钢结构：强度高、自重轻、抗震性能好的建筑结构类型

1.什么是钢结构

什么是钢结构？从学术上讲，钢结构是一种以钢材为主要材料的结构，是当今建筑结构的主要类型之一。钢材具有强度高、重量轻、整体刚度好、变形能力强等特点，特别适用于建造大跨度、超高、超重的建筑。钢结构是由型钢、钢板制成的钢梁、钢柱、钢桁架等构件，各构件或部件通过焊缝、螺栓或铆钉连接而成的结构。

2.钢结构的特点

1、钢材韧性、塑性好，材质均匀，结构可靠性高，适用于承受冲击和动力载荷，抗震性能好。钢材内部组织均匀，接近各向同性的均质体，钢结构的实际工作性能与计算理论比较符合。因此，钢结构的可靠性较高。

2、材料强度高，重量轻。钢材强度高，弹性模量大，与混凝土、木材相比，其密度与屈服强度之比相对较低。因此，在同样的受力条件下，钢结构截面小，重量轻，便于运输和安装，适用于大跨度、高高度、重载的结构。

3、钢结构密封性能好，由于焊接结构能达到完全密封，所以可制成气密性、水密性好的高压容器、大型油罐、压力管道等。

4、钢结构耐热但不耐火。当温度低于150℃时，钢材性能变化不大，因此钢结构适用于热车间，但当结构表面受到150℃左右的热辐射时，必须采用隔热板进行防护。当温度在300℃至400℃之间时，钢材的强度和弹性模量都大幅度下降，当温度在600℃左右时，钢材的强度趋于零。在有特殊防火要求的建筑中，钢结构必须采用耐火材料保护，以提高耐火等级。

5、钢结构耐腐蚀性能差，尤其在潮湿、腐蚀性强的环境中，容易生锈。一般钢结构需进行防锈、镀锌或涂漆处理，并定期进行维护保养。对于处于海水中的海上平台结构，需采用“锌块阳极保护”等特殊措施防止腐蚀。

6、钢结构制造安装机械化程度高，钢结构构件易于工厂化制造、现场组装。钢结构构件工厂化机械化制造精度高，生产效率高，现场组装速度快，施工周期短。钢结构是工业化程度最高的结构。

3.钢结构的发展历史

我国早期在铁结构方面就曾取得过卓越的成就，但由于封建制度的制约和科学不发达，2000多年来我国一直停留在铁结构建筑的水平上，直到19世纪末，我国才开始采用现代钢结构。新中国成立后，钢结构的应用有了很大的发展，无论在数量上还是质量上都远远超过了过去。2000年以后，我国国民经济大幅度增长，国力明显增强，钢铁生产成为世界大国。2008年前后，在奥运会的带动下，出现了钢结构建筑的热潮。强劲的市场需求促进了钢结构建筑的快速发展，大量钢结构场馆、机场、车站、高层建筑相继建成。其中，一些钢结构建筑在生产、安装技术上已具有世界一流水平，如奥运国家体育场等建筑。 在设计、制造、安装技术方面已达到较高的水平，掌握了各类复杂建筑的设计和施工技术。

4.钢结构的主要特点

抗风性

钢结构建筑重量轻、强度高、整体刚度好、变形能力强，建筑自重仅为砖混结构的五分之一，可抵御每秒70米的飓风，有效地保护生命财产安全。

抗冲击性

低层别墅的屋顶多为坡屋顶，因此屋面结构基本采用冷弯型钢构件制成的三角屋架体系。轻钢构件经结构板、石膏板封边后，形成强度极高的“板肋结构体系”。此结构体系抗震、抗水平荷载能力更强，适用于地震烈度8度及以上的地区。

隔音

隔音效果是评价一栋住宅的重要指标，轻钢体系安装的窗户全部采用中空玻璃，隔音效果好，可达40分贝以上；轻钢龙骨与保温石膏板组成的墙体，隔音效果可达60分贝以上。

隔热

所采用的保温材料主要是玻璃纤维棉，保温效果好，外墙采用的保温板有效避免了墙体的“冷桥”现象，达到了较好的保温效果，厚度约100mm的R15保温棉的热阻值相当于1m厚的砖墙的热阻值。

健康

干施工减少了废弃物对环境造成的污染，房屋钢结构材料可100%回收利用，其他配套材料也大部分可回收利用，符合现在的环保意识；所有材料均为绿色建材，符合生态环境要求，有益于健康。

耐用性

轻钢结构住宅结构全部采用冷弯薄壁钢构件组成，钢架采用超强耐腐蚀高强度冷轧镀锌板，有效避免了钢板在施工和使用过程中的腐蚀，增加了轻钢构件的使用寿命，结构寿命可达100年。

舒适

轻钢墙体采用高效节能系统，并具有呼吸功能，可以调节室内空气干湿度；屋顶具有通风功能，可以在房屋内部上方形成流动的空气空间，保证屋顶内部通风散热的需要。

5.钢结构的优缺点

优势

1、钢结构住宅比传统建筑能更好地满足大建筑开间灵活分隔的要求，并可通过减少柱子截面积、采用轻质墙板等方式提高面积利用率，增加室内有效面积6%左右。

2、节能效果好。墙体采用轻质节能标准化C型钢、方钢、夹芯板，保温性能好，抗震性能好。节能50%，

3、住宅建筑采用钢结构体系，可以充分发挥钢结构良好的延性和较强的塑性变形能力，具有优良的抗震、抗风性能，大大提高了住宅建筑的安全可靠性。特别是在发生地震、台风灾害时，钢结构可以避免建筑物的倒塌。

4、建筑物总重量轻。钢结构住宅体系自重轻，约为混凝土结构的一半，可大大减少地基造价。

5、施工速度快，施工周期比传统住宅体系缩短至少三分之一，一栋1000平米的建筑，5个工人20天即可完工。

6、环保效果好。钢结构房屋建造过程中砂、石、灰的使用量大大减少。所用材料以绿色环保、100%可回收或可降解材料为主。建筑拆除时，绝大部分材料可重新利用或降解，不会产生垃圾。

7、灵活实用。采用大开间设计，可对室内空间进行多种划分，满足不同使用者的需求。

8、符合住宅工业化和可持续发展的要求。钢结构适合工厂化大批量生产，工业化程度高，并能集成节能、防水、隔热、门窗等先进成品及成套应用，集设计、生产、施工为一体，提高建筑业水平。

缺点

1.复杂性

钢结构施工工程质量问题的复杂性，主要体现在引起质量问题的因素众多，产生质量问题的原因也复杂。即使是同一性质的质量问题，其原因有时也不同，这就增加了对质量问题分析、判断和处理的复杂性。例如，焊接裂纹可以发生在焊缝金属中或母材受热影响处，可以发生在焊缝表面或焊缝内部；裂纹方向可以平行于焊缝，也可以垂直于焊缝，裂纹既可以是冷裂纹，也可以是热裂纹；其原因还可分为焊接材料选择不当、焊接预热或后加热不当等。

2. 可变性

钢结构施工质量问题会随着外界变化和时间延长而不断发展变化，质量缺陷会逐渐显现出来。例如，钢构件焊缝会因应力变化而开裂，而以前不会开裂；焊接后，由于焊缝中氢的活性，可产生延迟性裂纹；如果构件长期处于超负荷状态，钢构件会向下弯曲变形，造成隐患。

3. 严重性

钢结构工程项目施工质量问题的严重性表现在：一般影响施工的顺利进行，造成工期延误、成本增加，严重时造成建筑物倒塌，造成人身伤亡、财产损失，造成不良社会影响。

4.频率

由于我国现代建筑主要采用混凝土结构，从事建筑施工的管理人员和技术人员对钢结构的生产、施工工艺相对陌生，以农民工为主的具体施工人员不懂钢结构工程的科学施工方法，导致施工过程中事故频发。

6、钢结构的发展前景

我国钢结构行业在近十几年来得到了迅速发展，已成为世界上钢结构消费量最大、制造施工能力最强、行业规模最大、企业规模最大的钢结构大国。

钢结构企业：必须重视“十二五”发展

各地重大钢结构工程的成功建设，表明我国钢结构综合技术水平已达到国际先进水平。但我国钢结构行业在信息化、自动化、标准化、科研创新等方面与发达国家相比还存在较大差距。2011年是国家“十二五”规划的开局之年，国家有关部委、行业协会、企业集团、钢结构企业都在进行调研分析市场和未来发展趋势，国家发改委、工信部、科技部也在研究相关战略性新兴产业的确定和规划目标，具有国际先进水平、自主创新能力强、国际竞争力强、能占领更多市场的产业将纳入规划，并给予扶持和支持政策。机遇也是挑战，我国钢结构行业能否迈上台阶、上规模，“十二五”期间的发展至关重要。

中国钢结构协会经过调查研究，听取了有关专家的意见和建议，起草了《国家“十二五”钢结构行业战略思考及建议草案》，在广泛征求有关人士意见后，协会将组织有关专家认真贯彻落实、不断完善，以推动“十二五”期间钢结构行业取得更大发展。

钢结构行业由于其经济技术优势和低碳减排、循环经济、工业化、产业化发展的特点，更能适应和满足当前我国国民经济建设的需要，也将成为市场广阔、企业众多、不断创新、充满生机的新兴产业之一。