纵观人类建筑活动史，建筑结构形式从平面结构、空间结构、仿生结构、金属结构、木结构、装配式结构等结构体系逐步演化。目前，作为装配式结构之一的钢结构建筑正朝着构件小型化、精致化、轻质化方向发展。
钢结构建筑具有跨度大、强度高、质量安全可靠、抗震性能优越、空间布局灵活、使用面积增加、装配便捷高效、施工污染减少、节能降碳突出、可循环利用等优势。
在“双碳”目标引领下，发展钢结构建筑不仅是建筑行业实现国家“双碳”目标的重要途径，也是钢铁行业优化建筑用钢消费结构、适应绿色低碳发展要求的重要举措。
当前，我国拥有世界上规模潜力最大的钢结构建筑市场，在经济社会发展、产业基础、科技水平等方面具备加快发展钢结构建筑的条件，在推广钢结构建筑上条件得天独厚。钢结构建筑在我国正处于大发展的起步阶段，发展前景广阔。
本文从国外钢结构建筑发展历史、国内钢结构建筑发展历史进行总结分析，并对钢结构建筑未来发展进行展望。
国外钢结构建筑发展情况
一是早期国外钢结构建筑发展情况。
18世纪末，英国开始采用铁框架作为主体结构建设厂房，“钢结构建筑”发展开始起步。1851年，低层铁框架结构建筑——世界博览会会场“水晶宫”在英国伦敦建成；1883年，当时世界上最长的悬索桥——布鲁克林大桥建成；1885年，芝加哥家庭保险公司采用铁框架建成了世界上最早的高层（10层）建筑大楼。
随后，1889年，埃菲尔铁塔建成，铁塔高300米，共用钢铁材料7000吨，代表着钢结构建筑时代的到来。1889年建成的巴黎博览会机械陈列馆运用当时最先进的三铰拱结构及优质钢材，建筑跨度达到115米。19世纪末，美国采用钢框架结构开始建造住宅；1931年，美国建成102层高381米的纽约帝国大厦，标志着真正的摩天楼时代开始。上世纪30年代，建筑用钢与玻璃结合，开始展现建筑艺术美，如1930年开始建成的吐根哈特住宅等。1937年，世界上最早的钢结构大桥——旧金山金门大桥建成（图1）。
图1 旧金山金门大桥
二战后，英国及欧洲国家为解决房屋荒，开始采用钢结构工业化方式大量建设住宅。
上世纪50年代，高层钢结构建筑、空间钢结构建筑开始得到发展，如1952年建成的美国雷里竞技馆（图2）开创了现代悬索结构历史。
图2 雷里竞技馆
上世纪60年代后，鉴于经济性、安全性能（抗震、防火）及耐久性能等综合考虑，轻钢结构的价值得到普遍认可；网架结构与网壳结构建筑成为当时主要的大跨度空间结构形式，钢结构建筑获得较快发展，如1964年建成的肯尼迪图书馆、1980年建成的空间网架结构“水晶教堂”、1993年建成的日本网壳结构建筑福冈体育馆等。
上世纪90年代以来，封闭型张拉膜结构建筑相继建成，如1994年建成的美国丹佛国际机场候机大楼，建筑造型与自然、地方文化等均有结合。
二是近期国外钢结构建筑发展情况。
从不同国家钢结构建筑发展来看，美国从上世纪60年代开始，其国内轻钢建筑垄断了低层非居住型建筑市场，1965年轻钢结构在美国仅占建筑市场的15％，1990年上升到53％，1993年上升到68％，到2000年已经上升到75％；日本钢结构广泛用于高层公共建筑，按2019年居住建筑、公共建筑（公共建筑不含居住建筑）、基础设施等日本所有建筑的施工面积测算，木结构、钢结构、钢混结构占比分别为44%、37%、19%；英国积极引导装配式建筑发展，明确要求在英国装配式建筑中，新建的钢结构建筑、模块化建筑占比达70%以上，2020年英国模块化建筑市场规模达892亿元。
从国外钢结构住宅发展来看，美国是最早采用钢框架结构建造住宅的国家和地区之一，美国于1996年已建成20万幢钢框架小型住宅，约占当年住宅建筑总数的20%。20世纪90年代末，日本预制装配式住宅中钢结构住宅基本占71%，近20年来新开工建设的住宅中钢结构住宅占比基本稳定在9%~15%。
总的来看，国外钢结构建筑创新发展与应用具有以下特色：一是具有设计灵活多样的钢结构建筑构造体系，其主体结构体系由一系列能互相替换的定型构件组成，已形成该体系的构件目录，建筑师可以选用其中的构件，像搭积木一样组成多样化的建筑。且国外装配式钢结构建筑主要体系各具特色，如意大利主要采用的结构体系适用于1~8层钢结构住宅，美国广泛采用的体系适用于1~4 层和12~15层建筑结构等。二是地震多发国家的钢结构建筑体系侧重居住房屋具有良好的抗震性。在其结构体系中，钢柱采用C型钢或H型钢组成工字型、箱型截面，梁柱采用镀锌合金钢加工，采用喷防火涂料或者用板材包裹隔断来达到防火效果。三是提倡采用快速安装预制住宅，普遍使用高强成型钢材，可裁剪成组合件，通过钢结构与混凝土结合发挥防火、隔声、隔热作用。
此外，值得注意的是，国外装配式钢结构建筑推广获得政府支持。比如，美国国会于1976年通过了国家工业化住宅建造及安全法案，出台一系列严格的行业规范标准；瑞典政府为推动装配式建筑产品建筑工业化通用体系和专用体系发展，鼓励只要使用按照国家标准协会的建筑标准制造的结构部件来建造建筑产品，就能获得政府资金支持；澳大利亚与新西兰于1996年联合制定并发布实施冷弯成型结构钢规范等。
我国钢结构建筑发展情况
一是新中国成立后我国钢结构建筑的尝试。
我国钢结构建筑是随着国家经济发展和钢产量增加而逐步发展起来的。新中国成立后，我国钢产量低（1950年粗钢产量为60万吨），制约我国工业发展，钢结构在建筑中的应用主要局限于一些标志性公共建筑和工业建筑，在民用居住类建筑中较少应用。比如，1986年，中冶研究院和国外公司合作采用H型钢作为承重梁柱，建设了一幢二层钢结构样板房；1987年，采用钢结构的北京展览馆宾馆建成；1994年，上海浦东采用框架承重体系建成8层钢结构住宅；1998年，中铁紫荆钢结构公司建设一幢3层实验楼，结构体系采用钢框架—核心筒结构，梁柱采用焊接H型钢。
二是钢结构建筑的创新与发展。
上世纪50年代以来，我国钢结构桥梁开始发展。1957年建成武汉长江大桥（图3），标志着新中国第一座现代化钢结构桥梁面世。上世纪80年代初，钢结构建筑迎来较快发展，沿海地区引进轻钢建筑，开始兴建钢结构厂房、体育馆、高层建筑等。超高层建筑大量采用钢结构体系，上世纪80年代最高为208米，90年代最高达到460米。1996年，我国钢产量首次突破1亿吨，国家开始大力支持在建筑中应用钢材。1999年，国家经贸委明确将“轻型钢结构住宅建筑通用体系的开发和应用”作为建筑用钢的突破点。可以说，上世纪90年代后，钢结构建筑在我国的发展揭开了新的一页，相继建成了一些标志性的钢结构建筑和大跨钢结构建筑等，如1994年建成的上海东方明珠（图4）等。20世纪以来，随着国家体育场（图5）、上海东方体育中心（图6）等的建成，我国钢结构建筑设计与建造水准迅速提升。
图3武汉长江大桥
图4 上海东方明珠
图5 国家体育场
图6上海东方体育中心
三是钢结构建筑相关支持政策。
最早是在2000年，建设部提出“十五”期间应以住宅钢结构为发展重点，提出“打基础促发展，抓配套促应用，抓试点带产业”的工作方针。随后，“十三五”以来，党中央、国务院出台了一系列政策，推动钢结构建筑发展，具体见表1。
随着一系列政策的加持，我国钢结构建筑近年来应用明显增加，尤其是近3年钢结构建筑产值稳步提升（详见表2）。
四是典型H型钢及建筑企业钢结构住宅发展情况。
1999年，国务院办公厅转发建设部等八部委《关于推进住宅产业现代化提高住宅质量若干意见》文件后，各高校、科研院所、企业等加大了对钢结构住宅体系的研究力度。
随后，国内典型H型钢生产基地在“钢结构住宅体系以及关键技术”方面的研究取得较好发展。比如，2001年，山钢莱钢开始承担建设部课题“H型钢结构住宅建筑体系研究”，采用“钢结构生态节能建筑新技术体系”建设了国内第一个装配式钢结构住宅示范小区——钢城区樱花园小区（图7）；2019年，津西钢铁钢结构装配式住宅建成，其钢梁采用热轧H型钢、热轧钢管做支撑，形成了“津西JST装配式钢结构建筑技术体系”等。
图7 莱钢钢城区樱花园小区
从国内典型钢结构建筑企业发展案例来看，中国五矿近年来开展了大空间住宅钢结构体系等高效能标准化关键技术专项示范研究，取得了阶段性成果。另外，其承建的广州白云机场，使我国钢结构建筑设计水平和美观度迅速达到新的高度。宝钢建科的实践表明，综合解决方案与传统钢结构体系相比，可以实现结构用钢量降低10%~20%，综合成本降低5%~15%，碳排放量减少10%~20%。另外，2018年竣工的高达528米的中国尊（图8）也彰显了钢结构建筑的发展水平。
图8 中国尊
钢结构建筑未来发展展望
我国经济发展基本面稳固，具有完整的工业体系、强大的构件加工制造及配套能力，为钢结构建筑加快发展提供了广阔的空间。
一是钢结构建筑将进入高质量发展新阶段。
智能生产、绿色建造、模块化建筑、装配式装修、运行超低能耗，将是未来装配式钢结构建筑的发展趋势。钢结构建筑全过程实现高效能、标准化、装配化，需要全产业链协同协作，从客户端、产品端和优化供应链管理等方面不断创新提升，培育以技术、标准、品牌、质量、信用和服务等为核心的新优势，并通过数字赋能、智能增效、绿色低碳，塑造发展新动能，促进装配式钢结构建筑高质量发展。
二是钢结构建筑用钢需求将迎来新变化。
超高层、大跨度等钢结构建筑在安全性、功能性等方面均对现代工程建设提出了新要求，具有高强韧性、高抗震性、易焊接、免涂装等特点的绿色可持续性建筑用钢将成为未来发展方向。同时，建筑用热轧H型钢将得到积极应用。国外主要发达经济体钢结构用钢基本上以热轧H型钢和高强、高性能钢等为主，应用率在50%以上。目前，我国80%的钢结构用钢是Q235等级的普通钢材，建筑用钢及品种结构亟待优化，应大力推广热轧H型钢、以Q355级及更高级别的高强度、高性能钢材代替Q235级钢材，满足钢结构及钢结构建筑行业用钢要求。
三是绿色低碳装配式钢结构建筑更具新优势。
钢结构建筑从产品全生命周期看是一种节能环保、可循环利用的工程结构形式。据中国工程院《钢结构住宅产业化咨询研究》报告数据，每平方米钢结构建筑比钢筋混凝土建筑在生产施工过程中可减少能耗12%、减少二氧化碳排放15%、减少固体废弃物51%。
在碳中和目标驱动下，建筑业低碳化将成为必然趋势，装配式钢结构建筑施工高效率、控制高精度、安装高灵活性、材料可回收利用，同时内装智造体系，管线、设备、内装等装配率可达90%以上，都将利于实现零碳建筑。
四是钢结构建筑未来结构造型将更突出自然和谐。
钢结构建筑未来造型将更多与自然、地方文化相结合，结构及形式将呈现“空灵美、线条美、动态美、精致美、色彩美”趋势，仿生化倾向、生态化发展趋势更明显。
目前，我国钢结构在基础设施建设、公共建筑等领域的应用已基本能够在现有政策支持下实现市场化、可持续发展，并呈现钢材使用向高性能、高功效发展态势。与此同时，钢结构住宅推广应用尚有不足，是今后钢结构建筑发展的重点，也是难点。下一步，要充分发挥钢铁、建筑两大产业的超大规模市场优势，利用钢铁业充分且先进的制造技术和产业链协同能力，促进钢结构住宅的模式和业态创新，构建强大的市场竞争力。
来源的：中国钢铁新闻网
