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让我们一起回顾钢结构的发展史

作者:广州钢构 来源:本站 发表时间:2016/3/3 10:58:17 查看:次


文章介绍了从我国经济发展,钢材生产数量和品种规格,政府政策引导和支持及钢结构本身具备优势说明钢结构行业的发展原因和动力。同时介绍了日本、加拿大、英国政府和研究机构提出发展钢结构符合的环保和可持续发展经济的新理念。文章还详细介绍了20o8年北京奥运场馆钢结构工程技术创新之处,通过奥运场馆的建设,钢结构行业得到了提升和发展。作者将钢建筑结构分为高层重型、大跨度空间、轻钢结构、钢一混凝土组合结构、钢结构住宅五大类并分别论说其技术特点和发展。

  一、我国钢结构行业迅速发展的原因

1我国经济正以lo%左右的速度持续发展,建筑业已成为国民经济的支柱产业,2005年建筑业增加值占gdp的比重为55%

22007年钢材产量达到5646081万吨(含重复材,不含重复材为46719万吨),人均消费300多公斤。建筑钢材数量、品种、质量基本满足钢结构行业发展的需要。

  马钢、莱钢生产的热轧h型钢从零开始到2006年底产量达到50341万吨。2006年彩涂板产量31721万吨。中厚、特厚板产量逐年增加,2006年达3500多万吨今年将进一步增产。其他钢结构用的型钢、钢管、高频焊接h型钢、冷弯型钢及镀层钢板等都有明显增长。

3钢结构发展迅速、应用领域不断扩大、用量不断增加。近几年各地成立了一些钢结构设计研究所,专门从事钢结构结构设计、详图设计和咨询工作。涌现出一大批优秀钢结构设计、设计软件和科研成果。修订钢结构设计、施工质量验收规范、编写技术规程、设计图集90多本。出版了大量钢结构专业教材、论文著作和应用手册。

30多家特级(年产量超过5万吨)构件质量优良、管理科学的钢结构制造企业走在行业前头,有的年产量己超过30万吨,制造水平达到了国际先进水平。一大批中小企业发挥自己的特长,形成钢结构加工行业百舸争流的大好形势。

  一大批有实力的钢结构安装企业承担了国内重点大型钢结构工程安装。新技术、新工法、新设备层出不穷。其施工安装水平达到了国际先进水平。

  钢结构配套产品齐全(高强度螺栓、栓钉、各类专用焊接材料、各种连接件及保温、隔热材料等),加工设备制造厂发展迅速,满足了钢结构行业的需求。

4我国钢结构总量。(统计包括工业与民用建筑、铁路与公路桥梁、水电与火电建设、城市建设等)并具有以下特点:

(1)上海、浙江、江苏地区钢结构加工量约为350万吨以上,约占全国钢结构加工量1/3以上;

(2)2005年中冶集团下属冶金建发公司钢结构加工总量达200万吨;

(3)工业建筑(厂房)钢结构用量约为230万吨,民用建筑(房屋)约为150万吨,他们之间的比例约为64

(4)所用钢材品种比例,中厚板(包括特厚板)约占50%以上,热轧h型钢占15%左右,彩涂板(包括镀锌板)12%,管材占35%左右,其他型钢及冷弯型钢约占19%

  如按国民经济增长的比例计算,钢结构产量每年按10%速度增长,2006年达到r738万吨,2007年预计达到2000万吨。按目前经济发展速度2010年钢结构产量达到2600万吨的预测将被突破。以下部分统计反映出钢结构发展势头可观:2006年浙江萧山地区钢结构达170万吨,广播电视微波通信铁塔及桅杆用量50多万吨,输变电塔150万吨,铁路桥梁达50万吨,公路桥梁和设置用钢量增加迅猛。

5政府加强了钢结构发展的政策引导和支持

(1)建筑钢结构的钢材、设计、制造、施工有关国家行业标准、规范约90本,已基本编制修订完成,并编制《住宅性能评定指标体系》、《公共建筑节能设计标准》、《健康住宅建筑技术标准》等标准。建设部编制2010年《建设事业技术政策纲要》,并于2001年底发布了《钢结构住宅建筑产业化技术导则》。

(2)编制“十一五”建筑钢结构发展目标。①积极扩展建筑钢结构用钢材的品种,提高产品性能。研究和开发高性能建筑专用钢材系列产品,包括优质焊接结构钢、高强度优质厚板、热成型管材、优质可焊铸钢等。扩大冷弯型钢和热轧h型钢的品种和规格,包括大截面冷弯管材、大截面h型钢和轻型h型钢等。合理推广采用耐候钢、耐火钢、z向钢和药芯焊条等。2010年,基本实现建筑钢结构用钢国产化的目标。②大力推动建筑钢结构的发展,进一步提高应用技术水平。高层和超高层建筑优先采用合理的钢结构或钢一混凝土结构体系。大跨度建筑积极采用空间网格结构、立体桁架结构、索膜结构以及施加预应力的结构体系。低层建筑大力推广采用经济适用的轻型钢结构体系。总结试点经验,结合市场需求,积极开发钢结构住宅建筑体系,并逐步实现产业化。

2010年,建筑钢结构用钢量争取达到国家产钢量总的6%,同时,建筑钢结构的综合技术水平接近或达到国际先进水平。

(3)最近经科技部批准成立的“国家钢结构工程技术研究中心”在北京揭牌成立。

  该研究中心将实现钢结构工程高新技术研发创新基地、钢结构工程技术创新成果工程应用及产业化转化促进中心、钢结构工程技术标准规范编制修订领衔单位、钢结构工程质量监督检测权威机构、钢结构工程技术文献信息中心、钢结构工程技术职业人员培训中心等6个国家级研发平台建设。

6重视和发展钢结构建筑逐渐得到了认同

  钢结构建筑是一种新型的节能环保的建筑体系,被誉为21世纪的“绿色建筑”之一。是一种节能环保型、能循环使用的建筑结构,符合发展省地节能建筑和经济持续健康发展的要求。发展循环经济,建设节约型社会,是总结国际和国内经济建设后,提出的国策,发达国家已积累了很多经验。

  在高层建筑、大型工厂、大跨度空间结构、交通能源工程、住宅建筑中更能发挥钢结构建筑的自身优势。

  二、国外对推进钢结构住宅的新理念和措施

  可持续发展的需要是基于这样一种前提:星球自我再生的能力是有限的,而人类的活动眼下正在毁坏地球的复杂的生命支持系统。再加上世界人口每40年增加一倍,材料的消耗每20年增加一倍。自从联合国发表《我们共同的未来》文件,在过去的15年当中,可持续发展的概念已经得到了全世界范围的广泛认可。

(1)1999年,英国政府发表了一份文件,题为《更好的生活质量一英国可持续发展战略》。在英国,建筑工业被认为是获得可持续发展的一个关键行业。20004月份,英国政府出版了一个可持续建筑的战略,题目是《建设更好的生活质量》,这份文件证明政府本身将如何通过政府采购政策,促进可持续发展战略的实施,为建筑工业提供可持续发展主题方面指导的可持续发展委员会于200010月成立。包括英国钢铁制造和钢铁建筑业的代表(corus公司)、钢建筑研究院(steelconstructioninstitute)、英国建筑钢结构协会(britishconstructionalsteelworkassociation)。这些原则可以应用于一切建筑活动:(1)功能与社会影响;资源高效设计;消息灵通做决策;灵活可变的设计;经济效益;创新;终生经济学(在设计阶段,就应该考虑楼房的终生成本,包括生产成本、建筑成本、运营成本、拆除成本以及处理(disposal)成本);环境影响;道德责任与社会责任;透明报道。

  钢铁建筑行业每年有35亿英镑的价值(约等于英国建筑活动的5%),雇用大约42万人,用钢120万吨/年。尤其是多层楼房,建筑速度足选择钢材的第一原因,第二个原因就是'最低的整体成本’。最新数字显示,钢材占了整个市场的70%,使用最多的是多层工业房屋(92%)以及非家用单层房屋(90%)

  英国95%的建筑用钢材被回收,10%重复使用,85%回收利用。

  在加拿大,新建住宅建筑中轻型钢框架的使用继续以每年约及}眄巨吨用于新建。去年,加拿大的住宅建筑使用了大约4000吨镀锌的和galvalumetm钢框架,比前一年大约增长了50%2010年将能够达到25%的市场份额。

  在加拿大的多伦多,3%的新住宅是用钢框架建成的。多伦多的新建住宅之所以选择钢材,是因为钢材能够为建筑商和业主提供建筑质量和速度。另外,钢材对室内外空气质量没有影响,因为它不排放出有害气体,也不发霉。室内空气质量已成为业主的一个重要问题,因为它与住户的身体健康有关系。

  为推厂轻型钢框架住宅进行了研究和开发一系列配套新产品:①轻型钢框架墙壁和地板的耐火性能;②型钢框架墙壁和地板的声学性能③轻型钢框架系统的动态表现(振动);④轻型钢框架墙壁系统的保暖习性能;⑤镀锌和galvalumetm轻型钢框架的耐用性;⑥轻型钢框架系统的结构优化与建筑规范制定。

(3)日本最流行的楼房建筑结构系统就是钢构,钢结构有很多优势,其中之一就是它们可以用多种用途。图1说明了日本楼房建筑在结构系统方的趋势。根据日本楼房建筑的年度统计数字,1990为开工楼面面积总和最大的一年,共有大约27亿平:米楼面面积的楼房在这一年开工建造。每年开工建j的楼房,其楼面面积总和约为2亿平方米。

  按照用途类型和建筑类型统计说明了日本在2000年新建成的楼房的楼面面积总和中,大多数商店、工厂厂房以及仓库,都是用钢结构。

  制定法律,公布对建筑业影响重大的《废物处理和公共卫生法》、《促进有效利用资源法》、《建筑材料回收法案》以及《促进绿色采购法》。有五家与建筑业有关的主要组织,如日本建筑学院,于2000年宣布了《全球环境建筑宪章》。为了在建筑领域保护全球环境,《全球环境建筑宪章》里面提出了五个主题如长寿、自然共生、能源保护、资源保护以及回收利用。

  日本钢材俱乐部(kozaiclub。现为日本钢铁协会(ironandsteelinstituteofjapan)20003月成立了楼房环境下属委员会(buildingenvironmentsuncommittee),此下属委员会一直在进行各种调查,其目的就是揭示钢结构楼房的特点和与全球环境有关的问题,为循环社会做出贡献。

  在日本,强烈要求建筑领域减轻环境负担,因为二氧化碳排放总量的三分之二与建筑活动有关,包括楼房晌采暖和照明等能源利用方面的活动。

  对日本的钢结构楼房来说,考虑到它们的寿命周期,最重要的课题就是“延长使用年限”、“回收利用建筑材料”和“重复使用构件”。另外,从减轻环境负担着眼,钢结构楼房的寿命周期评估(lca)也很重要。

  实现钢结构楼房长寿的方法之一,si(s=支撑,i:填料)的住房概念最近在日本开始引起人们的注意。这一概念把结构部分(s=支撑)和内部以及设备部分(i=填料)明确分离开来。

  通过延长楼房的使用年限,我们将能够限制二氧化碳的增加,二氧化碳是造成全球变暖的主要原因。如果把使用年限从25年延长到100年,建造一幢楼房每年的二氧化碳将减少一半。

  “重复使用”这个词有两层含义:一层是指把钢材当作主要结构材料,在构件这个水平上(当作构件)加以回收,如立柱(columns)、横梁(beams),而不把它退回到材料的水平。二层是当作原料送钢厂。

  产品的整个寿命周期(原料的开采、钢材的生产、制作、应用、回收利用、处理)lca(寿命周期评估)是一种方法,用来量化评估产品的原材料和燃料的输入以及产品的环境负担(空气和水污染、废物等等)

  三、2008年北京奥运场馆建设为钢结构行业提供了发展机遇

12008年奥运场馆的钢结构工程共使用12万吨钢材(不包括混凝土结构用钢材),国内外数十家著名设计院参与方案、施工图设计咨询,几十家钢结构加工厂承担制作,上百家施工企业承担安装施工任务,上千家产品供应商提供了各类产品。这为钢结构行业发展提供千载难得的机遇,促进了钢结构的技术进步,缩短了与国外的差距,进入了世界先进水平。但也承担了巨大的压力和风险。在钢结构设计与施工关键技术、膜结构设计与施工关键技术、预应力钢结构工程关键技术、在体育场馆建筑中采用检测与监测技术、编制各类体育场馆的施工质量验收专项标准等方面取得很好的技术创新和经济效益,确保了奥运场馆按时竣工,其质量达到和超过验收标准的要求。

2主要场馆技术创新如下:

(1)在国家体育场工程中采用国内钢厂生产的高强高效钢材q460ez35

(2)国家体育场的箱型弯扭件及多向微扭节点制作技术,填补了国内外建筑钢结构加工制作领域的空白;

(3)国家体育场(跨度330m)屋盖钢结构支撑卸载技术;

(4)奥运场馆工程中厚板与铸钢的焊接工程难题;

(5)国家游泳中心钢结构的新型多面体空间刚架结构设计与施工技术;

(6)国家体育馆、奥林匹克篮球馆等大跨度双向钢桁架累积滑移技术;

(7)老山自行车馆150m直径网壳、国家会议中心188m跨度桁架、北京科技大学体育馆网架的大跨度钢结构整体提升技术;

(8)国家体育场的屋面新型膜结构技术;

(9)国家游泳中心etfe气枕膜结构设计和施工;

(10)国家体育馆1445mxll4m双向预应力张弦桁架设计与施工,建成后成为目前世界上同类结构中跨度最大的双向张弦桁架结构;

(11)北京工业大学体育馆93m直径弦支穹顶设计与施工技术;

(12)北京大学体育馆新型预应力张弦钢结构识计与施工技术。

  上述钢结构工程设计、制作、安装施工技术经同行专家评审认为:达到国外先进水平,不少技术已达到国际领先水平。

  四、各类建筑钢结构的发展和技术特点

(1)高层重型钢结构

  高层钢结构建筑是一个国家经济实力和科技水平的反映,又往往当作一个城市标志性建筑。80年代至今已建成和在建高层钢结构达80多幢,总面积约6007平方米,钢材用量60多万吨。包括正在规划和建设的已有100幢高层钢结构。

  最近北京、上海在建和新建高层钢结构就超过l0幢。如:上海环球金融中心(101层,高492米,用钢量65万吨);中关村金融中心(建筑面积11万平方米。,高度为150m,用钢量15万吨);北京电视心(建筑面积183万㎡,高度为41层,22705m,用钢量38万吨);国贸中心三期(建筑面积54万㎡、高度为330m)lg大厦(建筑面积25万㎡,高度为110m,用钢量1o万吨);银泰中心(建筑面积35万㎡,高度为249m,用钢量20万吨)、央视新址主楼等(建筑面积50m。,高度为234m,用钢量128万吨);广州西塔(高度为432m,用钢量48万吨)等。估计全国每年有200万一300万㎡。高层钢结构建筑施工,用钢量约45万吨。

(2)大跨度、空间钢结构(包括膜结构)

  近年来,以网架和网壳为代表的空间结构继续大量发展。不仅用于民用建筑,而且用于工业厂房(开发区工业厂房、烟草行业厂房等)、机库、候机楼、体育馆、展览中心、大剧院、博物馆等。无论在使用范围、结构型式、安装施工工法等均具有中国建筑结构的特色。如杭州、成都、西安、长春、上海、北京、南京、广州、深圳、南宁、哈尔滨、大连、长沙、重庆、武汉、济南、郑州等一批飞机航站楼、机库、会展中心、体育场馆、大剧院、音乐厅。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特色的标志性建筑物。

2008奥运会在北京举行以国家体育场、国家游泳中帆国家体育馆为代表一大批体育场馆的新建和改造,2010上海世博会场的建设和2010年亚运会(广州),深圳世界大学生运动会等大型项目建设,钢结构用量将会较大增加。

  最近在悬索和膜的张拉结构研究开发和工程应用取得新的进展。预应力空间结构开始得到应用。杭州雷峰塔、海南千年塔和广州新电视塔(高度610米、用钢量40万吨)。昆明世博园艺术广场膜结构等一大批各种新型钢结构建筑和构筑物在祖国大地涌现。

  据中国钢结构协会空间结构分会统计:网架和网壳近三年生产已处于趋平稳状态,每年1500座,约250万平方米,用钢约7万吨。空问桁架2001年建造2060万平方米。悬索结构1991年至今建造715218平方米。膜结构2001年建造40117万平方米。悬索和膜结构目前处于发展阶段,用量还不大,专家预计每年将以20%的速度增加。

  网架和网壳的设计规程正在修订,合二为一。膜结构设计规程己经出版。国内已有多家膜结构工程公司,承担很多体育场馆、机场、公园和街道景观的设计和施工。目前高中档膜材仍需进口(ptfeetfe)。空间结构的学术交流、网站、期刊等出现一片兴旺景象。

(3)轻钢结构

  我国轻钢结构建筑发展较快,主要用于轻型的工业厂房、棉花和粮食仓库、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。

  轻钢结构是相对于重钢结构而言,其类型有门式刚架、拱型波纹钢屋盖结构等。用钢量一般30kg/㎡左右(不含钢筋用量),在我国发展很快、应用广泛。全国每年新建轻钢房屋800万平方米、用钢约20万吨。

  门式刚架房屋:跨度一般不超过40米,个别达到70多米,单跨或多跨均用,单层为主,也可用于二或三层建筑。厂房单体面积已超过10万㎡。

  拱型波纹钢屋盖结构:跨度一般为8米,自重仅为20kg/㎡左右,每年增长约100万㎡,用钢4万吨。

  门式刚架和拱型波纹钢屋盖都有相应的设计施工规程、专用软件和通用图集。

(4)钢一混凝土组合结构

  众所周知,钢一混凝土组合结构是充分发挥钢材和混凝土两种材料各自优点的合理组合。不但具有优异的静、动力工作性能,而且能大量节约钢材、降低工程造价和加快施工进度,是可以广泛推广的结构。对环境污染也较少,是符合我国建筑结构发展方向的一种比较新颖的结构。

  自20世纪80年代开始,在我国的发展十分迅速,已广泛应用于冶金、造船、电力、交通等部门的建筑中。并以迅猛的势头进入了桥梁工程和高层与超高层建筑中。

20世纪90年代我国已建成了世界跨度最大的采用组合结构的公路拱桥,如广州丫鬓沙大桥,桥长360m,重庆万州长江大桥,跨度420m,前者为钢管混凝土拱桥,后者为劲性钢管混凝土骨架拱桥。全国已建成的组合结构拱桥已超过300座之多。在高层建筑方面,建成了全部采用组合结构的超高层建筑-深圳赛格广场大厦,高291.6m,属世界最高的钢-混凝土组合结构。全国已建成的采用组合结构的高层建筑也已超过40幢之多。钢-混凝土组合结构已有几本专门设计施工规程可参照。

(5)钢结构住宅

  发挥钢结构住宅的自身优势,可提高住宅的综合经济效益:①用钢结构建造的住宅质量是钢筋混凝土住宅的1/2左右,可满足住宅大开间的需要,使用面积比钢筋混凝土住宅提高4%左右;②抗震性能好,其延性比钢筋混凝土好,从国内外震后调查结果看,钢结构住宅建筑是倒塌数量最少的;③钢结构构件、墙板及有关部品在工厂制作,减少现场工作量,缩短施工工期,钢结构住宅工地实质上是工厂产品的组装和集成的场所,再补充少量无法在工厂进行的工序项目,符合产业化的要求;④钢结构工厂制作质量可靠,尺寸精确,安装方便,易与相关部品配合;⑤钢材可以回收,建造和拆除时对环境污染较少,符合推进住宅产业化发展节能省地型住宅的国家政策。

  研究开发、设计制造、施工安装钢结构住宅建筑体系还是近几年才发展起来。建设部组织46项钢结构住宅建筑体系及关键技术研究课题,开展试点工程。并组织编制《钢结构住宅设s计规程》和《低层轻钢装配式住宅技术要点》等。这些条件都极大地促进了我国钢结构住宅建筑产业的快速健康发展。在北京、天津、山东、安徽、上海、广东、浙江等地建了低层、多层、高层钢结构住宅试点示范工程,目前已建成500多万平米体现了钢结构住宅发展的良好势头。

  五、我国钢结构行业发展的趋势和存在的问题

  在今后一段时间内,在下列几个领域内钢结构量会增加:

1火力电厂的建设还会加快,主j一房和锅炉钢架用钢量会增加(包括核电厂厂房用钢、风力发电用钢等)

2交通工程中的桥梁会有所增加,铁路桥梁均采用钢结构,近几年来公路桥梁采用钢结构已成为发展趋势,京沪高速、跨海、跨江大桥采用钢桥,高速公路中的护栏、收费站、交通标志的钢结构用量也不少。飞机场候机楼、火车站候车大厅和站台的新建和扩建项目不断增加。

3市政建设中采用钢结构的量会增加,地铁和轻轨工程、城市立交桥、高架桥、环保工程、城市公共设施及临时房屋等均越来越多的采用钢结构。尤其在北京、上海、天津、重庆和各大省会城市,经济发达的中型城市,钢材消耗量会明显增加。如北京每年用于高架桥用钢约2万多吨。北京奥运会、上海世博会、广州亚运会、深圳世青会的配套设施将采用大量钢结构建筑。

4钢结构住宅将增加。国家提倡建设节能省地住宅,有关钢结构住宅的设计规范及配套技术、材料基本具备。目前我国仅有几百万㎡的钢结构住宅,发达国家却达到40%-50%

  如我国每年竣工6亿平方米的城镇住宅建设有5%采用钢结构,按多层、高层建筑平均、50kg/㎡。钢书计,用钢量将达到每年150万吨。上述数字未将农村建筑用钢结构统计在内。

5由于中国钢材价格比国际价格低,劳动力成本低,钢结构制作质量优良,在国际工程市场有较强强竞争力,这几年国外企业在中国采购钢结构有所增加,许多钢构厂承接了不少海外订单。

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