大跨度鋼結構的發(fā)展中，采用了大量新材料、新工藝、新技術(shù)，結構體系不斷創(chuàng )新，成為結構方面近50年來(lái)最活躍的研究領(lǐng)域。有以剛性桿件組成的網(wǎng)架、網(wǎng)殼等剛性結構體系，有以索膜等柔性材料為特征的懸索結構、薄膜結構、張拉集成體系等柔性結構體系。還有雜交結構體系，以及可展開(kāi)結構和可折疊結構。
大跨度鋼結構在整體上出現從較重向輕型體系發(fā)展，從剛性體系向柔性體系發(fā)展，并出現由單一的結構形式發(fā)展到各種結構形式的合理組合。這種組合旨在集中兩種或幾種結構的優(yōu)點(diǎn)，充分發(fā)揮材料強度，使結構受力更加明確合理，體系更加經(jīng)濟有效。
3 輕型鋼結構
始于20世紀初的輕型鋼結構體系，在第二次世界大戰期間得到了快速發(fā)展，主要用于對可拆卸性和施工速度要求很高的戰地機庫、軍營(yíng)等。20世紀40年代出現了門(mén)式剛架結構，60年代開(kāi)始大量應用由彩色壓型板及冷彎薄壁型鋼檁條組成的輕質(zhì)圍護體系。目前輕型鋼結構已成為發(fā)達國家的主要建筑結構形式，英國新建的非居住類(lèi)房屋建筑中，90％的單層和60％的多層建筑都采用了輕型鋼結構，美國在輕鋼結構體系的分析、設計、制作上也實(shí)現了高度的標準化及工廠(chǎng)化[6]。我國自20世紀80年代的寶山鋼鐵公司一期工程開(kāi)始應用輕型鋼結構。該工程采用熱軋H型鋼作為主承重骨架，并首次采用彩色壓型鋼板作為圍護結構，建設的過(guò)程顯現了這種體系輕型、快速和高效的特點(diǎn)，給我國建筑業(yè)帶來(lái)了革新。目前國內常用的輕鋼結構承重體系包括：焊接門(mén)式剛架結構體系、冷彎薄壁型鋼結構體系、多層房屋鋼結構體系、金屬拱型波紋屋蓋體系等。其中輕型門(mén)式剛架結構由于結構構件和圍護結構的高度系列化和定型化、結構設計合理、用鋼量省、制作工業(yè)化、安裝實(shí)現全部機械連接、施工迅速而周期短、以及經(jīng)濟效益高等特點(diǎn)，自20世紀90年代以來(lái)在我國得到了迅速的發(fā)展。應用范圍在單層輕型廠(chǎng)房、倉庫、大型商場(chǎng)、體育館和展覽廳等。
4 發(fā)展歷程總結
從上述鋼結構的發(fā)展歷程我們可以總結出這樣的規律：那些新穎、輕巧、受力明確又便于施工，經(jīng)濟效益高，節省自然資源的鋼結構，也就是能夠凸顯“輕、快、好、省”特點(diǎn)的鋼結構一經(jīng)建成，便具有極大的示范性和推廣性，形成了鋼結構發(fā)展史上每一個(gè)階段的里程碑。它們既有革新意義，同時(shí)還具有普遍的適用性，因此能夠不斷擴大鋼結構的應用范圍，并推動(dòng)鋼結構不斷向前發(fā)展。
四 目前我國鋼結構的發(fā)展現狀
我國自1978年實(shí)行改革開(kāi)放以來(lái)，經(jīng)濟建設有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，建筑鋼結構也有了前所未有的發(fā)展，而且應用領(lǐng)域有了較大的擴展。高層和超高層房屋、多層房屋、單層輕型房屋、體育場(chǎng)館、會(huì )展中心、機場(chǎng)候機樓、車(chē)站，大型客機檢修庫、自動(dòng)化高架倉庫等都有采用鋼結構的。盡管我國建筑鋼結構有了飛躍的發(fā)展，但無(wú)論從鋼結構的用鋼量、應用范圍和結構體系等方面看還都存在著(zhù)一些問(wèn)題。
1 鋼結構的應用有待拓寬
根據世界鋼鐵協(xié)會(huì )的統計數據顯示[7]，1996年，我國粗鋼材產(chǎn)量為10124萬(wàn)噸，超過(guò)1億噸，躍居世界第一，2005年達到35579萬(wàn)，2006年達到42266萬(wàn)噸，2007年達到48924萬(wàn)噸，2008年達到50031萬(wàn)噸，2009年達到56784萬(wàn)噸。我國鋼產(chǎn)量逐年增加，連續14年位居世界第一，成為世界的產(chǎn)鋼大國。同時(shí)有資料研究表明[8]，從1997 年到2007 年的10 年間，中國粗鋼產(chǎn)量增長(cháng)了3.49倍，平均年增長(cháng)速度達到了16.2％。這一速度是德國的20倍，日本的11.6倍、韓國的8.5倍、俄羅斯的4倍、意大利的2.2倍，美國10年間粗鋼產(chǎn)量沒(méi)有增長(cháng)反而下降；是發(fā)達國家（日本、美國、德國和意大利）平均年增長(cháng)速度的7倍；是世界平均年增長(cháng)速度的3倍。這表明我國鋼鐵工業(yè)的發(fā)展速度已遠遠快于世界其他主要鋼鐵生產(chǎn)國和地區。但我國鋼結構的應用卻遠遠落后于發(fā)達國家。以下一些方面有待加強。
（1）鋼結構用鋼占鋼材產(chǎn)量比應不斷提高
鋼結構（統計包括工業(yè)與民用建筑、鐵路與公路橋梁、水電與火電建設、城市建設等）用鋼占鋼材產(chǎn)量2002年為4.3％，2004年為4.8％，2005年為4.26％，2006年為4.12％，2007年為4.28％，預計2010年為5.5％[2]。而其中建筑鋼結構用鋼占鋼材總產(chǎn)量的比例更小。國家十五計劃是每年建筑鋼結構用鋼材占總鋼材產(chǎn)量的3％，2015年建筑鋼結構的發(fā)展目標是爭取每年建筑鋼結構用鋼占總鋼材產(chǎn)量的6％。而發(fā)達國家目前這一比例已達10%以上，美國、日本等國家更達到30%左右。從這些數據可以看出，我國建筑鋼結構用鋼量嚴重偏低，與鋼產(chǎn)量的快速增長(cháng)形成了巨大的反差，這也是造成我國鋼材總體供大于求的一個(gè)主要原因。但同時(shí)也說(shuō)明，中國鋼結構發(fā)展具有極大的空間和潛力。
（2）高性能鋼材的研究應認真加強
我國目前鋼材的質(zhì)量和規格基本滿(mǎn)足建筑結構的要求，但隨著(zhù)建筑鋼結構的快速發(fā)展，建筑鋼結構對鋼材的性能提出了更高的要求。如高層鋼結構今后將大量需要高強度、高韌性、低屈強比、抗層狀撕裂能力、高焊接性、耐火性等高性能鋼材。對于冷彎鋼材，需開(kāi)發(fā)Q345以上的高強冷彎鋼以及厚度在6～25mm的厚壁冷彎型鋼。鋼材質(zhì)量和規格的提高，高性能鋼材的生產(chǎn)，必將有利于降低鋼結構的成本，擴大其應用范圍。從總體上講，我們應該從追求鋼鐵產(chǎn)品的數量轉為提高鋼材產(chǎn)品的質(zhì)量、優(yōu)化產(chǎn)品的結構，創(chuàng )新鋼材的品種，以適應建筑鋼結構用鋼的需求，同時(shí)也促使鋼鐵產(chǎn)業(yè)的持續發(fā)展。
（3）鋼結構的應用范圍亟需擴大
我國房屋建筑中，混凝土結構占到90%以上，鋼結構還不到5%，而日本等地震高發(fā)地區的建筑中鋼結構占38%，木結構占35%，混凝土結構只占20%多[9]。我國建筑鋼結構還僅集中使用于高層、超高層建筑、大空間公共建筑與工業(yè)建筑中，普通辦公樓，學(xué)校、醫院建筑等多高層建筑應用鋼結構的少；低層、多層及高層住宅中鋼結構應用的少。我國每年竣工6億平方米的城鎮住宅建設，卻只有5%采用鋼結構[2]。我國即使是在2008年汶川震后災區的重建工作中，新建的住宅中仍然是磚混和鋼筋混凝土結構的傳統住宅一統天下的局面，抗震性能優(yōu)異的鋼結構住宅的貢獻仍然微不足道[10]。而日本在20世紀90年代末，預制裝配住宅中鋼結構比例就已達到71% [11]。
2 網(wǎng)架和門(mén)式剛架結構在我國發(fā)展的經(jīng)驗值得推廣
在大跨度建筑中，以網(wǎng)架和網(wǎng)殼結構為代表的網(wǎng)格結構50多年來(lái)成為我國發(fā)展最快，應用最廣的結構，無(wú)論在使用范圍、結構型式、安裝施工等方面均具有中國建筑結構的特色。據中國鋼結構協(xié)會(huì )空間結構分會(huì )統計：網(wǎng)架和網(wǎng)殼的生產(chǎn)2005年～2008年已趨于平穩狀態(tài)，每年建造1500座，約250萬(wàn)平方米。
門(mén)式剛架輕型鋼結構體系自20世紀80年代在我國采用以來(lái)，迅速發(fā)展，每年建造約800萬(wàn)m2，在單層輕型工業(yè)廠(chǎng)房和倉庫建筑中幾乎都采用這種結構體系。
這兩種結構體系之所以能夠得到迅猛發(fā)展和推廣，主要是充分體現了鋼結構輕、快、好、省的特點(diǎn)。這兩種結構體系都采用了輕屋面，結構構件都經(jīng)過(guò)千方百計的優(yōu)化，使結構的自重減到極輕，體現了鋼結構輕的特點(diǎn)。這兩種都是體系化結構，具有高度的工廠(chǎng)化、標準化和模數化，現場(chǎng)施工幾乎不用焊接，因此施工速度極快，體現了鋼結構快的特點(diǎn)。有專(zhuān)用設計規范和商用軟件，能夠保證設計質(zhì)量，高度工廠(chǎng)化生產(chǎn)，構件形式標準化，可以在自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)上加工，能夠保證制作質(zhì)量，體現了鋼結構質(zhì)量好的特點(diǎn)。結構用鋼指標優(yōu)異，以門(mén)式剛架鋼結構為例，用鋼指標可降低到10～30 kg/m2。結構體系化以后，可以形成批量生產(chǎn)，產(chǎn)生規模效應，明顯降低生產(chǎn)成本，門(mén)式剛架鋼結構的造價(jià)可降低到400～600元/ m2，因此體現了鋼結構省的特點(diǎn)。
為什么在當前巨大的住宅市場(chǎng)中，鋼結構沒(méi)有推廣應用開(kāi)來(lái)，這中間有很多問(wèn)題需要研究和解決。從技術(shù)層面上來(lái)講，可以借鑒網(wǎng)架結構和門(mén)式剛架結構在短期內迅速發(fā)展成為建筑業(yè)中新興專(zhuān)門(mén)行業(yè)的經(jīng)驗，也就是一定要走體系化的道路。要開(kāi)發(fā)成套的鋼結構住宅產(chǎn)品，使鋼結構住宅的建造實(shí)現標準化、模數化；還要開(kāi)發(fā)新型的圍護材料，使這些維護材料既適用于鋼結構，又符合我國居住者的使用習慣，而且還具有良好的保溫隔熱、隔聲、防潮、防滲性能，從而提高建筑的使用舒適度。
3 近年來(lái)涌現的與輕、快、好、省理念背道而馳的技術(shù)現狀令人擔憂(yōu)
近20年來(lái)，隨著(zhù)我國國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，大型公共建筑的建設也得到了空前的發(fā)展，涌現出了像金茂大廈，上海大劇院等一批體現中國民族特色和時(shí)代氣息，結構設計和施工技術(shù)體現科技和工程新發(fā)展，并具有強烈先進(jìn)示范性的鋼結構建筑，但也涌現出了與國際上倡導的可持續發(fā)展理念背道而馳、與國家基本建設原則背道而馳、與鋼結構“輕、快、好、省”理念背道而馳的工程，其中以國家大劇院、鳥(niǎo)巢，水立方和CCTV主樓為代表。
2007年建成的國家大劇院（圖1），為了追求建筑效果，竟在歌劇院、音樂(lè )廳和戲劇場(chǎng)三幢獨立的建筑上用一個(gè)沒(méi)有任何使用功能的橢圓形半球殼體覆蓋，用鋼指標達263kg/m2，建成后的運營(yíng)費和維護費極其驚人，僅每月電費就高達400萬(wàn)元，造成能源的過(guò)度消耗和投資的巨大浪費。顯然它是一個(gè)是典型的形式主義產(chǎn)物，完全不符合鋼結構好、省的特點(diǎn)。
2008年建成的鳥(niǎo)巢（圖2），建筑師為了實(shí)現雜亂無(wú)規律的外表圖像，極端忽略結構受力合理性，采用交叉平面桁架結構體系，致使交匯于菱形內柱腹桿的數量多達13根，被迫采用非常復雜的空間扭曲構件，受力最大的部位不得不采用昂貴的Q460、厚度達110mm的厚鋼板，整個(gè)工程設計、制作和安裝的復雜性前所未有。盡管幾經(jīng)“瘦身”，但結構的不合理仍然導致了驚世駭俗的用鋼指標，高達712kg/m2，并使結構自重占到總荷載的70％以上，這種為了建筑視覺(jué)效果完全違背鋼結構輕、快、好、省特點(diǎn)的做法，簡(jiǎn)直令人發(fā)指。
2008年建成的水立方（圖3），不知建筑師為何心血來(lái)潮地采用了一種十分怪異的、莫明其妙的網(wǎng)架構件布置，使2萬(wàn)根構件、1萬(wàn)個(gè)節點(diǎn)各不相同，施工圖紙達3萬(wàn)多張，繪制費時(shí)1年，大大增加了制作難度和制作費用，這種毫無(wú)益處、徒增施工難度，延長(cháng)施工期限的做法、完全違背鋼結構快、好特點(diǎn)，實(shí)在令人難以接受。
2009年建成的CCTV主樓（圖4），建筑方案為高空大懸挑75m的傾覆性不平衡體型，結構設計則要扶其不倒，用鋼指標仍高達296kg/m2。該設計所追求的整體前傾且在高空懸臂外伸75m的奇特建筑造型已無(wú)法得到抗震合理的結構體系，這給主樓的抗震設計留下無(wú)法彌補的隱患。這種完全違背工程結構技術(shù)合理性，完全違背了鋼結構輕、快、好、省特點(diǎn)的做法，令人無(wú)法容忍。
這些工程造型各異，但本質(zhì)相同，那就是極端強調建筑造型和視覺(jué)效果，忽視結構體系的合理性和經(jīng)濟性、忽視環(huán)境與生態(tài)、忽視社會(huì )責任，使鋼結構完全失去“輕、快、好、省”的本來(lái)面目，導致需要加倍地投入人力、物力和財力去保證諸如抗震，抗風(fēng)，防火和防意外爆炸與撞擊等結構安全問(wèn)題。這四大建筑無(wú)視鋼結構特點(diǎn)的設計思想的傳染性很強，這種只求視覺(jué)沖擊力，無(wú)視成本和代價(jià)的潮流正在各地興起，資源和技術(shù)為形式服務(wù)之風(fēng)正在形成。以下列舉一些剛剛建成和正在建造的、與上述四大建筑有同質(zhì)特點(diǎn)的怪異鋼結構建筑。
2010年5月建成的廣州歌劇院（圖5），造型為圓潤雙礫的大石頭，由64個(gè)面、41個(gè)轉角、104 條棱線(xiàn)傾斜交錯組成不規則折面，形成沒(méi)有一個(gè)面對稱(chēng)，沒(méi)有一個(gè)節點(diǎn)相同的異型形體。所采用的空間折板式三向斜交單層網(wǎng)格結構體系力學(xué)性能和經(jīng)濟性都不優(yōu)越，桿件任意交錯，節點(diǎn)極其復雜，全部采用鑄鋼節點(diǎn)，單個(gè)節點(diǎn)最大重量達到39t。整個(gè)結構總用鋼量約1.2萬(wàn)t。由于設計是完全無(wú)規律的組合，所以每一個(gè)節點(diǎn)從制造到安裝都要空中三維定位，每一個(gè)桿件都要分段鑄造再現場(chǎng)拼接，施工難度比起鳥(niǎo)巢“有過(guò)之而無(wú)不及”。
2010年6月封頂的深圳證券交易所營(yíng)運中心（圖6），高245m，由塔樓和“漂浮平臺”兩部分組成。立柱型大廈的底座被抬升至30多米高，形成巨大的“漂浮平臺”，其東西向懸挑36m，南北向懸挑22m，是世界上最大的懸挑結構，成為“世界上最大空中花園”。“漂浮平臺”單個(gè)節點(diǎn)最大重量達171t，總用鋼量2.8萬(wàn)t，整個(gè)工程用鋼量約4.2萬(wàn)t，比深圳地王大廈多1.75萬(wàn)t。為了解決在30多米高空懸空建造奇特建筑造型的施工難題，使用了國內最大的兩臺塔式起重機，并首次在國內民用鋼結構工程采用沙箱卸載技術(shù)。
2010年8月封頂的大連國際會(huì )議中心（圖7），形似一只大海龜。建筑設計追求解構主義，導致結構方案極其復雜而無(wú)規律，形成了多支撐筒體大懸挑大跨度復雜空間體系，其特點(diǎn)為“二大、三多”——大懸挑：平臺桁架周邊（長(cháng)700m）均為懸挑結構，最大懸挑長(cháng)度40m。大跨度：由17個(gè)分布不均勻的豎向筒體支撐平臺和屋蓋層，屋蓋跨度最大達110m。豎向承載構件轉換多；鋼結構類(lèi)型多，包括箱型結構，管桁架結構，大懸挑桁架結構，大跨度桁架結構，空間傾斜柱，空間方管柱等。形式各異的節點(diǎn)數量多，達8.5萬(wàn)個(gè)。鋼結構的用鋼量達3.5萬(wàn)t。整個(gè)工程設計、制作和施工難度超過(guò)“鳥(niǎo)巢”和“水立方”，被稱(chēng)為“在桌面上建房子”。
將于2010年年底竣工的合肥創(chuàng )新展示館（圖8），設計創(chuàng )意來(lái)自游戲棒，由346根長(cháng)短不一的鋼管岸形成亂向自由分布的交叉桿棚罩，被稱(chēng)為“合肥版鳥(niǎo)巢”。鋼結構桿件無(wú)一相同，分布復雜，最多處有11根桿件交匯于一點(diǎn)，節點(diǎn)也無(wú)一相同。受桿件三維不規則影響，常規的平、立、剖圖紙無(wú)法將桿件的空間關(guān)系表達清楚，制作和施工難度極大，堪比CCTV主樓。
其它類(lèi)似的工程還有深圳灣體育中心大屋蓋和海南國際會(huì )展中心等，限于篇幅，不再一一列舉。
五 鋼結構如何做到輕、快、好、??？
上述這些極具“挑戰力”的建筑的建成，表明中國人能夠實(shí)現國外建筑師只知道造型而不知道做法的設計方案。我們的設計人員、施工人員包括科研人員用智慧和心血解決了諸多“人為制造的技術(shù)難題”，創(chuàng )造了很多“代價(jià)高昂的世界第一”，但結構復雜，施工難度大，用鋼量大并不意味著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步。對比前述鋼結構發(fā)展歷程中那些建筑藝術(shù)與結構技術(shù)高度融合的鋼結構建筑典范，可以看出真正的技術(shù)進(jìn)步是實(shí)現鋼結構輕、快、好、省的特點(diǎn)，能夠經(jīng)得起自然災害和歷史的考驗。以下就如何使鋼結構做到輕、快、好、省，從方案、理念、人才、技術(shù)和環(huán)境等方面談幾點(diǎn)意見(jiàn)。
1 設計方案的優(yōu)選
前文列舉的這些與鋼結構“輕、快、好、省”特點(diǎn)完全相反的奇特建筑，其結構受力復雜之程度，施工困難之程度，資源消耗之程度，建設費用高昂之程度，達到令人稱(chēng)奇的地步。這些現狀與我國當前的國情是否相符？與國家建立的“適用、安全、經(jīng)濟、美觀(guān)”的建筑方針是否相符？它們的建成使人們對其方案的中標過(guò)程產(chǎn)生質(zhì)疑，到底方案中標的評價(jià)標準是什么？我國目前的重大工程幾乎都采用國外建筑師的奇特方案，方案中標與否完全決取于評審人對建筑造型的審美，而非建筑功能、結構、施工、造價(jià)、環(huán)境、節能等更多重要因素，這種方案中標評選機制的缺陷，導致當前中國產(chǎn)生了一大批世界上都罕見(jiàn)的“浪費建筑”。因此，要產(chǎn)生“輕、快、好、省”的鋼結構，毋庸置疑，必須要完善目前的方案評選機制，杜絕“浪費建筑”的產(chǎn)生。方案的評審，應該由涵蓋建造過(guò)程的建筑、結構、施工、造價(jià)、能耗等主要專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域里的專(zhuān)家組成評審組，分專(zhuān)業(yè)進(jìn)行評價(jià)，最后綜合這些指標選取最優(yōu)方案，而不能簡(jiǎn)單地以建筑造型取勝。如果在某一專(zhuān)業(yè)方面嚴重不合理的，應該“一票否決”。中標的方案還應接受社會(huì )的監督，增加透明度。
2 設計理念的更新
（1） 首選化
改革開(kāi)放前，受鋼產(chǎn)量的限制，在“節約用鋼”基本國策的指導下，建筑鋼結構僅在重型工業(yè)廠(chǎng)房、大跨度公共建筑以及塔桅結構中采用。改革開(kāi)放后，隨著(zhù)鋼產(chǎn)量的大幅度增加，國家的政策變?yōu)?ldquo;合理用鋼”和“積極用鋼”，但由于多方面的原因，鋼結構仍然集中在高層，大跨公共建筑和工業(yè)建筑，民用建筑應用的很少。這造成了設計人員一直以來(lái)形成的理念是鋼結構是工程造價(jià)高、設計和施工復雜的建筑結構體系，除重要的大型工程外，普通建筑很少采用。加上設計人員認識的不全面，對鋼結構耐火、防腐、剛性水平等存在疑慮，設計時(shí)首先不會(huì )想到采用鋼結構，使理念與實(shí)踐形成了一種惡性循環(huán)。本文闡述了各種鋼結構體系的發(fā)展，揭示了其“輕、快、好、省”的本質(zhì)特點(diǎn)，希望有助于設計人員積極轉變設計理念，設計時(shí)優(yōu)先考慮采用鋼結構。
（2） 一體化
目前，我國設計界通常的做法是確立建筑方案后，再去考慮結構、施工和造價(jià)等問(wèn)題。以至于把“鋼結構”作為技術(shù)手段去實(shí)現“新、奇、特”的建筑造型，而非發(fā)揮鋼結構本身優(yōu)異的性能。鋼結構建筑有其自身的特點(diǎn)，結構體系、構件和節點(diǎn)在很大程度上制約并決定著(zhù)建筑的造型和空間，而結構體系和施工技術(shù)是否高效合理，又關(guān)系著(zhù)建造成本，維護成本和拆除成本等建筑物全壽命的成本問(wèn)題。因此，鋼結構建筑的建筑造型與結構設計應該從整體出發(fā)，實(shí)現一體化設計。建筑造型富有很強的力學(xué)原理，一些造型本身就決定著(zhù)抗風(fēng)性能和抗震性能的優(yōu)劣。國內外歷次大地震均表明特別不規則的建筑都受到嚴重破壞。因此，在初步設計階段就應該通過(guò)科學(xué)、理性的一體化設計將那些“先天不足”的建筑造型剔除，以免后續被動(dòng)地在結構上“創(chuàng )新”去彌補這些“先天不足”，造成資金和資源的巨大浪費。一體化的設計需要建筑師、結構工程師和其他相關(guān)學(xué)科的技術(shù)人員全力合作，實(shí)現建筑藝術(shù)與結構技術(shù)的完美結合。
（3） 優(yōu)化
目前，國內設計院的建筑師和結構工程師對鋼筋混凝土結構較為熟悉，相對來(lái)說(shuō)，對鋼結構設計并不很熟悉，特別是在鋼結構結構體系選擇、節點(diǎn)構造處理和構件優(yōu)化問(wèn)題上。結構體系選擇的優(yōu)劣是影響結構性能和結構造價(jià)的關(guān)鍵；鋼結構的節點(diǎn)在整個(gè)結構中非常重要，節點(diǎn)的用鋼量也在結構用鋼量中占很大比例。節點(diǎn)構造處理得好，會(huì )改善結構性能，也能降低結構造價(jià)。對于構件優(yōu)化這個(gè)問(wèn)題，設計院幾乎都不做這個(gè)工作，設計師也不考慮這個(gè)問(wèn)題。應當采用激勵的機制發(fā)揮設計師的能動(dòng)性以改變這一現狀。
3 技術(shù)人才的培養
建筑鋼結構的應用范圍和數量將很大程度上取決于結構設計人員在結構設計方案階段的決策，以及他們對業(yè)主的建議的信服度。目前我國鋼結構專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員比較缺乏，這已經(jīng)成為影響整個(gè)建筑鋼結構行業(yè)發(fā)展的主要因素。從這個(gè)角度講，加快對設計人員的培養，系統地提高設計人員在建筑鋼結構領(lǐng)域的知識及設計水平至關(guān)重要。
（1） 提高社會(huì )責任感
古人講“天下興亡，匹夫有責”，在資源問(wèn)題日益突出的時(shí)代，我們可以講“資源有無(wú)，匹夫有責”。國家現在一直在提倡“低碳經(jīng)濟，節能減排和可持續發(fā)展”的理念。目前，人們開(kāi)始重視提高建筑物運營(yíng)過(guò)程的節能問(wèn)題，但對建筑節能的另一個(gè)重要方面——建造過(guò)程的節能還沒(méi)有引起足夠的重視，這方面的浪費還極其嚴重。這種浪費有可能從根源上就埋下禍根，也就是設計本身不合理帶來(lái)的后果。目前技術(shù)的發(fā)展幾乎可以解決一切工程問(wèn)題，即使再不符合力學(xué)原理的建筑也都能造的出來(lái)，但以付出巨大的資源和能源為代價(jià)。對于結構工程師來(lái)講，其責任并不是僅僅幫助建筑師去實(shí)現建筑造型，應該主動(dòng)創(chuàng )新，應用新材料，優(yōu)化和創(chuàng )新結構，最小限度地使用材料和能源并使結構的受力達到最優(yōu)。
（2） 深化鋼結構設計知識
鋼結構設計與傳統的剛性很大的混凝土結構設計相比，無(wú)論是建筑方面還是結構方面都有著(zhù)很大的不同。一般建筑鋼結構構件截面由寬厚比較大的板件構成，截面也相對較小，甚至是本身沒(méi)有彎曲剛度的索、膜構件，這使設計中出現了較明顯的非線(xiàn)性問(wèn)題、穩定問(wèn)題，甚至是一般結構設計中不會(huì )存在、理論上也十分困難的“逆問(wèn)題”，如柔性結構普遍存在的找形問(wèn)題。另外，建筑鋼結構相對較輕較柔，地震及風(fēng)載下結構整體變形或振動(dòng)的控制問(wèn)題將更為突出。這些問(wèn)題的解決需要設計人員具備扎實(shí)的鋼結構知識及力學(xué)理論基礎，而從總體上看，設計人員的這些知識還相當薄弱。
現代鋼結構從傳統的重鋼廠(chǎng)房到輕鋼、薄鋼廠(chǎng)房；從多層的框架到各種高層、超高層建筑鋼結構體系；從傳統的網(wǎng)架、網(wǎng)殼等剛性大跨空間結構體系到各式各樣的可跨越更大跨度的現代半剛性、柔性或雜交空間結構體系等。不同體系可能帶來(lái)不同、甚至全新的設計概念、理論知識及設計方法等。加上新材料，新工藝，新技術(shù)不斷的出現，設計人員很難實(shí)現知識的同步更新，這都要求設計人員加強再教育，再學(xué)習[3]。
4 設計、制作、施工技術(shù)的完善
（1） 鋼結構設計理論的深入與完善
任何一個(gè)行業(yè)的市場(chǎng)發(fā)展必將與本行業(yè)科技進(jìn)步與技術(shù)儲備的程度具有密切的關(guān)聯(lián)度。鋼結構行業(yè)的科研人員經(jīng)過(guò)50年多年的不斷努力，對高層和超高層鋼結構、剛性和柔性大跨度鋼結構，輕型鋼結構，重型工業(yè)廠(chǎng)房鋼結構，桅桿鋼結構，鋼板鋼結構等結構體系的基本理論和分析設計方法等方面做出了突出的成就，但還有許多問(wèn)題需要解決和完善。例如現有的抗震設計方法對鋼結構很不利。它未能充分發(fā)揮鋼結構延性好的優(yōu)點(diǎn)，如果按規范做，鋼結構的抗震作用要比混凝土結構大，用鋼量通常會(huì )增加10%～20%。實(shí)際上考慮鋼結構的延性后，不應該出現這種情況。抗震設計時(shí)，高層和超高層建筑往往是位移控制的，如何合理確定位移限值也是降低用鋼量和造價(jià)的重要方面。這些都是鋼結構抗震設計方法中的問(wèn)題。另外，我們還需要積極探索和研究更為高效的構件、節點(diǎn)和結構體系。隨之需要對采用新材料的構件提出合理的設計方法、研究新結構體系的有效分析方法、提出結構抗震、抗風(fēng)、抗火等防災設計理念和方法等。
（2） 各種標準規范的更新與完善
我國現有的規范體系基本涵蓋了建筑鋼結構的基本結構用鋼材及基本應用領(lǐng)域。但隨著(zhù)新材料、新技術(shù)、新結構體系、新應用領(lǐng)域不斷出現，對現有建筑鋼結構設計規范的更新、補充與完善以及對新型結構體系及新的應用領(lǐng)域的建筑鋼結構設計規范的編制工作顯得非常迫切[3]。例如在使用新材料上，近幾年來(lái)，一些工程中都采用國產(chǎn)的Q345GJZ厚板，其突出的優(yōu)點(diǎn)是可比普通Q345鋼提高設計強度18％，可降低相關(guān)用鋼量及造價(jià)10％以上，但現有的鋼結構設計規范都一直未對上述鋼材新標準的變化做出積極的反映，致使現有設計規范與鋼材新產(chǎn)品標準間的矛盾日益突出[12]。國際規范通常3～5 年修訂一次，我國往往5～10 年才修改。由于我國規范強制條文多、靈活度小、修改不及時(shí)，難免會(huì )在規范中出現一些內容不全面、意思不明確、規定不合理之處,對設計人員的使用造成困難。因此，及時(shí)補充新的科研成果對提高規范水平至關(guān)重要[13]。
（3） 配套設計軟件的編制與完善
隨著(zhù)鋼結構的快速發(fā)展，國內許多系列的鋼結構設計軟件相繼問(wèn)世，可分別適應我國普鋼、多高層鋼結構、輕鋼結構、空間結構的設計需要。但在技術(shù)上還與國外還有很大的差距。如美國在輕型鋼結構上專(zhuān)用設計軟件可在短時(shí)間內完成設計、繪圖、工程量統計及工程報價(jià)[6]。而我國雖然已經(jīng)有專(zhuān)門(mén)設計輕型鋼結構的軟件，但達不到國外那種完善的水平。又如國外已經(jīng)開(kāi)始采用基于建筑信息模型（Building Information Modeling，簡(jiǎn)稱(chēng)BIM）的設計軟件，BIM集成了建筑工程項目各種相關(guān)信息的數字化描述，能夠應用于設計、建造、管理的全過(guò)程，為建筑、結構、設備等各個(gè)專(zhuān)業(yè)的設計師實(shí)現了三維協(xié)同工作平臺，實(shí)現了同步和高效的工作模式?；贐IM的技術(shù)革新，不僅改變了傳統的設計方法，而且對當前鋼結構加工制作、現場(chǎng)施工和質(zhì)量控制技術(shù)也有了新的提升[14]。而目前國內開(kāi)發(fā)的設計軟件一般是一體化CAD協(xié)同設計平臺，主要是二維，還無(wú)法同時(shí)完成主結構、次結構、附件配置、材料統計等設計與構造工作。因此，急需開(kāi)發(fā)自主軟件。
（4） 鋼結構制作、施工工業(yè)化的深化與完善
在建筑鋼結構加工制作方面，隨著(zhù)鋼結構應用市場(chǎng)的擴大，國內鋼結構加工企業(yè)從幾十家很快發(fā)展壯大到上千家。大型企業(yè)的裝備水平、生產(chǎn)技術(shù)、經(jīng)營(yíng)管理能力，接近國際水平，生產(chǎn)線(xiàn)的主體設備是國外引進(jìn)，能承擔我國國家級工程的鋼結構制造。而中、小型鋼結構加工企業(yè)總體上裝備較落后，技術(shù)水平還比較低，容易形成行業(yè)內的惡性競爭。從總體上看，產(chǎn)業(yè)集中度較低，加工企業(yè)分布面廣，加工能力和構件質(zhì)量參差不齊，尚未形成大型企業(yè)集團[3]，因此，需要加快這些企業(yè)工業(yè)化的進(jìn)程。要提高工業(yè)化水平，首先要提高設備儀器等裝備的現代化程度，以現代化的裝備實(shí)現集約化生產(chǎn)。隨著(zhù)工業(yè)化的發(fā)展，還應該形成設計、制作、施工一體化和合作鏈條，以大企業(yè)為主、中小企業(yè)為輔的產(chǎn)業(yè)鏈，推動(dòng)鋼結構產(chǎn)業(yè)發(fā)展到一個(gè)新的水平。
5 建設環(huán)境的改善
最后要提到的是目前工程建設的大環(huán)境問(wèn)題。當前我國是世界上每年新建建筑量最大的國家，每年新建面積達20億平方米[15]，建設規模和速度史無(wú)前例，城市化的進(jìn)程令世人驚異，但許多建筑是政績(jì)工程和開(kāi)發(fā)商商業(yè)利益的產(chǎn)物。市場(chǎng)競爭激烈之程度使建筑師和結構工程師疲于趕制工期，并使一些科研人員也忙于工程咨詢(xún)，為了更快、更多的完成任務(wù)，建筑形式上流于盲目模仿，結構體系上安全地使用熟悉的體系，這樣就不可避免的出現“復制”建筑和“放大比例”的建筑，導致中國大江南北的建筑同質(zhì)化，幾乎沒(méi)有任何地方特色，同時(shí)也導致中國設計師在重大工程項目上競爭能力不足。沒(méi)有相對寬松的環(huán)境，沒(méi)有思考的時(shí)間，如何創(chuàng )新？如何使鋼結構做得更輕，更好，更快，更??？與其倉促上馬，重復建造“高投資、高能耗、低效益”的建筑，不如放慢一些建設的步伐，一則節省國家資源并減緩對生態(tài)和環(huán)境的壓力，一則節省出的資金可以用一部分來(lái)緩解中國建設行業(yè)人員的生存狀況，也給他們留出些思考的空間，專(zhuān)心攻克關(guān)鍵技術(shù)，提升自主創(chuàng )新的能力，這樣也有利于加強和完善建筑產(chǎn)業(yè)鏈的各項工作，實(shí)現本土設計師自主設計和建造有中國特色的建筑。
六 結語(yǔ)
本文通過(guò)對鋼結構發(fā)展歷程的總結，揭示了鋼結構“輕、快、好、省”的本質(zhì)特點(diǎn)，針對目前我國建筑鋼結構發(fā)展過(guò)程中凸顯的問(wèn)題，進(jìn)行了比較和分析，希望讀者能夠加以思考和辨別，對鋼結構有一個(gè)正確和理性的認識，還鋼結構“輕、快、好、省”的本來(lái)面目，擴大鋼結構的應用范圍，促進(jìn)鋼結構產(chǎn)業(yè)的健康持續發(fā)展。
參考文獻
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