縱觀人類建筑活動史，建筑結構形式從平面結構、空間結構、仿生結構、金屬結構、木結構、裝配式結構等結構體系逐步演化。目前，作為裝配式結構之一的鋼結構建筑正朝著構件小型化、精致化、輕質(zhì)化方向發(fā)展。

　　鋼結構建筑具有跨度大、強度高、質(zhì)量安全可靠、抗震性能優(yōu)越、空間布局靈活、使用面積增加、裝配便捷高效、施工污染減少、節(jié)能降碳突出、可循環(huán)利用等優(yōu)勢。

　　在“雙碳”目標引領下，發(fā)展鋼結構建筑不僅是建筑行業(yè)實現(xiàn)國家“雙碳”目標的重要途徑，也是鋼鐵行業(yè)優(yōu)化建筑用鋼消費結構、適應綠色低碳發(fā)展要求的重要舉措。

　　當前，我國擁有世界上規(guī)模潛力最大的鋼結構建筑市場，在經(jīng)濟社會發(fā)展、產(chǎn)業(yè)基礎、科技水平等方面具備加快發(fā)展鋼結構建筑的條件，在推廣鋼結構建筑上條件得天獨厚。鋼結構建筑在我國正處于大發(fā)展的起步階段，發(fā)展前景廣闊。

　　本文從國外鋼結構建筑發(fā)展歷史、國內(nèi)鋼結構建筑發(fā)展歷史進行總結分析，并對鋼結構建筑未來發(fā)展進行展望。

　　一是早期國外鋼結構建筑發(fā)展情況。

　　18世紀末，英國開始采用鐵框架作為主體結構建設廠房，“鋼結構建筑”發(fā)展開始起步。1851年，低層鐵框架結構建筑——世界博覽會會場“水晶宮”在英國倫敦建成；1883年，當時世界上最長的懸索橋——布魯克林大橋建成；1885年，芝加哥家庭保險公司采用鐵框架建成了世界上最早的高層（10層）建筑大樓。

　　隨后，1889年，埃菲爾鐵塔建成，鐵塔高300米，共用鋼鐵材料7000噸，代表著鋼結構建筑時代的到來。1889年建成的巴黎博覽會機械陳列館運用當時最先進的三鉸拱結構及優(yōu)質(zhì)鋼材，建筑跨度達到115米。19世紀末，美國采用鋼框架結構開始建造住宅；1931年，美國建成102層高381米的紐約帝國大廈，標志著真正的摩天樓時代開始。上世紀30年代，建筑用鋼與玻璃結合，開始展現(xiàn)建筑藝術美，如1930年開始建成的吐根哈特住宅等。1937年，世界上最早的鋼結構大橋——舊金山金門大橋建成（圖1）。

圖1 舊金山金門大橋

　　二戰(zhàn)后，英國及歐洲國家為解決房屋荒，開始采用鋼結構工業(yè)化方式大量建設住宅。

　　上世紀50年代，高層鋼結構建筑、空間鋼結構建筑開始得到發(fā)展，如1952年建成的美國雷里競技館（圖2）開創(chuàng)了現(xiàn)代懸索結構歷史。

 

圖2 雷里競技館

　　上世紀60年代后，鑒于經(jīng)濟性、安全性能（抗震、防火）及耐久性能等綜合考慮，輕鋼結構的價值得到普遍認可；網(wǎng)架結構與網(wǎng)殼結構建筑成為當時主要的大跨度空間結構形式，鋼結構建筑獲得較快發(fā)展，如1964年建成的肯尼迪圖書館、1980年建成的空間網(wǎng)架結構“水晶教堂”、1993年建成的日本網(wǎng)殼結構建筑福岡體育館等。

　　上世紀90年代以來，封閉型張拉膜結構建筑相繼建成，如1994年建成的美國丹佛國際機場候機大樓，建筑造型與自然、地方文化等均有結合。

　　二是近期國外鋼結構建筑發(fā)展情況。

　　從不同國家鋼結構建筑發(fā)展來看，美國從上世紀60年代開始，其國內(nèi)輕鋼建筑壟斷了低層非居住型建筑市場，1965年輕鋼結構在美國僅占建筑市場的15％，1990年上升到53％，1993年上升到68％，到2000年已經(jīng)上升到75％；日本鋼結構廣泛用于高層公共建筑，按2019年居住建筑、公共建筑（公共建筑不含居住建筑）、基礎設施等日本所有建筑的施工面積測算，木結構、鋼結構、鋼混結構占比分別為44%、37%、19%；英國積極引導裝配式建筑發(fā)展，明確要求在英國裝配式建筑中，新建的鋼結構建筑、模塊化建筑占比達70%以上，2020年英國模塊化建筑市場規(guī)模達892億元。

　　從國外鋼結構住宅發(fā)展來看，美國是最早采用鋼框架結構建造住宅的國家和地區(qū)之一，美國于1996年已建成20萬幢鋼框架小型住宅，約占當年住宅建筑總數(shù)的20%。20世紀90年代末，日本預制裝配式住宅中鋼結構住宅基本占71%，近20年來新開工建設的住宅中鋼結構住宅占比基本穩(wěn)定在9%~15%。

　　總的來看，國外鋼結構建筑創(chuàng)新發(fā)展與應用具有以下特色：一是具有設計靈活多樣的鋼結構建筑構造體系，其主體結構體系由一系列能互相替換的定型構件組成，已形成該體系的構件目錄，建筑師可以選用其中的構件，像搭積木一樣組成多樣化的建筑。且國外裝配式鋼結構建筑主要體系各具特色，如意大利主要采用的結構體系適用于1~8層鋼結構住宅，美國廣泛采用的體系適用于1~4 層和12~15層建筑結構等。二是地震多發(fā)國家的鋼結構建筑體系側重居住房屋具有良好的抗震性。在其結構體系中，鋼柱采用C型鋼或H型鋼組成工字型、箱型截面，梁柱采用鍍鋅合金鋼加工，采用噴防火涂料或者用板材包裹隔斷來達到防火效果。三是提倡采用快速安裝預制住宅，普遍使用高強成型鋼材，可裁剪成組合件，通過鋼結構與混凝土結合發(fā)揮防火、隔聲、隔熱作用。

　　此外，值得注意的是，國外裝配式鋼結構建筑推廣獲得政府支持。比如，美國國會于1976年通過了國家工業(yè)化住宅建造及安全法案，出臺一系列嚴格的行業(yè)規(guī)范標準；瑞典政府為推動裝配式建筑產(chǎn)品建筑工業(yè)化通用體系和專用體系發(fā)展，鼓勵只要使用按照國家標準協(xié)會的建筑標準制造的結構部件來建造建筑產(chǎn)品，就能獲得政府資金支持；澳大利亞與新西蘭于1996年聯(lián)合制定并發(fā)布實施冷彎成型結構鋼規(guī)范等。

　　一是新中國成立后我國鋼結構建筑的嘗試。

　　我國鋼結構建筑是隨著國家經(jīng)濟發(fā)展和鋼產(chǎn)量增加而逐步發(fā)展起來的。新中國成立后，我國鋼產(chǎn)量低（1950年粗鋼產(chǎn)量為60萬噸），制約我國工業(yè)發(fā)展，鋼結構在建筑中的應用主要局限于一些標志性公共建筑和工業(yè)建筑，在民用居住類建筑中較少應用。比如，1986年，中冶研究院和國外公司合作采用H型鋼作為承重梁柱，建設了一幢二層鋼結構樣板房；1987年，采用鋼結構的北京展覽館賓館建成；1994年，上海浦東采用框架承重體系建成8層鋼結構住宅；1998年，中鐵紫荊鋼結構公司建設一幢3層實驗樓，結構體系采用鋼框架—核心筒結構，梁柱采用焊接H型鋼。

　　二是鋼結構建筑的創(chuàng)新與發(fā)展。

　　上世紀50年代以來，我國鋼結構橋梁開始發(fā)展。1957年建成武漢長江大橋（圖3），標志著新中國第一座現(xiàn)代化鋼結構橋梁面世。上世紀80年代初，鋼結構建筑迎來較快發(fā)展，沿海地區(qū)引進輕鋼建筑，開始興建鋼結構廠房、體育館、高層建筑等。超高層建筑大量采用鋼結構體系，上世紀80年代最高為208米，90年代最高達到460米。1996年，我國鋼產(chǎn)量首次突破1億噸，國家開始大力支持在建筑中應用鋼材。1999年，國家經(jīng)貿(mào)委明確將“輕型鋼結構住宅建筑通用體系的開發(fā)和應用”作為建筑用鋼的突破點?？梢哉f，上世紀90年代后，鋼結構建筑在我國的發(fā)展揭開了新的一頁，相繼建成了一些標志性的鋼結構建筑和大跨鋼結構建筑等，如1994年建成的上海東方明珠（圖4）等。20世紀以來，隨著國家體育場（圖5）、上海東方體育中心（圖6）等的建成，我國鋼結構建筑設計與建造水準迅速提升。

圖3武漢長江大橋

圖4 上海東方明珠

圖5 國家體育場

圖6上海東方體育中心

　　三是鋼結構建筑相關支持政策。

　　最早是在2000年，建設部提出“十五”期間應以住宅鋼結構為發(fā)展重點，提出“打基礎促發(fā)展，抓配套促應用，抓試點帶產(chǎn)業(yè)”的工作方針。隨后，“十三五”以來，黨中央、國務院出臺了一系列政策，推動鋼結構建筑發(fā)展，具體見表1。

　　隨著一系列政策的加持，我國鋼結構建筑近年來應用明顯增加，尤其是近3年鋼結構建筑產(chǎn)值穩(wěn)步提升（詳見表2）。

　　四是典型H型鋼及建筑企業(yè)鋼結構住宅發(fā)展情況。

　　1999年，國務院辦公廳轉發(fā)建設部等八部委《關于推進住宅產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化提高住宅質(zhì)量若干意見》文件后，各高校、科研院所、企業(yè)等加大了對鋼結構住宅體系的研究力度。

　　隨后，國內(nèi)典型H型鋼生產(chǎn)基地在“鋼結構住宅體系以及關鍵技術”方面的研究取得較好發(fā)展。比如，2001年，山鋼萊鋼開始承擔建設部課題“H型鋼結構住宅建筑體系研究”，采用“鋼結構生態(tài)節(jié)能建筑新技術體系”建設了國內(nèi)第一個裝配式鋼結構住宅示范小區(qū)——鋼城區(qū)櫻花園小區(qū)（圖7）；2019年，津西鋼鐵鋼結構裝配式住宅建成，其鋼梁采用熱軋H型鋼、熱軋鋼管做支撐，形成了“津西JST裝配式鋼結構建筑技術體系”等。

圖7 萊鋼鋼城區(qū)櫻花園小區(qū)

　　從國內(nèi)典型鋼結構建筑企業(yè)發(fā)展案例來看，中國五礦近年來開展了大空間住宅鋼結構體系等高效能標準化關鍵技術專項示范研究，取得了階段性成果。另外，其承建的廣州白云機場，使我國鋼結構建筑設計水平和美觀度迅速達到新的高度。寶鋼建科的實踐表明，綜合解決方案與傳統(tǒng)鋼結構體系相比，可以實現(xiàn)結構用鋼量降低10%~20%，綜合成本降低5%~15%，碳排放量減少10%~20%。另外，2018年竣工的高達528米的中國尊（圖8）也彰顯了鋼結構建筑的發(fā)展水平。

圖8 中國尊

　　鋼結構建筑未來發(fā)展展望

　　我國經(jīng)濟發(fā)展基本面穩(wěn)固，具有完整的工業(yè)體系、強大的構件加工制造及配套能力，為鋼結構建筑加快發(fā)展提供了廣闊的空間。

　　一是鋼結構建筑將進入高質(zhì)量發(fā)展新階段。

　　智能生產(chǎn)、綠色建造、模塊化建筑、裝配式裝修、運行超低能耗，將是未來裝配式鋼結構建筑的發(fā)展趨勢。鋼結構建筑全過程實現(xiàn)高效能、標準化、裝配化，需要全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同協(xié)作，從客戶端、產(chǎn)品端和優(yōu)化供應鏈管理等方面不斷創(chuàng)新提升，培育以技術、標準、品牌、質(zhì)量、信用和服務等為核心的新優(yōu)勢，并通過數(shù)字賦能、智能增效、綠色低碳，塑造發(fā)展新動能，促進裝配式鋼結構建筑高質(zhì)量發(fā)展。

　　二是鋼結構建筑用鋼需求將迎來新變化。

　　超高層、大跨度等鋼結構建筑在安全性、功能性等方面均對現(xiàn)代工程建設提出了新要求，具有高強韌性、高抗震性、易焊接、免涂裝等特點的綠色可持續(xù)性建筑用鋼將成為未來發(fā)展方向。同時，建筑用熱軋H型鋼將得到積極應用。國外主要發(fā)達經(jīng)濟體鋼結構用鋼基本上以熱軋H型鋼和高強、高性能鋼等為主，應用率在50%以上。目前，我國80%的鋼結構用鋼是Q235等級的普通鋼材，建筑用鋼及品種結構亟待優(yōu)化，應大力推廣熱軋H型鋼、以Q355級及更高級別的高強度、高性能鋼材代替Q235級鋼材，滿足鋼結構及鋼結構建筑行業(yè)用鋼要求。

　　三是綠色低碳裝配式鋼結構建筑更具新優(yōu)勢。

　　鋼結構建筑從產(chǎn)品全生命周期看是一種節(jié)能環(huán)保、可循環(huán)利用的工程結構形式。據(jù)中國工程院《鋼結構住宅產(chǎn)業(yè)化咨詢研究》報告數(shù)據(jù)，每平方米鋼結構建筑比鋼筋混凝土建筑在生產(chǎn)施工過程中可減少能耗12%、減少二氧化碳排放15%、減少固體廢棄物51%。

　　在碳中和目標驅(qū)動下，建筑業(yè)低碳化將成為必然趨勢，裝配式鋼結構建筑施工高效率、控制高精度、安裝高靈活性、材料可回收利用，同時內(nèi)裝智造體系，管線、設備、內(nèi)裝等裝配率可達90%以上，都將利于實現(xiàn)零碳建筑。

　　四是鋼結構建筑未來結構造型將更突出自然和諧。

　　鋼結構建筑未來造型將更多與自然、地方文化相結合，結構及形式將呈現(xiàn)“空靈美、線條美、動態(tài)美、精致美、色彩美”趨勢，仿生化傾向、生態(tài)化發(fā)展趨勢更明顯。

　　目前，我國鋼結構在基礎設施建設、公共建筑等領域的應用已基本能夠在現(xiàn)有政策支持下實現(xiàn)市場化、可持續(xù)發(fā)展，并呈現(xiàn)鋼材使用向高性能、高功效發(fā)展態(tài)勢。與此同時，鋼結構住宅推廣應用尚有不足，是今后鋼結構建筑發(fā)展的重點，也是難點。下一步，要充分發(fā)揮鋼鐵、建筑兩大產(chǎn)業(yè)的超大規(guī)模市場優(yōu)勢，利用鋼鐵業(yè)充分且先進的制造技術和產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同能力，促進鋼結構住宅的模式和業(yè)態(tài)創(chuàng)新，構建強大的市場競爭力。