近几年来中国大地上耸立起一座座钢结构建(构)筑物,代表着中国经济和科技的高速发展,也是广大钢结构行业技术人员和工人辛勤工作的硕果。
3.1 高层、重型钢结构
世界第一幢高层钢结构房屋为建于1885年的美国芝加哥的一幢高55m的10层家庭保险公司大楼。1889年在法国巴黎建成了高320.75m的埃菲尔铁塔,促使高层钢结构技术得到迅速发展。1934年在中国上海建成国际饭店、上海大厦等几幢钢结构大楼。众所周知,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的标志性建筑。随着改革开放,我国自20世纪80年代到90年代末,己建成和在建的高层钢结构建筑已有近40幢,总面积约320万m2,钢材用量约30万t,资金约600亿人民币。一大批高层钢结构建筑耸立在北京、上海、深圳、大连、天津等地。我国的高层建筑钢结构已跨入国际行列,获得了较大成功及良好的效益。
这个时期的代表作品:世界第三高度(420.5 m)的上海金茂大厦;国际领先水平的深圳赛格大厦(72层、高291 m),全部采用钢管混凝土柱;采用国产钢材、国内设计、制造及施工的大连世贸中心。
2000年以后特别在“9.11”事件后,人们对高层钢结构大楼采取更为慎重的态度。但很多城市仍在建造一些高层钢结构大楼,如最近北京在建和新建高层钢结构就超过10幢。人们预料我国第三次高层钢结构建筑建设高潮正在到来。主要有:上海环球金融中心(101层、高492 m);青岛国际金融中心(高249 m);陕西省信息大厦(高191.8 m);大连国贸中心大厦(高300 m);温州世贸中心(高300 m);南京国际商城;浙江精工商务大厦(高77.93 m);北京财富中心(高151.8m);北京城建大厦(高98.35 m);西宁振业大厦(高82.8 m);北京摩根大厦(高188 m);中关村文化广场;北京电视中心(高239 m);国贸中心三期(高330 m);北京中央商务区一批高层钢结构建筑(银泰中心、央视大厦等)。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t。
这段时期的高层、超高层建筑和有特殊要求的建筑大都是国外建筑师的方案中标,一般结构均由国内设计,制造和安装也由国内企业承担,钢材由国内钢厂生产供应,工程质量较好。可以认为我国高层钢结构的设计、制作、安装已基本达到国际水平,钢材供应基本实现了国产化。但也存在国外建筑师的作品用钢量普遍较大,其节点构造复杂给制作安装带来较大困难的问题。
重型工业厂房建设近几年也有所增加,主要分布在钢铁、造船、电子、汽车、水利、发电等行业。据有关部门统计,2000年厂房建筑竣工面积达到6 900万m2,其中重型厂房面积约占1/10,有600万m2,用钢量达到60万t。最典型例子是近二三年在各地兴建了一批大型炼钢厂、轧钢厂(如上海宝钢、浦钢、马钢、济钢、攀钢、武钢等大型厂房)。
2 大跨度空间钢结构
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,在使用范围、结构形式、安装施工工法等方面均具有中国建筑结构的特色。采用圆钢管、矩形钢管制作空间桁架、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。
最近在悬索和膜的张拉结构研究开发和工程应用方面取得新的进展,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,网架结构:2001年建造1 278座,240.2万m2,用钢6.63万t;网壳结构:2001年建造253座,35.7万m2,用钢1.023万t;空间桁架:2001年建造20座,60万m2;悬索结构:1991～2003年建造7座,15218 m2;膜结构:2001年建造40座,11.7万m2。悬索和膜结构目前处于发展阶段,用钢量还不大,但随着北京奥运会和上海世博会场馆建设,用钢量将会增加。
3 轻钢结构
近几年来,我国轻型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的,其类型有门式刚架、拱型波纹钢屋盖结构等。该结构用钢量一般在30 kg/m2左右(不含钢筋用量),因此在我国发展很快、应用广泛。
全国每年新建轻钢房屋800万m2、用钢约20万t。整个行业的产值将超过1 000亿元。门式刚架房屋:跨度一般不超过40 m,个别达到70多m,单跨或多跨,单层为主,也可用于2或3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8m,用钢量仅为20 kg/m2左右,每年增长约100万m2,用钢4万t。门式刚架和拱型波纹钢屋盖都有相应的设计施工规程。
4 钢-混凝土组合结构
众所周知,钢-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、动力性能,而且能节约大量钢材、降低工程造价和加快施工进度,是符合我国建筑结构发展方向的一种比较新颖的结构形式。
自20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,20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420 m。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。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291.6 m,属世界最高的钢-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。
5 钢结构住宅
我国住宅建设逐步成为国民经济的支柱产业。预计10年内将新建住宅56亿m2,如按年竣工面积1%～5%采用钢结构计算,每年钢结构住宅的建筑面积将达到560～2 800万m2,需用钢材28～140万t。在建设部、中国钢铁工业协会及中国钢结构协会推动下,我国钢结构住宅建筑产业快速发展。目前北京、天津、山东、安徽、上海、广东、浙江等地建了大量低层、多层、高层钢结构住宅试点示范工程,体现了钢结构住宅发展的良好势头。钢结构住宅建筑近几年已完成近100万m2的试点工程建筑,为下一步建立钢结构住宅体系、扩大钢结构建筑市场起到了有力的推动作用。
6 桥梁钢结构
近10年来,钢结构桥梁由于具有许多优点而被众多工程采用,突破了以往仅在大跨桥梁采用钢结构的局面。目前钢结构桥梁均由中国自行设计、制造、施工。
近几年竣工的大跨度钢结构桥梁主要有:1993年建成的九江长江大桥,1993年建成的上海杨浦公路斜拉桥,1996年竣工的长江西陵峡公路悬索桥。还有许多城市和大江大河上建设的斜拉桥、悬索桥、钢管混凝土桥梁以及城市立交桥和行人过街桥均采用钢结构。
在今后的几年内,钢结构大跨桥梁将不断地涌现。如最近刚建成的芜湖长江大桥(铁路、公路两用桥),由于空中限制采用矮塔斜拉桥,跨度达到312 m,其工程量是南京长江大桥的2倍。江阴长江大桥是公路悬索桥,跨度1 388 m。上海卢浦大桥箱型钢拱跨度达550 m,居同类桥梁世界首位。正在建设中的大跨悬索桥———润扬长江大桥,跨度1 490 m,充分说明了我国大跨度钢桥己跻身“世界之林”。
公路交通采用钢结构桥梁也越来越被人们重视,在跨度100 m以下和400 m以上选用钢结构桥梁在技术和经济上都有优势,在跨度100～400 m之间有部分桥梁,如在工期紧、现场施工条件差的情况下,采用钢结构也是合理的。根据我国铁路和公路交通发展规划,每年兴建的桥梁有部分采用钢结构,每年用钢约30万t。
7 城市交通、环保、公共设施
随着城市建设和交通的发展、环保工程的投入、文化体育等公共设施建设、旧城市更新改造,从城市铁路车站、候车亭、立体停车库、商亭、护栏、垃圾箱到路边的标志、广告牌等,每一项都需要钢结构。按全国100个大型城市计算,每个城市每年消耗钢材2万t,估计每年需要用钢材200万t。
8 塔桅、管道、容器及特种构筑物
345 m高的跨长江输电铁塔、10～30万m3的煤气、天然气、石油储罐对我国的经济建设都不可缺少。据有关部门统计全国每年输变电铁塔用钢量约100万t,现有铁塔生产厂210多家。输油气管道用钢量更大,仅从库尔勒到上海的输气管道用钢近180万t。容器包括储油、气、化学介质等,每年需要钢材200万t左右。其他如高炉、焦炉、炼油、化工反应器、除尘等特种构筑物每年需钢材50万t左右。
9 海洋平台、锅炉刚架等
据有关部门统计,我国每年海洋平台用钢材约10万t,发电厂锅炉刚架用钢材约25万t。
由于没有建立统一的统计渠道,各单位统计数字相差较大,故只能从几个口径统计数字分析比较后估算2002年钢材用量。
