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钢结构在民用建筑上应用价值、发展重点和难点
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内容提示：建筑按使用功能可分为工业建筑和民用建筑（包括公共建筑），钢结构在建筑上的应用也分为工业钢结构建筑和民用钢结构建筑。钢结构是用钢材制造而成的工程结构。在选用钢结构时，要充分利用其优点，避免其缺点，作到扬长避短，合理利用。
一、钢结构在民用建筑上的应用价值
在我国，长期以来，钢结构在工业建筑上的应用程度远高于在民用建筑的程度。从以往看，其主要原因是：
1．以前有很长一段时间，我国的钢结构产量很低，钢材的价格又很高，采用钢结构的建筑成本会很高，很大程度的限制了钢结构在建筑上的应用，即使应用，也多用于具有生产性的工业建筑。（参考《建筑中文网》）
2．工业建筑一般都具有一定模数，而钢结构的产品化高、施工速度快的特点，正好满足此要求，而且，还可使建筑提早投入使用，以促进生产。
3．钢材的耐火性和耐腐蚀性差。钢材曝露于空气中，特别是潮湿空气中时，很容易发生缓慢的化学作用，从而使钢材腐蚀，影响到建筑的美观；而且，如发生火灾，钢结构又表现出很差的耐火性。当钢结构用于工业建筑时，由于工业建筑对美观要求并不高，同时其内的人数少且多是流动性的，这两方面影响不大；而民用建筑，不仅要求有较高的美观效果，而且，其内固定人口可能会很多，要求发生火灾等灾害时，能尽可能保证安全，这对选用钢结构是有很大挑战性的。
而现今，情况发生了很大的变化。首先，我国钢材产量己极大提高，连续几年位居世界第一（尽管，人均还不高），为钢材在民用建筑上的应用铺平了道路。其次，钢材用于民用建筑，经合理设计后，其综合经济指标很好，原因是：（1）钢材是轻质高强材料，达到同样强度时，钢构件的截面尺寸相对较小，所占建筑面积较小，相对建筑的使用面积会增加，这对于“黄金地段”很重要。（2）钢材的轻质使得结构的自重会有所降低，对地基的压力相对减小，节省地基造价。（3）钢结构建筑的施工速度快，可使建筑很快投入使用，这在时间就是效益的现今社会，显得尤为重要。最后，随着科技水平的提高，研制出越来越多的新型材料，以加强钢材的防腐性能，提高钢的耐火极限（也有通过改善钢自身的组成，来提高这些性能）。以上这些对推动钢结构在民用建筑上的发展起到有利作用。
此外，钢结构用于民用建筑还有以下优势：（l）钢结构的塑性和韧性好，合理设计后，会具有很好的抗震性能，以保证“大震不倒、小震不坏、中震可修”，这对于以人为本的民用建筑，至关重要。（2）采用钢结构，可建成造型新颖别致的建筑。由于钢材良好的性能，使得其既可很大程度的发挥建筑师的创造灵感，又可最大限度满足用户对使用和建筑美观的要求。（3）采用钢材能做到可持续发展，符合时代要求。现今社会，随着人们对美的追求，却不忘对自然的保护和对能源的节约，从而实现可持续发展。钢材属“环保、节能、产品化材料”，钢结构为“绿色建筑”，符合历史发展潮流。同时，钢结构在民用建筑上的推广已受到国家相关部门的重视。发展钢结构住宅，扩大钢结构住宅的市场占有率，将会加速住宅产业化过程，对我国建筑、冶金及相关产业的发展具有重大意义。
二、钢结构在民用建筑上的发展重点
钢结构用于民用建筑，主要发挥它的轻质高强以及良好的塑性和韧性，同时兼顷到其利于产品化、机械化。故钢结构主要用于民用建筑以下几个方面：
1．单层民用钢结构。此类型多为大跨度的公共建筑，采用钢结构不但可提供较大的空间、较美的造型，还为其改建和扩建提供方便。如单层钢结构的网架不但很容易跨越大空间，而且其经济性、安全性较好，适应性很强，制作、安装方便，设计、计算简便，网壳可设计成风格多变，立体美观的各种大跨度建筑。我国在这方面已有大量工程实例。
2．高层钢结构。高层建筑高度较高，如采用钢筋混凝土结构，不但向上运送混凝土不方便，而且庞大的躯体使得下部地基承受巨大压力，这就迫切需求钢结构这种轻质高强的材料。高层建筑采用钢结构时，构件并不是全部采用钢材，而多为混合结构，即下部可采用钢骨混凝土结构或组合结构，而上部一般都为钢结构。
三、民用钢结构设计中的难点
对于用材已选定为钢材的建筑，设计中首要的，也是关键的，便是结构体系的选型。结构体系选择的是否合适，不仅影响结构的安全性和经济性，还关系到建筑整体造型的美观和其功能的完美实现。一般，对于一个设计，可选用的结构体系有很多种，而每种结构体系的适用范围受各种条件影响，影响的情况非常复杂，再加上实际情况的多样性和特殊性，不但使钢结构体系难于选择，更使结构体系的规范化难上加难。钢结构设计中的另一个非常重要的方面，便是节点形式的选择。钢结构中每种体系可备选用的节点形式都很多，而且还在不断推陈出新，日益向“两高一强发展”，即：（1）安全储备越来越高；（2）可欣赏性和艺术性越来越强；（3）机械化程度越来越高。一个合理的节点体系，不但要使建筑能够结构安全、施工便利，还要做到造型美观、维护方便。
目前所采用的节点形式，通常不能保证在某一条件下，各项因素都最优，需根据实际条件，有所选择，来强化某一方面，而弱化另一方面，从而选出最佳形式。
由上可知，民用钢结构设计中的两大难点为结构体系的选型和节点形式的选择，同时，它们也是设计中的重点。当前，对于这两方面问题，研究者和设计者产生了矛盾。研究者鉴于问题的复杂，多采用从形式到条件的方式来解决问题，即研究每种形式（指结构体系或节点形式）的最佳适用条件，其结果往往导致多种形式有相同或相近的适用条件。而从事实际工程的设计者，则希望从条件到形式，即找到一种规则，使得在给定一些条件后，便可得到对应的最佳形式或得到可选形式的优劣顺序，从而简化设计工作。这种矛盾的存在，很大程度上制约了钢结构在我国民用建筑上的发展。
参考文献：
[1]张万祯. 浅谈如何加强工业建筑和民用建筑的施工质量控制[J].科技情报开发与经济. 2010(34) .
[2]张彩霞,张皓,庄宇,张国忠. 钢结构稳定性研究中存在的问题及解决办法[J]. 科技信息. 2012(06) . 来源: 《建筑中文网》.
在我国，长期以来，钢结构在工业建筑上的应用程度远高于在民用建筑的程度。从以往看，其主要原因是：
1．以前有很长一段时间，我国的钢结构产量很低，钢材的价格又很高，采用钢结构的建筑成本会很高，很大程度的限制了钢结构在建筑上的应用，即使应用，也多用于具有生产性的工业建筑。（参考《建筑中文网》）
2．工业建筑一般都具有一定模数，而钢结构的产品化高、施工速度快的特点，正好满足此要求，而且，还可使建筑提早投入使用，以促进生产。
3．钢材的耐火性和耐腐蚀性差。钢材曝露于空气中，特别是潮湿空气中时，很容易发生缓慢的化学作用，从而使钢材腐蚀，影响到建筑的美观；而且，如发生火灾，钢结构又表现出很差的耐火性。当钢结构用于工业建筑时，由于工业建筑对美观要求并不高，同时其内的人数少且多是流动性的，这两方面影响不大；而民用建筑，不仅要求有较高的美观效果，而且，其内固定人口可能会很多，要求发生火灾等灾害时，能尽可能保证安全，这对选用钢结构是有很大挑战性的。
而现今，情况发生了很大的变化。首先，我国钢材产量己极大提高，连续几年位居世界第一（尽管，人均还不高），为钢材在民用建筑上的应用铺平了道路。其次，钢材用于民用建筑，经合理设计后，其综合经济指标很好，原因是：（1）钢材是轻质高强材料，达到同样强度时，钢构件的截面尺寸相对较小，所占建筑面积较小，相对建筑的使用面积会增加，这对于“黄金地段”很重要。（2）钢材的轻质使得结构的自重会有所降低，对地基的压力相对减小，节省地基造价。（3）钢结构建筑的施工速度快，可使建筑很快投入使用，这在时间就是效益的现今社会，显得尤为重要。最后，随着科技水平的提高，研制出越来越多的新型材料，以加强钢材的防腐性能，提高钢的耐火极限（也有通过改善钢自身的组成，来提高这些性能）。以上这些对推动钢结构在民用建筑上的发展起到有利作用。
此外，钢结构用于民用建筑还有以下优势：（l）钢结构的塑性和韧性好，合理设计后，会具有很好的抗震性能，以保证“大震不倒、小震不坏、中震可修”，这对于以人为本的民用建筑，至关重要。（2）采用钢结构，可建成造型新颖别致的建筑。由于钢材良好的性能，使得其既可很大程度的发挥建筑师的创造灵感，又可最大限度满足用户对使用和建筑美观的要求。（3）采用钢材能做到可持续发展，符合时代要求。现今社会，随着人们对美的追求，却不忘对自然的保护和对能源的节约，从而实现可持续发展。钢材属“环保、节能、产品化材料”，钢结构为“绿色建筑”，符合历史发展潮流。同时，钢结构在民用建筑上的推广已受到国家相关部门的重视。发展钢结构住宅，扩大钢结构住宅的市场占有率，将会加速住宅产业化过程，对我国建筑、冶金及相关产业的发展具有重大意义。
二、钢结构在民用建筑上的发展重点
钢结构用于民用建筑，主要发挥它的轻质高强以及良好的塑性和韧性，同时兼顷到其利于产品化、机械化。故钢结构主要用于民用建筑以下几个方面：
1．单层民用钢结构。此类型多为大跨度的公共建筑，采用钢结构不但可提供较大的空间、较美的造型，还为其改建和扩建提供方便。如单层钢结构的网架不但很容易跨越大空间，而且其经济性、安全性较好，适应性很强，制作、安装方便，设计、计算简便，网壳可设计成风格多变，立体美观的各种大跨度建筑。我国在这方面已有大量工程实例。
2．高层钢结构。高层建筑高度较高，如采用钢筋混凝土结构，不但向上运送混凝土不方便，而且庞大的躯体使得下部地基承受巨大压力，这就迫切需求钢结构这种轻质高强的材料。高层建筑采用钢结构时，构件并不是全部采用钢材，而多为混合结构，即下部可采用钢骨混凝土结构或组合结构，而上部一般都为钢结构。
三、民用钢结构设计中的难点
对于用材已选定为钢材的建筑，设计中首要的，也是关键的，便是结构体系的选型。结构体系选择的是否合适，不仅影响结构的安全性和经济性，还关系到建筑整体造型的美观和其功能的完美实现。一般，对于一个设计，可选用的结构体系有很多种，而每种结构体系的适用范围受各种条件影响，影响的情况非常复杂，再加上实际情况的多样性和特殊性，不但使钢结构体系难于选择，更使结构体系的规范化难上加难。钢结构设计中的另一个非常重要的方面，便是节点形式的选择。钢结构中每种体系可备选用的节点形式都很多，而且还在不断推陈出新，日益向“两高一强发展”，即：（1）安全储备越来越高；（2）可欣赏性和艺术性越来越强；（3）机械化程度越来越高。一个合理的节点体系，不但要使建筑能够结构安全、施工便利，还要做到造型美观、维护方便。
目前所采用的节点形式，通常不能保证在某一条件下，各项因素都最优，需根据实际条件，有所选择，来强化某一方面，而弱化另一方面，从而选出最佳形式。
由上可知，民用钢结构设计中的两大难点为结构体系的选型和节点形式的选择，同时，它们也是设计中的重点。当前，对于这两方面问题，研究者和设计者产生了矛盾。研究者鉴于问题的复杂，多采用从形式到条件的方式来解决问题，即研究每种形式（指结构体系或节点形式）的最佳适用条件，其结果往往导致多种形式有相同或相近的适用条件。而从事实际工程的设计者，则希望从条件到形式，即找到一种规则，使得在给定一些条件后，便可得到对应的最佳形式或得到可选形式的优劣顺序，从而简化设计工作。这种矛盾的存在，很大程度上制约了钢结构在我国民用建筑上的发展。
参考文献：
[1]张万祯. 浅谈如何加强工业建筑和民用建筑的施工质量控制[J].科技情报开发与经济. 2010(34) .
[2]张彩霞,张皓,庄宇,张国忠. 钢结构稳定性研究中存在的问题及解决办法[J]. 科技信息. 2012(06) . 来源: 《建筑中文网》.
原文网址：http://www.pipcn.com/research/201301/15187.htm
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