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钢结构建筑适合工业化生产
点击数量:672 次   发布日期:2018-03-29
      尽管钢材作为建筑材料使用已经有近2000年的历史,大批量工业化使用钢材也只有200多年的时间,但真正意义上的现代钢结构建筑,是起始于1851年、约瑟夫·帕科斯顿设计和建造的伦敦世界博览会会场水晶宫。
      钢结构住宅技术日趋成熟
      钢结构建筑的一个主要特点就是创新性。长期以来,建筑新材料、新工艺和新体系不断涌现,人们对建筑功能和建筑造型的理解也发生了翻天覆地的变化。钢结构建筑另一个特点是使建筑高度产业化。除了相对落后的地区,或是大型和高大的建筑物之外,整个世界建筑业都在向着大批量工业化生产方向靠拢。这一切在很大程度上都得益于钢材的高强度和易加工性。
      20世纪的许多建筑大师首先都是把住宅建筑作为自己的试验场地,来试验各种新型建筑体系、建筑工艺和建筑材料,尤其是钢材,成功之后再推广应用到大型和高层建筑物上。
      最早在住宅建筑里采用钢材的人是19世纪著名的比利时新艺术派建筑师维克多·霍塔,其经典之作是他1898年在布鲁塞尔设计的私家住宅,现在已经改建为霍塔纪念馆。他不但在建筑物立面使用了大量的钢材,在内部也采用了钢材结构,效果极富有感染力。
      在住宅里使用钢材作为承重骨架,则起源于德国鲍豪斯学派。画家乔革·玛恰和阿道夫·迈耶为1923年的德国鲍豪斯展览会设计了一套实验钢材骨架住宅。
      在将近一个世纪的历史进程中,通过几代人的苦苦追寻和持久探索,钢结构住宅技术越来越成熟。在澳大利亚、美国、加拿大、日本和欧洲,广泛采用钢材作为建筑承重结构材料。主要原因是钢材加工工艺在不断进步,质量越来越好。另外,钢材本身的性能优越,特别适合大批量工业化生产,对环境的危害小。因此,钢结构住宅在全球范围内都受到了追捧。
      进入20世纪90年代以后,由于传统的木骨架住宅受到环保、造价、生产技术和制造工艺等方面原因的逼迫,迫使美国人对成熟的木骨架住宅技术进行改造和发展,并加入新的发明创造,开发出了冷轧钢骨架住宅。这才真正使得钢材骨架住宅在全球范围内得到快速普及。
      另外,钢材作为建筑材料,提供了极其稳定的价格,也提供了出众的性能特性。钢材的尺寸稳定,质量始终如一。钢材不会腐烂、翘曲、劈开、破裂或蠕动。白蚁不会吃它,并且不会燃烧。所有这些优点,加上木材的难题长期存在,所以世界各国的钢材产业和建筑产业都在加紧参与这个新市场。澳大利亚、新西兰、美国、加拿大、日本和欧洲,都在加紧推广冷轧钢材骨架住宅。最近几年来,冷轧钢材骨架住宅的新技术、新材料、新工艺和新体系正在不断推陈出新,日新月异,让人有点目不暇接。
      在20世纪90年代初期,美国全国各行各业(政府、建筑行业、钢铁行业、制造业、各种各样的社会组织和消费者)合力迅速推出了冷轧钢材骨架体系住宅,使得住宅产业化和工厂化制造住宅技术有了突飞猛进的发展,并迅速普及到了全球范围内(美国、加拿大、澳大利亚、新西兰、日本、欧洲),在中国也能够见到少量的冷轧钢材骨架住宅。在美国,不但早已把预制成型的冷轧钢材骨架用于多层和高层建筑的内隔墙和楼层上,现在已经把预制成型的冷轧钢材骨架用于重钢或钢筋混凝土框架结构大厦的外墙上。
      到2000年左右,美国的镀锌冷轧钢材住宅就激增到了325000套。到2000年,澳大利亚的钢结构住宅已经占到整个住宅总数量的50%。在日本,到20世纪90年代末,钢结构住宅占到了71%。在欧洲,甚至是北欧寒冷地区,钢结构住宅也十分普遍。
      由于钢结构抗震性能好,发达国家的大多数高层建筑都采用钢结构。由于钢筋混凝土结构造价较低,发展中国家的大多数高层建筑都采用钢筋混凝土结构。
      目前,除了大型水利设施(水库大坝)、桥梁(桥墩)、机场(跑道)、高速公路(路面)和大型建筑物的基础必须采用耐压、抗渗漏的钢筋混凝土外,发达国家建筑物主体部分基本上都是采用不同建筑体系的钢结构建筑,这为节能和绿色建筑提供了坚实的产业化基础。
      钢结构设计人才匮乏
      在我国,钢结构建筑仍然处在起步阶段,与发达国家相比还存在着较大差距,建筑师和结构工程师的思维基本还停留在钢筋混凝土框架结构体系上。
      目前大多数建筑设计人员是学土木工程的,只熟悉“梁柱式”建筑体系和“砌块类”建筑围护结构,对钢结构建筑体系比较生疏。
      近年来,虽然政府和一些企业在大力推进钢结构建筑,但由于历史上钢结构政策原因,我国的钢结构教学严重滞后于钢结构建筑实践,大多数高等院校都没有开设或砍掉了《钢结构》这门课程。即使开设了《钢结构》课程,也只有60学时,学不到什么东西。钢结构教科书也只是在《材料力学》(根据1962年5月审订的高等工业学校“材料力学教学大纲(试行草案)编制的1964年版教材)课程上稍加延伸,主要内容都集中在单根构件的力学设计上。
      另外,目前国内基本上还没有《钢材建筑学》教材,所以多年来高等院校建筑学专业只能讲授《土木建筑学》,无法讲授《钢材建筑学》。由于缺少钢结构建筑体系和钢结构建筑物造型内容的介绍。这就使得国内建筑院校学生对20世纪涌现出来的各种不同类型的钢结构建筑体系和钢材建筑物造型十分陌生,造成目前钢结构设计和钢材建筑物设计人才奇缺。
      目前我国大规模的建设量在世界范围内和世界建筑历史上都是非常少见的,但建筑结构、建筑材料和建造方法仍需创新。建筑物在建造、使用和拆除阶段,其直接和间接的能源消耗已经占到全社会总能耗的46.7%,对社会造成了沉重的能源负担和严重的环境污染。我国建筑中98%的住宅为高耗能建筑,新建住宅中,也只有5%符合现阶段的节能标准。我国的单位建筑面积能源消耗量是同等条件下发达国家建筑能耗的3倍,夏季城市电能消耗40%都用到了空调上。如果不彻底解决这些问题,将对经济发展造成不可估量的损失。因此,当前应推广节能环保的钢结构建筑,适应社会经济发展的需要。

      21世纪的中国建筑应该尽量去“求大同(尽量符合国际建筑惯例),存小异(适当保留一些中国建筑特色)”。期望中国的建筑物,包括住宅都要适应时代特点,顺应现代建筑思想和建筑材料的进步,不要总是以“梁柱体系”和“秦砖汉瓦”这一万年的“不变”去应对当前世界建筑体系和建筑材料日新月异的“万变”。


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