進入20世紀90年代以來，我國鋼結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展十分迅速，特別是一些代表城市標(biāo)志性高層建筑的建成，為鋼結(jié)構(gòu)在我國的發(fā)展揭開了新的一頁。如世界第三高的上海88層、高420米的金茂大廈業(yè)已竣工，現(xiàn)已投入運營。據(jù)稱世界第一高度的上海浦東環(huán)球金融中心，95層，高460米，建筑面積為31萬平方米，現(xiàn)正在加緊建設(shè)中。由外商投資的大連總統(tǒng)大廈，正在加緊籌建之中，共95層。
輕鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展則更是如火如荼，特別在工業(yè)廠房的建設(shè)中則更為迅猛。從鋼結(jié)構(gòu)制造加工、施工企業(yè)數(shù)量的大幅增長就可窺見一斑，如上海市的鋼結(jié)構(gòu)制造和施工單位已由原來的幾十家一下子發(fā)展到現(xiàn)在的400多家，單上海的寶鋼地區(qū)就有近百家的鋼結(jié)構(gòu)制造廠。大好形勢下，如何因勢利導(dǎo)，抓好設(shè)計和施工質(zhì)量，這是當(dāng)前一個十分迫切的問題。
輕鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)勢明顯
所謂輕鋼結(jié)構(gòu)通常是指由下列鋼材所構(gòu)成的結(jié)構(gòu)：冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu);熱軋輕型鋼結(jié)構(gòu);焊接或高頻焊接輕型鋼結(jié)構(gòu);輕型鋼管結(jié)構(gòu);板壁較薄的焊接組合梁及焊接組合柱而構(gòu)成的結(jié)構(gòu)。
根據(jù)我國目前情況來看，鋼結(jié)構(gòu)由于其用度廣、優(yōu)勢明顯，已大量應(yīng)用于單層工業(yè)廠房(鋼結(jié)構(gòu)廠房)、多層工業(yè)廠房、辦公樓以及高層建筑中的非承重構(gòu)件等。對單層工業(yè)廠房而言，通常以H型鋼，采用焊接連接作為梁柱，以C形或Z形輕鋼板作檁條，屋蓋系統(tǒng)或樓面系統(tǒng)用壓型彩色鋼板作面層，上面可澆混凝土，壓型鋼板既可作為鋼筋，必要時也可以再配鋼筋。墻面圍護也可采用單層或夾層壓型鋼板，夾層板內(nèi)部可充填各種保溫層。
鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢在于：施工周期短。輕鋼結(jié)構(gòu)的最大優(yōu)點是所有構(gòu)件均可以由工廠制作現(xiàn)場拼接安裝，對一般規(guī)模較小的工業(yè)廠房僅需45天至2個月，而若采用鋼筋混凝土建筑則要8～12個月左右。
綜合經(jīng)濟效益好：由于施工周期短，可以提前投入使用，提前獲取投資效益;更由于采用色彩鮮艷的彩色壓型鋼板，美觀華麗，改善了周邊環(huán)境的動態(tài)感;因為建筑物本身的自重輕，一般情況下不需要做樁基，可以節(jié)省投資;由于采用了聚苯已烯泡沫夾心板或單板加保溫棉等措施后，使保溫、隔熱和隔聲等效果良好。彩色鋼板以鍍鋅為基板又用硅酮作為表面，經(jīng)兩除兩烘加工而成，耐久性也較好。根據(jù)目前我國的市場價格，輕鋼結(jié)構(gòu)的造價已經(jīng)低于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，當(dāng)廠房的跨度越大時，其優(yōu)勢越為明顯，這也是它賴以競爭的一大優(yōu)勢。
抗震性能好：由于鋼結(jié)構(gòu)屬于柔性結(jié)構(gòu)、自重輕，因而能有效地降低地震響應(yīng)及災(zāi)害影響程度，極有利于抗震。我國是一個多地震區(qū)國家，在地震區(qū)建筑中應(yīng)多多推廣應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)，必可大大減少地震災(zāi)害和人員傷亡。唐山地震的慘痛教訓(xùn)應(yīng)予記取。目前，天津市已正式啟動輕鋼結(jié)構(gòu)住宅。
正是由于輕鋼結(jié)構(gòu)的諸多優(yōu)點，而且隨著近年來防火、防腐新產(chǎn)品的不斷出現(xiàn)，已較好地解決了輕鋼結(jié)構(gòu)抗腐蝕性差的缺點，使得它在工業(yè)廠房以及民用設(shè)施中獲得了廣泛的應(yīng)用。
輕鋼結(jié)構(gòu)允許采用塑性設(shè)計，但僅適用于不直接承受動力荷載的固端梁、連續(xù)梁以及由實腹構(gòu)件組成的單層和2層框架結(jié)構(gòu)。采用塑性設(shè)計的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件，按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計時，應(yīng)采用荷載的設(shè)計值，考慮構(gòu)件截面內(nèi)塑性的發(fā)展及由此引起的內(nèi)力重分布。按塑性設(shè)計時，鋼材和連接的強度設(shè)計值應(yīng)按規(guī)程的有關(guān)條款規(guī)定的數(shù)值乘以折減系數(shù)0.9。塑性設(shè)計截面板件的寬厚比也應(yīng)符合有關(guān)規(guī)定。
門式框架上“工”字形截面構(gòu)件的腹板允許考慮屈曲后程度，我們可以通過單向受壓四邊簡支板回曲后的中面應(yīng)力分布情況來說明為什么板屈曲后仍能繼續(xù)承載，且承載力還能顯著提高。板屈曲后只要板的四邊保持直線，則載荷邊的壓應(yīng)力分布為非均勻分布，兩邊應(yīng)力較高，中間應(yīng)力較低;非載荷邊產(chǎn)生垂直于邊線的應(yīng)力，其中部為拉應(yīng)力。由于拉應(yīng)力的作用限制了板屈曲變形的發(fā)展，提高了板的剛度，因而板屈曲后仍能繼續(xù)承載。利用板面屈曲后的強度進行結(jié)構(gòu)設(shè)計最早見于飛機結(jié)構(gòu)中，因為飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計是在保證一定可靠度的前提下以減輕結(jié)構(gòu)重量為目標(biāo)。在普通房屋建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中一般不允許板件產(chǎn)生局部失穩(wěn)。
輕鋼結(jié)構(gòu)門式剛架是主要的承重結(jié)構(gòu)，一般采用實腹型變截面的柱和梁組成。門式剛架的形式可以單坡、雙坡和多坡，多跨建筑的中間柱多采用搖擺柱。門式剛架工字截面鋼構(gòu)件中腹板以受剪為主，抗彎作用不如翼緣有效，增大腹板的高度，可使翼緣抗彎能力發(fā)揮得更為充分。但是，在增大腹板高度的同時，如果厚度增之過大，則腹板耗鋼量太多，也是不經(jīng)濟的。因此，先進的設(shè)計方法是采用高而薄的腹板，還有相當(dāng)可觀的屈曲后強度可以利用。在主要為均布荷載起控制作用的結(jié)構(gòu)中，在疲勞、振動等荷載的條件下，可充分利用結(jié)構(gòu)受力板件的屈曲有效截面來分析壓彎桿件腹板的穩(wěn)定性，從而使其腹極高厚比限值可以大幅度提高。根據(jù)天津大學(xué)所作的試驗證明，當(dāng)荷載超過理論計算的屈曲臨界載限多時腹板才呈現(xiàn)凸曲變形，且凸曲變形都不大，故適當(dāng)利用屈曲后強度是可行的。
推廣應(yīng)用住宅鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)提到重要位置
目前，鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)的競爭非常激烈。這種競爭，不僅來自于各行業(yè)、各企業(yè)之間，更重要的還來自于鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)這兩種建筑之間的競爭。日本等發(fā)達國家，鋼結(jié)構(gòu)建筑要占整個建筑的50%%以上，而我國只占5%%還不到。
對于鋼結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)的造價問題，應(yīng)有一個全面、綜合的認識，不能籠統(tǒng)地認為鋼結(jié)構(gòu)造價比混凝土貴，從而排斥于比較方案之外，這一點對廣大設(shè)計人員尤為重要。事實上一個高層建筑的工程總投資，包括工程造價、動遷費、征地費等方面，工程造價只占工程總投資的50%%。而工程造價又包括結(jié)構(gòu)造價、裝飾費、設(shè)備費等，結(jié)構(gòu)造價只占工程造價的30%%左右。而結(jié)構(gòu)造價又分上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)造價，上部結(jié)構(gòu)造價僅占基礎(chǔ)造價的50%%～70%%。而鋼結(jié)構(gòu)只是指工程的上部結(jié)構(gòu)，在工程總投資中僅占10%%還不到。
因此，高層建筑采用鋼結(jié)構(gòu)與采用混凝土結(jié)構(gòu)間的差價所占工程總投資的比例將更小，一般不到工程總投資的4%%。如果再考慮到采用鋼結(jié)構(gòu)而擁有的“自重輕、基礎(chǔ)造價低、強度高、建筑有效使用面積大、施工速度快及抗震性能好”等諸多優(yōu)點，那么鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢是不言而喻的。
建筑鋼結(jié)構(gòu)雖然發(fā)展很快，但在住宅領(lǐng)域還是空白。全國每年要建數(shù)千萬平方米的住宅建筑，但采用鋼結(jié)構(gòu)的幾乎沒有。當(dāng)然這和我國傳統(tǒng)思想、觀念以及對鋼結(jié)構(gòu)的認識偏差有關(guān)�？上驳氖牵旖蚴姓崖氏仁痉�，啟動了輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑，建設(shè)10萬平方米的輕鋼住宅，其示范效應(yīng)不可低估。希望各地有關(guān)職能部門及廣大設(shè)計人員應(yīng)有超前意識，作出響應(yīng)，對輕鋼住宅建筑的發(fā)展作出應(yīng)有貢獻。
應(yīng)積極提高各鋼結(jié)構(gòu)制造、施工企業(yè)、設(shè)計院所等技術(shù)人員的業(yè)務(wù)水平。我國在較長的一段時間內(nèi)，由于鋼結(jié)構(gòu)使用很少，各設(shè)計院所、建筑企業(yè)大多從事單一的混凝土結(jié)構(gòu)工程的設(shè)計和施工。目前應(yīng)大力加強和提高各級技術(shù)人員的鋼結(jié)構(gòu)業(yè)務(wù)水平。應(yīng)充分發(fā)揮各高等院校、學(xué)術(shù)團體等舉辦鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)講座、規(guī)范培訓(xùn)班等的積極性。
發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)要在政策上給予支持和傾斜。這種政策性的扶植應(yīng)包括：在鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)的發(fā)展上應(yīng)將其納入國家建筑技術(shù)發(fā)展規(guī)劃并在科研項目、經(jīng)費等方面予以重點支持;對于鋼結(jié)構(gòu)的住宅建筑，在土地征用、稅收等方面予以優(yōu)惠，以降低建設(shè)成本，使其更具市場競爭力;大力推廣使用國產(chǎn)鋼材，以此和鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)形成良性循環(huán)。
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