概述
一種新型的建築體系有可通房地產業、建築業、冶金業之間的行業界線,集合成為一個新的產業體系,這就是業內人士普遍看好的鋼結構建築體系。目前鋼結構建築在高層建築上的運用日益成熟,逐漸成為主流的建築工藝。
優點
1、安全可靠:以鋼材為主要建材的住宅單位體積承載力高,較傳統的磚木和磚混技術更穩定、更牢固,抗震性能、抗風性能、防水防火性能都要好,配合其他新型材料使用還擁有隔熱、隔音功能。鋼材具有很好的延性,能較好的消耗地震帶來的能量,所以抗震性能好,結構安全度高,保證了住宅的安全性。2、綜合造價低:僅僅就造價看,鋼結構住宅似乎是高了些,但是綜合了建築的全部生命周期、鋼結構住宅的節能、環保等效益,再加上鋼結構建築的材料基本可以永遠循環利用的話,鋼結構住宅的造價一點也不高。
3、施工便捷工期短:這是鋼結構住宅和傳統住宅的最大不同點,傳統磚混結構要考慮到混凝土的凝固時間問題,而鋼結構構件是在工廠製作完成,只需要將這些構件拼接完成即可,這樣就就大大減少了現場工作量,縮短施工工期,減少了對周圍居民的影響,同時減輕了對周圍環境的污染。根據統計,同樣面積建築物,鋼結構比砼結構工期可縮短1/3,而且可節省支模材料。
4、綠色環保可持續:所有住宅都有一定的使用壽命,一般磚混結構的住宅拆除的原材料無法再利用,而且會產生大量垃圾污染環境。鋼結構住宅的鋼材可以100%回收,實現循環利用,建造和拆除時對環境污染較少,符合住宅產業化和可持續發展的要求。
5、合理利用空間:
(1)能合理布置功能區間
利用鋼材強度高的特點,設計可採用大開間布置,使建築平面能夠合理分隔,靈活方便,創造開放式住宅。而傳統結構(磚混結構、砼結構)由於材料性質限制了空間布置的自由,如果開間過大,就會造成板厚、梁高、柱大,出現“肥梁胖柱”現象,不但影響美觀,而且自重增大,增加造價,購房者在二次裝飾時,經常由於自行改變牆體位置,增加隱患。
(2)空間利用率高
在空間使用率上,鋼結構的斷面小,與鋼筋混凝土結構相比可增加5%-8%有效建築面積。在建築風格上,鋼結構建築也更顯靈活豐富,戶內空間可多方案分割,可以滿足不同用戶的需求。自重輕、抗震性、有隔溫、防水、隔熱、隔音的功能
缺點
1.短期來看,造價比傳統磚混和鋼混相對來說要高一些。
2.輕鋼結構住宅以其特有的鋼骨架和牆體,屋面等材料以及標準化、定型化的內部布局和配套設施,很難適應民眾對住房可“任意處理”的習慣。
3.鋼材的腐蝕:必須採用鍍鋁鋅鋼,才能最大程度的防腐,主體鋼結構才能達到50年。
4.對新型材料要求比較多,輕鋼住宅的結構配隔熱保溫等材料,將普遍採用輕質的新型建築材料等。
發展
實例近幾年,鋼結構建築相比於磚混結構建築在環保、節能、高效、工廠化生產等方面具有明顯優勢。深圳高 325米的地王大廈、上海浦東高421米的金茂大廈、北京的京廣中心等大型建築都採用了鋼結構,北京、上海、山東等省市已開始進行鋼結構住宅試點,其中,北京金宸公寓已被列為建設部住宅鋼結構體系示範工程。高層鋼結構建築屢見不鮮人們預料21世紀是金屬結構的世紀,鋼結構將成為新建築時代的脊樑。人類自 17世紀70年代開始使用生鐵,19世紀初開始使用熟鐵建造橋樑和房屋,鋼結構發展的歷史要比鋼筋混凝土結構發展的歷史悠久,它的生命力也是越來越強。在美國,低層建築如兩層樓以下的非居住型建築市場已有70%以上是建築金屬製品。全世界至今已完成的101幢超高層建築中,鋼筋混凝土結構16幢,純鋼結構 59幢,不同形式的鋼砼混合結構27幢;可以看出鋼結構的發展必將促使建築業、冶金工業、機械工業、汽車工業、農業、石油工業、商業、交通運輸業得到迅速發展。
優勢鋼材的“容重與強度比”一般小於木材、混凝土和磚石,因此鋼結構比較輕,與鋼筋混凝土結構相比要輕 30%-50%;另外鋼結構斷面小,與鋼筋混凝土結構相比可增加建築有效面積8%左右。我國二十世紀初建造的松花江鋼桁橋、黃河大橋、上海國際飯店等就採用了鋼結構;新中國成立後,我國民用高層建築鋼結構發展速度進一步加快,全國十幾幢高層鋼結構建築中北京就占了六幢:京廣中心(208米高)、京城大廈 (182米高)、國貿中心(155.2米高)、長富宮飯店 (90.9米高)、香格里拉飯店(82.7米高)、中國工商銀行總行(48.3米高),還有正在建設中的國家大劇院工程。全國上百個大小機場都將設計採用鋼結構,以加快建設速度和增大空間。由此可見,高速度發展的經濟需要鋼結構。
條件政策、技術條件已經具備。今年年初,建設部、國家冶金工業局聯合組織建築用鋼技術協調組制定《國家建築鋼結構產業“十五”計畫和2015年發展規劃綱要》。綱要中明確闡述:鋼結構具有強度高、自重輕、抗震性能好、施工速度快、地基費用省、占地面積小、工業化程度高、外形美觀等一系列優點,此外,鋼結構建築還具有良好的空間感,可設計成大量開放型辦公室圍繞著空中花園、中央天井加上合理的電梯設計可達到最低的能源消耗。因此鋼結構又是環保型和節能型建築結構。與混凝土結構相比它是環保型和可再次利用的、易於產業化的結構,已開發國家在房屋建築中廣泛採用鋼結構。金融街是北京最具現代化氣息的街區,鑒於鋼結構住宅有上述諸多優勢,作為目前金融街上唯一的高檔公寓,為了創造更舒適的空間感和更加節約能源,金宸公寓設計成了鋼結構高品位住宅,並被評為綱要公布後北京首家建設部住宅鋼結構體系示範工程,也是北京目前唯一的小高層鋼結構住宅項目。
基礎鋼產品和建築鋼材品種的增加為鋼結構的發展打下了良好的基礎。我國從1996年鋼產量突破1億噸,已成為世界的鋼鐵大國,隨著國家二十一世紀狠抓冶金科技進步,提高我國鋼鐵工業的技術水平和裝配水平,到2020年前後我國有望成為世界的鋼鐵強國。過去長期不能生產的H型鋼,現在已可以在“馬鋼”、“萊鋼”和鞍山第一軋鋼廠生產了。 H型鋼的最大截面已達700mm,年產能力可達140萬噸,輕鋼結構用的彩色鋼板目前年生產能力已達70—90萬噸,冷彎型鋼年生產能力約120萬噸。這為鋼結構建築的發展奠定了基礎。“十五”期間建築鋼結構的發展目標,是爭取達到每年建築鋼結構用鋼材占全國鋼材總產量的3%。2015年建築鋼結構的發展目標,是爭取每年全國建築鋼結構的用鋼量達到鋼材總量的6%。由此可見,我國建築鋼結構的發展將上一個新台階。高效的焊接工藝和新的焊接、切割設備的套用。如各種反面襯墊方法的雙面成型單絲和多絲埋弧焊、龍門架工字梁雙側雙絲快速焊接生產線、各種數控火焰機和雷射切割機,為鋼結構高效製作和生產高質量產品創造了良好條件。高效焊接材料的使用,如氣體保護焊和自保焊藥芯焊絲以及各種高效焊條,到 2005年要占焊接材料總產量的40%左右;摩擦型強力螺栓和採用扭力自動控制方法以及防腐、防火等新工藝、新材料的開發等都為深入發展鋼結構工程創造了良好的條件。
發展模式節能、高效、環保與產業化。20世紀後幾年,我國城鎮住宅建設以每年竣工面積4.4億平方米,總產值 6000億元(約占GDP9%)的建設迅猛發展,住宅產業成為國民經濟中新世紀的新的增長點。實現住宅產業現代化,解決目前住宅建設中存在工業化水平低,部品化率低以及住宅用材檔次低,壽命低,實心黏土磚能耗高,不利於環保等問題,已被列入新世紀急待解決的問題。我國建築行業要求全行業研究鋼結構在各類建築中套用的新體系,擴大其套用範圍,發展多層鋼結構建築。國際上,美國設計師和結構師非常重視研究金屬結構及其耐用性、實用性和經濟性,歐洲專家們提出,鋼結構具備綠色建築的條件,即為有利於保護環境,節約能源的建築。他們認為金屬結構建築具有良好的空間感,能夠實現創新的規劃和空間設計,建築,不光是居住、使用,更應考慮為人創造更舒適的空間,節約能源的空間。日本1998年鋼產量5900萬噸,建築結構用鋼量占13%,而鋼結構住宅在建築結構用鋼中占了相當大的比例,香港更是高樓大廈到處林立。台灣地震,明顯看出鋼結構建築優於鋼筋混凝土建築;從地震破壞情況看,一般的多層住宅基本全部塌為平地,而鋼結構建造的住宅沒有倒塌的,因此台灣當局要求多層房屋建築一律要用鋼結構。我國多層住宅和小高層住宅採用鋼結構的試點,從天津開始。天津市採用三種不同結構,不同牆體材料,不同施工方法的方案。啟動20萬平方米以上的規模試點工程。其一是採用方鋼管混凝土柱大開間結構形式;其二採用鋼骨桁架結構形式;其三採用鋼管混凝土結構形式。三種結構的平方米用鋼量都小於鋼筋混凝土結構的用鋼量。在青島、上海及新疆都列出一定面積的房屋住宅工程進行試點。由於目前我國 “鋼住宅”剛剛起步,很多結構都無法批量生產,因此,鋼結構會要比混凝土結構貴一些。北京金宸公寓的建設單位經過計算認為,儘管總體上鋼結構的價格還比較高,但由於工期短、能耗少、使用率高、品質檔次提高,因此綜合造價並不高,同時,由於這是北京首座鋼結構住宅示範工程,因此,供應商都以最優惠的價格提供鋼結構部品,總造價與混凝土結構差不多。
前景
我國年鋼產量超過億噸後,鋼材價格從1995年的價格上降下來了,如鋼結構製作、安裝費(包括材料、製作、運輸、安裝)從1995年的9000-10000元/噸到2000年末為5000-6000元/噸。為了迎接2008年奧運會,北京在未來幾年將投入1800億元來進行體育場館改造、城市基礎工程建設和新建一批高品位住宅和高級賓館,同時北京又屬於地震斷裂帶中為8度地震設防區。因此,鋼結構的建築無疑將成為北京未來建築的主流。