鋼結(jié)構(gòu)在中國(guó)的發(fā)展前景

鞏夢(mèng)嬌

【摘要】隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)因其具備很高的性能和可循環(huán)利用優(yōu)勢(shì)，在房屋建筑領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用。本文首先介紹了鋼結(jié)構(gòu)，分析了鋼結(jié)構(gòu)在我國(guó)的發(fā)展和存在的問(wèn)題，然后提出鋼結(jié)構(gòu)在我國(guó)的發(fā)展前景，以供廣大讀者參考。

【關(guān)鍵詞】鋼結(jié)構(gòu)；發(fā)展前景；存在問(wèn)題

1鋼結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

鋼結(jié)構(gòu)就是由各種鋼板、鋼管、鋼材料組成，通過(guò)焊接技術(shù)連接起來(lái)的鋼建筑結(jié)構(gòu)。詳細(xì)來(lái)說(shuō)，目前我國(guó)使用的鋼結(jié)構(gòu)主要特點(diǎn)包括：第一，強(qiáng)度高、自重輕，因?yàn)殇摬牧吓c混凝土、木材等材料相比在強(qiáng)度、密度、彈性等方面都有很大優(yōu)勢(shì)，所以具備自重輕、運(yùn)輸方便的優(yōu)點(diǎn)，非常適合在跨度比較大的建筑結(jié)構(gòu)中運(yùn)用。

第二，韌性強(qiáng)、可靠度高，鋼材料具備較強(qiáng)的沖擊力和動(dòng)力荷載，抗震能力也比較強(qiáng)，鋼結(jié)構(gòu)在后期投入使用階段按照理論設(shè)計(jì)可以提高自身的可靠性。

第三，機(jī)械化程度高，鋼結(jié)構(gòu)可以算作是建筑結(jié)構(gòu)中機(jī)械化程度最高的一種，其基本構(gòu)建都是來(lái)自工廠統(tǒng)一生產(chǎn)，并通過(guò)機(jī)械化來(lái)安裝，效率、精度等方面都比較高。

第四，密封性好，目前我國(guó)在鋼材料焊接技術(shù)方面有了很大改進(jìn)，基本上可以實(shí)現(xiàn)完全密封的階段，還可以做成水密性和氣密性都比較高的容器。

第五，耐腐蝕性比較差，這應(yīng)該屬于鋼結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)，鋼結(jié)構(gòu)很容易在普通環(huán)境下出現(xiàn)腐蝕等問(wèn)題，所以比較加強(qiáng)抗腐蝕性建設(shè)。

2鋼結(jié)構(gòu)在我國(guó)的發(fā)展及存在的問(wèn)題

2.1鋼結(jié)構(gòu)在我國(guó)的發(fā)展

從世界范圍來(lái)看，鋼結(jié)構(gòu)建筑形式的發(fā)展和應(yīng)用歷史也比較短，屬于一種新的建筑形式。大約在19世紀(jì)50年代以前，建筑形式以鑄鐵結(jié)構(gòu)為主，20年后陸續(xù)出現(xiàn)了鋼結(jié)構(gòu)。輕鋼結(jié)構(gòu)屬于更新一種的建筑形式，發(fā)展至今不到百年時(shí)間，在第二次世界大戰(zhàn)中得到廣泛使用和發(fā)展。20世紀(jì)是鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展極為迅速的事情，在40年代出現(xiàn)了門(mén)式鋼架結(jié)構(gòu)；60年代開(kāi)始出現(xiàn)彩色壓型板、冷彎薄壁型鋼、H型鋼等，推動(dòng)了輕型鋼結(jié)構(gòu)的快速發(fā)展，也使輕鋼結(jié)構(gòu)成為發(fā)達(dá)國(guó)家的重要建筑結(jié)構(gòu)形式。

由于我國(guó)國(guó)情和歷史原因，鋼結(jié)構(gòu)在我國(guó)起步很晚，但是改革開(kāi)放三十多年以來(lái)，鋼結(jié)構(gòu)在我國(guó)實(shí)現(xiàn)了快速發(fā)展，并形成了一批有實(shí)力的龍頭企業(yè)。詳細(xì)來(lái)說(shuō)，鋼結(jié)構(gòu)在我國(guó)的發(fā)展可以分為三個(gè)時(shí)期：第一，20世紀(jì)50年代的初勝時(shí)期，前蘇聯(lián)援助我國(guó)重型鋼結(jié)構(gòu)工程；第二，20世紀(jì)60、70年代的低落時(shí)期，這一時(shí)期的鋼產(chǎn)量處于限制利用和發(fā)展階段；第三，20世紀(jì)80年代以來(lái)的連年攀升事情，鋼結(jié)構(gòu)因其優(yōu)質(zhì)的性能，受到各方面的關(guān)注，被廣泛采用。北京2008年奧運(yùn)會(huì)的主體育場(chǎng)，也就是國(guó)家體育場(chǎng)“鳥(niǎo)巢”被公認(rèn)為是我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)建筑的典范，該建筑使用4.2萬(wàn)噸鋼量，也是我國(guó)目前用鋼量最多、規(guī)模最大、施工難度最大的體育場(chǎng)館。鳥(niǎo)巢結(jié)構(gòu)受力最大的是柱腳部分，并且采用了我國(guó)自主生產(chǎn)的高強(qiáng)度Q460鋼材，實(shí)現(xiàn)支撐整體結(jié)構(gòu)的目的，這也說(shuō)明我國(guó)的建筑事業(yè)進(jìn)行全新發(fā)展起始。

2.2鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展中存在的問(wèn)題

目前我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展也極為迅速，但是相比較發(fā)達(dá)國(guó)家還存在一些問(wèn)題，詳細(xì)來(lái)說(shuō)主要包括：第一，鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)是否是節(jié)能環(huán)保型行業(yè)還有待于進(jìn)一步討論，并且鋼結(jié)構(gòu)是否能夠成為可持續(xù)發(fā)展的重要推動(dòng)力也是一大疑問(wèn)。第二，鋼結(jié)構(gòu)存在著天然缺陷，再加上后天人工技術(shù)和自然環(huán)境的影響，會(huì)出現(xiàn)各種問(wèn)題，因此對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)和加固就顯得特別重要。第三，鋼結(jié)構(gòu)研發(fā)周期比較長(zhǎng)、資金需求大、規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)修訂比較麻煩，目前我國(guó)使用的鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)與鋼材施工銜接存在一些問(wèn)題。第四，鋼結(jié)構(gòu)加工廠和施工安裝企業(yè)裝備、計(jì)算機(jī)管理、勞動(dòng)生產(chǎn)率還需進(jìn)一步提高，穩(wěn)定鋼材超常漲價(jià)的不良市場(chǎng)秩序。鋼結(jié)構(gòu)建筑在防火、防腐、保溫、隔聲、防震和穩(wěn)定性等方面的設(shè)計(jì)尚不成熟，限制了鋼結(jié)構(gòu)在民用建筑中的發(fā)展。第五，鋼結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)項(xiàng)目比較多，包括材料性能、腐蝕和銹蝕方面、缺陷和損傷、疲勞、結(jié)構(gòu)構(gòu)造和整體性能等，但是鋼結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)還不完備。3鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展前景

通過(guò)以上分析鋼結(jié)構(gòu)在我國(guó)的發(fā)展現(xiàn)狀，本文認(rèn)為應(yīng)該從鋼結(jié)構(gòu)加固、鋼結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面入手，從而實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)在我國(guó)更好地發(fā)展前景。

3.1鋼結(jié)構(gòu)加固完善

第一，改變鋼結(jié)構(gòu)的計(jì)算圖形，改變計(jì)算圖形就是對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的受力傳導(dǎo)體系進(jìn)行改變，目前我國(guó)在冶金、建筑、電力等行業(yè)使用的鋼結(jié)構(gòu)在工藝和結(jié)構(gòu)布局方面都比較復(fù)雜，有些鋼結(jié)構(gòu)甚至是基于不停產(chǎn)進(jìn)行投入使用，所以在調(diào)整體系方面就會(huì)出現(xiàn)很多問(wèn)題，而這樣就可以采用改變計(jì)算圖形的辦法來(lái)加固處理鋼結(jié)構(gòu)。改變鋼結(jié)構(gòu)的計(jì)算圖形經(jīng)?？梢栽阡摻Y(jié)構(gòu)擴(kuò)建工程中使用，在具體使用時(shí)應(yīng)該根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)施工的難度、工藝特點(diǎn)、使用技術(shù)等多方面因素進(jìn)行綜合分析，還要考慮鋼結(jié)構(gòu)在極限狀態(tài)下的受力狀況、鋼結(jié)構(gòu)不同節(jié)點(diǎn)和支座等方面的內(nèi)力作用，然后對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行補(bǔ)充驗(yàn)算，這樣才能采用比較合理的加固措施，完成鋼結(jié)構(gòu)加固目標(biāo)。

第二，碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料鋼結(jié)構(gòu)加固技術(shù)。傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)加固技術(shù)具有耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)、人力物力消耗大、耐久性能差、后期維護(hù)費(fèi)用高等劣勢(shì)，所以需要一種更為實(shí)用的加固技術(shù)，而碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料具有比較優(yōu)越的物理性能、較高的強(qiáng)度和剛度，在抗腐蝕性和抗疲勞性等方面都有很大優(yōu)勢(shì)，同時(shí)還具有效率高、操作性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，所以使用價(jià)值比較高。目前我國(guó)已經(jīng)將碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料鋼結(jié)構(gòu)加固技術(shù)應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)中，但是在加固建設(shè)方面，我國(guó)在利用碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料鋼結(jié)構(gòu)加固技術(shù)時(shí)還處于起步階段，只是對(duì)疲勞加固、受彎構(gòu)件加固、鋼結(jié)構(gòu)受力分析等方面進(jìn)行使用，所以還需要進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和使用，滿(mǎn)足人們?cè)诟喾矫娴男枨蟆?/p>

第三，增大構(gòu)建截面的加固，這一方法就是采用增補(bǔ)的手段，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)原構(gòu)件外包的混凝土進(jìn)行加固處理。另外一方面，在對(duì)鋼柱進(jìn)行加固時(shí)還可以采用截面形式擴(kuò)大的具體辦法，這樣就可以使彎矩在平面內(nèi)外方面的作用力增強(qiáng)，從而提高鋼結(jié)構(gòu)的承載能力，如果在對(duì)鋼梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固時(shí)，可以采用在翼緣板加固水平板的具體辦法，這樣就可以對(duì)斜板進(jìn)行加固處理，提高鋼結(jié)構(gòu)的性能和荷載能力。

第四，連接的加固與加固件的連接，目前我國(guó)在連接加固方面使用的具體辦法就是焊縫、普通螺栓、鉚釘和高強(qiáng)度螺栓連接方法，這樣就可以實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)連接部分的加固處理，但是在具體加固時(shí)還需要考慮鋼結(jié)構(gòu)的詳細(xì)特點(diǎn)，從而選擇最為合適的連接辦法。

3.2鋼結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)完善

第一，鋼結(jié)構(gòu)檢測(cè)體系框架。建筑鋼結(jié)構(gòu)檢測(cè)的前期準(zhǔn)備工作包括檢測(cè)對(duì)象、檢測(cè)目的和檢測(cè)組織的明確和成立，而現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查應(yīng)該包括材料收集、建筑物的了解、現(xiàn)場(chǎng)資料的核對(duì)等內(nèi)容。在確定檢測(cè)方案時(shí)應(yīng)該有一定目的性和針對(duì)性，能夠根據(jù)檢測(cè)目的的要求來(lái)征求委托方的意見(jiàn)，如果沒(méi)有出現(xiàn)比較明顯的受損，那么久應(yīng)該根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的功能模塊來(lái)確定檢測(cè)方案。檢測(cè)方案應(yīng)該包括檢測(cè)依據(jù)、檢測(cè)目的、檢測(cè)方法、檢測(cè)工作進(jìn)度、相應(yīng)的安保措施等內(nèi)容，然后對(duì)需要抽樣檢測(cè)的構(gòu)件進(jìn)行抽樣。

第二，鋼結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)框架。結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是最低人工干預(yù)的結(jié)構(gòu)在線監(jiān)測(cè)、判斷系統(tǒng)，能夠通過(guò)傳感器、通訊系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)來(lái)報(bào)告結(jié)構(gòu)狀態(tài)和發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)能夠根據(jù)測(cè)量結(jié)構(gòu)的變化來(lái)判斷結(jié)構(gòu)的損傷狀態(tài)，所以歷史觀察數(shù)據(jù)特別重要。本文認(rèn)為結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件組成主要包括傳感器系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信和傳輸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析和處理系統(tǒng)等內(nèi)容。

第三，鋼結(jié)構(gòu)檢測(cè)和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)框架。鋼結(jié)構(gòu)檢測(cè)和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包括運(yùn)載移動(dòng)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和預(yù)分析系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸過(guò)濾系統(tǒng)、分析軟件系統(tǒng)等方面。運(yùn)載移動(dòng)系統(tǒng)能夠?qū)唧w結(jié)構(gòu)進(jìn)行長(zhǎng)期和實(shí)時(shí)監(jiān)控，并通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)來(lái)現(xiàn)場(chǎng)和非現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，運(yùn)載移動(dòng)系統(tǒng)是整個(gè)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的載體，根據(jù)具體的監(jiān)測(cè)方案和手段，按照具體檢測(cè)監(jiān)測(cè)方案進(jìn)行。數(shù)據(jù)采集和預(yù)分析系統(tǒng)能夠?qū)Σ杉臄?shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，比如樣本數(shù)據(jù)優(yōu)化、基本參數(shù)分析、有效數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等項(xiàng)目。數(shù)據(jù)傳輸過(guò)濾系統(tǒng)是針對(duì)監(jiān)測(cè)而設(shè)計(jì)的，因?yàn)閿?shù)據(jù)分析并不在現(xiàn)場(chǎng)，所以需要一定的傳輸設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)時(shí)傳輸，而過(guò)濾系統(tǒng)則是針對(duì)傳輸中數(shù)據(jù)量過(guò)大而設(shè)計(jì)的，這種數(shù)據(jù)傳輸能夠克服自然環(huán)境的影響。分析軟件系統(tǒng)是整個(gè)檢測(cè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心，其功能包括數(shù)據(jù)分析處理、結(jié)構(gòu)數(shù)值分析、健康指標(biāo)評(píng)估等。

通過(guò)以上分析可以看出，我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)正在逐步向住宅建筑發(fā)展，而通過(guò)完善鋼結(jié)構(gòu)加固工程、鋼結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)等，從而能夠?qū)崿F(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)在我國(guó)更好地發(fā)展，提高建筑業(yè)的整體素質(zhì)，并在國(guó)家建筑市場(chǎng)中具備一定的競(jìng)爭(zhēng)能力，充分發(fā)揮建筑業(yè)帶動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和結(jié)構(gòu)調(diào)整中的先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)作用。

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