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1、1我国大型建筑工程设计的发展方向我国大型建筑工程设计的发展方向 工程科技论坛征文工程科技论坛征文把握钢结构属性特征把握钢结构属性特征建造健康钢结构工程建造健康钢结构工程（兼谈建筑钢结构工程的若干设计理念）（兼谈建筑钢结构工程的若干设计理念）李少甫李少甫 E-mail: （清华大学土木工程系（清华大学土木工程系 北京北京 100084）摘摘 要：要：钢结构是用钢材经过加工、连接、安装组成的工程结构。它需要承受 各种可能的自然和人为环境的作用，并满足各种预定功能的要求，即应具有足 够的可靠性和良好的社会经济效益。钢结构工程的实施，离不开社会群体的共 同参与；众多门类科学技术的综合应用；建筑或应用
2、工艺的主导以及钢结构设 计、施工的精心努力。因此，它除具有一般工程结构的建造社会性、科技综合 性、应用依附性等属性外，在品质上尚有其自身的一些技术特征：自重轻，建 造快，适应性强；耐火差，需防锈等。把握好这些属性和特征，扬长避短是建 设好钢结构工程的必要条件，否则，将适得其反。 随着我国国民经济的快速发展，社会物质、文化生活需求的日益提高，建 设规模的不断扩大，建筑形式也日新月异和丰富多彩，致使一大批新、奇、特、 怪的大型建筑在我国拔地而起。这些工程项目的实现，不但改变着城乡的面貌， 促进了钢结构工程技术的发展，也对钢结构工程技术提出了极大的挑战。不少 钢结构的建造是具有足够的可靠性和良好的社
3、会经济效益好工程，甚至是优质 的金品工程；但也有一些，由于各种原因，不尽人意，有的还被称为亚健康甚 或不健康的钢结构工程。这些工程的建造不能不引起人们的关注。本文将阐述 钢结构的基本属性、技术特征和建造健康钢结构工程需要有的一些设计理念。关键词：关键词：钢结构 基本属性 健康钢结构 设计理念引引 言言众所周知的是，钢结构是用钢材制成的结构。由于其自的属性和特征以 及受我国钢材生产供应条件的制约，我国钢结构的应用，由文化大革命之前的 限制采用，之后改为合理应用的政策。改革开放以后，随着国民经济和建设事 业的快速发展，钢的产量由两千多万吨，猛增到去年的两亿七千多万吨，并且 还进口了三千多万吨，钢材
4、的供应状况极大改观，也为钢结构工程的应用提供 了充分的物质保证，因而发展到鼓励合理应用钢结构的今天。亚运会、奥委会、 上海世博览会的举办，航空、旅游事业的发展，外资加工企业的涌入设厂，各 省、市、地、县招商引资，贸易展览等建设项目的急切需要，钢结构工程以其 结构自重轻、建造迅速、适应性强等特征而广受欢迎和青睐。建筑钢结构工程 更是如雨后春笋般拔地而起，到处可见。什么是钢结构，它有那些基本属性、 品质上的技术特征如何，怎样才算健康钢结构，如何建造健康、精品钢结构？2本文将就这些问题，提出一些浅见，作为抛砖引玉，以便切磋求教。 一、什么是钢结构？一、什么是钢结构？ 通常总是说，钢结构是用钢材制成的
5、结构。但是指的是什么样的结构， 又是怎样制成的，都需要进一步说明。 简单地说，钢结构是用钢材经过加工、连接、安装组成的工程结构 。 工程结构又指的是什么样的结构？它是指由各种工程材料（如，钢材，混 凝土木材等）制作、建造成的工程构筑物。它需要承受各种可能的自然（风、 雪、地震等）和人为（人群活动、物资储运等）环境的作用，并应满足各种预 定功能的要求。 各种工程构筑物所处的环境和用途不同，其需要承受的自然和人为环境的 作用也各有差异；所应满足各种预定功能的要求虽说也不尽一致，但一般都应 具有足够的可靠性（安全性、适用性、耐久性）和良好的社会经济效益,这些应 该是对工程结构物最基本、最重要的预定功
6、能要求。这里所说的适用性，应是 最大限度地适应社会需求的广义适用性。 较全面、完整地讲，钢结构是用钢材，经过加工、连接、安装组成的，需 要承受各种可能的自然和人为环境作用，并具有足够可靠性和良好社会经济效 益的工程构筑物。这样来定义钢结构，就可进一步指明和把握它的基本属性、 技术特征，和为建造健康钢结构工程提出一些必要的理念。 二、钢结构的应用及其类别二、钢结构的应用及其类别钢结构可以从不同角度考虑进行其分类，以下列出几种：1、按应用领域分类、按应用领域分类钢结构在许多工程建设领域都有应用并将其分类： （1） 、建筑工程：工、农业，民用、公共房屋，纪念性建筑物的支承骨 架；（2） 、桥梁工程：
7、 铁路、公路桥，城市过街、立交桥等；（3） 、水利工程： 水工闸门，压力钢管，施工栈桥等；（4） 、海洋工程： 海洋石油平台、设施，海底输油管线等；（5） 、特种工程： 输电、发射塔架，液、气储存罐及其输送管线，大型 起重机架等。不同领域应用的钢结构常称为该领域的钢结构，如：建筑钢结构，桥梁钢 结构等。2、按所用钢材规格分类、按所用钢材规格分类钢结构尚可按其组成所用主要钢材的规格（厚薄及型号大小）分类为： （1） 、轻型钢结构：1.56mm厚度的钢板和小圆钢、型钢组成的钢结构；（2） 、普通钢结构：840mm厚度钢板和普通型号型钢组成的钢结构； （3） 、重型钢结构：大于 40mm 厚度钢板和
8、特殊型号钢材组成的钢结构。用小于 1.5mm厚度钢板制成的钢结构也可称为超轻型钢结构。 不同规格钢材组成的钢结构的加工、制造、安装和受力工作性能以及破坏 特征有所不同。轻型钢结构的稳定性和缺陷敏感性问题较为突出；重型钢结构 的焊接残余应力对钢板层状撕裂以及疲劳和脆性断裂的影响不能忽视等等。 3、按结构体系工作特点分类、按结构体系工作特点分类（1） 、梁格结构，受弯曲工作的梁组成的结构；3（2） 、刚架结构，受压（拉） 、弯曲工作的直梁和直柱组成的框形结构；（3） 、拱架结构，单向弯曲形构件组成的平面结构；其截面受压、弯和剪；（4） 、桁架结构，主要受拉或压的杆件组成的结构；（5） 、网架结构，
9、主要受拉或压的杆件组成的平面型网状结构；（6） 、网壳结构，主要受拉或压的杆件组成的曲面型网状结构；（7） 、索杆结构，张力索（或链杆）和受压杆件组成的结构；（8） 、拉索结构，张拉索为主组成的结构；（9） 、混合结构， （1）（7）中两种及其以上结构组成的结构；（10） 、杂交结构， （1）（7）中两种及其以上结构构件组成的新型结构；（11） 、预应力结构，对（1）（10）施加有预应力的结构。 上述结构体系一般在相同空间和环境条件作用下其结构自重依次较轻，特 别是对于大空间，复杂环境条件作用下的建筑物的支承结构,其自重的减轻程度 更是这样。这是因为，受弯或压弯的构件的截面应力不均匀,不能充分
10、利用其材 料强度性能；轴心受压构件的截面应力均匀，可较充分利用其材料强度性能,但 长细比大时,需考虑稳定性问题；轴心受拉构件不仅截面应力均匀，而且不会失 稳,可最充分利用其材料强度性能。 三、建筑钢结构的基本属性和品质技术特征三、建筑钢结构的基本属性和品质技术特征正如以上提到的，钢结构是可以在许多工程建设领域应用的一种工程构筑 物。因此，它的建设立项、设计、施工、使用、维修等涉及到方方面面，是相 互关联的系统工程。从总体上看，钢结构与其它工程结构类似，其不同在于,它 是用钢材经加工、连接、安装组成的工程结构，因此它具有与其它工程结构相 类似的以下几方面基本属性和不同的品质技术特征：1、钢结构的
11、基本属性、钢结构的基本属性 （1） 、建造社会性钢结构的建造是多行业群策群力的群体活动，离不开社会的需要和科 学技术的发展，并反映着社会发展的历史进程。因此其建造具有极大的社会性；（2） 、技术综合性 建筑钢结构的建造涉及建筑艺术、物理，力学，金属学，结构工程，机 加工等多类学科和技术的综合应用； （3） 、应用依附性 建筑钢结构是为各建筑工程的建设需要而建造的，必须适应各项目的建 设需求，离开其需求，钢结构便失去其建设和存在的先决条件，因此它依附于 各建设项目。 （4） 、品质独立性 钢结构的存在是实现建设项目需求的根本保证，而且一旦建成，它的品 质即被确定，是优是劣，能否安全、适用和耐久地
12、工作等，却相对独立于建设 项目的需求而存在，并且能直接影响甚或决定着建设项目的成败。一些钢结构 工程建成后的惨痛事故教训，就不断地表明了它执拗的独立性。 2、钢结构的品质技术特征 正常设计、施工和使用的钢结构，一般有以下优良的品质技术特征： （1） 、自重轻：钢的容重强度比小，在相同工程情况下，结构的自重轻；4（2） 、塑性大：调整结构、构件、截面的局部超额受力的能力强； （3） 、韧性好：抵抗撞击、振动、疲劳破坏的性能好， ； （4） 、质量优：工厂加工，质量稳定、可靠； （5） 、建造快：边工厂加工、制造，边工地安装，可缩短建设周期； （6） 、拆迁易：结构安装单元常采用可拆卸的螺栓连接；
13、 （7） 、适应性强；：可适用于建造各种建筑结构。 （8） 、钢材回收利用率高； 除此之外，裸露的钢结构尚有以下不良的品质技术特征： （9） 、耐火差钢材热容量小，导热性强，温升快，高温强度低，普 通钢材 6000C 即失去承载力； （10） 、易锈蝕在湿度大、侵蚀性介质环境中易锈蚀。 需要指出的是，如果在非正常条件下设计、施工和使用时，钢结构的上 述优良品质技术特征将退化，并可向其反面发展；如能采取恰当技术措施，上 述不良品质技术特性征可以得到改善并满足工程需要。因此，把握钢结构的基 本属性和品质技术特征，扬长避短是建造健康、优质钢结构工程的关键。 四、建造健康钢结构需要有的设计理念四、建造
14、健康钢结构需要有的设计理念1、健康钢结构、健康钢结构 健康钢结构是指能正常、持久工作并有良好效益的钢结构，也就是能承受 各种可能的自然和人为环境作用，并具有足够可靠性和良好社会经济效益的具有足够可靠性和良好社会经济效益的钢 结构。不顾其安全、适用和耐久（可靠性） ，而片面追求经济效益指标的建筑钢 结构房屋，必然是、缺陷房、短命房甚或危房；不顾经济效益，片面追求虚幻 意念、怪异形象的“适用”而建成的房屋钢结构，必然是臃肿浪费的钢结构。 此外，不顾一切地追求速度，而因设计、施工不当，埋下严重影响可靠性的缺 陷隐患和代价高昂的钢结构等，都不能算是健康钢结构，仅可称其为亚健康、 不健康或病态钢结构。只
15、有其可靠与效益取得较好平衡的钢结构，才算是健康 的钢结构。取得最佳平衡的，可称得上是精品钢结构。 建造健康钢结构不容易，打造精品钢结构更难，必需把握其基本属性和品 质技术特征并具有相应的理念，才有可能实现。 2、建造健康钢结构需要有的设计理念、建造健康钢结构需要有的设计理念 考虑钢结构的基本属性和技术特征，提出建造健康钢结构需要的以下理念。（1） 、业主定案 科学决策 建设工程项目的需求及其经济的支持力度，建设方，即业主最为清楚，也 最有决定权。以人为本，以科学发展观为指导，以科学实践为根据进行决策， 是搞好项目（包括钢结构）建设的先决条件；否则，将会引起严重失误。如果 以建造政绩形象工程为目
16、标，盲目追求速度，可行性论证不足，贪大、崇外、 好奇、求怪、不惜代价地进行建筑设计决策，不大可能建造起健康的钢结构工 程。 （2） 、加强领导 专群结合 钢结构的社会实践性表明它是群体性活动，这决定了必须要由强有力的 领 导，组织各方面有关专家、工程技术人员、工人，并实行专群结合，集思广益5地进行工作，才可能搞好其建造。 （3） 、主从有序 各得其所建筑钢结构工程的建设，从立项，设计，制造，安装到建成使用，需要 众多方面和许多专业工种的参与，主要有建筑、结构、给水、空调、电气、环 保、防火等。组织、协调、安排好各专业的工作，使之各得其所十分重要。工 作中，各阶段的工作重点和各专业工种应起的作用虽不尽相同，但从建筑物设 计总体上考虑，应是以建筑为主，其他为从。由建筑师组织、协调各专业，其 中建筑与结构的协调是关键。 （4） 、建筑主导 结构为本 工程建设的立项需求，决定着主导性专业的选择。房屋建筑建设的立项 需要，就决定了建筑专业的主导地位。建筑物的建筑寓意、形象、造型、空间、 采光、人
