3 轻型钢结构

4 发展历程总结


四 目前我国钢结构的发展现状
我国自1978年实行改革开放以来，经济建设有了突飞猛进的发展，建筑钢结构也有了前所未有的发展，而且应用领域有了较大的扩展。高层和超高层房屋、多层房屋、单层轻型房屋、体育场馆、会展中心、机场候机楼、车站，大型客机检修库、自动化高架仓库等都有采用钢结构的。尽管我国建筑钢结构有了飞跃的发展，但无论从钢结构的用钢量、应用范围和结构体系等方面看还都存在着一些问题。
1 钢结构的应用有待拓宽
根据世界钢铁协会的统计数据显示[7]，1996年，我国粗钢材产量为10124万吨，超过1亿吨，跃居世界第一，2005年达到35579万，2006年达到42266万吨，2007年达到48924万吨，2008年达到50031万吨，2009年达到56784万吨。我国钢产量逐年增加，连续14年位居世界第一，成为世界的产钢大国。同时有资料研究表明[8]，从1997 年到2007 年的10 年间，中国粗钢产量增长了3.49倍，平均年增长速度达到了16.2％。这一速度是德国的20倍，日本的11.6倍、韩国的8.5倍、俄罗斯的4倍、意大利的2.2倍，美国10年间粗钢产量没有增长反而下降；是发达国家（日本、美国、德国和意大利）平均年增长速度的7倍；是世界平均年增长速度的3倍。这表明我国钢铁工业的发展速度已远远快于世界其他主要钢铁生产国和地区。但我国钢结构的应用却远远落后于发达国家。以下一些方面有待加强。
（1）钢结构用钢占钢材产量比应不断提高
钢结构（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）用钢占钢材产量2002年为4.3％，2004年为4.8％，2005年为4.26％，2006年为4.12％，2007年为4.28％，预计2010年为5.5％[2]。而其中建筑钢结构用钢占钢材总产量的比例更小。国家十五计划是每年建筑钢结构用钢材占总钢材产量的3％，2015年建筑钢结构的发展目标是争取每年建筑钢结构用钢占总钢材产量的6％。而发达国家目前这一比例已达10%以上，美国、日本等国家更达到30%左右。从这些数据可以看出，我国建筑钢结构用钢量严重偏低，与钢产量的快速增长形成了巨大的反差，这也是造成我国钢材总体供大于求的一个主要原因。但同时也说明，中国钢结构发展具有极大的空间和潜力。



我国房屋建筑中，混凝土结构占到90%以上，钢结构还不到5%，而日本等地震高发地区的建筑中钢结构占38%，木结构占35%，混凝土结构只占20%多[9]。我国建筑钢结构还仅集中使用于高层、超高层建筑、大空间公共建筑与工业建筑中，普通办公楼，学校、医院建筑等多高层建筑应用钢结构的少；低层、多层及高层住宅中钢结构应用的少。我国每年竣工6亿平方米的城镇住宅建设，却只有5%采用钢结构[2]。我国即使是在2008年汶川震后灾区的重建工作中，新建的住宅中仍然是砖混和钢筋混凝土结构的传统住宅一统天下的局面，抗震性能优异的钢结构住宅的贡献仍然微不足道[10]。而日本在20世纪90年代末，预制装配住宅中钢结构比例就已达到71% [11]。
2 网架和门式刚架结构在我国发展的经验值得推广
在大跨度建筑中，以网架和网壳结构为代表的网格结构50多年来成为我国发展最快，应用最广的结构，无论在使用范围、结构型式、安装施工等方面均具有中国建筑结构的特色。据中国钢结构协会空间结构分会统计：网架和网壳的生产2005年～2008年已趋于平稳状态，每年建造1500座，约250万平方米。
门式刚架轻型钢结构体系自20世纪80年代在我国采用以来，迅速发展，每年建造约800万m2，在单层轻型工业厂房和仓库建筑中几乎都采用这种结构体系。
这两种结构体系之所以能够得到迅猛发展和推广，主要是充分体现了钢结构轻、快、好、省的特点。这两种结构体系都采用了轻屋面，结构构件都经过千方百计的优化，使结构的自重减到极轻，体现了钢结构轻的特点。这两种都是体系化结构，具有高度的工厂化、标准化和模数化，现场施工几乎不用焊接，因此施工速度极快，体现了钢结构快的特点。有专用设计规范和商用软件，能够保证设计质量，高度工厂化生产，构件形式标准化，可以在自动生产线上加工，能够保证制作质量，体现了钢结构质量好的特点。结构用钢指标优异，以门式刚架钢结构为例，用钢指标可降低到10～30 kg/m2。结构体系化以后，可以形成批量生产，产生规模效应，明显降低生产成本，门式刚架钢结构的造价可降低到400～600元/ m2，因此体现了钢结构省的特点。
为什么在当前巨大的住宅市场中，钢结构没有推广应用开来，这中间有很多问题需要研究和解决。从技术层面上来讲，可以借鉴网架结构和门式刚架结构在短期内迅速发展成为建筑业中新兴专门行业的经验，也就是一定要走体系化的道路。要开发成套的钢结构住宅产品，使钢结构住宅的建造实现标准化、模数化；还要开发新型的围护材料，使这些维护材料既适用于钢结构，又符合我国居住者的使用习惯，而且还具有良好的保温隔热、隔声、防潮、防渗性能，从而提高建筑的使用舒适度。
3 近年来涌现的与轻、快、好、省理念背道而驰的技术现状令人担忧
近20年来，随着我国国民经济的高速发展，大型公共建筑的建设也得到了空前的发展，涌现出了像金茂大厦，上海大剧院等一批体现中国民族特色和时代气息，结构设计和施工技术体现科技和工程新发展，并具有强烈先进示范性的钢结构建筑，但也涌现出了与国际上倡导的可持续发展理念背道而驰、与国家基本建设原则背道而驰、与钢结构“轻、快、好、省”理念背道而驰的工程，其中以国家大剧院、鸟巢，水立方和CCTV主楼为代表。
2007年建成的国家大剧院（图1），为了追求建筑效果，竟在歌剧院、音乐厅和戏剧场三幢独立的建筑上用一个没有任何使用功能的椭圆形半球壳体覆盖，用钢指标达263kg/m2，建成后的运营费和维护费极其惊人，仅每月电费就高达400万元，造成能源的过度消耗和投资的巨大浪费。显然它是一个是典型的形式主义产物，完全不符合钢结构好、省的特点。
2008年建成的鸟巢（图2），建筑师为了实现杂乱无规律的外表图像，极端忽略结构受力合理性，采用交叉平面桁架结构体系，致使交汇于菱形内柱腹杆的数量多达13根，被迫采用非常复杂的空间扭曲构件，受力最大的部位不得不采用昂贵的Q460、厚度达110mm的厚钢板，整个工程设计、制作和安装的复杂性前所未有。尽管几经“瘦身”，但结构的不合理仍然导致了惊世骇俗的用钢指标，高达712kg/m2，并使结构自重占到总荷载的70％以上，这种为了建筑视觉效果完全违背钢结构轻、快、好、省特点的做法，简直令人发指。
2008年建成的水立方（图3），不知建筑师为何心血来潮地采用了一种十分怪异的、莫明其妙的网架构件布置，使2万根构件、1万个节点各不相同，施工图纸达3万多张，绘制费时1年，大大增加了制作难度和制作费用，这种毫无益处、徒增施工难度，延长施工期限的做法、完全违背钢结构快、好特点，实在令人难以接受。
2009年建成的CCTV主楼（图4），建筑方案为高空大悬挑75m的倾覆性不平衡体型，结构设计则要扶其不倒，用钢指标仍高达296kg/m2。该设计所追求的整体前倾且在高空悬臂外伸75m的奇特建筑造型已无法得到抗震合理的结构体系，这给主楼的抗震设计留下无法弥补的隐患。这种完全违背工程结构技术合理性，完全违背了钢结构轻、快、好、省特点的做法，令人无法容忍。
这些工程造型各异，但本质相同，那就是极端强调建筑造型和视觉效果，忽视结构体系的合理性和经济性、忽视环境与生态、忽视社会责任，使钢结构完全失去“轻、快、好、省”的本来面目，导致需要加倍地投入人力、物力和财力去保证诸如抗震，抗风，防火和防意外爆炸与撞击等结构安全问题。这四大建筑无视钢结构特点的设计思想的传染性很强，这种只求视觉冲击力，无视成本和代价的潮流正在各地兴起，资源和技术为形式服务之风正在形成。以下列举一些刚刚建成和正在建造的、与上述四大建筑有同质特点的怪异钢结构建筑。

2010年6月封顶的深圳证券交易所营运中心（图6），高245m，由塔楼和“漂浮平台”两部分组成。立柱型大厦的底座被抬升至30多米高，形成巨大的“漂浮平台”，其东西向悬挑36m，南北向悬挑22m，是世界上最大的悬挑结构，成为“世界上最大空中花园”。“漂浮平台”单个节点最大重量达171t，总用钢量2.8万t，整个工程用钢量约4.2万t，比深圳地王大厦多1.75万t。为了解决在30多米高空悬空建造奇特建筑造型的施工难题，使用了国内最大的两台塔式起重机，并首次在国内民用钢结构工程采用沙箱卸载技术。
2010年8月封顶的大连国际会议中心（图7），形似一只大海龟。建筑设计追求解构主义，导致结构方案极其复杂而无规律，形成了多支撑筒体大悬挑大跨度复杂空间体系，其 特点为“二大、三多”——大悬挑：平台桁架周边（长700m）均为悬挑结构，最大悬挑长度40m。大跨度：由17个分布不均匀的竖向筒体支撑平台和屋盖层，屋盖跨度最大达110m。竖向承载构件转换多；钢结构类型多，包括箱型结构，管桁架结构，大悬挑桁架结构，大跨度桁架结构，空间倾斜柱，空间方管柱等。形式各异的节点数量多，达8.5万个。钢结构的用钢量达3.5万t。整个工程设计、制作和施工难度超过“鸟巢”和“水立方”，被称为“在桌面上建房子”。
将于2010年年底竣工的合肥创新展示馆（图8），设计创意来自游戏棒，由346根长短不一的钢管岸形成乱向自由分布的交叉杆棚罩，被称为“合肥版鸟巢”。钢结构杆件无一相同，分布复杂，最多处有11根杆件交汇于一点，节点也无一相同。受杆件三维不规则影响，常规的平、立、剖图纸无法将杆件的空间关系表达清楚，制作和施工难度极大，堪比CCTV主楼。
其它类似的工程还有深圳湾体育中心大屋盖和海南国际会展中心等，限于篇幅，不再一一列举。