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摘要：近年来，我国钢结构在土木工程中的应用逐步增加，无论在工程造型还是在结构形式上都有了新的突破。本文简单介绍了钢结构的优点及其应用，希望给同行的工程设计人员有所帮助。
关键词： 土木工程；钢结构；应用；节能环保
近十多年来，随着我国钢产量突飞猛进的增长，国家也同时推出了合理利用钢材、积极采用钢结构的政策，钢结构行业在我国取得了长足的发展，钢结构已被广泛地应用于土木工程，如住宅建筑、桥梁建造，特别是用于建造超高层建筑、大跨度及大悬挑结构、工业厂房等，钢结构日益成为土木工程技术中不可缺少的重要组成部分。
一 钢结构的特点
钢结构的发展促进了建筑业、冶金工业、机械工业、汽车工业、农业、石油工业、商业、交通运输业的迅速发展，与传统的混凝土结构相比，钢结构有其独特的优势：
1良好的抗震性
钢材具有较高的抗拉、抗压强度，较好的塑性和韧性，材质的均匀使设计易于符合实际受力情况，加上连接构造的耗能、维护材料的蒙皮效应、耗能组件的使用，使其结构体系能够抵御强烈地震作用并表现优异[1]。因此，在国内外的历次地震中，钢结构建筑是受到损坏最轻的结构，已公认为是抗震设防地区特别是强震区的最合适结构。
2 建筑速度快
由于钢结构的主体构件都是在工厂预制好，运到现场进行组装，大大减少了现场加工所需要的作业面，非常适用于一些施工场地面狭小的工程。另外基础施工、楼板施工与钢构件加工可以采用平行作业的方式交叉或同时进行，从而大大地缩短现场的施工工期，与传统相比，能缩短约四分之一的工期，现场施工快捷、方便、节省劳动力。
3 节能环保
钢结构在绿色环保方面发挥了巨大的作用，钢结构具有可循环利用和环保节能等一系列优点：生产方面，钢结构制造简便，易于采用工业化生产，生产过程相对水泥、砖瓦等更为环保节能；施工方面，钢结构建筑使用干式施工，节约施工用水，可大量减少建筑垃圾和施工噪声等污染；使用方面，钢结构占用建筑面积较少，可以有效提高建筑物实际可利用面积[2]。另外钢结构的气密性和水密性较好，建筑保温和隔热性能优越，能提高50%的节能效果，可以节省30%-40%的取暖耗能量。
二 钢结构的应用
建筑钢结构由于钢材的优异性能，制作安装的高度工业化以及结构体形的新颖和灵巧，已越来越广泛地得到应用。
1高层钢结构
城市人口集中，用地紧张以及商业竞争的激烈化,促使了现代多、高层建筑的出现与发展。随着建筑高度的增加，在风荷载和地震作用下，结构的抗侧力问题逐渐成为关键因素。为了提高结构抗侧力刚度，高层结构的体系在不断创新和发展的过程中形成了一种新的高层钢结构体系，并在以后的高层钢结构中得到广泛应用。综观世界上已建成的102幢超高层建筑，钢筋混凝土结构16幢，纯钢结构59幢，不同形式的钢-混凝土混合结构27幢[3]。美国纽约世界贸易中心、香港中国银行大楼、上海环球金融中心等陆续出现的创新高层结构体系无论在建筑、技术、材料、设备和施工等方面都体现了钢结构轻、快、好、省的特点，反映了当时世界最先进的水平。
2 大跨度空间钢结构
大跨度空间钢结构主要有网架结构、悬索结构和网壳结构等，用作体育馆、展览馆、候车厅、飞机库、车间等的屋盖结构。现代大跨度空间钢结构已不局限于采用传统的单一结构形式，新的结构形式和各种组合结构形式不断涌现。结构形式越来越复杂，如“鸟巢”采用的是复杂扭曲空间桁架结构,“水立方”采用了基于泡沫理论的多面体空间刚架结构，奥运会羽毛球馆则采用世界跨度最大的弦支穹顶结构，广州国际会展中心采用了张弦桁架结构[4]。另外网壳结构在我国已有应用，太旧高速公路旧关收费站是我国首次采用独塔式全方位布索的斜拉网壳，浙江黄龙体育中心体育场是我国目前跨度较大的斜拉网壳，已建成的网壳工程以球面和柱面较多，还有双曲抛物面、双曲扁壳等形式，它比网架又有许多优点，特别是在超大跨度时。
3 轻钢结构
轻钢结构是近十年来发展最快的领域，在美国采用轻型钢结构占非住宅建筑投资的50%以上，大约70%的非民居和两层以下的建筑，均采用轻钢架体系。这种结构工业化、商品化程度高，施工快，综合效益高，市场需求量很大，已引起结构设计人员认识。大约70%的非民居和两层以下的建筑，均采用轻钢架体系。轻钢结构自重轻、强度高、占用面积小、方便搬迁、材料可全部回收利用不会造成垃圾，符合国家节能减排、保护生态环境、节约资源，实现可持续发展的基本国策。目前，由于轻钢结构住宅方面的发展还不成熟，我国轻钢结构在土木工程中的应用主要是工业厂房、仓库、3层以下住宅以及货场、站棚等，此类钢结构建筑每年需求量大约在500万平方米以上，并高速增长。根据中国钢结构协会对其129家会员企业2008年生产的钢结构按应用类别统计，结果显示对建筑钢结构占比最大，为55%，而建筑钢结构中，需求占比最大的为钢结构工业厂房[5]。
三 钢结构应用中需要解决的问题
尽管钢结构在我国土木工程技术应用中有了飞跃的发展，但无论从钢结构的用钢量、应用范围和结构体系等方面看还都存在着一些需要解决的问题。
1 钢结构的应用范围亟需扩大。我国虽然是产钢大国，但土木工程中的用钢量只占钢产量总数的4%左右，我国每年竣工6亿平方米的城镇住宅建设，而钢结构建筑在我国建筑中的比例还不到5%，混凝土结构的建筑占到90%以上，即使是在2008年汶川震后灾区的重建工作中，新建的住宅中仍然以砖混、钢筋混凝土结构居多，而抗震性能优异的钢结构住宅依然很少。而在日本的建筑中钢结构已占38%，混凝土结构只占20%左右，在美国工程建设中，钢结构占51%，混凝土结构占49%，大约70%的非民居和2层及以下的建筑，均采用钢结构建筑[6]。相比之下我国钢结构在土木工程中应用的比例远远低于西方发达国家的水平。另外，我国建筑钢结构还仅集中使用于高层、超高层建筑、大空间公共建筑与工业建筑中，普通办公楼，学校、医院建筑等多高层建筑应用钢结构的少;低层、多层及高层住宅中，真正实现大规模生产应用钢结构的住宅还是较少。
2我国建筑用钢材结构不合理，螺纹钢和线材用量太大，大部分用于钢筋砼结构和砖混结构，其原因是由于工程需求的钢结构产品功能性单一，工业化程度不高，产品质量还不能满足土木工程中标准化的要求。另外，由于研发力量不足，缺乏专业技术的引导，我国的钢结构研究实现系统配套，如对钢结构建筑的防火、防腐性能研究及施工集成等，均需要从设计理念、行业认知上进行提高，对于专业人才方面也是有大量的需求。
综上所述，国内土木工程属于劳动密集型产业、效率较低。钢结构建筑属于新型的、高效率产品，推广钢结构建筑，将有效地推动土木工程的技术进步，促进产业升级，同时，在土木工程技术中推广和应用钢结构完全符合国家大力提倡的建立节约型社会的倡议，符合当前国家对土木建筑行業提出的可持续化发展的要求，我国钢结构行业在土木工程方面存在着非常具有潜力的应用领域和发展空间。
关键词： 土木工程；钢结构；应用；节能环保
近十多年来，随着我国钢产量突飞猛进的增长，国家也同时推出了合理利用钢材、积极采用钢结构的政策，钢结构行业在我国取得了长足的发展，钢结构已被广泛地应用于土木工程，如住宅建筑、桥梁建造，特别是用于建造超高层建筑、大跨度及大悬挑结构、工业厂房等，钢结构日益成为土木工程技术中不可缺少的重要组成部分。
一 钢结构的特点
钢结构的发展促进了建筑业、冶金工业、机械工业、汽车工业、农业、石油工业、商业、交通运输业的迅速发展，与传统的混凝土结构相比，钢结构有其独特的优势：
1良好的抗震性
钢材具有较高的抗拉、抗压强度，较好的塑性和韧性，材质的均匀使设计易于符合实际受力情况，加上连接构造的耗能、维护材料的蒙皮效应、耗能组件的使用，使其结构体系能够抵御强烈地震作用并表现优异[1]。因此，在国内外的历次地震中，钢结构建筑是受到损坏最轻的结构，已公认为是抗震设防地区特别是强震区的最合适结构。
2 建筑速度快
由于钢结构的主体构件都是在工厂预制好，运到现场进行组装，大大减少了现场加工所需要的作业面，非常适用于一些施工场地面狭小的工程。另外基础施工、楼板施工与钢构件加工可以采用平行作业的方式交叉或同时进行，从而大大地缩短现场的施工工期，与传统相比，能缩短约四分之一的工期，现场施工快捷、方便、节省劳动力。
3 节能环保
钢结构在绿色环保方面发挥了巨大的作用，钢结构具有可循环利用和环保节能等一系列优点：生产方面，钢结构制造简便，易于采用工业化生产，生产过程相对水泥、砖瓦等更为环保节能；施工方面，钢结构建筑使用干式施工，节约施工用水，可大量减少建筑垃圾和施工噪声等污染；使用方面，钢结构占用建筑面积较少，可以有效提高建筑物实际可利用面积[2]。另外钢结构的气密性和水密性较好，建筑保温和隔热性能优越，能提高50%的节能效果，可以节省30%-40%的取暖耗能量。
二 钢结构的应用
建筑钢结构由于钢材的优异性能，制作安装的高度工业化以及结构体形的新颖和灵巧，已越来越广泛地得到应用。
1高层钢结构
城市人口集中，用地紧张以及商业竞争的激烈化,促使了现代多、高层建筑的出现与发展。随着建筑高度的增加，在风荷载和地震作用下，结构的抗侧力问题逐渐成为关键因素。为了提高结构抗侧力刚度，高层结构的体系在不断创新和发展的过程中形成了一种新的高层钢结构体系，并在以后的高层钢结构中得到广泛应用。综观世界上已建成的102幢超高层建筑，钢筋混凝土结构16幢，纯钢结构59幢，不同形式的钢-混凝土混合结构27幢[3]。美国纽约世界贸易中心、香港中国银行大楼、上海环球金融中心等陆续出现的创新高层结构体系无论在建筑、技术、材料、设备和施工等方面都体现了钢结构轻、快、好、省的特点，反映了当时世界最先进的水平。
2 大跨度空间钢结构
大跨度空间钢结构主要有网架结构、悬索结构和网壳结构等，用作体育馆、展览馆、候车厅、飞机库、车间等的屋盖结构。现代大跨度空间钢结构已不局限于采用传统的单一结构形式，新的结构形式和各种组合结构形式不断涌现。结构形式越来越复杂，如“鸟巢”采用的是复杂扭曲空间桁架结构,“水立方”采用了基于泡沫理论的多面体空间刚架结构，奥运会羽毛球馆则采用世界跨度最大的弦支穹顶结构，广州国际会展中心采用了张弦桁架结构[4]。另外网壳结构在我国已有应用，太旧高速公路旧关收费站是我国首次采用独塔式全方位布索的斜拉网壳，浙江黄龙体育中心体育场是我国目前跨度较大的斜拉网壳，已建成的网壳工程以球面和柱面较多，还有双曲抛物面、双曲扁壳等形式，它比网架又有许多优点，特别是在超大跨度时。
3 轻钢结构
轻钢结构是近十年来发展最快的领域，在美国采用轻型钢结构占非住宅建筑投资的50%以上，大约70%的非民居和两层以下的建筑，均采用轻钢架体系。这种结构工业化、商品化程度高，施工快，综合效益高，市场需求量很大，已引起结构设计人员认识。大约70%的非民居和两层以下的建筑，均采用轻钢架体系。轻钢结构自重轻、强度高、占用面积小、方便搬迁、材料可全部回收利用不会造成垃圾，符合国家节能减排、保护生态环境、节约资源，实现可持续发展的基本国策。目前，由于轻钢结构住宅方面的发展还不成熟，我国轻钢结构在土木工程中的应用主要是工业厂房、仓库、3层以下住宅以及货场、站棚等，此类钢结构建筑每年需求量大约在500万平方米以上，并高速增长。根据中国钢结构协会对其129家会员企业2008年生产的钢结构按应用类别统计，结果显示对建筑钢结构占比最大，为55%，而建筑钢结构中，需求占比最大的为钢结构工业厂房[5]。
三 钢结构应用中需要解决的问题
尽管钢结构在我国土木工程技术应用中有了飞跃的发展，但无论从钢结构的用钢量、应用范围和结构体系等方面看还都存在着一些需要解决的问题。
1 钢结构的应用范围亟需扩大。我国虽然是产钢大国，但土木工程中的用钢量只占钢产量总数的4%左右，我国每年竣工6亿平方米的城镇住宅建设，而钢结构建筑在我国建筑中的比例还不到5%，混凝土结构的建筑占到90%以上，即使是在2008年汶川震后灾区的重建工作中，新建的住宅中仍然以砖混、钢筋混凝土结构居多，而抗震性能优异的钢结构住宅依然很少。而在日本的建筑中钢结构已占38%，混凝土结构只占20%左右，在美国工程建设中，钢结构占51%，混凝土结构占49%，大约70%的非民居和2层及以下的建筑，均采用钢结构建筑[6]。相比之下我国钢结构在土木工程中应用的比例远远低于西方发达国家的水平。另外，我国建筑钢结构还仅集中使用于高层、超高层建筑、大空间公共建筑与工业建筑中，普通办公楼，学校、医院建筑等多高层建筑应用钢结构的少;低层、多层及高层住宅中，真正实现大规模生产应用钢结构的住宅还是较少。
2我国建筑用钢材结构不合理，螺纹钢和线材用量太大，大部分用于钢筋砼结构和砖混结构，其原因是由于工程需求的钢结构产品功能性单一，工业化程度不高，产品质量还不能满足土木工程中标准化的要求。另外，由于研发力量不足，缺乏专业技术的引导，我国的钢结构研究实现系统配套，如对钢结构建筑的防火、防腐性能研究及施工集成等，均需要从设计理念、行业认知上进行提高，对于专业人才方面也是有大量的需求。
综上所述，国内土木工程属于劳动密集型产业、效率较低。钢结构建筑属于新型的、高效率产品，推广钢结构建筑，将有效地推动土木工程的技术进步，促进产业升级，同时，在土木工程技术中推广和应用钢结构完全符合国家大力提倡的建立节约型社会的倡议，符合当前国家对土木建筑行業提出的可持续化发展的要求，我国钢结构行业在土木工程方面存在着非常具有潜力的应用领域和发展空间。