隨著社會發展,人們對建筑的便捷性和耐用性要求越來越高。按材料類型來劃分,建筑可以分為木結構、磚石結構、鋼筋混凝土結構和鋼結構四大類。
從原始時代起,我們的祖先就有幾千年使用木材來建房子的歷史。至今,在美國、歐洲、日韓,還有很多木質的民用房屋。木材有容易獲得、成本低廉、可加工性強等優點,但其缺點也是非常明顯的,比如不耐用、易受白蟻侵蝕、防火性能差,以及砍伐森林破壞環境等,因此應用范圍越來越窄。
相比于鐘情木結構建筑的中國人,歐美人比較喜歡用石頭和紅磚來做建筑,很多歷史建筑因此能夠留存下來,尤其是教堂和城堡等大型建筑。現代人居住的房子,絕大部分都是用磚頭蓋的,舒適性和耐用性比木結構高了很多。
但是,磚石結構也有明顯的弊端,那就是施工速度慢,而且抗震防災性能一般。以石頭或磚墻承重的結構,無法承受高層建筑的重壓。鋼筋混凝土技術的出現,是人類建筑材料和結構上的一大革命。有了強度高、可塑性很強的材料,人類長期夢想的高層和超高層建筑才成為了可能。隨著20世紀全球經濟的發展和施工技術的完善,世界各地的摩天大樓,猶如雨后春筍般不斷涌現。
而鋼筋混凝土建筑的一些弊端,在建筑的高要求面前也變得越來越突出。比如,建設速度不夠快、揚塵污染和噪音污染較高等等。而另一方面,隨著煉鋼技術的不斷提升, 全球鋼產量也是每年不斷提升。鋼鐵這個強度高、可塑性強、跨度大的材料,就被大量地引入到建筑中來。
那么,鋼結構有哪些優勢呢?下面就一起來看看吧。
強度高,重量輕
建筑鋼材與其他建筑材料諸如混凝土、磚石和木材相比,強度要高得多,因此結構構件質量輕,且體積小。以相同跨度且承受同樣荷載的簡支屋架為例,鋼屋架的重量僅為鋼筋混凝土屋架的1/4~1/3 ,冷彎薄壁型鋼屋架甚至接近 1/10。由于在同樣受力條件下的鋼結構自重輕,不但可以顯著減小地震作用,進而減小結構內力,還可以降低建筑地基的造價,這個優勢在軟土地區更加明顯。此外,構件輕巧也便于運輸和安裝。
塑性韌性好,抗震性能優越
鋼材的內部組織均勻,接近各向同性,而且在一定的應力幅度內幾乎是完全彈性的,彈性模量大,是理想的彈性-塑性體。鋼結構的塑性和韌性都遠高于混凝土和磚石結構,不會因偶然超載或局部超載而突然斷裂,也更能適應振動荷載。在日本、臺灣等地震多發地帶,鋼結構建筑非常常見。而從世界各國歷年統計數據來看,在臺風和地震等災害多發地帶,鋼結構通常是受災損壞最少的建筑類型。
工業化程度高,施工速度快
鋼筋混凝土建筑需要用到大量的澆灌模板、支撐桿、夾具等,還需要工人現場編造鐵籠,速度慢。而鋼結構建筑材料單一,且多是專業工廠內加工好的成品或半成品,并能夠使用各種大型的專業機械操作,與人工作業相比,標準化,精度高,質量穩定,施工現場工人的勞動強度低。鋼構件在工地拼裝時,多數使用螺栓連接,少數情況下使用簡單的焊接。鋼構件還可以在地面拼裝成較大的單元,拼裝成整體后再進行吊裝,可以顯著降減少高空作業量,縮短工期。
成本低,施工短
與傳統鋼筋混凝土結構相比,鋼結構建筑雖然大量使用鋼材,鋼材成本高,但節省了大量水泥等輔材輔料,所需的人工數量也大幅減少。廠內預制件的廣泛應用,顯著減低了現場加工難度,提高施工速度。綜合計算材料及成本等多鐘因素,鋼結構建筑比鋼筋混凝土節省20-30%的成本。鋼結構的重量僅為混凝土的幾分之一,因此對地基的要求也相對較低,可以大比例降低地基費用,尤其在軟土環境下。施工周期短,使整個建筑更早投入使用,可以縮短資金流動周期,而且提前收到投資回報,綜合效益高。
由于鋼結構建筑的眾多優勢,其在歐美日韓等發達國家已經得到廣泛應用,目前占建筑市場50%份額,而這一比例在中國還不到10%,還有很大的發展空間。2016-02-21發布的《中共中央國務院關于進一步加強城市規劃建設管理的若干意見》明確指出,未來要加大政策支持力度,積極穩妥推廣鋼結構建筑,力爭用10年左右時間,使我國的裝配式建筑占新建建筑的比例達到30%。
借助技術進步和政策鼓勵的春風,目前全國各地不斷涌現新的地標性的鋼結構建筑。除了大家耳熟能詳的鳥巢、水立方、國家大劇院等文體和商業建筑,相對保守的民用建筑也開始大量使用鋼結構。我們中國鋼結構行業,也會在一次又一次刷新記錄的過程中,涌現出大量世界級的制造和工程公司,為中國建筑行業在世界上贏得令國外同行尊敬的地位。
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