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我国建筑钢结构发展回顾与展望自力钢构（东莞）有限公司孙德刚一、我国钢结构建筑发展回顾随着人类社会的不断发展和进步，铁作为一种重要的材料在人类的生产生活中起到了不可估量的作用。
作为一种建筑材料，钢铁在社会进入工业化之前并没有获得广泛的应用，但是也不乏经典之例。
有可靠资料显示，中国应用铁作为建筑材料的历史可以追溯到公元前二世纪，公元前200多年前秦始皇时代已用生铁造桥墩；汉朝时期建造了铁链悬桥；公元58~75年建造了有史可查的蓝津桥；1061年（宋代）建造了湖北荆州玉泉寺铁塔（13层）。
西方的工业革命和科技进步，使得钢铁在建筑中的应用和发展发生了重要的变革。
材料的发展由生铁发展到熟铁乃至碳素钢以及合金钢，材料的性能大大提高。
材料力学、结构力学和弹性力学的理论发展以及计算技术的不断提高和试验手段的不断进步，使得钢结构设计水平突飞猛进。
现代钢结构建筑已经成为建筑结构中的一个重要分支，在高层超高层建筑、大跨度公共建筑、工业建筑、桥梁建筑等得到广泛的应用。
我国建筑钢结构应用的也算是较早，如1889年唐山水泥厂造成了钢结构厂房；1927年皇姑屯机车厂厂房采用了钢结构；1931年广州建成了中山纪念堂——我国自行设计的钢穹顶；1934年上海建造的24层钢结构国际饭店，是那个年代的标志性建筑。
解放后到改革开放之前，由于受到经济发展的限制，我国的建筑设计方针是以降低用钢量为重要考核指标，因此钢结构建筑应用不多，只有一些重型工业厂房和大跨度的标志性建筑采用钢结构，其结构形式基本上是钢筋混凝土下部支承结构与大跨度桁架、网架或者悬索组成的混合结构体系。
改革开放之后，我国的经济迅猛发展，钢铁工业也得到突飞猛进的发展，建筑钢结构的应用也越来越广泛，相应的技术也得到了比较大的进步，同时钢结构产业也从小到大，从弱到强。
中国钢结构如今无论是设计水平，还是制作安装技术，都不比国外逊色，完全可以满足我国经济发展和基本建设的需要。
中国钢铁产业的发展经历了一个由小到大，由弱到强的过程，钢铁的产量由原来的每年几百万吨到现在的每年几亿吨，其中可用于建筑钢结构的钢材在钢总产量所占的比重也越来越大，为钢结构的快速发展提供了坚实的物质基础。
我国钢结构建筑的现状及发展趋势我国已在多个建筑工程中成功采用了钢结构，如奥运“鸟巢”、国家大剧院、中央电视台新台址、上海环球金融中心以及一些大跨度桥梁工程和输电塔等。
由于钢结构已经成为国内外建筑业发展的主流和趋势，预计未来几年钢结构行业将快速扩张。
在工业与民用建筑等土木工程中得到了广泛地应用，钢结构建筑主要包括单层或低层建筑、多层或高层建筑等，是以钢结构为骨架，配以具有防火、防水、隔声、隔热等功能的墙板和楼板拼装而成。
文章说明了钢结构建筑的优点，分析了我国钢结构建筑的发展现状以及发展趋势。
标签：钢结构建筑；现状；发展趋势近几年来钢结构建筑在我国出现了非常快的发展势头，应用范围不断地扩大，目前，我国钢结构建筑的发展处在建国以来最好的一个时期。
建筑钢结构是为建（构）筑物提供安全可靠、节能、节材，有利于环保，满足建筑功能的一个重要专业。
钢结构具有强度高、自重轻、抗震性能好、施工速度快、地基费用省、占地面积小、工业化程度高、外形美观等一系列优点，与混凝土结构相比，它是环保型的和可再次利用的，也是易于产业化的结构，发达国家在房屋建筑中广泛采用钢结构。
一、钢结构建筑的优点1、材料强度高，结构自重轻。
钢材的强度同混凝土或其它材料相比，要高很多，这样，在承受同样的荷载情况下，就可以少用许多材料.虽然钢材的容重比混凝土或其它材料要大，但钢材的容重与屈服强度的比值却是最小的，所以，采用钢结构时，结构自重是较小的。
2、我国钢结构住宅发展目前尚定位在研发阶段，其技术发展应该立足于高起点、高标准。
钢结构与其他结构相比，在使用功能、设计、施工及综合经济方面都具有优势。
钢结构建筑具有良好的空间感，能合理布置功能区间；利用钢材强度高的特点，设计可采用大开间布置，使建筑平面能够合理分隔，灵活方便，适合创新、弹性设计的住宅结构体系。
3、钢材塑性和韧性好，结构安全可靠度高。
钢材是工业化生产的产品，在生产过程中质量可以得到比较严格的控制，因而质地均匀，各向同性，弹性模量大，具有良好的塑性和韧性。
轻钢-混凝土组合结构的发展前景作者：方伟龙来源：《城市建设理论研究》2013年第32期摘要：介绍了轻钢-混凝土组合结构的概念，对其结构体系、发展现状及存在的问题进行了探讨，并阐明了该结构必将广泛应用于建筑结构工程的发展趋势。
关键词：混凝土组合结构结构体系发展趋势中图分类号：TU37 文献标识码：A一、引言随着我国钢材产量的逐年增加和高强度、高性能建筑结构用钢的大量生产，我国已进入了大力发展钢结构建筑的新时期。
轻钢-混凝土组合结构是一种由冷弯薄壁型钢和薄壁钢管与混凝土组合而成的新型结构体系。
轻钢─混凝土组合结构具有轻钢结构的优点，同时由于混凝土的存在而提高了结构的刚度和稳定性，并增强了结构的防火性能。
二、轻钢-混凝土组合结构体系（一）竖向承重结构结构竖向承重主要以薄壁钢管混凝土柱为主。
由于冷成型薄壁钢管的管壁较薄，管内部混凝土可防止钢管发生局部屈曲，还可根据其稳定性要求在管内纵向设肋，从而提高钢管的局部稳定承载力。
同时钢管对混凝土有较强的约束作用，提高了混凝土的轴向抗压强度，因此，薄壁钢管混凝土柱的承载力高于钢管和混凝土的承载力之和。
由于在钢管内浇筑了热容量较大的混凝土，发生火灾时能够吸收热量，从而延长了钢管的耐火极限。
圆钢管轴向受力性能较好，其受弯性能及与其它构件的连接不如方钢管，但方钢管对混凝土的约束能力较差。
因此可考虑采用六边形及八边形钢管，以便为梁﹑柱连接提供方便和保证。
（二）楼面结构轻钢-混凝土组合建筑可选用多种楼面结构形式。
它要求楼板必须有足够的刚度﹑强度和整体稳定性，同时应使楼板自重轻﹑厚度小，并提高施工速度。
楼面结构可选用如下形式：（1）压型钢板和混凝土组合楼板；（2）密肋轻钢─混凝土组合楼板；（3）现浇预应力钢筋混凝土楼板；（4）混凝土预制叠合楼板。
其中优先选用1﹑2类型。
其主要优点是：（1）省去楼面模板支撑，节省投资，施工速度快；（2）压型钢板与轻钢密肋中可布置设备管线，减少吊顶高度；（3）平面刚度大，房屋有较强的整体性，抗震性能好。
建筑结构的新型组合——轻钢与泡沫混凝⼟组合楼板组合结构近⼏⼗年已成为中国建筑⾏业的主要结构形式之⼀，同属于组合结构的型钢混凝⼟结构的研究与发展正⽇趋完善。
欧美国家应⽤型钢混凝⼟结构在道路桥梁、地下隧道、海洋⼯程等中居多，⽇本⼤约50%的⾼层建筑采⽤型钢混凝⼟结构。
随着建筑⾏业的不断发展，需要研究多种新型组合形式来满⾜各类功能性需求，本⽂对新型组合形式—轻钢与泡沫混凝⼟组合楼板进⾏分析说明，⼒求推动新型组合形式在⾏业领域的应⽤发展。
研究现状与发展型钢混凝⼟组合结构发展⽅向经过五⼗多年的研究与应⽤，组合结构得到迅速发展，⾄今已成为⼀种公认的新型结构体系。
它充分发挥了钢与混凝⼟两种材料的优良特性—钢材具有优良的抗拉强度和延性，混凝⼟具有良好抗压强度和较⼤的刚度，由于混凝⼟的存在，钢材的整体屈曲和局部屈曲性能得到了提⾼，两种材料地结合在地震作⽤下表现出优良的强度、刚度、延性以及较好的耗能能⼒。
型钢混凝⼟组合结构已成为组合结构的重要分⽀。
对于型钢混凝⼟组合结构的研究，多以梁结构、柱结构和节点为⼤部分研究内容，表1宏观展现了近年来对型钢混凝⼟具体研究⽅向的分布情况。
可以看出，楼板作为建筑结构的主要构件，仍处于研究的初步阶段，随着梁结构、柱结构以及节点的理论⽇益完善，基于型钢混凝⼟的楼板研究逐渐受到了⼈们的重视。
组合楼板的形式组合楼板的研究在整个组合结构体系的研究中占有重要地位。
经过数⼗年的理论和实践，⽬前在国内外应⽤⽐较⼴泛的组合楼板有以下三种形式。
1.压型钢板—混凝⼟组合楼板它是在带有凹凸肋或槽纹的压型钢板上浇筑混凝⼟⽽成的组合楼板。
压型钢板不仅可以作为板底的受拉钢筋，还可以作为混凝⼟的永久性模板，实现了多层同时施⼯作业；压型钢板的凹槽内可铺设通讯、电⼒、通风采暖等管线，吊顶⽅便；减少了混凝⼟⽤量、质量轻；整体⽔平刚度⼤，抗震性能较好。
但压型钢板成本⾼，必须进⾏防⽕处理，使⼯程造价增加。
2.型钢梁的组合轻型楼板这种楼板是通过剪⼒连接件把型钢梁与混凝⼟板连接组成整体，从⽽保证钢梁与楼板共同⼯作，在国外多⽤于轻钢结构住宅中。
轻钢结构特点以及发展趋势摘要：本文简要介绍当今正蓬勃发展的轻钢结构的概况,对它的适用范围、主要优点、材料选型和设计中的注意点,均作了扼要介绍,对屈曲后强度利用、蒙皮效应等与一般钢结构设计的不同点作了相应提示.俾使对轻钢结构的特点有一较为完整的认识.一、引言自进入20世纪90年代以来,我国钢结构建筑的发展十分迅速,特别是一些代表城市标志性高层建筑的建成,为钢结构在我国的发展揭开了新的一页.如世界第三高的上海88层、高420m的金茂大厦业已竣工,现已投入运营.据称世界第一高度的上海浦东环球金融中心,95层高460m,建筑面积为31万m2,现正在加紧建设中.由外商投资的大连总统大厦,正在加紧筹建之中,共95层,据称建成后其高度将名列世界前茅.轻钢结构的发展则更是如火如荼,特别在工业厂房的建设中则更为迅猛.从钢结构制造加施工企业数量的大幅增长就可窥见一斑,如上海市的钢结构制造和施工单位已由原来的几十家一下子发展到现在的400多家,单上海的宝钢地区就有近百家的钢结构制造厂.大好形势下,如何因势利导,抓好设计和施工质量,这是当前一个十分迫切的问题.本文拟就轻钢结构的优点、材料选择和设计中的注意点、塑性设计及腹板屈曲后强度的利用和蒙皮效应等作一概略介绍,利于读者对轻钢结构有一个比较全面的了解.二、轻钢结问及其适用范围所谓轻钢结构通常是指由下列钢材所构成的结构：①冷弯薄壁型钢结构；②热轧轻型钢结构；③焊接或高频焊接轻型钢结构；④轻型钢管结构；⑤板壁较薄的焊接组合梁及焊接组合柱而构成的结构.1．适用范围根据我国目前情况来看,这种结构由于其用度广、优势明显,已大量应用于单层工业厂房、多层工业厂房、办公楼以及高层建筑中的非承重构件等.对单层工业厂房而言,通常以H型钢,采用焊接连接作为梁柱,以C形或Z形轻钢板作檩条,屋盖系统或楼面系统用压型彩色钢板作面层,上面可浇混凝土,压型钢板既可作为钢筋,必要时也可以再配钢筋.墙面围护也可采用单层或夹层压型钢板,夹层板内部可充填各种保温层.2．主要优点⑴施工周期短：轻钢结构的最大优点是所有构件均可以由工厂制作现场拼接安装,对一般规模较小的工业厂房仅需45d至2个月,而若采用钢筋混凝土建筑则要8～12个月左右.⑵综合经济效益好：由于施工周期短,可以提前投入使用,提前获取投资效益；更由于采用色彩鲜艳的彩色压型钢板,美观华丽,改善了周边环境的动态感；因为建筑物本身的自重轻,一般情况下不需要做桩基,可以节省投资；由于采用了聚苯已烯泡沫夹心板或单板加保温棉等措施后,使保温、隔热和隔章等效果良好.彩色钢板是以镀锌为基板又用硅酮作为表面,经两除两烘加工而成,耐久性也较好,根据目前我国的市场价格,轻钢结构的造价已经低于钢筋混凝土结构,当厂房的跨度越大时,其优势更为明显,这也是它赖以竞争的一大优势.⑶抗震性能好：由于钢结构属于柔性结构、自重轻,因而能有效地降低地震响应及灾害影响程度,极有利于抗震.我国是一个多地震区国家,在地震区建筑中应多多推广应用钢结构,必可大大减少地震灾害和人员伤亡.唐山地震的惨痛教训应予记起.目前,天津市已正式启动轻钢结构住宅.⑷宜于拆卸搬迁：一旦业主对所造厂址不满意或外界环境发生意想不到的变化,则整个建筑可在很短时间内拆迁,损失极小,而所有这些是钢筋混凝土建筑所无法具备的.正是由于轻钢结构的诸多优点,而且随着近年来防火、防腐新产品的不断出现,已较好地解决了轻钢结构抗腐蚀性差的缺点,使得它在工业厂房以及民用设施中获得了广泛的应用.三、材料选择和设计中的注意事项轻钢结构作为普通钢结构的衍生结构,其基本计算理论和后者基本相同.详细情况可参见上海市标准DBJ08-68-97轻钢结构设计规程和中国工程建设标准化协会标准CECS10 2：98门式钢架轻型房屋钢结构技术规程,这里仅着重强调几点：⑴在用材上应优先采用“H”形钢,它受力合理,拼接方便,加工容易.对于承重结构宜用Q235钢和低合金钢中的16 Mn、15MnV或15MnV钢,但需注意Q235-A钢的含碳量不作为交货条件,可焊性无保证,故不宜采用作焊接结构.对于板厚大于25mm的梁翼缘与柱,现场焊接的梁柱节点不宜用,应尽量选用Q235-B或,对于特别重要结构宜选用Q235-C或Q235 -D.⑵对厚度为17～40mm的Q235钢的设计指标比现行GBJ 17-88钢结构设计规范中的规定值提高5Mpa上海标准,焊缝强度也作了相应调整.⑶考虑了技术进步因素,将主要受力构件的壁厚调小了,即在现行GBJ18-97冷弯薄壁型钢结构技术规范中的主要受力构件的壁厚不小于2mm调整为不小,框架梁柱构件不小于3 mm.⑷在风荷载作用下,门式刚架的侧移按GBJ18-87冷弯薄壁型钢结构技术规范规定为柱顶高度的1/150.但在这2个规程中均作了细化规定并作相应调整,但具体数值不尽相同.设计者在使用时宜予以注意.⑸在设计刚架、屋架和檩条等时,应考虑由风吸力作用所引起构件内力变化的不利影响.此时永久荷载分项系数取为.这一规定主要是考虑到当设计的刚架、屋架、檩条在屋面材料较轻的情况下；若受风吸力作用,构件内力将会变号,会出现拉杆变为压杆的情况.在内力变号时永久荷载起减载作用,叵合肥市将永久荷载分项系数取为,则会造成结构可靠度的降低,导致不安全因素.四、结构或构件的塑性设计及腹板屈曲后强度轻钢结构允许采用塑性设计,但仅适用于不直接承受动力荷载的固端梁、连续梁以及由实腹构件组成的单层和2层框架结构.采用塑性设计的结构或构件,按承载能力极限状态设计时,应采用荷载的设计值,考虑构件截面内塑性的发展及由此引起的内力重分布,用考虑P-△效应的塑性铰理论或简单的塑性铰理论进行内力分析.按塑性设计时,钢材和连接的强度设计值应按规程的有关条款规定的数值乘以折减系数.塑性设计截面板件的宽厚比也应符合有关规定.门式框架上“工”字形截面构件的腹板允许考虑屈曲后程度,下面我们试通过单向受压四边简支扳回曲后的中面应力分布情况来说明为什么板屈曲后仍能继续承载,且承载力还能显着提高.板屈曲后只要板的四边保持直线,则载荷边的压应力分布为非无均匀分布,两边应力较高,中间应力较低；非载荷边产生垂直于边线的应力,其中部为拉应力.由于拉应力的作用限制了板屈曲变形的发展,提高了板的刚度,因而板屈曲后仍能继续承载.卡门最先提出了有效宽度的概念,即将板件受压边马鞍形应力分布图用二块等效的应力图形代替L等效应力图形的应力水平为fyc于是有Pu=fybetPu=∫σx dx式中：Pu为板的极限承载力；fy为钢材的屈服强度；b e为有效截面宽度；t为板件的厚度.当Pu通过理论分析和实验确定后,就可用有效宽度来表达受压板件屈曲后极限强度,并进而采用有效截面来考虑板件局部屈曲的影响.利用板面屈曲后的强度进行结构设计最早见于飞机结构中,因为飞机结构设计是在保证一定可靠度的前提下以减轻结构重量为目标.在普通房屋建筑钢结构设计中一般不允许板件产生局部失稳.而冷弯薄壁型钢,其特点之一就是壁薄,壁厚不大于6mm,以极少的材料加工成为宽展的截面,以提高构件的截面刚度和整体稳定承载力,为此,不得不突破钢结构设计规范GBJ17-88中对板件宽厚比限值的规定,允许板件产生局部失稳,进而利用屈曲后强度的提高.轻钢结构门式刚架是主要的承重结构,一般是采用实腹型变截面的柱和梁组成.门式刚架的形成可以单坡、双坡和多坡,多跨建筑的中间柱多采用较接的摇摆柱.门式刚架工字截面钢构件中腹板以受剪为主,抗弯作用不如翼缘有效,增大腹板的高度,可使翼缘抗弯能力发挥得更为充分.但是,在增大腹板高度的同时,如果厚度增之过大,则腹板耗钢量太多,也是不经济的.因此,先进的设计方法是采用高而薄的腹板,而是还有相当可观的屈曲后强度可以利用.在主要为均布荷载起控制作用的结构中,在允冲击、疲劳、振动等荷载的条件下,可充分利用结构受力板件的屈曲有效截面来分析压弯杆件腹板的稳定性,从而使其腹极高厚比限值可以大幅度提高.根据天津大学所作的试验证明,当荷载超过理论计算的屈曲临界载限多时腹板才呈现凸曲变形,且凸曲变形都不大,故适当利用屈曲后强度是可行的.五、蒙皮效应压型钢板因其重量轻、强度高、外形美观、安装便捷等优点,而广泛应用,国外不仅用手工业厂房,且很多民用建筑也用它做屋面板和墙板等围护结构.所谓蒙皮效应是指压型钢板在其平面内的抗剪能力,可称为受力蒙皮作用.如将压型钢板与构件进行可靠连接,则此蒙皮效应可使围护结构同时成为结构的重要组成部分,参与整个结构体系工作,为与之相连的受压、受弯压构件提供连续侧向支撑,从而提高这种构件的刚度及稳定承载力.美国的设计规范引进了蒙住支撑的设计方法.我国冷弯型钢受力蒙皮结构设计规范尚在编制中.1．蒙皮支撑的轴心受压构件假设在蒙皮的支撑作用下,构件在荷载作用下没有弯曲变形、没有截面的扭转而仅有轴向压缩变形,则我们称蒙皮可为构件提供完全支撑,此情况下的屈服压力记作Py,则为考察各种因素对蒙皮支撑构件性能的影响,对该非线性问题用有限元法,取如下构件作分析对象,构件外形尺寸为160mm×50mm×20mm×的冷弯薄壁卷边C形槽钢,材料屈服强度为Py=270Mpa,假定荷载的初始偏心为构件几何长度的1 /1000,构件长度为,两端铰接.压型钢板与构件用自攻螺钉相连.当压型钢板之间无连接件时蒙皮抗剪刚度为QL,当荷载偏心距ey=L/1000,ez=L/1000时,对应于不同的蒙皮抗剪刚度值Q,计算了构件跨度中截面转角及剪心的位移,从图中可以看出蒙皮抗剪刚度的变化,并未使构件跨中截面的转角有太大的差别.这说明蒙皮抗剪刚度的增大,并不能增大对构件扭转的约束作用.但是蒙皮抗剪刚度的增大,即能有效地减小构件的侧向变形.必须指出：以上的结果是在不考虑蒙皮对构件提供的扭转约束,即令扭转约束值F=0时所得出的结果.F值因次为N·mm/mm·rad.但实际结构中蒙皮总是可以为构件提供不同程度的扭转约束作用,如不考虑这一有利因素,势必会使计算结果过分保守,试验和计算结果都表明,蒙皮为构件提供的扭转约束作用可有效地减小构件的扭转变形,显着提高轴压构件的稳定承载力.通过理论计算所得出ey=L/1000,ez= -L/1000 ey=L/1000,ez=-L/1000侧向变形υcm曲线的蒙皮对构件影响.其FL=·mm/mm·rad 是由试验确定.六、结语当前,我国钢结构含轻钢结构发展的形势很好,我国钢结构年产已超过1亿t,可以预言,21世纪将是钢结构快速发展时期,长期以来,由混凝土结构、砌体结构一统天下的格局将被打破,从事钢结构制造、施工企业前景宽阔,各建筑设计院也面临着新的机遇和挑战.但是,以下几点仍需各方加以重视.1．应加大推广钢结构建筑的宣传力度目前,钢结构行业的竞争非常激烈.这种竞争,不仅来自于各行业,、各企业之间,更重要的还来自于钢结构和钢筋混凝土结构这两种建筑之间的竞争.日本等发达国家,钢结构建筑要占整个建筑的50%以上,而我国只占5%还不到.差距甚远.对于钢结构与混凝土结构的造价问题,应有一个全面、综合的认识,不能笼统地认为钢结构造价比混凝土贵,从而排斥于比较方案之外,这一点对广大设计人员尤为重要.事实上一个高层建筑的工程总投资、包括工程造价、动迁费、征地费等方面,工程造价只占工程总投资的50%.而工程造价又包括结构造价、装饰费、设备费等,结构造价只占工程造价的3 0%左右.而结构造价又分上部结构和基础造价,上部结构造价仅占基础造价的50%～70%.而钢结构只是指工程的上部结构,在工程总投资中仅占10%还不到.因此,高层建筑采用钢结构与采用混凝土结构间的差价所占工程总投资的比例将更小,一般不到工程总投资的4%.如果再考虑到采用钢结构因其自重轻、基础造价低；因其强度高、可啬建筑有效使用面积；施工速度快及抗震性能好等诸多优点,那么钢结构的优势是不言而喻的.2．推广应用住宅钢结构应提到重要位置建筑钢结构虽然发展很快,但在住宅领域还是空白.全国每年要建数千万平方米的住宅建筑,但采用钢结构的几乎没有.当然这和我国传统思想、观念以及对钢结构的认识偏差有关.可喜的是,天津市政府已率先垂范,决定于今年启动轻型钢结构建筑,将建设10万m2的轻钢住宅,其示范效应将不可低估,希望各地有关职能部门及广大设计人员应有超前意识,作出响应,对轻钢住宅建筑的发展作出应有贡献. 3．应积极提高各钢结构制造、施工企业、设计院所等技术人员的业务水平我国在较长的一段时间内,由于钢结构使用很少,各设计院所、建筑企业大多从事单一的混凝土结构工程的设计和施工.目前应大力加强和提高各级技术人员的钢结构业务水平.应充分发挥各高等院校、学术团体等举办钢结构技术讲座、规范培训班等.4．发展钢结构要在政策上给予支持和倾斜这种政策性的扶植应包括：在钢结构技术的发展上应将其纳入国家建筑技术发展规划并在科研项目、经费等方面予以重点支持；对于钢结构的住宅建筑,在土地征用、税收等方面予以优惠,以降低建设成本,使其更具市场竞争力；大力推广使用国产钢材以此和钢铁生产企业形成良性循环.。
钢与砼的组合构件摘要：本文简要介绍了钢与砼结构的竖向组合和水平组合，并比较不同材料、相同跨度梁的受力状态和造价。
关键词：钢结构组合体组合楼板自改革开放我国的钢产量有了大幅度的提高，近几年钢产量已经连续超过亿吨，但我国建筑钢仅占钢材产量比例的20%，而美国发达国家已达到50%以上；钢结构建筑在整个建筑中所占比重，只占我国建筑用钢量的10%~20%，而如日本的钢结构建筑占建筑总面积的50%左右，韩国约占20%，差距十分巨大。
这与我国作为产钢大国的地位是很不相称的，为此，我国有关部委已经在大力推广钢结构体系，建设部将钢结构住宅体系的开发和应用作为我国建筑业用钢的突破点。
钢结构的显著特点是强度高、自重轻、良好的抗震性能、梁柱截面较小、施工周期较短等优点，尤其是钢材属于可回收的绿色环保材料，推广钢结构尤为必要。
钢结构既使用于高层、超高层的建筑，大跨度大荷载的工业与民用建筑，也可用于多层和高层住宅中。
我国已建成了上海金茂大厦、北京财富中心、哈尔滨联通大厦等一大批组合结构的超高层建筑，也建成了一批纯钢结构的住宅。
钢结构体系的构成：竖向抗侧力体系分为混凝土剪力墙-钢框架体系和支撑-钢框架两种，前种一般用于高层中，后者在多层和高层中均有应用。
混凝土剪力墙-钢框架体系中混凝土剪力墙承担了大部分水平力，但框架部分分担的底部剪力不得小于结构底的20%。
这种结构在混凝土墙体与钢梁的连接部位最易遭受破坏，设计时应予加强。
这种体系的不足之处是内筒为混凝土上，重量减少不多，现场浇捣混凝土的量也比较大。
钢支撑可以采用X型、单斜杆型、人字型、倒人字型、W型、倒W型等形式，还可以采用偏心支撑。
在不影响建筑功能的前提下，在平面上支撑应均匀布置。
偏心支撑的优点是在较小或中等的水平荷载作用下有足够的刚度，而在严重超载（如大地震）时具有良好的延性，是一种较好的抗剪支撑。
钢框架柱有工字形柱，箱形截面柱等等几种，钢混凝土框架柱有钢管砼柱，外包混凝土的型钢混凝土柱等几种。
我国钢结构的现状及发展前景研究作者：张海峰来源：《城市建设理论研究》2013年第24期中图分类号： TU391 文献标识码： A 文章编号：一、钢结构在我国的应用概况1. 钢结构在我国的发展简史钢结构的应用在我国已经有悠久的历史了。
新中国成立后，钢结构建筑发展大体可分为三个阶段：一是初盛时期（50年代～60年代初），二是低潮时期（60年代中后期～70年代），三是发展时期（80年代至今）。
我国80年代沿海地区引进轻钢建筑，国内各种钢结构的厂房、奥运会的一大批钢结构体育馆的建设，以及多栋高层钢结构建筑的建成是中国钢结构发展的第一次高潮。
钢结构的应用在我国已有卓越成就：65年世界上最早的铁链悬桥—我国的兰津桥1061年湖北荆州玉泉寺的13层铁塔1705年四川泸定大渡河铁链桥（桥宽2.8米，跨长100米）1961年建成北京工人体育馆。
标志中国现代悬索结构的开始。
2.钢结构的特点及应用2.2.1钢结构的特点①钢结构强度高，自重轻②钢结构材质均匀，可靠性高③钢结构制造的工业化程度较高④钢结构塑性韧性、抗震性能好⑤钢结构可以准确快速地装配⑥钢结构室内空间大⑦钢结构可回收，建筑造型美观⑧耐火性和耐腐蚀性差⑨某些条件下，发生脆性断裂2.2.2钢结构的优点钢结构与其它建设相比，在使用中、设计、施工及综合经济方面都具有优势，造价低，可随时移动。
①钢结构住宅比传统建筑能更好的满足建筑上大开间灵活分隔的要求，并可通过减少柱的截面面积和使用轻质墙板，提高面积使用率。
②节能效果好，保温性能好，抗震度好。
③将钢结构体系用于住宅建筑可充分发挥钢结构的延性好、塑性变形能力强，具有优良的抗震抗风性能，大大提高了住宅的安全可靠性。
④建筑总重轻，钢结构住宅体系自重轻，可以大大减少基础造价。
⑤施工速度快，工期比传统住宅体系至少缩短三分之一。
⑥环保效果好。
钢结构住宅所用的材料大部分可循环利用。
⑦以灵活、丰实。
大开间设计，户内空间可多方案分割，满足用户的不同需求。
轻钢混凝土组合结构的发展趋势High quality manuscripts are welcome to download轻钢-混凝土组合结构的发展趋势提要：介绍了轻钢-混凝土组合结构的概念，对其结构体系、发展现状及存在的问题进行了探讨，并阐明了该结构必将广泛应用于建筑结构工程的发展趋势。
关键词：轻钢-混凝土组合结构；结构体系；发展趋势一、引言随着我国钢材产量的逐年增加和高强度、高性能建筑结构用钢的大量生产，我国已进入了大力发展钢结构建筑的新时期。
目前，普通钢结构建筑的受力性能分析和设计方法已比较成熟，轻型钢结构和普通钢-混凝土组合结构也处于进一步开发和完善阶段，而轻钢-混凝土组合结构的研究还比较少[1,2,3]。
轻钢-混凝土组合结构是一种由冷弯薄壁型钢和薄壁钢管与混凝土组合而成的新型结构体系。
轻钢─混凝土组合结构具有轻钢结构的优点，同时由于混凝土的存在而提高了结构的刚度和稳定性，并增强了结构的防火性能。
二、轻钢-混凝土组合结构体系（一）竖向承重结构结构竖向承重主要以薄壁钢管混凝土柱为主。
由于冷成型薄壁钢管的管壁较薄，管内部混凝土可防止钢管发生局部屈曲，还可根据其稳定性要求在管内纵向设肋[4]，从而提高钢管的局部稳定承载力。
同时钢管对混凝土有较强的约束作用，提高了混凝土的轴向抗压强度，因此，薄壁钢管混凝土柱的承载力高于钢管和混凝土的承载力之和。
由于在钢管内浇筑了热容量较大的混凝土，发生火灾时能够吸收热量，从而延长了钢管的耐火极限[5,6]。
圆钢管轴向受力性能较好，其受弯性能及与其它构件的连接不如方钢管，但方钢管对混凝土的约束能力较差[7]。
因此可考虑采用六边形及八边形钢管[8,4]，以便为梁﹑柱连接提供方便和保证（如图1所）。
（二）楼面结构轻钢-混凝土组合建筑可选用多种楼面结构形式。
它要求楼板必须有足够的刚度﹑强度和整体稳定性，同时应使楼板自重轻﹑厚度小，并提高施工速度。
楼面结构可选用如下形式：（1）压型钢板和混凝土组合楼板；（2）密肋轻钢─混凝土组合楼板；（3）现浇预应力钢筋混凝土楼板；（4）混凝土预制叠合楼板。
其中优先选用1﹑2类型。
其主要优点是：（1）省去楼面模板支撑，节省投资，施工速度快；（2）压型钢板与轻钢密肋中可布置设备管线，减少吊顶高度；（3）平面刚度大，房屋有较强的整体性，抗震性能好。
主﹑次梁可采用矩形钢管﹑双槽钢﹑冷弯U型卷边槽钢或H型﹑I字型焊接或热轧型钢。
I字型钢可以是实腹的也可是空腹的，也可选用卷边槽钢－混凝土组合梁。
梁板组合结构通过栓钉及剪力连接件形成整体，共同来承担楼面荷载。
目前压型钢板与混凝土组合楼面结构在国内发展已比较成熟。
（三）支撑结构（1）对于单层工业厂房轻钢─混凝土组合结构，由于采用薄壁钢管混凝土柱承受竖向荷载及吊车荷载，屋架及支撑均可采用轻型钢构件，因而其支撑布置方式与普通钢结构厂房类似。
即采用柱间支撑及屋盖水平﹑垂直支撑来保证厂房及屋盖的整体稳定性。
（2）对于多﹑高层轻钢─混凝土组合结构体系，由于其侧向刚度较弱，为抵抗水平地震作用，减小层间侧移，宜在相应位置采用垂直支撑。
为满足门窗开洞及其它方面需要，支撑的形式可以灵活多样，如X型﹑M型﹑W型﹑V型﹑单斜杆型﹑人字型支撑等。
对位于地震区的通常的钢－混凝土组合梁楼盖宜采用偏心支撑[1]，以便结构在地震作用下具有良好的延性及耗能性能。
此外，若采用刚性梁柱节点，对于多层结构可以不设置支撑构件。
（四）维护结构轻钢-混凝土组合结构与其它钢结构一样，应采用轻质维护材料。
墙梁宜优先选用冷弯薄壁槽钢﹑卷边槽钢﹑卷边Z型钢。
可采用轻型组合墙体，如：压型钢板加轻型保温隔层墙体﹑压型钢板夹芯板﹑玻纤增强水泥外墙板﹑钢网塑料墙板等。
至于屋盖结构，一般采用有檩体系，亦可采用拱形波纹屋顶或轻型网架﹑轻型桁架加铺轻质保温层和彩色压型钢板。
其特点是生产工厂化，制作机械化，施工方便﹑速度快﹑工期短。
三、轻钢-混凝土组合结构的发展现状（一）国外研究现状国外一些学者已进行了薄壁型钢混凝土组合梁及薄壁钢管混凝土组合柱的试验研究。
组合梁中的薄壁型钢主要有冷弯U型型钢﹑百叶薄壁型钢和装配式薄壁型钢等形式，如图2所示。
c～h类型均能与混凝土有效地结合[9,10，11，12]，来共同承受外界弯矩和剪力。
其中h类型为装配式截面，布置较为灵活，可适用于不同截面尺寸的轻钢组合梁，并可作为标准型材批量生产，但在浇混凝土之前必须用框架固定其形状。
a、b类型[7]为箱形薄壁型钢截面，与混凝土的粘结性能较差，一般只起到模板的作用。
此外，还可根据实际需要，在薄壁型钢混凝土梁中配置一定数量的纵向钢筋，以进一步提高其抗弯刚度和极限承载力。
国外研究表明[9,13]，薄壁型钢混凝土组合梁的承载力大小，取决于薄壁型钢与混凝土间的粘结力性能。
粘结性能好才能使钢和混凝土两种材料共同工作，充分发挥材料的强度。
而薄壁型钢的截面形状及表面有无刻痕是影响粘结力的主要因素。
如图2中c～h类型，在充分咬合情况下，钢板与混凝土处于完全粘结状态，其应变相同，几乎没有滑移发生。
对于不同形状的薄壁钢板，可取用不同的粘结系数，具体数值需要由试验确定。
目前，轻钢-混凝土组合梁还正处于研究开发阶段。
薄壁钢管混凝土柱的研究目前主要集中在短柱上[8,4],重点研究圆形和方形截面短柱在轴压荷载作用下的力学性能，包括钢壁板的局部屈曲性能，而对于长柱构件在轴压和压弯荷载作用下的性能研究还未见相关报导（二）国内研究现状在国内，清华大学和哈尔滨工业大学正在进行轻钢-混凝土组合构件的研究工作。
哈尔滨工业大学近期进行了薄壁型钢混凝土组合梁和短柱的试验研究。
共对6根梁和22个短柱构件进行了静载试验观测，取得了较为理想的结果。
下面对其组合梁、柱试验情况分别加以介绍。
1.薄壁型钢混凝土组合梁试验薄壁型钢组合梁采用了3种截面类型，如图3所示。
试验中所采用的6根梁跨度均为3m,截面尺寸为，梯形截面混凝土翼缘宽为550mm,翼缘高为80mm。
每一种截面类型做两个试件，一个为素混凝土组合梁，另一个在下部配有钢筋。
在试验中，采用三分点加载，使组合梁中部受纯弯作用。
试验结果表明，其中b、c 两种类型的粘结性能优于a种，而c种最好。
组合梁达到受弯极限承载力时，梁顶部混凝土基本上达到或接近极限压应变，同时梁下部钢板也达到了极限拉应变。
这说明该种梁截面类型薄壁型钢与混凝土的粘结性能能够满足受弯承载力要求。
构件破坏时，粘结力的丧失与薄壁型钢和混凝土的屈服几乎同时发生，如图所示。
在钢与混凝土界面粘结破坏之前，构件处于弹性阶段。
随着粘结的破坏，构件刚度逐步下降，但并不显着；当粘结全部破坏时，外包薄壁型钢与混凝土之间出现了滑移，刚度很快下降。
随着滑移的增加，混凝土翼缘板开裂（未配筋试件）或梁腹部的混凝土被剪坏（配筋试件），最后导致构件破坏。
由此可见，相对于配筋试件，未配筋试件具有更好的延性，说明薄壁型钢与混凝土间的粘结力对组合梁的承载力起控制作用。
图3.薄壁型钢组合梁截面2.薄壁钢管混凝土组合柱试验在薄壁钢管混凝土短柱试验中，共选用圆柱（图）、方形柱（图）、和八边形柱（图）三种截面类型，同时改变截面尺寸及钢材和混凝土强度进行构件的正交试验设计。
钢管壁厚选用1mm和，管径（圆形截面）及边长（方形、八边形截面）分别采用100mm、150mm和200mm,试件高度为400mm～1000m；混凝土标号采用C20～C30。
试验结果表明，圆柱的受力性能最好，八边形柱次之，方形柱的受力性能最差。
这主要是由于圆形钢管对混凝土的约束能力强于其它两种类型的缘故。
圆形薄壁钢管混凝土短柱随着荷载的逐渐增大，柱中部首先突起，钢管达到屈服强度，进而出现褶皱，发生较大塑性变形，此时钢管与混凝土均达到极限强度，最后破坏现象为斜向剪切破坏。
由于管壁较薄，方形钢管对混凝土的约束作用较小，强度较低。
八边形钢管混凝土柱的承载力介于圆形和方形构件之间。
比较之下，薄壁钢管混凝土组合柱宜优先选用圆形及八边形截面。
3. 节点构造在轻钢-混凝土组合结构体系中，最关键的部位就是节点。
只有节点的构造措施和受力性能得到了解决，才有可能进行结构体系的研究。
原哈尔滨建筑工程学院做过大量厚壁钢管混凝土柱节点的试验研究，并在实践中得到了应用，且编入了规范，取得了很好的成果。
但是由于薄壁钢管的管壁较薄，易于变形，因此节点构造较难处理。
暂时可以将薄壁钢管混凝土梁、柱节点分为刚接和铰接两种形式，对其进行尝试性的理论分析及试验研究，以确定节点的合理形式和局部构造。
对薄壁钢管混凝土柱与钢梁相连接的情况，可在节点处的柱子部分局部采用厚壁钢管，上、下分别与薄壁钢管相焊接，这样钢梁与厚壁钢管的连接便可以采用规范中的传统形式进行设计。
薄壁型钢混凝土组合梁与其它构件的连接则比较难以处理，可以考虑在混凝土中采用预埋型钢或钢筋来实现连接，但是该种连接形式的抗弯、抗剪等力学性能还有待于研究。
根据以上设想，组合梁和八边形柱节点的刚接形式如图5所示，其它截面柱可采取类似构造。
其中，组合梁外的薄壁钢板与柱上外套厚壁钢管焊接，内穿双角钢，并且上部纵向钢筋穿过柱子，梁外钢板与厚壁钢管焊接，薄壁钢管混凝土柱内不配钢筋或少量配筋。
组合梁截面可以采用图2及图3所示的各种截面类型。
铰接节点为柱子中只有角钢穿过，组合梁支承于角钢之上，梁柱间既不焊接，也没有钢筋通过，但需设置柱间支撑以承受水平荷载。
除轻钢混凝土组合梁、柱体系外，还可以采用薄壁钢管混凝土柱与I字形钢梁体系及钢筋混凝土柱与薄壁型钢组合梁体系，后两者节点连接则更为容易。
四、轻钢-混凝土组合结构发展的几个问题（一）轻钢-混凝土组合构件的研究。
除压型钢板与混凝土组合板技术比较成熟外，其它轻钢─混凝土组合构件的研究目前仍较少。
需对薄壁钢管混凝土柱的极限承载力及薄壁钢管的局部屈曲和不同类型冷弯薄壁型钢混凝土组合梁的受弯﹑受剪状况及整体﹑局部稳定性能进行理论分析和试验研究。
（二）轻钢-混凝土组合结构体系及构造措施的研究。
普通的钢─混凝土组合结构及轻钢结构都已进行了大量的科学研究，取得了丰硕的成果及丰富的实践经验，并制订了相应的规范和规程，我们可以借鉴以上两者的成果及经验进一步进行研究。
其中梁柱节点的研究是关键。
可进行薄壁钢管混凝土柱与冷弯薄壁型钢混凝土组合梁节点及薄壁钢管混凝土柱与热轧型钢﹑冷弯型钢梁节点的理论分析及试验研究。
由于轻钢壁厚较小，一般只有几毫米，可考虑部分构件工厂焊接，部分构件采用现场螺栓连接。
（三）轻钢-混凝土住宅建筑的开发。
在大多数多﹑高层钢结构建筑中，均采用压型钢板─混凝土组合楼盖。
如果同时采用薄壁钢管混凝土柱及轻钢混凝土组合梁作为主框架，则必将使结构的受力性能及防火性能得到改善，因此可考虑在钢结构及轻钢结构建筑中尽量多采用组合构件。
