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钢结构房屋发展前景探究

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摘要:钢筋混凝土结构的建筑使用寿命为100年,甚至可长达200年,那么1000年以后怎样办?整个城市将变成石林垃圾。钢结构房屋可重复利用属绿色建筑,并且低碳、节能、环保是将来建筑业发展的方向。我国钢产量自1996年来连年位居世界首位,近10年我国大陆的每年钢产量约占世界钢产量总数的一半,年钢产量7亿多t,钢结构建筑的建设条件基本成熟。本文介绍了国内外钢结构在低层和高层建筑结构的应用和发展,对比了各自的发展现状。对钢结构在国内发展面临的问题和优势做详细的分析阐述,并且在这个基础上,对钢的结构形式在我国的发展进行了一定的预测和展望。

关键词:钢结构;建筑;前景;优势;广泛应用

0前言

随着经济全球化的加快,我国的经济不仅飞速发展,而且社会也有巨大的进步,更加令人庆贺的是,我国的科技也步入了一个飞速的发展阶段,以前是用经济带动科技发展,现在是用科技推动社会经济进步。而随之带来的是人民对生活水平要求也有很高的要求,不仅对物质要求高,而且对精神生活要求也很高,人们在生活观念包括方式上都有很大的改变,现在除了日常基本需求,对住房也有一定的要求了。不仅期待房子建筑的速度快,而且要求房子环保绿色,还要有自己的个性。所以目前被称为绿色结构的钢住宅,是从工厂流水线上发展下来的,成为了比较火的一个住宅发展趋势。本文主要讨论的内容就是钢住宅在国内外的目前发展状况以及在国内的适用性和在国内发展的前景进行预测。

1钢结构本文的发展现状

目前来说,钢结构建筑在发达国家已经发展了很多年,所以不论是知名性还是实用性,都已经比较普遍了,知道并且了解的人很多,而且体验过的人都对此赞不绝口。因此,钢结构建筑在发达国家已经在实际应用中得到了很多的肯定。所以目前发达国家的钢建筑出现了以用途非常广泛并且用量非常大的这种特点。在国外,钢结构的材料不仅广泛的用于高层建筑,而且在跨度比较大的和空间比较大的建筑中还有用量比较大的地方,就是一些商业场所、居民社区、文化教育和卫生场所,还包括一些中小型的工业场所,甚至一些低层的建筑物当中都有广泛应用。如今,中国的台湾,欧洲、美洲、日本等地,很多厂房的建筑,全部都采用钢结构了。尤其是在美国,基本上大部分的非居民低层建筑都采用了轻钢架体系。因为钢结构的应用如此广泛,所以用钢量在不断增长,比如在一些发达国家,钢结构用的钢量占每年该国家用的总纲量已经达到40%以上。

1.1低层钢和轻钢结构的发展

在美国的大环境下来说,目前金属建筑还是很有市场的,不仅在工业、商业、等方面有很大的份额,而且在很多社区方面也有应用。低层建筑是指楼的高度低于18m,但是层数又在五层以下的一些办公社区和工业厂房,也包括一些社区的建筑。在美国,低层建筑中钢的应用范围很广,其中两层以下的非居住所用的建筑就能够达到60%以上的份额。刚刚提到的轻钢结构也在很多的建筑中被广泛应用,比如在一些体育馆、展览馆包括超市工厂等建筑方面都有应用。轻钢结构是以彩钢板作为屋面和墙面一种比较完善的建筑体系。这种建筑体系不仅建筑周期短,而且适应性强,外观还比较美。价格也相对来说很便宜,容易维护等很多优点。

1.2高层和超高层结构的发展

因为经济的飞速发展,所以人们对于一些高层的难度较高的建筑物要求也会越来越高。这时候人们就发现钢结构在这方面具有很多的优点,比如结构较轻,强度也很高,建筑周期也很短等。所以对于很多高层甚至超高层大跨度的建筑来说,都是非常理想的结构。目前世界上最高的建筑,包括面积最大的建筑,多是采用钢结构,甚至有很多届奥运会的场馆,也多采用钢结构,还包括占地较大的机场。

2我国钢结构的发展现状

自从1949年新中国成立以来,钢结构就在很多大型工业厂房、公共建筑和一些较高的建筑中得到了应用。特别是近些年来钢结构更是广泛应用于很多的公共建筑中,比如北京新建的天文馆,沈阳新建的国际机场的屋盖,都采用了钢结构。而我国现在不仅能够生产很多类型的建筑用的钢材,而且生产的工艺和品种也在逐日增多,比如生产出了多种彩钢,让我国建筑更加多元化、多彩化。所以说钢材在我国也还有很广阔的发展空间。而当前我国建筑行业发展的总目标是要提高整体的素质、生产工艺和装备水平,具备一个较为领先的竞争力,能够在国际市场中占有一席之地。并且能够带动国民经济增长,使建筑行业成为国民的支柱产业,所以钢材在这方面具有很重要的拉动作用。从我国钢建筑的应用成绩来看,比如处于世界第三高的上海金茂大厦,还包括首都国际机场,国家体育中心鸟巢等等,我国很多著名建筑,都应用着钢工程的建筑体系,这也标志着钢工程的建筑在我国的很多高层和大跨度建筑中有发展。

2.1高层建筑钢结构的发展

最近几年,我国高层建筑如雨后春笋般发展成很迅猛的趋势。比如20世纪80年代,我国建成的最高层的钢结构建筑为208m。而到20世纪90年代以来,包括正在建造的高层钢结构建筑,最高的已经达到了420m,即将有可能达到460m。包括最近正在施工的很多高层建筑的钢结构大厦,从最初的设计制造生产安装,全部都是由我国独立自主完成的,体现了钢结构在我国的发展。

2.2大跨度空间钢结构的发展

最先让人们产生了解的大跨度空间钢结构就是网架工程,它具有较快的发展速度,而且在生产计算方面也比较成熟,这是它能够迅速发展的重要原因。因为网壳在我国已经有很多的应用了,建成了很多建筑,它和网架相比又有很多的优点,包括抛物面等形式,在体育馆车站等大型的公共建筑中有很多应用。近年来,国际上都流行一种波浪形曲面的建筑,这种建筑具有树枝状的结构,它能够把其他结构融合起来,使建筑看起来不仅外观美丽,而且雄伟。比如我国的上海浦东机场,首都机场等建筑形式,就是典型的例子。

2.3轻钢结构的发展

轻钢结构因为具有较多的优势,是近十多年来发展最快的领域了,因为轻钢结构具有工业化,商业化程度特别高,而且施工的周期较短,市场需求量较大,所以综合来说,能带来的效益很高,目前结构设计人员以对其引起足够的重视。目前来说,对轻钢发展的一个新的方向,是相关房屋的研究和开发,现在已经有很多低层和高层的设计方案了。轻钢结构其适用范围也很广,不仅用的地方多,而且具有的优势很明显,所以目前已经大量的用于,单、多层工业厂房,多层工业厂房还有很多,高层建筑办公楼之中。在单多层建筑厂房的应用中,不仅包括单跨和多跨,而且跨度一般不超过30m,非常节省材料,施工周期很短,费用也低。在办公楼的应用方面,不仅有利于抗震,而且资源耗用少,工业化程度也高,施工的速度还特别快,唯一的缺点就是造价略高,在别墅上的应用还具有造型多变等优点。

3钢结构应用存在的问题及处理措施

3.1钢材耐火性差

钢结构虽然有很多的优势,但钢材耐热性都不是那么尽如人意,一旦发生了火灾,火灾现场的温度可以高达800℃以上,钢材结构根本不可能达到我们防火的要求。对于钢材来说比较好的防火方式其实就是在外面涂上一层防火材料,或者将其外层用混凝土包裹,但这样子很容易掩盖钢结构自身所具有的优势,所以我们不仅要做到防火,而且要保留它本身的优势。适合钢结构的防护方式,主要就是包括主动防护和被动防护,主动防火就是探测和警报系统,喷洒系统;被动防护方式就是对其外层进行包裹,利用防火材料或者外包材板使其表面形成一层防护。还可以对钢材设计成空心的形状,在里面加上水。可是此种办法的造价和对技术的要求都非常的高,不适合大面积的应用;或者用耐火材料构造成的墙体把钢结构屏蔽包围,但是这种方法会减少建筑的有效利用面积,是有着许多弊端的。

3.2湿度较大时易腐蚀

钢结构厂房有一种在长期的使用中存在的慢性病就是时间久了就可能会产生腐蚀。一般钢材的抗腐蚀能力非常的差,特别是在湿度比较大、而且还有侵蚀性物质存在的氛围中,会比较快速地生锈甚至腐蚀,这样大大减弱了构件的承载能力。对于以前的人们来说,对于暴露在外面的钢材一般都是进行刷漆或者喷防锈漆层,但是经过长时间的经验所得,施工的过程中并不能避免空气进入涂料中去,所以想要将钢材和外界空气隔离开是非常困难的。在此过程中也很少有定期的维修,所以达到的效果常常不太能够令人满意。而使用喷铝等方式不仅成本上涨了很多,而且效果也并不理想。所以近些年来在冶金行业进行冶炼时掺入了一系列的磷铬铜镍等,使得这些钢材变为了更耐腐蚀的合金,不仅节省成本,而且形成了密度更高的防腐层,就很好地隔绝了空气,所以是一种非常积极有效的方式。

4钢结构相比于其他结构的优势

4.1绿色环保

钢结构的住宅和建筑,最大的优势就是绿色环保,原因就是在施工时,基本上不采用砂石和灰,所以大大减少了它们的用量,而是采用可回收可降解的材料,所以基本上都是绿色的材料。而且就算建筑要拆除或者不需要时,大部分的材料也都可以直接拆除或者降解,没有任何垃圾污染。

4.2抗震性能好

钢结构还有一个最大的优势,就是在现在地震频发的年代里,它具有极其良好的抗震性能,因为钢结构的延展性好,而且塑形变形能力强,所以它具有很优良的抗震抗风性能,这就在很大程度上提高了建筑物的安全性可靠性。

4.3符合可持续发展的要求

因为钢结构具有绿色、环保、抗震等优点,所以钢结构非常符合我国的可持续发展要求,适合在工厂大批量生产,而且工业化程度也较高,能够将节能防水等先进产品进行成套的应用,把生产设计施工一体化,提高建设速度。

4.4节能效果好

建筑物的墙面中,如果能够采用比较节能的C型钢,夹芯板等,不仅具有良好的保温性能,而且在节能方面也有很大的效果。

4.5使用灵活

钢结构建造的住宅能够比传统的建筑,更好的满足建筑上进行灵活分割的要求,并且可以采用轻质墙板的使用,大大提高了面积的实用率,做到节省空间,提升空间利用率。

4.6降低成本

因为钢结构的重量较轻,所以使用材料量也较少,和混凝土相比能够减少使用一半以上的料,所以在建筑物的建造成本上,也能够节省很大一部分。

4.7施工周期短

在进行房屋建筑的时候,采用轻型钢结构体系和普通的混凝土房屋相比,减少了很多的工艺步骤,不需要现场进行钢筋的绑扎,也不需要制作模板,而且在进行浇筑混凝土的时候,也不需要临时支撑。所以现在这种轻型钢结构的房屋建设的周期比传统模式大大的缩短,将近提高一半以上。不仅能够缩短资金的使用周期,而且能够提高资金的使用效率。

4.8方式灵活

因为轻钢材料使用起来具有很多优点,比如轻便灵活,所以在进行户内设计的时候,有多种多样的方案,可以随意进行选择,可以满足很多用户的不同需求。

5钢结构房屋的未来发展和市场前景展望

1)首先要看一下钢结构材料的来源,这就取决于钢材市场的发展。为了适应建筑市场的需要,很多钢材已经生产成成品,而且品种较为齐全,材料较为标准化,不管在数量还是在品质上,都具有很大的提升。从1996年开始,我国用钢量就非常大,每年的产钢量都超过了1亿t,在世界上是数一数二的用钢大国。近十年来我国大陆地区,每年的钢产量和用量,也占世界钢用量的一半。其他材料工业的发展,也为钢结构的大量使用提供很大的便利性,能够生产出多种多样的钢材料。我国现在在生产彩色钢板,包括其他各种形状钢板的工艺上也有很大提升,技术也在不断提高。

2)从社会和政府方面来看,政府部门对钢结构大力使用也有很大的支持和引导,因为钢结构毕竟和传统混凝土相比具有很多的优势,不仅重量轻、强度高,而且抗震性好,尤其是绿色环保这一特点,符合现在我国生态发展的需求,也符合可持续利用的战略需求,所以综合来说,经济效益是最高的,也为很多的投资者所看好,所以政府也是大力支持。

3)目前来说,我国对于钢的加工工艺也是具有很高的水平,如切割技术和焊接技术,都为钢材料的广泛利用提供了良好的技术条件。包括在一些钢结构的设计等方面,我国已经发布了20余条行业标准,所以有关钢结构的规范和大规模使用,已经提供了必要的基础和条例。

4)现在从政策方面来看,早在2001年,我国的建筑部就发布了相关的技术导则文件,该文件为我国促进钢结构建筑的发展和规范提供了很大的帮助和参考,非常适合我国的国情,所以为我国钢结构在住宅中的广泛应用提供了非常有利的,政策指导。目前来说,很多钢结构的单位面积造价要比混凝土的甚至要低,所以,在产业化来说钢结构必将成为建筑业的一场新的革命。而且随着住宅产业经济增长点的提升,钢结构如果成套利用在住宅体系中,会大大促进其快速发展。

5)由于钢结构的快速发展,所以钢结构的设计也需要大批的人才,很多专业设计院、研究院会进行品种丰富的钢结构的设计。而且随着科技的发展,现在的设计通过电脑完成,速度也大大提升。只要设计和生产相互匹配,就能够形成比较规范的市场。

6总结

我国的钢结构具有很大的发展优势和前景空间,所以随着经济建设的发展和社会的交流进一步增强,更多的高层建筑和大型公共建筑都会被社会所需要,所以钢结构的发展前景是十分可观的。

作者:王敬奎 单位:海工英派尔工程有限公司

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