一、我国已经具备了发展钢结构建筑的条件
我国经济正以10%左右的速度持续发展,建筑业己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5.5%。从目前发展现状来看,我国已经具备了发展钢结构建筑的条件:
1.建筑钢材生产基本满足钢结构行业发展的需要
2005年钢材产量达到3.71亿吨,2006年钢材产量己达到4.18亿吨,2007上半年钢材产量达己到2.7亿多吨,人均消费300公斤左右。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525
多万吨:2006年彩涂板廑量实际己达500万吨;中厚、特厚板产量逐年增加.2006年达3500多万吨.2007年又增产: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。
2.钢结构设计、制造、实施能力的提高和配套产品齐全迎合了钢结构的发展需求
钢结构设计方面的机构和人才大量涌现,相关的设计规范、质量验收、施工等工作水平也大为提高,为钢结构建筑的发展打下了良好的基础。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(近千家)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,表现为钢结构发展迅速、应用领域不断扩大、用量不断增加。
3.政府加强了钢结构发展的政策引导和支持
国家关于建筑钢结构的钢材、设计、制造、施工有关国家行业标准、规范己基本编制修订完成,并编制了相关标准。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》。
“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总产钢量的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。
最近经科技部批准成立的“国家钢结构正程技术研究中心”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。
4.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。国外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其发挥钢结构建筑的自身优势。
我国钢结构总量及预测见表1(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)。
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。2005年中治集团下属冶金建设公司钢结构加工总量达200万吨。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,比例约为6:4。所用钢材品种比例为,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)占12%,管材占3.5%左右,其他型钢及冷弯型钢约占19%。2006年钢结构为1738万吨,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,2007年预计达到2000万吨。按目前经济发展速度,2010年钢结构产量达到将突破2600万吨的预测数。以2006年浙江萧山地区为例,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。
二、国外对推进钢结构住宅的新理念和措施
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。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4万2千人。用钢120万吨/年。尤其是多层楼房,建筑速度是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300万吨用于新建住宅建筑中速度发展去年。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%的市场分额的标。多伦多3%的新住宅是用钢框架建成的,这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,室内空气质量已成为业主的一个重要问题,钢材对室内空气质量没有影响,它不排放有害气体,也不发霉。
为了推广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轻型钢框架墙壁和地板的声学性能;③轻型钢框架地板系统的动态表现(振动);④轻型钢框架墙壁系统的保暖性能: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的制定。
日本最流行的楼房建筑结构系统就是钢结构,钢结构有很多优势,其中之一就是可以用于多种用途。按照用途类型和建筑类型统计,说明了2000年新建成的大多数商店、工厂厂房以及仓库,都是采用钢结构。日本钢铁协会在2000年3月成立了楼房环境下属委员会.一直在进行相关调查,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。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,包括楼房的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,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,将能够限制二氧化碳的增加。
三、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600万平方米.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10幢。如:上海环球金融中心(101层、高492米、用钢量6.5万吨);中关村金融中心(建筑面积11万m2、高度为150m、用钢量1.5万吨);北京电视中心(建筑面积18.3万m2高度为41层。227.05m,用钢量3.8万吨);国贸中心三期(建筑面积54万m2、高度为330m);LG大厦(建筑面积25万m2、高度为110m、用钢量1.0万吨);银泰中心(建筑面积35万m2、高度为249m、用钢量2.0万吨)、央视新建主楼等(建筑面积5万m2、高度为234m、用钢量12.8万吨)广州西塔(高度为432m、用钢量4.8万吨)等。估计全国每年有200~300万m2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。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。以国家体育场、国家游泳中心、国家体育馆为代表一大批体育场馆(钢结构用量达20多万吨)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4.0万吨)。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。空间桁架2001年建造20座60万平方米。悬索结构1991年——至今建造7座15218平方米。膜结构2001年建造40座11.7万平方米。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。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。目前高中挡膜材仍需进口(如PTFE、ETFE)。
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/m2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m2。拱型波纹钢屋盖结构:跨度一般为8米,自重仅为20kg/m2左右,每年增长约100万m2,用钢4万吨。
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。自上世纪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。
上世纪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,属世界最高的钢一混凝土组合结构。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。
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重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;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;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。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,目前己建成300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
1.发展趋势
在今后一段时间内,在下列几个领域内钢结构量会增加:
——火力电厂的建设还会加快,主厂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)。
——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、火车站的新建和扩建。
——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。
——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m2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50kg/m2钢材计,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。
——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的竞争力,这几年国外企业在中国采购钢结构有所增加,许多钢构厂承接了海外订单。
2.我国钢结构行业发展存在的主要问题
——对钢结构产业是符合节能环保型、可持续性发展的行业认识还待于提高。
——设计理念不能适应市场需要。如目前超高层和有特殊要求的建筑大都由国外建筑师的方案中标,他们在规划、环境、建筑、功能上确有独特之处。但连接节点过于复杂,消耗过多的钢材并给制作和安装带来了更多的难题.也增加了工程成本。
——部分地区钢结构企业盲目上马,一哄而起,导致产能过剩并浪费了大量资源。
——市场运行不规范,投标企业竞相压价加上钢材涨价,造成加工和安装企业亏损。
——钢结构科研开发资金不足,标准及规范修订周期太长;标准及应用规范、规程缺项、滞后;钢材标准与工程设计、施工规范规程衔接不上。
——钢结构加工厂和施工安装企业装备、计算机管理、劳动生产率还需进一步提高。
——钢结构专业技术人员技术工人缺乏,尤其在中小企业更短缺.企业技术质量和管理工作都不适应生产的需要。
——行业协会作用和功能远未到位。特别在规范和引导市场秩序、服务于企业、开拓钢结构市场、标准规范的编制修订和专业人才的培养等方面,有大量工作要做。