积极、健康地推广与应用钢结构及其新技术、新体系、新材料.pdf

第 “卷 第“期建筑结构 “ “年“月 积极、 健康地推广与应用钢结构及其 新技术、 新体系、 新材料 陆赐麟 （北京工业大学建工学院 “ “） ［提要］ 进入二十一世纪， 我国钢结构如何更快速、 更健康地应用发展是土建同行们共同关心的课题。作者 以目前的时尚观点、 实践工程、 行业态势为依据， 从专业角度、 结构特征、 内力分析、 发展方向几个方面评述了 土建工作者在新世纪中推广与应用钢结构及其新技术、 新体系、 新材料应有的积极与正确态度， 从促进学科理 性发展的立场， 表达了个人观点， 供同行参考。 ［关键词］ 钢结构预应力钢结构钢材新技术新体系新材料 一、 我国当前发展钢结构的态势及方向 目前发展钢结构的态势是 国家倡导， 钢材充足， 发展需要， 技术成熟， 现在正是我国钢结构行业再创辉 煌的重要时刻， 也是建国以来发展钢结构学科的最佳 契机。政府行为 ［］的介入将会引导钢结构行业向更 快、 更广、 更好的方向发展。在大好形势下， 如何促使 钢结构积极健康地发展是关键。目前， 从行业高层领 导到一般专业人员已出现了一种盲目的乐观情绪， 片 面提出 ““ 世纪将是钢结构的世纪” ， 对此应有冷静的 认识。 土建工程量大面广， 地域各异， 类型多样， 既有 高楼大厦， 也有农舍山村； 既有飞机库、 体育馆、 展览 厅， 也有水坝、 桥墩、 隧洞等， 不可能完全由钢材去完成 所有的工程， 必然是根据工程性质因地制宜择 “优” 选 取材料。在边远山区盖间房屋， 甚至采用土坯都是最 佳方案呢 “ 传统建材的不断改性和完善， 将延续和扩大其 原有的应用领域， 新型建材的不断出现也会在材性上 与钢材抗衡。应当看到， 在经济性、 适用性、 安全性、 可 靠性、 可操作性等方面， 钢材将会面临更多的挑战。 最近我国钢筋混凝土结构方面的专家、 院士谈到 “ 世纪钢筋混凝土结构的发展预测时说 “现在很多 场合下， 应用预应力钢筋混凝土可以代替钢结构， 使跨 越 ’及以上的水平空间和建造 ’高塔以及 万’ 的地上液化天然气储罐已成为现实。混凝土结 构正不断地向高、 大、 长方向迅速发展⋯⋯” ［“］， “可以 预见， 钢筋混凝土将是我国今后相当长时期内的一种 重要的工程结构材料” ［］。 在片面口号的误导下可能出现滥用钢结构、 浪费 钢材、 提高建筑成本的趋向， 虽然库存的钢材得到倾 销， 但对人类的资源和国家的财富是浪费的， 是不符合 “可持续发展” 的国策的。最近我们提倡用轻钢建造多 层民用建筑， 但在天津市的一次工地参观中却见到了 厚度大于“ ’’的钢板作梁翼的住房工程， 钢梁钢柱 密集， 用钢量达 * ,／’ “， 超出轻钢指标几近一 倍。真有今非昔比之感， 岂不令人深思 现代钢结构从 - - *年建造艾菲尔铁塔至今已有 年的历史， 发达国家中钢结构的应用已遍及各种 大小工程， 所以不能说采用了传统的钢结构就是采用 了新技术， 只不过在中国过去是较少采用而已。钢结 构中的新技术、 新体系、 新材料首先是指在近半个世纪 内发展起来的预应力钢结构、 空间钢结构、 轻钢结构、 超高层中的新体系及索膜结构、 玻璃结构以及钢和其 它材料的组合结构。在钢结构中采用高新技术不仅提 高结构功能， 而且降低钢材用量。降低钢耗、 节约成 本， 就为与钢筋混凝土结构竞争创造了有利条件。另 外， 至今我国仍需进口千万吨以上短缺钢材， 加之钢材 属高耗能材料， 所以采用先进技术与结构、 节约钢材、 降低成本应该是我国钢结构工作者长远追求的目标。 二、 二十一世纪建筑钢结构的发展前景 ［］ 从科学、 客观、 全面的角度出发， 二十一世纪前半 叶钢结构发展的态势将为 承重建筑结构的用材主体仍将是钢与混凝土 这两大传统材料仍将并存于建筑结构体系中， 但 推广普及钢结构， 扩大延伸其传统应用领域， 在中小跨 度横向承重结构中， 在低层与多层民用建筑中， 在建筑 围护结构等领域， 将与砖石混凝土结构展开竞争并部 分取代， 在国家土建用钢量成比例增长的影响下， 钢结 构年产量将大幅上升。 “ 钢结构在大跨度、 重荷载、 超高层及可移动结 构领域占有绝对优势， 在传统领域也将扬长避短向优 势方向倾斜， 钢.混凝土组合结构、 钢管混凝土结构、 钢 骨混凝土结构等形式共同发展， 在建筑用钢量的比例 上， 钢结构与混凝土结构将分别出现增长与递减趋势。 “大力采用钢结构新体系、 新技术、 新材料 推广应用预应力空间钢结构、 钢新材料组合结 构、 轻钢结构、 轻质高强新钢结构、 铝合金结构等先进 体系。前者发展至今已有 索网结构、 整体张拉结构、 吊挂结构、 索膜结构、 玻璃结构、 索弦结构、 索带结构、 索托结构、 弦支结构、 弓式结构、 弦辐结构、 索桁结构 等， 已形成一族以高强钢索和钢材为主承重结构的预 应力钢结构新体系， 具有强大的生命力。 “开发钢结构高新技术 这是传统钢结构未曾涉足的领域。例如智能钢结 构与钢结构自控设计， 仿生建筑结构， 太空建筑结构， 高强高性能材料研制 纳米材料、 高耐火耐蚀材料 等， 钢结构解体回收再加工技术， 新型高性能节点连接 技术等。 三、 积极、 健康地推广应用新技术、 新体系、 新材料 钢结构的新技术、 新体系、 新材料有多种多样， 当 前首先应推广应用预应力空间钢结构技术， 它不仅提 高结构静动力性能， 节约材料 ’ ’， 降低成本， 还由于能提高及反复利用钢材弹性强度幅值， 符合 “可 持续发展” 理念而倍受青睐。预应力空间钢结构从 世纪 年代发展至今， 从简单的空间结构布索形 式到目前索网、 索膜等各种新体系， 从探索性的概念与 设想到目前已有的大量工程实践， 从过去少数人的开 发求索到目前大量科研、 设计人员参与研制及开发， 显 示了工程界对这门分支学科的认同。因此， 当务之急 是积极地促进其沿着健康高效的方向发展。 积 余年的实践与经验， 我国已涌现一批著名的 预应力钢结构工程， 如攀枝花市体育馆、 西昌铁路体育 中心、 广东高要市体育馆、 广西桂平市体育馆、 援新加 坡港务局仓库、 厦门太古机场飞机库等， 它们为改善结 构功能、 节约钢材、 降低成本作出了榜样， 也为深入学 科的发展、 提高我国建筑结构水平作出了贡献 ［*］。但 由于经验不足、 知识缺陷、 时间仓促等多种原因， 也出 现了一些不成功的工程。以北京亚运综合馆、 游泳馆 为例， 建筑物双塔高耸入云， 两侧平行吊索有如琴弦， 屋面压型钢板轻巧舒缓具有时代感。但这先进的吊挂 式预应力网壳却支承在一对不合理的主承重结构 伸臂梁之上。众所周知， 建筑结构中主要有三类受力 结构 轴拉杆件、 轴压杆件、 受弯杆件， 后者就是受力最 不利的梁； 而梁中又有简支梁、 连续梁、 固端梁、 伸臂梁 之分， 后者又是其中最不利的受力梁。据当时负责施 工的总工程师介绍说“仅双塔造价就占工程总造价的 ／。 ” 人们不禁要问 主承重结构为什么要选择不利中 的最不利形式呢昔日有关人士曾有过解释说“学习 斜拉桥的形式” ，“服从建筑需要” ⋯⋯但斜拉桥有单塔 和双塔之分， 而从未有过单侧布索体系。现代结构体 系与造型和以传统材料的建筑外观与结构内力关系已 大相径庭。结构工程师总不能在不合理的结构选型下 无所作为吧既满足建筑要求， 又将结构作合理化处 理并非难事。成功的实例国内有亚运朝阳馆工程， 国 外有东京奥运代代木体育馆。如果后拉索的位置受到 制约， 那么既作到结构合理又不占或少占空间和场地 的工程也是容易做到的。直到看见最近刚刚竣工的采 用双伸臂结构的浙江黄龙体育场工程， 更使人领悟到 “榜样” 的力量及专业工作者的责任。 另一座典型的工程就是北京西客站中央门楼预应 力主桁架结构。四榀预应力钢桁架跨度 * ,， 桁架高 ,， 采用廓内布索及下弦布索预应力方案。预应力桁 架的高跨比达／* “ -， 几乎接近受剪力控制的深梁。 而国外预应力的高跨比则可达／ 。桁架主要杆件 的最大内力仅达设计值一半左右 ［-］， 预应力的作用对 刚度未显提高， 对强度幅值又未充分利用， 那么采用预 应力的必要性在哪里采用双重预应力布索的必要性 又在哪里结构的先进性与经济性又在哪里作者曾 在文 ［-］ 不止一次地指出这些问题。文 ［］ 竟把西客站 预应力钢结构说成是 “我国首次设计应用的大跨度、 巨 型预应力钢桁架工程， 国外也无类似的报道” 的优秀作 品， 会给后来者以误导。 诚然， 只要不计先进性、 经济性、 合理性， 什么样怪 诞的建筑设想都可以完成， 什么样不合理的结构工程 都可以实现。修建名扬世界的悉尼歌剧院耗时 年， 工程造价提高 倍， 最后还是以几经修改的高肋拱结 构方案去实现那几经修改的建筑意图。 四、 结语 在当代经济建设的大潮中， 各种工程众多， 建设项 目有得有失在所难免， 关键在于吸取经验教训， 明辨是 非曲直， 清楚优劣短长， 做到自己和他人心中有数， 这 样才能真正促使学科积极、 深入、 健康地发展。作者对 上述问题早有所感， 谨提出个人一些看法供同行参考。 参考文献 “国家建筑钢结构产业 “十五” 计划和 *年发展规划纲要. “丁大钧.混凝土结构的现状和发展预测.见 第一届全国现代结构 工程学术报告会议论文集， ，. “赵国藩.钢筋混凝土结构发展现状及展望.见 第一届全国现代结 构工程学术报告会论文集， ，. “陆赐麟.现代钢结构与钢结构未来.见 中国钢结构协会 / / /年 学术年会论文集， / / /，/. * “陆赐麟.预应力钢结构学科的新成就及其在我国的工程实践.土 木工程学报， / / /， （）. - “陆赐麟.预应 力空 间钢 结构 在我 国的 实践 与展 望.建筑 结构， / / ， （）. “李国强， 薛伟辰.当代建筑工程的新结构体系.建筑钢结构进展. ， （）.