一、钢结构建筑是资源节约型建筑 国家规划将节约资源作为基本国策,提出发展循环经济,保护生态环境,节约资源,实现可持续发展。作为重要的节能型建筑形式,钢结构建筑资源消耗量较少,每平方米消耗资源量大约是800~1000kg,其中50%是可再生资源,而钢混结构每平方米消耗资源量则在1700kg以上。 我国建筑用钢量占总用钢量的30%,美国、日本则达到50%~55%,我国建筑用钢量中钢结构用钢量占10%,而美国则达到40%~50%,可见,钢结构的应用在发达国家是十分普遍的。建设部提出到2010年钢结构用钢量占整个用钢量的60%,我国目前的钢结构发展水平与之存在一定差距。
二、发展钢结构建筑需要解决的主要问题 发展钢结构建筑有利于实现国民经济可持续发展,这应是政府行为,也应成为市场行为。政府各部门应研究制定相应的政策法规,为鼓励采用钢结构建筑提供良好的政策环境。 建筑师要把钢结构建筑作为一个完整的建筑体系进行研究,满足钢结构建筑在适用性能、节能环保性能、经济性能、安全性能、耐久性能方面的综合要求,形成完善的体系。 在钢结构建筑的模块化制造方面,需研究合理的模块形式与分割方式,以及运输、吊装问题等,研究减少装修工程量的生产方式,开发模块化的生活设施。 钢材品种、规格,以及深加工上下游企业间要逐步形成相互配套和相对稳定的原材料、部品、部件和设备供应体系,以品质可靠、价格合理的材料、部品实现最终产品-住宅的高质量。
三、钢结构建筑与建筑业的产业升级 “住宅产业化”的概念是德国人在1910年率先提出的,近100年来,欧洲许多国家大量兴建钢结构多、高层建筑,逐步形成较高的钢结构工业化生产和装配水平。我国加入WTO后,建筑业面临着与国际接轨的严峻挑战,但国内建筑业仍属劳动密集型产业,效率较低。钢结构建筑属于高技术、高效率产品,发展钢结构建筑,将有效地推动建筑业的技术进步,促进建筑业产业升级,向技术密集型产业转化,同时也将带动我国钢铁工业的发展。 钢结构建筑综合效益显著钢结构建筑便于实现工厂化、规模化生产,比传统砖混结构和钢筋混凝土结构施工周期短、现场用工少、劳动生产率高,而且品质易保证。钢结构建筑的另一个突出优点是自重轻、延性好、抗震性能优越,对于我国这样多地震灾害的国家来说,可以明显减轻地震造成的损失。钢结构建筑隔热保温性能好,有利于建筑节能,同时钢材可回收利用,符合中央“大力发展循环经济,建设节约型社会”的方针。我国钢材供应充足,国产钢材无论质量、价格,还是品种、规格均可以满足钢结构建筑的需要。 发达国家经过近百年的发展,在建造钢结构建筑的过程中引入了制造业的生产方式,即将整个结构分成若干模块,在工厂加工后运抵现场组装。这种生产方式不但质量有保证,而且是非湿作业,在建造过程中对环境污染少。钢结构的力度重力之比是3,强度重力之比是14,因而钢结构是最轻的结构,结构面积最小,且延性好、抗震性能佳。钢结构建筑施工速度快、空间利用率高、室内布置灵活、所需施工场地小等优点也十分突出,受到开发商青睐。 关于钢材费用占工程总投资比重的问题。通常情况下,工程造价占工程总投资的60%,结构费用约占工程造价的25%,上部钢结构费用占结构费用的65%,而钢材费用又占上部钢结构费用的45%,实际钢材费用仅占工程总投资的4.4%。与钢筋混凝土结构相比,钢结构可缩短工期1/3甚至1/2。建设周期缩短,建设工程可以提前投入使用,贷款利息也将大幅降低。建设工程提前投入使用所获得的收益明显高于钢结构较钢筋混凝土结构的价差。而随着我国钢结构设计水平的发展,钢结构建筑生产产业化、批量化程度的逐渐提高,经济效益还将进一步提高。
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。