随着我国钢产量的快速增长、国家实行合理利用钢材、积极采用钢结构的政策，我国建筑钢结构行业发生了日新月异的变化，并取得了令世人瞩目的成就。但是，在发展的过程中也凸显了一些引人思考的问题。一方面，我国是产钢大国，但建筑钢结构的用钢量只占钢产量总数的4%左右，而建筑钢结构在整个建筑行业所占比例还不到5%；另一方面，一些重要的单体建筑钢结构用钢指标非常大。这些现状使人们对现代建筑钢结构的发展方向和发展理念产生了困惑。为了促进钢结构产业健康持续的发展，本文对这些问题进行了探讨，以期为工程建设提供参考和建议。
一、轻、快、好、省是钢结构的本来面目
综观世界上已建成的102幢超高层建筑，钢筋混凝土结构16幢，纯钢结构59幢，不同形式的钢－混凝土混合结构27幢。毋庸置疑，钢结构的发展促进了建筑业、冶金工业、机械工业、汽车工业、农业、石油工业、商业、交通运输业的迅速发展。为什么钢结构的生命力越来越强大？这要归功于钢结构“轻、快、好、省”的四个优异性能。
⒈轻。钢结构具有轻质高强性。钢材与混凝土、木材相比，其重力密度与强度的比值最小，因此，就同类建筑结构形式而言，钢结构自重轻、构件截面小、能够承受更大的荷载、可以跨越更大的跨度、便于运输和安装。例如，在同等荷载条件下，钢屋架的重量只有同等混凝土屋架的1/31/4，如果采用冷弯薄壁型钢屋架只有1/10左右。钢结构住宅的重量是钢筋混凝土住宅的50%左右，使用面积却比钢筋混凝土住宅提高4%左右。
⒉快。钢结构的工业化程度高，工期短。钢结构是工厂制作，具备成批大件生产和成品精度高等特点，采用工厂制造、工地高强螺栓安装的施工方法，有效地缩短工期，为降低造价、发挥投资的经济效益创造条件。在同等条件下，钢结构与钢筋混凝土结构施工工期相比，钢结构仅是钢筋混凝土结构的1/3～1/2。
⒊好。钢结构材性好，可靠性高。钢材质地均匀、各向同性、弹性模量大、有很好的塑性及韧性，是理想的弹性—塑性体。因此，钢结构不会因为偶然的超载或局部超载而突然断裂破坏，其能够适应振动荷载，计算模型很好地反映钢材的力学性能，因而分析准确可靠。
钢结构抗震性能好。钢材具有较高的抗拉、抗压强度，较好的塑性和韧性，材质的均匀使设计易于符合实际受力情况，加上连接构造的耗能、维护材料的蒙皮效应、耗能组件的使用，使其结构体系能够抵御强烈地震作用并表现优异。因此，在国内外的历次地震中，钢结构建筑是受到损坏最轻的结构，已公认为是抗震设防地区特别是强震区的最合适结构。
钢结构密封性好。钢材组织非常密实，通过焊接，完全适用于对气密性或水密性要求高的特种建筑物。
钢结构耐热性好。温度在250℃以内，钢材性质变化很小，钢结构可用于温度不高于250℃的场合；当温度达到300℃以上时，强度逐渐下降，这种情况下应对钢结构采取防护措施。
钢结构耐久性好。在正常的防腐维护下，建筑钢结构不会因为日常温度的变化、日晒、雨淋及一般大气介质的作用而老化，具有很好的材料耐久性。
钢结构易于拆卸。采用螺栓连接的钢结构易于拆卸、加固和改建。
⒋省。单纯从目前材料的价格上看，钢结构比混凝土结构的造价要高，但钢结构比混凝土结构建设的速度要快50%左右，这会节省很多时间成本；钢结构比混凝土结构的房屋整体重量要轻50%以上，基础处理、运输量的成本都会下降。建造房屋是一个系统工程，包括设计、制造、运输、安装、维修和管理等诸多环节，因此，从整体上看，钢结构更“省”。
钢材具有可回收再利用的特点，相对于目前普遍使用的其他建筑材料，其最有利于节能、节材、节水和节地。
不能否认钢结构也存在例如耐火性能及耐腐蚀性能较差的问题，但通过进行结构抗火设计、采用正确的防火措施和防腐处理完全能够达到使用要求。并且，随着新型耐火钢和耐候钢的使用，这些缺点正逐步得到弱化。另外，钢结构低温脆断的问题，通过正确的设计也可以防患于未然。
我国建筑行业近年来一直是能源、材料、水和其他资源的使用“大户”，发展推广应用钢结构完全符合国家着力提倡的建立节约型社会的倡议，符合当前国家对建筑业提出的可持续化发展的要求。
二、轻、快、好、省的实例
随着科学技术的飞速发展，以及人们对物质和文化生活要求的不断提高，对各类建筑提出了更新、更高的要求。建筑钢结构由于钢材的优异性能，制作安装的高度工业化以及结构体形的新颖和灵巧，已越来越广泛地得到应用。
⒈高层钢结构。城市人口集中，用地紧张以及商业竞争的激烈化,促使了现代多、高层建筑的出现与发展。随着建筑高度的增加，在风荷载和地震作用下，结构的抗侧力问题逐渐成为关键因素。为了提高结构抗侧力刚度，高层结构的体系在不断创新和发展的过程中形成了一种新的高层钢结构体系，并在以后的高层钢结构中得到广泛应用。
例如，1885年建成的世界上第一幢现代钢结构高层建筑——10层高的家庭保险大楼(HomeInsuranceBuilding)，采用框架结构体系。这种结构体系一直被采用到1931年建成了381米的美国纽约帝国大厦(Em鄄pireStateBuilding)。1968年，100层高的约翰·汉考克中心(JohnHancockCenter)的建成使结构上形成了一个新概念——对角支撑桁架型锥形筒体结构体系，结构抗侧能力显著提高。
【作者：中国科学院院士、同济大学教授】 |
