随着我国钢产量的快速增长、国家实行合理利用钢材、积极采用钢结构的政策,我国建筑钢结构行业发生了日新月异的变化,并取得了令世人瞩目的成就。但是,在发展的过程中也凸显了一些引人思考的问题。一方面,我国是产钢大国,但建筑钢结构的用钢量只占钢产量总数的4%左右,而建筑钢结构在整个建筑行业所占比例还不到5%;另一方面,一些重要的单体建筑钢结构用钢指标非常大。这些现状使人们对现代建筑钢结构的发展方向和发展理念产生了困惑。为了促进钢结构产业健康持续的发展,
综观世界上已建成的 102 幢超高层建筑,钢筋混凝土结构 16 幢,纯钢结构 59 幢,不同形式的钢 - 混凝土混合结构 27 幢。毋庸置疑,钢结构的发展促进了建筑业、冶金工业、机械工业、汽车工业、农业、石油工业、商业、交通运输业的迅速发展。为什么钢结构的生命力越来越强大 ? 这要归功于钢结构“轻、快、好、省”的四个优异性能。
⒈轻。钢结构具有轻质高强性。钢材与混凝土、木材相比,其重力密度与强度的比值最小,因此,就同类建筑结构形式而言,钢结构自重轻、构件截面小、能够承受更大的荷载、可以跨越更大的跨度、便于运输和安装。例如,在同等荷载条件下,钢屋架的重量只有同等混凝土屋架的 1/3 1/4 ,如果采用冷弯薄壁型钢屋架只有 1/10 左右。钢结构住宅的重量是钢筋混凝土住宅的 50% 左右,使用面积却比钢筋混凝土住宅提高 4% 左右。
⒉快。钢结构的工业化程度高,工期短。钢结构是工厂制作,具备成批大件生产和成品精度高等特点,采用工厂制造、工地高强螺栓安装的施工方法,有效地缩短工期,为降低造价、发挥投资的经济效益创造条件。在同等条件下,钢结构与钢筋混凝土结构施工工期相比,钢结构仅是钢筋混凝土结构的 1/3 ~ 1/2 。
⒊好。钢结构材性好,可靠性高。钢材质地均匀、各向同性、弹性模量大、有很好的塑性及韧性,是理想的弹性—塑性体。因此,钢结构不会因为偶然的超载或局部超载而突然断裂破坏,其能够适应振动荷载,计算模型很好地反映钢材的力学性能,因而分析准确可靠。
钢结构抗震性能好。钢材具有较高的抗拉、抗压强度,较好的塑性和韧性,材质的均匀使设计易于符合实际受力情况,加上连接构造的耗能、维护材料的蒙皮效应、耗能组件的使用,使其结构体系能够抵御强烈地震作用并表现优异。因此,在国内外的历次地震中,钢结构建筑是受到损坏最轻的结构,已公认为是抗震设防地区特别是强震区的最合适结构。
钢结构密封性好。钢材组织非常密实,通过焊接,完全适用于对气密性或水密性要求高的特种建筑物。
钢结构耐热性好。温度在 250 ℃以内,钢材性质变化很小,钢结构可用于温度不高于 250 ℃的场合 ; 当温度达到 300 ℃以上时,强度逐渐下降,这种情况下应对钢结构采取防护措施。