢结构施工(一级);网架施工(一级);
5.徐州飞虹网架(集团)有限公司
徐州飞虹网架(集团)有限公司是全国唯一通过部级鉴定生产螺栓球节点网架的专业厂家,是我国钢结构、网架工程施工一级企业,在国内空间结构行业率先通过了ISO9002国际质量标准认证, 是中国钢结构协会空间结构协会副理事长单位,是中国建筑金属结构协会建筑钢结构行业定点企业。飞虹集团产品主要有各种网架、轻质板、轻钢结构、玻璃采光屋面等,参建亚运工程荣获建筑业质量最高奖" 亚运工程特别鲁班奖",承建黑龙江速滑馆,荣获"第三届亚冬会建设工程突出贡献奖",有"中国网架,徐州飞虹"之美誉。飞虹牌网架被认定为1997年江苏名牌产品。飞虹集团年产量占全国总产量的50%以上,占世界1/4。已为国内外制作安装了4000多座各种类型和各种结构形式的网架工程。国家重点工程北京西客站、广州地铁、云南玉溪卷烟厂、南宁机场、福州机场、黑龙江速滑馆、厦门台塑、上海大众、长春一汽、天津夏利、重庆水泥等大型网架、轻钢结构工程均被飞虹承揽,充分显示了飞虹集团在我国空间结构行业的强劲实力。飞虹拥有目前世界上先进的网架辅助设计 SFCAD 系统, 引进了美国罗瑟格门式钢架微机辅助设计系统, 全集团建立了微机 CIMS信息管理系统和质量检测中心。
钢(steel)是铁碳合金,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年前,在人类古文明
的发祥地之一的美索不达米亚平原(位于现代伊拉克境内的幼发拉底河和底格里斯河之间)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,在河南辉县等地出土的大批战国时代(公元475—前221年)的铁制生产工具说明,早在战国时期,我国的炼铁技术已经很盛行了。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。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17058(清康熙四十四年)建成的四川泸定大渡河桥,桥宽2.8m,跨长100m,由9根桥面铁链和4根桥栏铁链构成,两端系于直径20cm、长4m的生铁铸成的锚桩上。该桥比美洲1801年才建造的跨长23m的铁索桥早了近百年,比号称世界最早的英格兰跨长30m铸铁拱桥也早74年。
除鉄悬桥外,我国古代还建有许多铁建筑物,如公元694年(周武氏十一年)在洛阳建成的“天枢”,高35m,直径4m,顶有直径为11.3m的“腾云承露盘”,底部有直径约16.7m用来保持天枢稳定的“铁山”,相当符合力学原理。又如公元1061年(宋代)在湖北荆州玉泉寺建成的13层铁塔,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。
由于我国长期处于封建主义统治之下,束缚了生产力的发展。,1840年鸦片战争以后,更沦为半封建半殖民地国家,经济凋敝,工业落后,古代在铁结构方面的技术优势早已丧失殆尽。我国在1907年才建成了汉阳钢铁厂,年产钢只有0.85吨。日本帝国主义侵略中国期间,曾在东北的鞍山、本溪建设了几个钢铁企业,疯狂掠夺我国的宝贵资源。1943年是我国历史上钢铁产量最高的一年,生产生铁180万吨,钢90万吨,绝大部分是在东北生产的。这些钢铁很少用于建设,大部分被日本帝国主义用于反动的侵略战争。
新中国成立后,随着经济建设的发展,钢结构曾起过重要作用,如第一个五年计划期间,建设了一大批钢结构厂房、桥梁。但由于受到钢产量的制约,在其后很长一段时间内,钢结构被限制使用在其它结构不能替代的重大工程项目中,在一定程度上,影响了钢结构的发展。
子1978年我国实行改革开放政策以来,经济获得了飞速的发展,钢产量逐年增加。子1996年超过1亿吨以来,一直位列世界产钢的首位,2003年更达到创纪录的2.2亿吨,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。近年来,随着市场经济的不断完善,钢结构制作和安装企业像雨后春笋般在全国各地涌现,外国著
名结构厂商也纷纷打入中国市场。在多年工程实践和科学研究的基础上,我国新的《钢结构设计规范》GB50017和《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018也以发布实施。所有这些,为钢结构在我国的快速发展创造了条件。
钢结构建筑特点及发展前景
中国是世界钢铁大国,为钢结构行业的发展奠定了良好的物资基础。钢结构建筑、构筑物、工程装备以其大跨、高耸、重载、轻型、施工速度快、抗震性能好充分体现了钢结构的优越性。一幢幢标志性建筑、一片片现代化工业厂房、一座座航空港、桥梁及符合人居环境、环保节能的住宅无不体现钢结构的雄壮之美,现代理念与自然环境的和谐,缤纷异彩的建筑特点,以及具有时代发展特征,整个行业呈现出蒸蒸日上,蓬勃发展的形势。钢结构高耸、轻型、施工速度快、抗震性能好的特点更适合人居环境、环保节能,正响应国家绿色环保建筑的初衷。
我们十分看好钢结构的发展前景,奥运场馆的建设、西部大开发的实施、城市化和工业化步伐的进一步加快、重大基础设施工程的上马等等,均为中国钢结构发展提供了十分广阔的前景。中国钢结构如今无论是设计水平,还是制作安装技术,都不比国外逊色,完全可以满足我国经济发展和基本建设的需要。中国钢结构协会秘书长刘毅、常务副秘书长刘万忠接受记者采访时首先就出语不凡。 他们介绍道,随着我国钢铁工业取得了突飞猛进的发展,特别是1996年我国钢产量突破一亿吨,钢材产量一路飙升。同时,钢铁企业通过结构调整和技术改造使钢铁产品的品种及材质有了明显改善,以宝钢为先导的现代化钢铁企业的产品技术指标不断提高,这为钢结构的发展提供了坚实基矗如今,钢结构已广泛运用于国民经济基本建设的各个领域,钢结构行业已具有相当规模,形成了一批科研、设计、制造、施工、监理等骨干企业。
钢结构从世界范围来讲也好,从我们中国来说也好,应该是一种趋势,是建筑的发展方向。因为钢结构具有很多钢筋混凝土结构所无法比拟的优点,已被公认为绿色环保型产品,符合可持续发展的政策。钢结构自重轻、施工周期短、抗震、强韧性能好,可应用于大跨度、高耸、重载工程,如大跨度桥梁、展览馆、体育中心等,拓展了应用范围。近两三年来,住宅钢结构的发展也成了业内的热点话题。莱钢、马钢热轧H型钢生产线的引进,给住宅钢结构的发展带来了光明的前景。日本和欧美国家的土木工程、民用住宅,钢结构的比例已达到50%左右,而我国90%以上还是钢筋混凝土结构。目前,我国钢结构制造业年产量达到600万~700万吨
,只占整个钢产量的3%左右,而发达国家占10%。按此比例计算,以我国去年钢材表观消费量达到2亿多吨为例,钢结构的年产量应达到2000万吨左右,现在差距还很大,可见钢结构的发展空间十分巨大。
中国钢结构建筑发展史
西方的工业革命和科技进步,使得钢铁在建筑中的应用和发展发生了重要的变革。材料的发展由生铁发展到熟铁乃至碳素钢以及合金钢,材料的性能大大提高。材料力学、结构力学和弹性力学的理论发展以及计算技术的不断提高和试验手段的不断进步,使得钢结构设计水平突飞猛进。现代钢结构建筑已经成为建筑结构中的一个重要分支,在高层超高层建筑、大跨度公共建筑、工业建筑、桥梁建筑等得到广泛的应用。
我国建筑钢结构应用的也算是较早,如1889年唐山水泥厂造成了钢结构厂房;1927年皇姑屯机车厂厂房采用了钢结构;1931年广州建成了中山纪念堂——我国自行设计的钢穹顶; 1934年上海建造的24层钢结构国际饭店,是那个年代的标志性建筑。
解放后到改革开放之前,由于受到经济发展的限制,我国的建筑设计方针是以降低用钢量为重要考核指标,因此钢结构建筑应用不多,只有一些重型工业厂房和大跨度的标志性建筑采用钢结构,其结构形式基本上是钢筋混凝土下部支承结构与大跨度桁架、网架或者悬索组成的混合结构体系。
改革开放之后,我国的经济迅猛发展,钢铁工业也得到突飞猛进的发展,建筑钢结构的应用也越来越广泛,相应的技术也得到了比较大的进步,同时钢结构产业也从小到大,从弱到强。中国钢结构如今无论是设计水平,还是制作安装技术,都不比国外逊色,完全可以满足我国经济发展和基本建设的需要。
中国钢铁产业的发展经历了一个由小到大,由弱到强的过程,钢铁的产量由原来的每年几百万吨到现在的每年几亿吨,其中可用于建筑钢结构的钢材在钢总产量所占的比重也越来越大,为钢结构的快速发展提供了坚实的物质基础。解放后很长一段时间内,我国可用于建筑钢结构的钢材牌号和品种比较简单,牌号只有A3钢(相当于Q235)和16Mn钢(相当于Q345),品种只限于钢板、角钢、槽钢和工字钢和钢管。近二十年,钢铁工业在生产规模、产量、品种和质量等方面均明显提高,许多重要品种及技术含量高的产品已经达到国际先进水平。
随着经济的发展和工业化进程的加速,我国每年完成的门市刚架轻钢结构厂房超过1000万平方米。轻钢厂房主要以采用焊接组合变截面H型钢和热轧H型钢作为梁柱受力构件,冷弯C、Z型钢作为檩条,彩色涂层钢板经过压型后作为屋面和墙面
的围护系统。门式刚架受力合理、造价经济、施工方便快捷,已经由厂房、仓库推广到超市、展馆等建筑。门式刚架结构的推广和发展反过来又刺激了材料的发展。用于轻型钢结构的中板和热轧H型钢的产量逐步增长,由大量进口转为自给自足并且大量出口。彩色涂层钢板这个品种最开始全部是进口澳洲、台湾、韩国的产品,随着使用量的不断提高,宝钢、马钢、鞍钢等国内大型钢铁联合企业大量生产、外资企业也纷纷在国内设厂,彩涂钢板的国内产量不断上升,不仅满足市场需求、而且价格也下降到合理水平,使得门式刚架轻型钢结构的造价也得到相应下降。高强度螺栓、自攻螺丝等轻钢结构常用的连接材料、超薄型防火涂料、玻璃隔热棉等配套附属材料的国产化也为门式刚架轻型钢结构的大规模发展推波助澜。
大尺寸热轧H型钢、Z向性能厚钢板、耐火耐候钢、无缝钢管和焊接结构用钢管等材料的快速的发展带动了高层重型钢结构的发展。据中国钢结构协会统计,从1980年到2005年,我国建成和在建的高层钢结构达到超过80幢,总面积超过600万平方米,总用钢量超过60万吨,加上目前正在规划和设计的高层钢结构,预计2010年,我国高层钢结构建筑将超过100幢。尽管911事件之后,人们对高层钢结构的建设采取了慎重的态度,但是我国第三次高层钢结构建筑的建设高潮正在到来。于1997年在上海建成的金茂大厦高421m,为世界第三高楼。正在建设中的上海环球金融中心高490m、中央电视台大厦、广州珠江新城南塔、广州电视塔等均采用国产优质钢材为主。
20多年来,以网架和网壳为代表的空间钢结构大量发展,成为钢结构领域发展最快的领域,不仅大量应用于候机楼、机库、体育馆、展览馆、汽车站、火车站等民用建筑,也广泛应用于工业厂房中。采用圆钢管、矩形钢管、H型钢、钢索等材料制作成的网架、空间桁架、张弦梁等结构组合成的各种造型,成为各地的富有现代特色的标志建筑。
我国钢结构建筑的科研和设计工作也伴随着钢结构建筑的发展而不断取得进步。自上世纪80年代起国家技术监督局、建设部和行业协会组织高校、科研单位、设计和施工单位编制和修订钢结构设计、施工规范和规程60多本,并编制相应的构件和配套材料的通用图集,为钢结构行业奠定了良好的基础。目前,我国钢结构的科研工作主要围绕以下几个方面:新结构体系的研究和工程应用,新的设计理论和计算方法研究,节点构造和连接,新型材料的应用,新型制作工艺和安装工艺研究等,国内许多科研院所、高等院校和设计施工单位参与到钢结构建筑的科研
工作中,并且大量的成果很快在设计和施工实践中得到应用。而许多重要的钢结构建筑在立项、设计和施工阶段所遇到的难题反过来又促进了钢结构建筑的科研工作。钢结构的设计方面,我国的高层和大跨度钢结构建筑设计已经形成了比较成熟的体系,国内目前大部分重点工程的钢结构施工图设计是国内完成的。
“建筑是用石头写成的史书”在雨果先生生活的那个时代是没有疑问的,然而当今世界的史书恐怕没有多少是用石头写的。在几千年的人类历史中,建筑结构经历了木结构、砖石结构、钢筋水泥结构、钢混结构及钢结构。目前全球独领风骚的建筑材料是钢材,钢结构已是发达国家主导建筑结构,广泛应用于高层、超高层建筑、大跨大空间建筑、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。(千金难买牛回头 我不需再犹豫)
建筑钢材的突破性进展是20世纪60年代开始的。30余年来,利用钢格、玻璃、膜材等现代建筑材料及相应的结构、构造技术与施工工艺建筑起来的钢结构建筑,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。如今,技艺合一与可持续发展等理念已深入人心,以钢结构技术为基本手段,注重材料特性与技术表现的建筑创作倾向已成为时代的潮流。(剖析主流资金真实目的,发现最佳获利机会!)
与国外相比,我国钢结构建筑的发展相对滞后,在我国钢产量连年居世界首位,钢结构建筑的建造条件基本成熟的前提下,钢结构技术仍未得到有效推广,是颇值得令人深思的。目前我国建筑设计界普遍存在着对钢结构建筑认识不足,观念落后;对钢结构体系积极性不高,管理跟不上等问题。这些都严重阻碍着钢结构建筑在我国的进一步发展。
一、国外钢结构建筑的发展历史
最早在建造房屋中使用的金属结构可以追溯到18世纪未的英国。由于当时棉纺厂经常发生火灾,因而在厂房结构中采用了铁框架。100年后, 美国的芝加哥学派建造了一批钢结构摩天大楼,法国工程师埃菲尔建造了著名的铁塔,金属建筑从此进入了第一个光辉时代。在那个时代,人们也建造金属结构的独户住宅,有些金属住宅,至今状态良好。
在以后的半个多世纪里,钢筋混凝土结构兴起,金属在建筑领域里失去了它的名声和魅力,主要用于建造工厂、飞机库等。
钢结构建筑在20世纪60年代再次开始新发展。建筑钢材获得了突破性进展,计算机也开始早期应用,金属建筑的各种结构体系日趋成熟。70年代法国蓬皮杜文化中心建成,高科技潮流开始出现;到80、90年代,雷诺汽车零件配送中心、香港汇丰银行、法国里昂机场TGV铁路客运站、 日本关西国际机场等则把钢结构推向了一个新的高度。与此同时,建筑师们在中小型项目中,也把钢结构技艺发挥得淋漓尽致,如FRANCE建筑工作室设计的大学生餐厅、儒勒.瓦尔纳中学、美国ABC公司制造的住宅等。特别值得指出的是
,西方发达国家已提出预工程化金属建筑概念,预工程化金属建筑是指将建筑结构分成若干模块在工厂加工完成,从而使钢结构建筑的设计、加工和安装得以一体化,这就大大降低了建筑成本(比传统结构型式低 10 ~20%),缩短了施工周期,使钢结构的综合优势更加明显。
在新结构方面, 许多国家都加大了研究力度, 现在人类已具有建造跨度超过 1000m的超大型穹顶与高度超过1000m最高至4000m的超高层建筑的能力。 大跨度开合空间钢结构亦有较大的进展,1989年建成的加拿大多伦多天空穹顶体育馆,跨度 205m,能容纳7万人,屋盖关合后可做全封闭有空气调节的体育场。1993 年建成的日本福冈室内体育场,直径222m,是当代世界上最大的开合空间钢结构。膜结构的发展亦令人瞩目,1992年在美国亚特兰大建成的奥运会主馆“佐治亚穹顶”,平面尺寸为240m×193m,是世界上最大跨度的索网与膜杂交结构屋顶。
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。
二、钢结构建筑的主要优点
1.强度高、刚度大、自重轻。大体而言钢结构与钢筋混凝土自重之比约为1:1 .6,而地震力=质量*地震加速度,故重量愈轻,地震力也减少。钢结构若以适当处理,对耐地震力更有效。同时还可以减少基础工程量和基础造价。
2.钢结构件及其配套技术相应部件绝大部分可以实现工厂化制作,使质量容易保证,便于标准化及推广使用。
3.施工周期短(约为混凝土结构的1/3至1/2),可以大大缩短投资资金的占有周期,提高资金的投资效益, 并且不受季节因素影响。例如:5 万平方米的钢结构库房,从加工制作到施工安装2个月即可完成(钢筋砼结构最少需要10个月, 同时在北方冬季无法施工)。
4.可做成大跨度、大开。钢结构对梁深及柱间跨度,有较佳之优势。如一般钢筋混凝土的梁深及跨度比约为1:12,而钢结构则为1:24 , 并可以提高使用面积率5%~8%。
5.垃圾少,便于资源重复利用和环境保护。同时,有利于节约耕地,保护土地资源,易拆迁。
6.具有造型美观,使用面广,适合于不同气候条件和大气环境等优点。
7 现场湿作业少,符合环保建筑的要求,适宜于在城市繁华地段、不允许施工周期过长和混凝土等建材运输不便的情况下施工。
8.目前钢结构建筑直接造价略高于
混凝土结构,但从长远看,其综合效益却明显高于传统建筑。
三、我国钢结构建筑发展概况
钢结构的应用在我国有悠久的历史。公元60年就开始修建铁链桥,最著名的是大渡河泸定桥,充分表明了我国古代在金属结构方面的卓越成就。
新中国成立后,钢结构建筑得到了较大发展,大体可分为三个阶段:一是初盛时期(50年代~60年代初),二是低潮时期(60年代中后期~70年代),三是发展时期( 80年代至今)。50年代以苏联156个援建项目为契机,取得了卓越的建设成就。 60 年代国家提出在建筑业节约钢材的政策,执行过程中又出现了一些误区,限制了钢结构建筑的合理使用与发展。
八十年代沿海地区引进轻钢建筑,国内各种钢结构的厂房、亚运会的一大批钢结构体育馆的建设,以及多栋高层钢结构建筑的建成是中国钢结构发展的第一次高潮。但在1994年前,中国超过100米高的高层建筑152幢,其中只有9 幢采用钢结构或钢-混结构,而在国外这样高的建筑一般都首选钢结构。我国每年的建筑用钢量仅1%被用于预制钢结构,与发达国家80%以上的用量比较,差距巨大。 可喜的是,目前我国钢结构建筑的发展出现了未曾有过的兴旺景象。主要表现在:
1、高层、超高层建筑由中外合作到国产化的起步。我国著名的高层、 超高层建筑大多是中外合作的产物,如上海金茂大厦、环球金融中心、深圳地王大厦、北京京广中心等。中外合作设计对于掌握国外先进技术及锻炼培养人才起到了促进和推动作用。1998年建成的大连远洋大厦(高201m,51层)标志着高层钢结构建筑国产化的起步,1999年建成的深圳赛格广场(291.6m,72 层)是世界上最高的钢管混凝土结构建筑。
2、轻钢结构建筑的迅猛发展与国外公司的大批涌入。近年来, 轻钢建筑以其商品化程度高、施工速度快、使用效果好、应用面广、造价低等优势获得了迅猛发展。全国每年约有200万平方米轻钢建筑竣工。在此背景下, 国外轻钢结构生产厂商也纷纷在我国设分公司、制造厂,获得了很大的销售量。
3、空间结构得到了进一步的发展,大量大跨度的建设项目陆续兴建, 如天津体育中心(直径108m,1994年)、上海8万人体育场看台顶盖(1998年)、 沈阳博展中心室内足球场(144×204m,2000年)等。
我国钢结构建筑虽达到了一定的水准,但在材料、工艺设计手段等方面与发达国家相比仍存在不少差距,在有些领域尚属空白,如大跨度开合空间结构等。
四、大力推广钢结构技术、广泛开展钢结构建筑设计的紧迫性
1、 环境问题逼迫、促发的紧迫性
面对日益严峻的环境问题,建筑界责无旁贷。我国是世界上最大的砖砌体建筑与混凝土建筑大国。每年生产7000亿块砖(约占世界总产量的1/2)、5亿吨水泥(占世界总产量1/3强),生产砖的代价是每年毁农田约15万亩,消耗标准煤约 7000 万吨,生产水泥的代价是每年排放温室气体CO2约3亿吨(生产1吨水泥熟料,排施1 吨CO2 ),破坏的矿山与排放的废水则难以统计。如此触目的数字,不能不让人反思。更为严重的是,砖、混凝土都是不可再循环材料,一次性使用后果严重,形成的建筑垃圾将极难处理。因此,国家采取了一系列具体措施,不但明确提出要积极合理地扩大钢结构在建筑中的应用;同时,还明确规定了被淘汰建材品种及淘汰的时间表:即从2000年起三年里在住宅建设中逐步禁止使用实心黏土砖,代之以其它建筑材料。
钢结构的发展带来了解决环境问题的突破口。首先,钢材是一种高强、高效能的材料,具很高的再循环价值,边角料也有价值。其次,钢结构抗震性能好,使用灵活,施工时既不需要耗费大量的木材、钢模板和水,也不会产生强的噪音与空气污染。再次,钢结构的发展会带动一系列轻质高强墙体材料的发展,并为绿色建材的发展创造条件。当然,钢结构的这些优点是与砖砌体结构相比较而言的,并不是说钢结构建筑对环境就没有损害,只是对资源、能源的利用相对合理,对环境的破坏相对要少罢了。在严峻的环境问题面前,发展钢结构建筑,替代混凝土与砌体建筑是较理想的选择。
2、竞争日剧导致的紧迫性
2000年我国有望成为WTO的正式成员,加入WTO意味着我国建筑业将面对一个更加开放的市场。目前已初露端倪,国际上强大的建筑设计事务所正在占领我国的设计市场。我国国家或地方的重大项目,大多旁落外人之手。如果细心观摩中外方案,则不难发现,国外精湛的钢结构建筑有明显增多趋势,质量亦有显著提高,设计正由“粗放型阶段”向“集约型阶段”转化。朝精心设计、合理选料、精细加工的方向努力,无疑会使我国钢结构建筑上一个台阶,也无疑会增强设计单位的竞争能力。在竞争日剧的设计市场,设计的技术优势,是中标的必要条件,缺少技术表现、缺少技术含量就意味着落后,落后就意味着落选,长此以往则难以生存,即使目前没有生存的危机,也应居安思危,尽可能开展钢结构建筑设计工作。
五、我国钢结构建筑发展前景展望
从发达国家钢结构建筑的发展轨迹,结合我国的实际,不难看出我国钢结构发展前景光明,但会有许多不同于发达国家的特点。所以说前景光明,
是因为政府已开始高度重视钢结构建筑的发展,在1998年把钢结构技术列为重点推广的新技术之后,1999年成立了国家建筑用钢领导小组,组长由建设部副部长叶如棠担任。与此同时,专家组则分九个课题专门研究钢结构在建筑领域的应用问题。
目前发达国家的建筑用钢量为其钢产量的45~55%,而我国建筑用钢量仅占总产量的20%左右。我国年钢产量已超过1亿吨, 如按此比例推算, 则我国建筑用钢有 3000万吨左右的发展空间。
所以说会有自己的特点,是因为我国的国情不同于西方发达国家,劳动力相对低廉,国家尚不富裕,造价低、技术含量稍低的钢结构会得到优先发展。在今后一段时间内,钢管混凝土结构、轻钢结构等将会得到较快发展。
钢管混凝土结构与其它结构相比,具有承载力高、塑性和抗震性能优越、节省材料和施工简便的特点。用于高层建筑中,这些特点尤为突出,中国在此领域已处于领先地位。
轻钢结构除在大跨单层房屋中普遍应用外,今后会在住宅与中小型多层公共建筑中大面积应用。据统计,二十世纪后几年,我国城镇住宅建设以每年竣工面积4 .4亿平方米,总产值6000亿元(约占GDP9%)的速度迅猛发展,住宅产业成为国民经济中跨世纪的新的增长点。钢结构住宅建筑体系以其结构部件轻、预制程度高、便于推行设计标准化、定型化、施工机械化、装配件制作工厂化、施工周期短等优势,在建筑用材市场中展示出其广阔的应用及发展前景,成为替代现有小砖住宅的主要体系之一;中小型建筑则量大面广,发展轻钢结构对于资源、能源都非常短缺的我国意义犹为重大。
对于钢结构建筑,建设部有关领导和专家认为,钢结钢是一种较为符合产业化生产方式的结构形式。它容易实现设计和标准化、构配件生产的工厂化、施工的机械化和装配化,能够进行标准化的设计,系列化的开发、集约化的生产和社会化的供应。有的学者曾预言,50年后,钢结构可能成为我国新建筑的主体结构,由今日之发展状况看,这一预期有望大幅度提前。
六、国内主要钢结构生产和施工企业(排名不分先后)
1.沪东造船厂
沪东造船厂是国有特大型企业,从属于中国船舶工业集团公司。位于上海浦东新区,始建于1928年,1952年改名为沪东造船厂。经过五次扩建和技术改造,现占地近87万平方米,拥有职工11000余名,其中专业技术人员 2800 余名, 各类设备 4100余台。在钢结构制造方面,沪东造船厂先后在上海南京路西藏路闹市中心承建了四座人行天桥、获得了市府好评。从而承接了国内外有影响的上海市第一
座连接黄浦江岸的南浦大桥钢结构工程和世界第一斜拉桥即杨浦大桥、徐浦大桥主桥钢结构工程。自1986年工厂承建北京京城大厦全部一万八千多吨钢结构制造。打破了多年来国外厂商垄断我国建筑钢结构制造的局面,之后,又承接上海国际贸易中心、上海展览北馆、大庆电视塔、上海证券大厦、上海商品交易大厦、东海广场等建筑钢结构工程,参加了上海30万吨乙烯工程、石洞口电站建设、黄浦江引水工程,以及东方明珠电视塔钢环梁和钢桅杆结构工程制造项目。
企业资质:土建工程施工(一级);网架施工(一级);钢结构施工(一级); 2.上海泰胜建设发展有限公司
该公司系专业从事轻钢房屋营造的大中型股份制企业,是由八家企业经改制合并而组建的。公司置地近百亩,一期总投资1.07亿元,拥有世界一流的从澳大利亚进口的彩板生产设备和国家最先进的钢构件生产线及一批国内一流的轻钢专家。企业以强大的技术为后盾,迅速形成了研究、设计、制造、材料加工、工程安装等一条龙的服务体系。
企业资质:钢结构制作(一级);土建工程施工(一级);
3.上海宝成钢结构建筑有限公司
上海宝成钢结构建筑有限公司(BSCC),是宝钢集团(BAOSTEEL GROUP )于 1993年投资控般,台湾理成工业公司(ISC)参股的大型钢结构公司。 注册于上海宝山区,总投资1500万美元。公司全套引进当今美国最先进的预制钢结构建筑公司华普公司(Varco Pruden)的建筑产品系统及生产流水线,致力于开拓及发展预制钢结构在中国及亚太地区的推广应用,具有集销售报价、设计、制作、安装于一体的全套服务。充分利用宝钢集团的资源优势、理成公司的管理经验、华普的高新技术,客户提供一流的产品和优质的服务。 宝成钢构拥有雄厚的技术力量, 拥有一支由 70余名高级工程师、硕士、本专科毕业生组成的专业技术队伍。公司具有轻钢结构工程施工专业级资质,是国家最早的建筑钢结构工程制作、安装定点企业。宝成钢构厂区占地7万多平方米,拥有两个生产车间, 五条轻钢建筑产品全自动流水线。具有目前国内独有的轻钢结构PLASMA水下等离子切割机及VP专利浸漆工艺( DIPTANK),确保为客户提供高品质的产品。近年来,公司在发展生产的同时, 大力推行科学管理,进一步提高产品质量,努力与国际标准接轨。以ISO9000 系列质量标准来规范公司的质量管理,初步建立起了系统的ISO9000质量体系。 宝成钢构自创建以来,承建了大批的工程项目。20000平米以上的项目近十个,10000平方米以上的项目二十余个,累计工程项目百余个。其
中有52000 平米的宁波中华纸业公司厂房;国内第一大跨距的72米无支撑国家粮库。业务范围涉及厂房仓库、机场、超市、粮库、体育场馆、展览中心等多个领域。宝成钢构在立足国内市场的同时,积极凭借自身优势,承接国际业务。先后与澳大利亚,泰国、缅甸、越南等国家的公司建立业务关系。
企业资质:钢结构施工(专业级);
4.上海市机械施工公司
上海市机械施工公司系国家一级建筑施工企业,成立于1958年,隶属上海(集团)总公司。公司专业从事建筑工程,市政工程施工总承包,具有钢结构设计,制作,安装,地基与基础工程施工业资质。 公司下设五个(施工)分公司, 以及科技开发中心等四个机构,占地面积13万平方米,注册资金4819.7万元。现有未只技术人员共541名。(包括中、高级工程技术人员124名),企业拥有国家资产原值1 .3亿元,人均技术装备2.6万余元。近年完成了金茂大厦,浦东机场航站楼, 八万人体育场、东方明珠天线整体提升等一大批钢结构工程。1998年取得ISO9002 标准认证证书(国际互认)。
企业资质:钢结构施工(一级);网架施工(一级);
5.徐州飞虹网架(集团)有限公司
徐州飞虹网架(集团)有限公司是全国唯一通过部级鉴定生产螺栓球节点网架的专业厂家,是我国钢结构、网架工程施工一级企业,在国内空间结构行业率先通过了ISO9002国际质量标准认证, 是中国钢结构协会空间结构协会副理事长单位,是中国建筑金属结构协会建筑钢结构行业定点企业。飞虹集团产品主要有各种网架、轻质板、轻钢结构、玻璃采光屋面等,参建亚运工程荣获建筑业质量最高奖" 亚运工程特别鲁班奖",承建黑龙江速滑馆,荣获"第三届亚冬会建设工程突出贡献奖",有"中国网架,徐州飞虹"之美誉。飞虹牌网架被认定为1997年江苏名牌产品。飞虹集团年产量占全国总产量的50%以上,占世界1/4。已为国内外制作安装了4000多座各种类型和各种结构形式的网架工程。国家重点工程北京西客站、广州地铁、云南玉溪卷烟厂、南宁机场、福州机场、黑龙江速滑馆、厦门台塑、上海大众、长春一汽、天津夏利、重庆水泥等大型网架、轻钢结构工程均被飞虹承揽,充分显示了飞虹集团在我国空间结构行业的强劲实力。飞虹拥有目前世界上先进的网架辅助设计 SFCAD 系统, 引进了美国罗瑟格门式钢架微机辅助设计系统, 全集团建立了微机 CIMS信息管理系统和质量检测中心。
钢(steel)是铁碳合金,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年前,在人类古文明
的发祥地之一的美索不达米亚平原(位于现代伊拉克境内的幼发拉底河和底格里斯河之间)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,在河南辉县等地出土的大批战国时代(公元475—前221年)的铁制生产工具说明,早在战国时期,我国的炼铁技术已经很盛行了。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。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17058(清康熙四十四年)建成的四川泸定大渡河桥,桥宽2.8m,跨长100m,由9根桥面铁链和4根桥栏铁链构成,两端系于直径20cm、长4m的生铁铸成的锚桩上。该桥比美洲1801年才建造的跨长23m的铁索桥早了近百年,比号称世界最早的英格兰跨长30m铸铁拱桥也早74年。
除鉄悬桥外,我国古代还建有许多铁建筑物,如公元694年(周武氏十一年)在洛阳建成的“天枢”,高35m,直径4m,顶有直径为11.3m的“腾云承露盘”,底部有直径约16.7m用来保持天枢稳定的“铁山”,相当符合力学原理。又如公元1061年(宋代)在湖北荆州玉泉寺建成的13层铁塔,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。
由于我国长期处于封建主义统治之下,束缚了生产力的发展。,1840年鸦片战争以后,更沦为半封建半殖民地国家,经济凋敝,工业落后,古代在铁结构方面的技术优势早已丧失殆尽。我国在1907年才建成了汉阳钢铁厂,年产钢只有0.85吨。日本帝国主义侵略中国期间,曾在东北的鞍山、本溪建设了几个钢铁企业,疯狂掠夺我国的宝贵资源。1943年是我国历史上钢铁产量最高的一年,生产生铁180万吨,钢90万吨,绝大部分是在东北生产的。这些钢铁很少用于建设,大部分被日本帝国主义用于反动的侵略战争。
新中国成立后,随着经济建设的发展,钢结构曾起过重要作用,如第一个五年计划期间,建设了一大批钢结构厂房、桥梁。但由于受到钢产量的制约,在其后很长一段时间内,钢结构被限制使用在其它结构不能替代的重大工程项目中,在一定程度上,影响了钢结构的发展。
子1978年我国实行改革开放政策以来,经济获得了飞速的发展,钢产量逐年增加。子1996年超过1亿吨以来,一直位列世界产钢的首位,2003年更达到创纪录的2.2亿吨,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。近年来,随着市场经济的不断完善,钢结构制作和安装企业像雨后春笋般在全国各地涌现,外国著
名结构厂商也纷纷打入中国市场。在多年工程实践和科学研究的基础上,我国新的《钢结构设计规范》GB50017和《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018也以发布实施。所有这些,为钢结构在我国的快速发展创造了条件。
钢结构建筑特点及发展前景
中国是世界钢铁大国,为钢结构行业的发展奠定了良好的物资基础。钢结构建筑、构筑物、工程装备以其大跨、高耸、重载、轻型、施工速度快、抗震性能好充分体现了钢结构的优越性。一幢幢标志性建筑、一片片现代化工业厂房、一座座航空港、桥梁及符合人居环境、环保节能的住宅无不体现钢结构的雄壮之美,现代理念与自然环境的和谐,缤纷异彩的建筑特点,以及具有时代发展特征,整个行业呈现出蒸蒸日上,蓬勃发展的形势。钢结构高耸、轻型、施工速度快、抗震性能好的特点更适合人居环境、环保节能,正响应国家绿色环保建筑的初衷。
我们十分看好钢结构的发展前景,奥运场馆的建设、西部大开发的实施、城市化和工业化步伐的进一步加快、重大基础设施工程的上马等等,均为中国钢结构发展提供了十分广阔的前景。中国钢结构如今无论是设计水平,还是制作安装技术,都不比国外逊色,完全可以满足我国经济发展和基本建设的需要。中国钢结构协会秘书长刘毅、常务副秘书长刘万忠接受记者采访时首先就出语不凡。 他们介绍道,随着我国钢铁工业取得了突飞猛进的发展,特别是1996年我国钢产量突破一亿吨,钢材产量一路飙升。同时,钢铁企业通过结构调整和技术改造使钢铁产品的品种及材质有了明显改善,以宝钢为先导的现代化钢铁企业的产品技术指标不断提高,这为钢结构的发展提供了坚实基矗如今,钢结构已广泛运用于国民经济基本建设的各个领域,钢结构行业已具有相当规模,形成了一批科研、设计、制造、施工、监理等骨干企业。
钢结构从世界范围来讲也好,从我们中国来说也好,应该是一种趋势,是建筑的发展方向。因为钢结构具有很多钢筋混凝土结构所无法比拟的优点,已被公认为绿色环保型产品,符合可持续发展的政策。钢结构自重轻、施工周期短、抗震、强韧性能好,可应用于大跨度、高耸、重载工程,如大跨度桥梁、展览馆、体育中心等,拓展了应用范围。近两三年来,住宅钢结构的发展也成了业内的热点话题。莱钢、马钢热轧H型钢生产线的引进,给住宅钢结构的发展带来了光明的前景。日本和欧美国家的土木工程、民用住宅,钢结构的比例已达到50%左右,而我国90%以上还是钢筋混凝土结构。目前,我国钢结构制造业年产量达到600万~700万吨
,只占整个钢产量的3%左右,而发达国家占10%。按此比例计算,以我国去年钢材表观消费量达到2亿多吨为例,钢结构的年产量应达到2000万吨左右,现在差距还很大,可见钢结构的发展空间十分巨大。
中国钢结构建筑发展史
西方的工业革命和科技进步,使得钢铁在建筑中的应用和发展发生了重要的变革。材料的发展由生铁发展到熟铁乃至碳素钢以及合金钢,材料的性能大大提高。材料力学、结构力学和弹性力学的理论发展以及计算技术的不断提高和试验手段的不断进步,使得钢结构设计水平突飞猛进。现代钢结构建筑已经成为建筑结构中的一个重要分支,在高层超高层建筑、大跨度公共建筑、工业建筑、桥梁建筑等得到广泛的应用。
我国建筑钢结构应用的也算是较早,如1889年唐山水泥厂造成了钢结构厂房;1927年皇姑屯机车厂厂房采用了钢结构;1931年广州建成了中山纪念堂——我国自行设计的钢穹顶; 1934年上海建造的24层钢结构国际饭店,是那个年代的标志性建筑。
解放后到改革开放之前,由于受到经济发展的限制,我国的建筑设计方针是以降低用钢量为重要考核指标,因此钢结构建筑应用不多,只有一些重型工业厂房和大跨度的标志性建筑采用钢结构,其结构形式基本上是钢筋混凝土下部支承结构与大跨度桁架、网架或者悬索组成的混合结构体系。
改革开放之后,我国的经济迅猛发展,钢铁工业也得到突飞猛进的发展,建筑钢结构的应用也越来越广泛,相应的技术也得到了比较大的进步,同时钢结构产业也从小到大,从弱到强。中国钢结构如今无论是设计水平,还是制作安装技术,都不比国外逊色,完全可以满足我国经济发展和基本建设的需要。
中国钢铁产业的发展经历了一个由小到大,由弱到强的过程,钢铁的产量由原来的每年几百万吨到现在的每年几亿吨,其中可用于建筑钢结构的钢材在钢总产量所占的比重也越来越大,为钢结构的快速发展提供了坚实的物质基础。解放后很长一段时间内,我国可用于建筑钢结构的钢材牌号和品种比较简单,牌号只有A3钢(相当于Q235)和16Mn钢(相当于Q345),品种只限于钢板、角钢、槽钢和工字钢和钢管。近二十年,钢铁工业在生产规模、产量、品种和质量等方面均明显提高,许多重要品种及技术含量高的产品已经达到国际先进水平。
随着经济的发展和工业化进程的加速,我国每年完成的门市刚架轻钢结构厂房超过1000万平方米。轻钢厂房主要以采用焊接组合变截面H型钢和热轧H型钢作为梁柱受力构件,冷弯C、Z型钢作为檩条,彩色涂层钢板经过压型后作为屋面和墙面
的围护系统。门式刚架受力合理、造价经济、施工方便快捷,已经由厂房、仓库推广到超市、展馆等建筑。门式刚架结构的推广和发展反过来又刺激了材料的发展。用于轻型钢结构的中板和热轧H型钢的产量逐步增长,由大量进口转为自给自足并且大量出口。彩色涂层钢板这个品种最开始全部是进口澳洲、台湾、韩国的产品,随着使用量的不断提高,宝钢、马钢、鞍钢等国内大型钢铁联合企业大量生产、外资企业也纷纷在国内设厂,彩涂钢板的国内产量不断上升,不仅满足市场需求、而且价格也下降到合理水平,使得门式刚架轻型钢结构的造价也得到相应下降。高强度螺栓、自攻螺丝等轻钢结构常用的连接材料、超薄型防火涂料、玻璃隔热棉等配套附属材料的国产化也为门式刚架轻型钢结构的大规模发展推波助澜。
大尺寸热轧H型钢、Z向性能厚钢板、耐火耐候钢、无缝钢管和焊接结构用钢管等材料的快速的发展带动了高层重型钢结构的发展。据中国钢结构协会统计,从1980年到2005年,我国建成和在建的高层钢结构达到超过80幢,总面积超过600万平方米,总用钢量超过60万吨,加上目前正在规划和设计的高层钢结构,预计2010年,我国高层钢结构建筑将超过100幢。尽管911事件之后,人们对高层钢结构的建设采取了慎重的态度,但是我国第三次高层钢结构建筑的建设高潮正在到来。于1997年在上海建成的金茂大厦高421m,为世界第三高楼。正在建设中的上海环球金融中心高490m、中央电视台大厦、广州珠江新城南塔、广州电视塔等均采用国产优质钢材为主。
20多年来,以网架和网壳为代表的空间钢结构大量发展,成为钢结构领域发展最快的领域,不仅大量应用于候机楼、机库、体育馆、展览馆、汽车站、火车站等民用建筑,也广泛应用于工业厂房中。采用圆钢管、矩形钢管、H型钢、钢索等材料制作成的网架、空间桁架、张弦梁等结构组合成的各种造型,成为各地的富有现代特色的标志建筑。
我国钢结构建筑的科研和设计工作也伴随着钢结构建筑的发展而不断取得进步。自上世纪80年代起国家技术监督局、建设部和行业协会组织高校、科研单位、设计和施工单位编制和修订钢结构设计、施工规范和规程60多本,并编制相应的构件和配套材料的通用图集,为钢结构行业奠定了良好的基础。目前,我国钢结构的科研工作主要围绕以下几个方面:新结构体系的研究和工程应用,新的设计理论和计算方法研究,节点构造和连接,新型材料的应用,新型制作工艺和安装工艺研究等,国内许多科研院所、高等院校和设计施工单位参与到钢结构建筑的科研
工作中,并且大量的成果很快在设计和施工实践中得到应用。而许多重要的钢结构建筑在立项、设计和施工阶段所遇到的难题反过来又促进了钢结构建筑的科研工作。钢结构的设计方面,我国的高层和大跨度钢结构建筑设计已经形成了比较成熟的体系,国内目前大部分重点工程的钢结构施工图设计是国内完成的。