我国钢结构产业化发展浅析

来源:结构工程师    发布时间:2013-04-05    结构工程师辅导视频    评论

  按承重材料的不同,结构可分成钢筋混凝土结构、钢结构、木结构、砖石结构、钢-混组合结构等。钢结构具有自重轻、强度高、抗震性能好、便于工业化生产、节能环保、可循环使用等特点。钢结构建筑主要采用H型钢、冷弯型钢等材料为骨架制作受力构件,特种螺栓等进行栓(焊)接,彩涂板或具有隔热、防水、隔音等功能的其它材料作为屋面、楼层及墙体围护结构,工厂模块化构筑而成。钢结构建筑可大致分为高层和重型钢结构、大跨度空间钢结构、轻钢结构、钢-混组合结构、住宅钢结构等多种结构体系。

  钢结构对钢材有强度、塑性、韧性、可焊性等基本性能要求;较重要结构的关键节点部位,还要求厚度方向性能;从抗震角度出发,要求一定屈强比(≤0.85);为延长建筑的寿命,提高建筑抗火灾能力,还可要求钢材耐蚀和耐火。

  一、国外钢结构市场与技术现状

  20世纪初诞生了轻钢结构房屋,二战期间因高施工速度的需要,轻钢房屋得到快速发展;40年代出现了门式刚架结构;50年代,出现工业化程度较高的钢结构住宅,形成了工厂化的钢结构住宅建筑体系并延续至今;60年代住宅建筑工业化高潮遍及欧洲并发展到美、加、日等发达国家,彩色压型板及冷弯薄壁檩条组成的轻质围护体系开始大量应用。轻钢结构是发达国家目前主要的建筑结构形式。

  国外钢结构业迅速发展的主要原因:

  第一、钢铁工业提供了丰富的建筑用钢物资基础。

  第二、钢结构具有安装容易、施工周期短、抗震性能好、投资回收快、环境污染小等优势。

  第三、环保要求严格和资源充分利用,促使业主、建筑师和结构工程师选择钢结构。

  第四、成熟配套技术和产品推动了钢结构业发展。

  发达国家先进的钢铁工业,使钢铁材料品种和质量可充分满足钢结构需求,充裕的钢材资源提供了物资保障,钢铁新材料的不断开发推动了钢结构的技术进步,造就了钢结构业的普及,推动现代建筑业发展。近年国外建筑用钢量约占钢材总消耗量的30%,并仍呈明显上升趋势。

  日本JFE公司开发的部分建筑用钢新产品:1、超厚H型钢,翼缘厚度可达100~120mm;2、复合不锈钢板,SS400或SM400基材复合SUS304;3、低屈强比高强钢,600MPa级甚至800MPa级高强度钢,屈强比小于0.8;4、桥梁用材,800MPa级高强度钢得到广泛应用,低预热型800MPa级高强钢可做到预热温度低于50℃;5、新型彩涂板,如:高耐蚀性(用于室外装置)、高加工性(成形性好,用于建筑屋顶材料)以及内装修用的“SkeletonColour”彩板(色彩感、耐锈蚀和化学腐蚀、润滑性都大大提高)。

  二、国内钢结构市场与技术现状

  高层钢结构建筑:上世纪80年代初至2003年3月,我国已建和在建高层钢结构建筑计59幢,高层建筑钢结构跨入国际行列,获得较大成功。代表作品有:高420.5m的上海金茂大厦;高291m全部采用钢管混凝土柱、达到国际领先水平的深圳赛格大厦;采用国产钢材、国内设计、制造及施工的高200m的大连世贸中心等。最初,我国钢结构高层建筑主要钢材为进口的A572、SM490B等型材或板材。近年由于国产钢材品种增加、性能满足要求、价格便宜,因而普遍采用,但高要求的重点工程,仍进口Q420和Q460板材。

  重型工业厂房:近几年建设增加较快,钢结构用量较大。主要用于钢铁、火电、造船、电子、汽车、机械制造及水利建设等行业。特别是用于近年各钢铁企业兴建大型炼钢、轧钢厂房。2005年冶金厂房等重型工业厂房竣工面积约800万m2,用钢量达到80万t.其用钢技术要求与高层钢结构相同。

  空间结构:近年以网架和网壳为代表的空间结构既用于民用建筑,也用在烟草行业厂房、汽车装配车间等工业厂房、机库、候机楼、体育馆、展览中心、大剧院、博物馆等。近年建成的飞机航站楼、会展中心、体育场馆、大剧院、音乐厅等大跨度空间结构,采用圆钢管、矩型钢管制作空间桁架、拱架及斜拉网架结构,加上波浪形屋面成为各地新颖和富有现代感的标志性建筑物。悬索和膜结构目前用量还不大,处于发展阶段,但如国家体育场(鸟巢)、国家游泳中心(水立方)等2008奥运场馆等已选用ETFE、PTFE膜材作屋面和墙面。

  轻型钢结构:轻钢结构用钢量一般40kg/m2左右(不含钢筋用量),结构类型有门式刚架、拱型波纹钢屋盖结构等。近年在我国发展很快、应用广泛。主要用于轻型工业厂房、棉粮仓库、码头和保税区仓库、农产品、建材、家具等各类交易市场、体育场馆、展览厅及活动房屋、加层建筑等。

  钢-混组合结构:充分合理组合了钢材和混凝土两种材料的优点,具有优异的静、动力工作性能,且节约大量钢材、降低工程造价和加快施工进度。在不同的情况下,可以取代钢筋混凝土结构,可取代钢结构,对环境污染较少,是符合中国建筑结构发展方向、可以广泛推广的一种比较新颖的结构。自上世纪80年代开始,已广泛应用于冶金、造船、电力、交通等部门,并进入了桥梁工程和高层与超高层建筑中。

  钢结构住宅:我国钢结构住宅建筑产业化正在起步发展。各地建了大量低层、多层、高层钢结构住宅试点示范工程,体现了钢结构住宅发展的良好势头。近几年钢结构住宅建筑已完成近300万m2的试点工程建筑,用钢约15万t.我国各类钢结构钢材用量统计(2005年):特种构筑物钢结构6.1%;水电建设2.3%;锅炉钢结构4.6%;塔桅结构11.4%;海洋平台1.5%;铁路、公路桥梁3.8%;模板、脚手架19.8%;重型工业厂房6.1%;网架和网壳0.8%;空间桁架0.5%;门式刚架、轻型厂房3.4%;拱型波纹钢、屋盖结构0.3%;住宅钢结构1.1%;城市建设用钢材38.1%。

  国内钢结构消费各类钢材比例:高频焊接H型钢0.3%;热轧H型钢16.6%;特厚板2.2%;彩色钢板11.8%;镀锌钢板1.5%;无缝、直缝钢管3.7%;冷弯型钢6.3%;其他(型钢等)13.3%;中厚板44.3%。

  2004年我国钢结构用钢材约1350万t,占全年钢材总产量29266万t的4.6%。国产钢材基本可以满足钢结构加工需要,但在具体品种规格和性能方面与国外比还有差距,如高强度大规格超厚H型钢、高强度超厚板等,高档产品差距仍较大。

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