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清华教授郭彦林：混凝土与钢结构比较，二者基本可以持平

作者：建筑钢结构网    
时间：2009-12-22 20:46:58 [收藏]

    06年5月30日
    主持人白岩松：接下来有请清华大学土木工程系教授郭彦林演讲。

    　　郭彦林：各位领导、各位来宾：下午好。我不是做房地产的，所以对上午几位领导谈的老八条，新六条不是很熟悉，但是我对房价很关心，我对房子的质量，好用不好用很关心。说真话，现在买到的房子好多都不好用。更谈不上什么节能、保温、隔热的条件。我在德国待的时间比较长，德国房子的质量我还是非常看好，绝对是顶尖的，我希望我们在这一方面还是向国外学习一些好的经验。

    　　我是大学老师，我在学校里面的职责就是教学、科研，同时我们这几年也参与了国家一些大型的钢结构工程项目。今天我的汇报主要从下面三个方面。一个是这几年钢铁在中国的发展情况是怎么样的。另外一块是钢结构在公共建筑中的应用情况。还有最后一块我要谈的是钢结构在住宅方面，这个和我们房地产说有点关系，但是我是从结构这个角度，完全是纯专业方面的谈论。

    　　这几年，特别是近十来年中国钢产量飞速增加，为我国建筑钢结构的发展提供了一个物质条件。到了2005年，我们国家钢产量已经达到3.7亿吨，这个数是了不得，可以说是日本、美国、俄罗斯、韩国四个国家钢产量的综合还要多。我们国家对发展钢结构的政策，50到60年代，国家是限制建设用钢的。到70、80年代，在建筑方面，国家提倡节约用钢。 2000年以后，国家出来的政策，鼓励用钢，发展钢结构建筑。因为我们的钢产量已经达到了3.7亿吨(2005年)，强劲的市场需求，拉动了中国钢产量的快速增长。从这条曲线可以看到，从1985年以后，我们国家的钢产量正在逐年增长，都在20%以上，2004年中国钢产量达到2.7亿吨，2005年中国钢产量已经超过3.6亿吨。中国钢产量从1亿吨发展到2亿吨，花了7年的时间，从两亿吨到3亿吨仅仅用了两年的时间。下面我们看一下世界主要国家钢材消耗的比较。红线代表中国，其他几条线代表欧盟十五国，美国和日本。从图中可以看到，在最近这几年，中国钢产量的增长是飞速的。这样一个增长比例，可以说是不可思议的，应该是难以置信的，也是令人震惊的中国钢铁企业的一种骄傲。作为钢结构建筑，它的优点，一个是强度高，适合于大跨度和高层结构，一个是抗震性能好，主要表现为延性好，在抗震设防烈度比较高的地区，优先采用钢结构。钢结构另外一个优点是施工速度快，应该体现在连接方式上。用在写字楼及住宅这一块，高层结构，基础比较省。从另外一个角度来讲，强度高，可利用空间比较大。我们最近参与了一个青岛万邦中心，高240米的，国外的设计就是用高强度的钢材，柱子端面比较小，从商业投资方面就有更大的经济效益。从它的制作加工来讲，它的工业化程度很高，在工厂生产，便于形成标准化的生产。钢结构有它的缺点，抗腐蚀性能比较差。

    　　钢结构也要符合科学发展观。刚才也提到节能、环保、建筑和谐、可持续发展等等。我想钢结构在这些方面都是容易实现的。住宅钢结构有利于实现产业化。产业化里面包括的内容非常丰富，有标准化、系列化、工业化等等。如果钢结构作住宅的话，可以在工厂生产，工业化程度比较高。钢结构的应用范围，首先在轻钢结构，主要形式是工业厂房，在重型工业厂房，像发电厂、冶金厂房。空间钢结构，用的比较普遍。网格结构及一些杂交结构体系，肯定是要用钢结构来做的。多高层钢结构，国贸三期等等这样一些高层结构大部分都采用了钢结构。高耸结构像电视塔，大多用钢结构。桥梁钢结构用的更多了。对于钢结构在住宅，总体有两大块。第一块是轻型装配式的钢结构住宅，是一到两层的，在国外非常成熟。在日本、北美、澳大利亚，都有好多这样的房屋工厂。另外一块钢结构住宅是多高层的钢结构住宅，十多年来，特别是我们国家有些大型的钢结构制作加工企业，还有一些钢厂，包括我们的科研人员，包括高校的老师，都在极力的研究多高层钢结构住宅。因为大家看好这个市场，如果钢结构用在多高层住宅领域，那真是一个量大面广的产业，会取得巨大的经济效益。

    　　我们刚才谈到的轻钢结构，是工业厂房的主流形式，经济性能好、投资回收快。过去用的工业厂房一般是混凝土结构的，现在几乎不用了。现在国外，工业厂房也是这种结构形式，在我们国家，包括比较偏远的地方现在也在采用门式刚架。这张图片是一种新的门式刚架。为了提高构建的经济效益，现在在欧洲、德国、奥地利出现了腹板波折的工形构件，大大地提高了它的承载力。重型工业厂房肯定少不了应用钢结构，适用于50吨100吨的大吨位吊车，冶金工业厂房、化工工业厂房，电厂等等。大跨度及空间钢结构适用于网架、网壳，张拉结构等等。工程实例(图)：大家比较熟悉的国家体育场鸟巢，是由24片门式格构式刚架旋转而成，其中22片基本贯通，形成了这样一个造型，称鸟巢。这张图片是一个侧面立柱焊接柱脚。还有新白云国际机场，是国家“十五”期间重点建设项目。这张图片是新建成的主航站楼。这是一个梭型柱承载力的实验。国内外还没有这方面的研究成果。国家大剧院也是钢结构的。广州新体育馆也是钢结构的，这是一张效果图。还有南通体育会展中心，是一个开合屋盖结构，它的跨度也在204米。这是闭合以后的效果图。这是深圳国际会展中心，也是全钢结构建筑，跨度在126米。这是澳门多功能体育馆和亚特兰大佐治亚体体育馆。这张图片是我们一个博士生对弦支穹顶结构地研究算例。这是英国千年穹顶，这个是阿拉伯大厦，我们从另外一个侧面看，用了一个三管梭型格构柱。这是天津泰达市民文化广场。这是朝阳摩天轮，它的跨度和直径应该是208米，轮轴的直径是6米，长度是28米，这个项目是国外投资的，是EPC项目，正在找中国建设总公司谈总包合作协议。建成以后，也是世界第一大。光一个座舱可以坐到48个人。

    　　高层钢结构方面，在公共建筑，如办公楼、医院及商店、建材超市等等应用比较广泛。

    　　我们参与的央视新台址主楼地研究工作比较多，第一块是节点的实验。第二块是主楼的抗震分析。第三块是主楼施工过程的分析以及变形调整的计算。第四块内容是安装玻璃幕墙时主体结构的变形对玻璃幕设计和形成的影响。

    　　下面谈钢结构住宅。住宅有两个体系，一个是冷弯薄壁型钢龙骨体系，是由小型的冷弯薄壁型钢密梁密柱形成的盒子结构。墙板和楼板是由两块OSB板内置保温材料及密置的小型冷弯薄型钢组成。

    　　还有一种形式是轻型高频焊H型钢结构。承重骨架是高频焊H型钢，外维护与冷弯薄壁型钢龙骨体系相同。

    　　近年来多高层钢结构住宅在我们国家有不少建成，主要分布在山东、天津、北京和其他地区。关键的技术问题，还是楼板问题、墙板问题，结构体系问题、穿管线的问题。对于多层和高层的钢结构住宅问题比较多，尽管探索了十年，也有不少建筑建成，但是存在的问题比较多。作为一个低层装配室的住宅，技术条件是具备了，主要是国外技术比较成熟。这这一方面，我们现在正在参与编制两本规范，一本规范是产品规范，另外一本是设计规程。

    　　对于轻型装配式住宅钢结构，关键的技术问题还是墙板体系及构成，楼板体系及构成，屋架结构，连接及构造处理，侧向支撑，还有设计和计算等问题。这种装配式的住宅，基本是冷弯薄壁型钢，其厚度是0.8-1.5mm。墙板和楼板采用OSB面板，里面是冷弯薄壁型钢密梁密柱。设计问题应把围护与承重结构融为一体，二者不可分开，应定义为盒子结构及盒子受力原理。

    　　在国内，北京的纳帕溪谷 (论坛 像册 户型 样板间)是一个典型的轻钢别墅小区，现在已经卖完了。杭州的桃花园小区，这个项目我们也参与了，正在建设之中，也是一个很大的小区。多层及高层钢结构住宅是另外一种体系，可定义为是以钢构建为主要承重骨架，以轻体材料作为内外墙壁，与功能配套的水电暖厨卫设备进行优化集成的节能和环保型居住建筑。

    　　多层及高层钢结构住宅要解决的关键技术问题：墙板问题、楼板问题、防火、防腐问题，结构体系问题等等。现在好多单位和研究院联合攻关。结构体系应该根据不同的抗震设防裂度和不同的高度采用不同的体系。

    　　作一个钢框架，如果我们按照6层12层18层考虑，其用钢度比较见图。高层钢结构建筑用钢量，一般是每平方米120公斤到160公斤/平方米。

    　　目前对多高层钢结构住宅存在的主要问题是技术和产品不配套，研发与生产关系不顺，没有形成产业链。难点在于钢结构配套，外墙板不好。有很多厂家开发新的墙板，技术不成熟，价格比较贵，还有一点是搞研发的专业技术人员相对比较少，我想应该是产学研结合，不能完全指望设计院。

    　　重点解决好围护结构：墙板要开发各种新型墙板，也可以利用砌块。

    　　对墙板要求：质量轻、强度高，保温隔热性好。

    　　对住宅也有一个分级。有好住宅、差住宅。建设部出台了一个《商品住宅性能评定办法和指标体系》，有1A、2A、3A。3A最高。满足适用性能、安全性能、耐久性能、环保性能、经济性能等等。

    　　钢结构住宅的造价，作为一个投资商、开发商最关心。如果做的好，混凝土与钢结构比较，二者基本可以持平。

    　　我的报告就到这里。

    　　主持人白岩松：谢谢郭教授。中国经济发展永远以出乎人意料的速度向前走。财政部部长非常担心，因为又呈现过热不合理的因素，一谈到过热不合理，钢铁首当其冲，因为现在钢铁的利用量已经是全世界绝对的前列。去年开始澳大利亚铁矿石不断要求涨价，最后又在艰苦的博弈过程中，我第一个要问您的问题就是政府玩命的调控房价，有没有可能调控房价调控的还算行的时候，但是一把被钢材料价格的上涨使房价的成本进一步的上涨？

    　　郭彦林：这几年钢价的变化情况在四五年以前，钢还是很便宜的。这两年，也可能是经济发展过热了，需求跟不上。尽管钢厂的产量不断增加，但是需求更大，钢铁价钱一下子上涨。对钢结构住宅的发展应该说是一个严重的打击。从今年初，钢铁开始回落了。也可能有一个不好的信号是什么呢？可能再过若干年，会供大于求，好多钢厂面临着倒闭的危险。也是非常可怕的。

    　　主持人白岩松：但是这也是一个阶段性的东西。比如进又在进行铁矿石的价格博弈，短期内可以预见的，钢铁到过一个高的地方，现在又回落了，这是不是一个喘息？

    　　郭彦林：钢产量价格上涨是可能的。

    　　主持人白岩松：不管大型的建筑还是一些工程，其实都是一个新类型，就像您是清华大学土木工程的。当时他们研究木建筑，他们研究传统的，您现在研究钢建筑，它作为新的建筑材料出现在建筑市场，它应该很多，但是我们最怕它影响安全，但是不像过去混凝土，经过了很多年的测试。前年安德鲁设计的机场忽然出现了问题，大家立即担心国家大剧院的问题包括上海机场的问题，您觉得我们现在真的那么可靠了，因为毕竟真的没有经过这么多年的检验，会不会一些大型建筑，再过十年二十年会出现问题？

    　　郭彦林：我是搞结构的，关注结构安全问题。我们国家钢结构发展的水平来讲，结构分析计算这一块，不是很差，差的还是建筑。我们建筑是落后了。这几年大型的高层，大跨度结构，我们采用的是国际招标的形式，80%到90%是国外中标，实际上全部都是中国人在做结构。我想从安全这个角度，我们每天都在做实验室，有组合结构，还有钢结构等等。从结构设计理论上应该是成熟的、可靠的。对于事故的出现，我想主要还是因为施工过程中偷工减料等等一些不规则的行为造成的。

    　　主持人白岩松：涉及到大型钢结构建筑的时候，恰恰存在着一个施工难度高，因此这种要求就高，国际招标成本上去了，小中型的建筑商很难“跟风”，您刚才讲了几要种型的住宅，是不是仅仅是一个试点，中小的房地产企业，没有必要跟风去做钢结构民用住宅？

    　　郭彦林：因为钢产量已经达到3.7个亿了，这么多钢，我们国家建设用钢材才用到1-2%，国外已经达到5%以上，相对来说，还有一定的距离。房地产商，包括高校的老师、科研单位都把目标投到住宅这一块，如果钢结构真的用在住宅这一块，效益是巨大的，因此现在一些企业，包括莱钢和马钢等等这样的钢加工企业，都在投巨资，建设部也出台了很多政策，而且立了40多个课题。我希望它能够成功。

    　　主持人白岩松：但是企业家还会有自己的考虑。接下来最后两个问题，大家有没有要提问的。

    　　嘉宾提问：河北省也是钢铁大省，因此房地产开发商要利用好。从中国目前钢铁几个作用层次看和组成分类看，作为一个房地产开发商，觉得目前钢铁市场、钢铁的科技含量能满足市场的需要吗？

    　　郭彦林：对于钢结构住宅是没有问题，因为它是一个普通的结构。目前是怎么做得更好一点，安全上的问题。钢结构住宅不可能成为一个主流，只能是各种形式并存，相互补充。

    　　嘉宾提问：目前我们普通住宅新钢和钢铁的种类基本能满足，根据目前老百姓的需求逐步提高，房地产发展应该有创新，目前的钢铁情况还能满足吗？

    　　郭彦林：我国的钢厂和国外的钢厂比较，从产量来讲，是居世界第一，如果用13亿人去除，恐怕是倒数第一了。品种来讲，你说的也对，各种钢材，我们国家的钢材还远远满足不了市场的需要，但是优质钢材是是用在其他方面的。满足建筑商是可以的。设计必须像做积木一样，可以分成很多小块，作为一个用户，你要什么户型，我就给你组合什么户型，但是这个东西有一个发展过程。

    　　主持人白岩松：这是鸡生蛋的问题。老百姓有了新户型了，对传统户型的告别。是先建筑商有了这种需求反馈到厂商那里，还是厂商已经生产了符合这种钢材，才产生了这样的模式。

    　　郭彦林：我想首先是市场的需要。作为开发商来讲，传统的结构形式已经很多很多。他们也在探求新的结构形式及建材应用。要体现绿色、环保、节能，但是有一个过程。做出来的东西还要经过时间的考验。钢结构住宅要解决防火问题等等，楼板要用混凝土做，楼梯也要混凝土做，如果钢结构做楼板肯定是不适合的。但是结构骨架可以是钢结构的。刚才提到轻钢别墅国外用的比较多。
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