随着我国钢产量的快速增长、国家实行合理利用钢材、积极采用钢结构的政策，我国建筑钢结构行业发生了日新月异的变化，并取得了令世人瞩目的成就。但是，在发展的过程中也凸显了一些引人思考的问题。一方面，我国是产钢大国，但建筑钢结构的用钢量只占钢产量总数的4%左右，而建筑钢结构在整个建筑行业所占比例还不到5%;另一方面，一些重要的单体建筑钢结构用钢指标非常大。这些现状使人们对现代建筑钢结构的发展方向和发展理念产生了困惑。为了促进钢结构产业健康持续的发展，本文对这些问题进行了探讨，以期为工程建设提供参考和建议。

一、轻、快、好、省是钢结构的本来面目

综观世界上已建成的102幢超高层建筑，钢筋混凝土结构16幢，纯钢结构59幢，不同形式的钢-混凝土混合结构27幢。毋庸置疑，钢结构的发展促进了建筑业、冶金工业、机械工业、汽车工业、农业、石油工业、商业、交通运输业的迅速发展。为什么钢结构的生命力越来越强大?这要归功于钢结构“轻、快、好、省”的四个优异性能。

⒈轻。钢结构具有轻质高强性。钢材与混凝土、木材相比，其重力密度与强度的比值**小，因此，就同类建筑结构形式而言，钢结构自重轻、构件截面小、能够承受更大的荷载、可以跨越更大的跨度、便于运输和安装。例如，在同等荷载条件下，钢屋架的重量只有同等混凝土屋架的1/3 1/4，如果采用冷弯薄壁型钢屋架只有1/10左右。钢结构住宅的重量是钢筋混凝土住宅的50%左右，使用面积却比钢筋混凝土住宅提高4%左右。

⒉快。钢结构的工业化程度高，工期短。钢结构是工厂制作，具备成批大件生产和成品精度高等特点，采用工厂制造、工地高强螺栓安装的施工方法，有效地缩短工期，为降低造价、发挥投资的经济效益创造条件。在同等条件下，钢结构与钢筋混凝土结构施工工期相比，钢结构仅是钢筋混凝土结构的1/3～1/2。

⒊好。钢结构材性好，可靠性高。钢材质地均匀、各向同性、弹性模量大、有很好的塑性及韧性，是理想的弹性—塑性体。因此，钢结构不会因为偶然的超载或局部超载而突然断裂破坏，其能够适应振动荷载，计算模型很好地反映钢材的力学性能，因而分析准确可靠。

钢结构抗震性能好。钢材具有较高的抗拉、抗压强度，较好的塑性和韧性，材质的均匀使设计易于符合实际受力情况，加上连接构造的耗能、维护材料的蒙皮效应、耗能组件的使用，使其结构体系能够抵御强烈地震作用并表现优异。因此，在国内外的历次地震中，钢结构建筑是受到损坏**轻的结构，已公认为是抗震设防地区特别是强震区的**合适结构。

钢结构密封性好。钢材组织非常密实，通过焊接，完全适用于对气密性或水密性要求高的特种建筑物。

钢结构耐热性好。温度在250℃以内，钢材性质变化很小，钢结构可用于温度不高于250℃的场合;当温度达到300℃以上时，强度逐渐下降，这种情况下应对钢结构采取防护措施。

钢结构耐久性好。在正常的防腐维护下，建筑钢结构不会因为日常温度的变化、日晒、雨淋及一般大气介质的作用而老化，具有很好的材料耐久性。

钢结构易于拆卸。采用螺栓连接的钢结构易于拆卸、加固和改建。

⒋省。单纯从目前材料的价格上看，钢结构比混凝土结构的造价要高，但钢结构比混凝土结构建设的速度要快50%左右，这会节省很多时间成本;钢结构比混凝土结构的房屋整体重量要轻50%以上，基础处理、运输量的成本都会下降。建造房屋是一个系统工程，包括设计、制造、运输、安装、维修和管理等诸多环节，因此，从整体上看，钢结构更“省”。

钢材具有可回收再利用的特点，相对于目前普遍使用的其他建筑材料，其**有利于节能、节材、节水和节地。

不能否认钢结构也存在例如耐火性能及耐腐蚀性能较差的问题，但通过进行结构抗火设计、采用正确的防火措施和防腐处理完全能够达到使用要求。并且，随着新型耐火钢和耐候钢的使用，这些缺点正逐步得到弱化。另外，钢结构低温脆断的问题，通过正确的设计也可以防患于未然。

我国建筑行业近年来一直是能源、材料、水和其他资源的使用“大户”，发展推广应用钢结构完全符合国家着力提倡的建立节约型社会的倡议，符合当前国家对建筑业提出的可持续化发展的要求。

二、轻、快、好、省的实例

随着科学技术的飞速发展，以及人们对物质和文化生活要求的不断提高，对各类建筑提出了更新、更高的要求。建筑钢结构由于钢材的优异性能，制作安装的高度工业化以及结构体形的新颖和灵巧，已越来越广泛地得到应用。

⒈高层钢结构。城市人口集中，用地紧张以及商业竞争的激烈化,促使了现代多、高层建筑的出现与发展。随着建筑高度的增加，在风荷载和地震作用下，结构的抗侧力问题逐渐成为关键因素。为了提高结构抗侧力刚度，高层结构的体系在不断创新和发展的过程中形成了一种新的高层钢结构体系，并在以后的高层钢结构中得到广泛应用。

例如，1885年建成的世界上**幢现代钢结构高层建筑——10层高的家庭保险大楼(HomeInsuranceBuilding)，采用框架结构体系。这种结构体系一直被采用到1931年建成了 381米的美国纽约帝国大厦(Em鄄pireStateBuilding)。1968年，100层高的约翰·汉考克中心(JohnHancockCenter)的建成使结构上形成了一个新概念——对角支撑桁架型锥形筒体结构体系，结构抗侧能力显著提高。

美国纽约世界贸易中心、香港中国银行大楼、上海环球金融中心等陆续出现的创新高层结构体系无论在建筑、技术、材料、设备和施工等方面都体现了钢结构轻、快、好、省的特点，反映了当时世界**先进的水平。诸多事实证明，高层钢结构随着其结构抗侧力体系的高效发展，结构用钢指标也在降低。因此，用钢指标也应成为衡量一种结构体系和一个结构工程优劣的重要指标。

⒉大跨度钢结构。在大跨度钢结构的发展中，采用了大量新材料、新工艺、新技术，结构体系的不断创新已成为结构行业近50年来**活跃的研究领域。就目前来说，有以刚性杆件组成的网架、网壳等刚性结构体系;有以索膜等柔性材料为特征的悬索结构、薄膜结构、张拉集成体系等柔性结构体系;还有杂交结构体系，以及可展开结构和可折叠结构等。

1975年建成的上海体育馆，采用网架结构，它的平面为直径110米的圆形，用钢指标仅49公斤/平方米，这是我国早期网架结构的杰出代表。上海体育馆的建成，使具有整体工作性能好、抗震性能好、用钢指标省、施工技术成熟方便等优势的结构体系在我国得到了迅猛发展，应用范围普及到体育建筑、公共建筑、工业厂房以及飞机维修库等，使我国网架结构的覆盖面积达到世界**，在设计、制作和安装技术等方面处于世界先进行列。1996年亚特兰大奥运会主场馆——佐治亚索穹顶，其平面为240米×192米的椭圆形，而用钢指标还不到30公斤/平方米，因为其采用了结构效率极高的索穹顶结构体系，该体系突出的优势就是随着跨度的增加结构用钢指标的增加并不明显。 1997年建成的日本名古屋体育馆采用网壳结构，是当前世界上跨度**大的单层网壳结构，其结构施工时采用了整体提升的方法将重1.3万吨的屋盖提升到位，仅30个月的时间便施工完毕。开启结构具有回归自然和多功能综合利用的特点，能节约能源、降低整个建筑的造价，产生了非常好的社会经济效益。2006年建成的**大跨度达254米的南通体育会展中心主体育馆，其固定屋盖和开启屋盖均为网壳结构，它是世界上首次将机电液压技术、移动台车多点支撑用于巨型开合结构的工程。

大跨度钢结构在整体上出现从较重向轻型体系发展，从刚性体系向柔性体系发展，并出现由单一的结构形式发展到各种结构形式的合理组合。这种组合旨在集中两种或几种结构的优点，充分发挥材料强度，使结构受力更加明确合理，体系更加经济有效。

⒊轻型钢结构。始于20世纪初的轻型钢结构体系，在第二次世界大战期间得到了快速发展，主要用于对可拆卸性和施工速度要求很高的战地机库、军营等。20世纪40年代出现了门式刚架结构，20世纪60 年代开始大量应用由彩色压型板及冷弯薄壁型钢檩条组成的轻质围护体系。目前，轻型钢结构已成为发达国家的主要建筑结构形式，英国新建的非居住类房屋建筑中，90%的单层和60%的多层建筑都采用了轻型钢结构，美国在轻钢结构体系的分析、设计、制作上也实现了高度的标准化及工厂化。我国自20世纪80年代的宝山钢铁公司一期工程开始应用轻型钢结构，该工程采用热轧H型钢作为主承重骨架，并首次采用彩色压型钢板作为围护结构，建设的过程显现了这种体系轻型、快速和高效的特点，给我国建筑业带来了革新。目前国内常用的轻钢结构承重体系包括：焊接门式刚架结构体系、冷弯薄壁型钢结构体系、多层房屋钢结构体系、金属拱型波纹屋盖体系等。其中轻型门式刚架结构由于结构构件和围护结构的高度系列化和定型化、结构设计合理、用钢量省、制作工业化、安装实现全部机械连接、施工迅速而周期短以及经济效益高等特点，自20世纪90年代以来在我国得到了迅速的发展，应用于单层轻型厂房、仓库、大型商场、体育馆和展览厅等。

⒋发展历程总结。从上述钢结构的发展历程我们可以总结出这样的规律：那些新颖、轻巧、受力明确又便于施工且经济效益高、节省自然资源的钢结构，也就是能够凸显“轻、快、好、省”特点的钢结构一经建成，便具有极大的示范性和推广性，形成了钢结构发展史上每一个阶段的里程碑。它们既有革新意义，同时还具有普遍的适用性，因此能够不断扩大钢结构的应用范围，并推动钢结构不断向前发展。

三、目前我国钢结构的发展现状

改革开放以来，我国的经济建设取得了突飞猛进的发展，建筑钢结构行业也有了前所未有的发展，应用领域有了较大的扩展。尽管我国建筑钢结构有了飞跃式的发展，但无论从钢结构的用钢量、应用范围和结构体系等方面看还都存在着一些问题。

⒈钢结构的应用有待拓宽。世界钢铁协会的统计数据显示，1996年，我国粗钢材产量为10124万吨，跃居世界**;2005年达到35579万吨;2006年达到42266万吨;2007年达到 48924万吨，2008年达到50031万吨，2009年达到56784万吨。我国钢产量的逐年增加，并且连续14年位居世界**，已成为世界的产钢大国。有资料显示，1997年～2007年，中国粗钢产量增长了3.49倍，平均年增长速度达到了16.2%。这一速度是德国的20倍，日本的11.6倍、韩国的8.5倍、俄罗斯的4倍、意大利的2.2倍，是发达国家(日本、美国、德国和意大利)平均年增长速度的7倍;是世界平均年增长速度的3倍。这表明我国钢铁工业的发展速度已远远快于世界其他主要钢铁生产国和地区。但是，我国钢结构的应用却远远落后于发达国家。

①钢结构用钢量占钢材产量比例应不断提高。钢结构(包括工业与民用建筑、铁路与公路桥梁、水电与火电建设、城市建设等)用钢量占钢材产量的比例2002年为4.3%，2004年为4.8%，2005 年为4.26%，2006年为4.12%，2007年为4.28%，预计2010年为5.5%。这其中建筑钢结构用钢量占钢材总产量的比例更少。国家“十五”计划提出我国每年建筑钢结构用钢材应占总钢材产量的3%，2015年建筑钢结构的发展目标是争取每年建筑钢结构用钢占总钢材产量的6%。而发达国家目前这一比例早已达到10%以上，美国、日本等国家更是达到30%左右。从这些数据可以看出，我国建筑钢结构用钢量严重偏低，与钢产量的快速增长形成了巨大的反差，这也是造成我国钢材总体供大于求的一个主要原因。但同时也说明，中国钢结构发展具有极大的空间和潜力。

②高性能钢材的研究应认真加强。我国目前钢材的质量和规格基本能满足建筑结构的要求，随着建筑钢结构的快速发展，建筑钢结构对钢材的性能提出了更高的要求。如高层钢结构今后将大量需要高强度、高韧性、低屈强比、抗层状撕裂能力、高焊接性、耐火性等高性能钢材。对于冷弯钢材，需开发Q345以上的高强冷弯钢以及厚度在6毫米~25毫米的厚壁冷弯型钢。钢材质量和规格的提高，高性能钢材的生产，必将有利于降低钢结构的成本，扩大其应用范围。从总体上讲，我们应该将追求钢铁产品的数量转变为提高钢材产品的质量、优化产品的结构，创新钢材的品种，以适应建筑钢结构用钢的需求，同时也促使钢铁产业的可持续发展。

③钢结构的应用范围亟需扩大。我国房屋建筑中，混凝土结构占到90%以上，钢结构还不到5%，而日本等地震高发国家或地区的建筑中钢结构已占38%，木结构占35%，混凝土结构只占20%左右。我国建筑钢结构还仅集中使用于高层、超高层建筑、大空间公共建筑与工业建筑中，普通办公楼，学校、医院建筑等多高层建筑应用钢结构的少;低层、多层及高层住宅中钢结构应用的少。我国每年竣工6亿平方米的城镇住宅建设，却只有5%采用钢结构。即使是在2008年汶川震后灾区的重建工作中，新建的住宅中仍然以砖混、钢筋混凝土结构居多，而抗震性能优异的钢结构住宅依然很少。而日本在20世纪90年代末，在预制装配住宅中钢结构比例就已达到71%。

⒉网架和门式刚架结构在我国发展的经验值得推广。在大跨度建筑中，以网架和网壳结构为代表的网格结构50多年来成为我国发展**快、应用**广的结构，无论在使用范围、结构型式、安装施工等方面均具有中国建筑结构的特色。中国钢结构协会空间结构分会对网架和网壳结构的统计数据显示：2005年~2008年，每年建造1500座，约250万平方米，生产已趋于平稳状态。

门式刚架轻型钢结构体系自20世纪80年代在我国采用以来得到迅速发展，每年建造约800万平方米，在单层轻型工业厂房和仓库建筑中几乎都采用这种结构体系。网架和门式刚架结构体系之所以能够得到迅猛发展和推广，主要是充分体现了钢结构轻、快、好、省的特点;都采用了轻屋面，结构构件都经过千方百计的优化，使结构的自重减到极轻，体现了钢结构“轻” 的特点。网架和门式刚架都是体系化结构，具有高度的工厂化、标准化和模数化，现场施工几乎不用焊接，因此施工速度极快，也体现了钢结构“快”的特点。有**设计规范和商用软件，能够保证设计质量，高度工厂化生产，构件形式标准化，可以在自动生产线上加工，能够保证制作质量，体现了钢结构质量“好”的特点。结构用钢指标优异，以门式刚架钢结构为例，用钢指标可降低到10千克/平方米~30千克/平方米。结构体系化以后，可以形成批量生产，产生规模效应，明显降低生产成本，门式刚架钢结构的造价可降低到400元/平方米~600元/平方米，因此体现了钢结构“省”的特点。

在目前巨大的住宅市场中，钢结构为什么没有得到推广应用?这中间有很多问题需要研究和解决。从技术层面上来讲，可以借鉴网架结构和门式刚架结构在短期内迅速发展成为建筑业中新兴专门行业的经验，也就是一定要走体系化的道路。要开发成套的钢结构住宅产品，使钢结构住宅的建造实现标准化、模数化;还要开发新型的围护材料，使这些围护材料既适用于钢结构，又符合我国居住者的使用习惯，而且还具有良好的保温隔热、隔声、防潮、防渗性能，从而提高建筑的使用舒适度。

⒊与轻、快、好、省理念背道而驰的现状令人担忧。近20年来，随着我国国民经济的高速发展，大型公共建筑的建设也得到了空前的发展，涌现出了像金茂大厦、上海大剧院等一批既体现了中国民族特色和时代气息，又将结构设计和施工技术**展现的先进示范性钢结构建筑，但也涌现出了与国际上倡导的可持续发展理念背道而驰、与国家基本建设原则背道而驰、与钢结构“轻、快、好、省”理念背道而驰的工程，其中包括国家大剧院、鸟巢，水立方和CCTV主楼为代表的一些工程。

2007年建成的国家大剧院，为了追求建筑效果，竟在歌剧院、音乐厅和戏剧场三幢独立的建筑上采用了一个没有任何使用功能的椭圆形半球壳体覆盖，用钢指标达263千克/平方米，建成后的运营费和维护费极其惊人，仅每月电费就很高，造成能源的过度消耗和投资的巨大浪费，完全不符合钢结构“好、省”的特点。

2008年建成的鸟巢，为了实现杂乱无规律的外表图像，忽略了结构受力的合理性，采用交叉平面的桁架结构体系，致使交汇于菱形内柱腹杆的数量多达13根，被迫采用非常复杂的空间扭曲构件，受力**大的部位不得不采用昂贵的Q460、厚度达110毫米的厚钢板，整个工程的设计、制作和安装的复杂性前所未有。尽管鸟巢几经“瘦身”，但结构的不合理仍然导致了惊世骇俗的用钢指标，高达712千克/平方米，并使结构自重占到总荷载的70%以上。这种为了建筑视觉效果完全违背钢结构“轻、快、好、省”特点的做法不足取。

2008年建成的水立方，采用了一种十分怪异、莫明其妙的网架构件布置，使2万根构件、1万个节点各不相同，施工图纸达3万多张，绘制耗时1年，大大增加了制作难度和制作费用，这种毫无益处、徒增施工难度、延长施工期限的做法，完全违背了钢结构“快、好”的特点。

2009年建成的CCTV主楼，建筑方案为高空大悬挑75米的倾覆性不平衡体型，结构设计则要扶其不倒，用钢指标仍高达296千克/平方米。该设计所追求的整体前倾且在高空悬臂外伸75米的奇特建筑造型已无法得到抗震合理的结构体系，这给主楼的抗震设计留下无法弥补的隐患。这种完全违背工程结构技术合理性，完全违背了钢结构“轻、快、好、省”特点的做法令人无法容忍。

这些工程造型各异，极端强调建筑造型和视觉效果，忽视结构体系的合理性和经济性，忽视环境与生态，忽视社会责任，使钢结构完全失去“轻、快、好、省”的本来面目，导致需要加倍地投入人力、物力和财力去保证建筑的抗震、抗风、防火和防意外爆炸与撞击等结构安全问题。这四大建筑无视钢结构特点的设计思想，这种只求视觉冲击力、无视成本和代价的潮流正在各地兴起，资源和技术为形式服务之风正在形成，这种现象值得关注。

四、钢结构如何做到轻、快、好、省

上述极具“挑战力”建筑的建成，表明我国的设计人员、施工人员包括科研人员用智慧和心血解决了诸多“人为制造的技术难题”，创造了很多“代价高昂的世界**”，但结构复杂，施工难度大，用钢量大并不意味着技术的进步。对比前述钢结构发展历程中那些建筑艺术与结构技术高度融合的钢结构建筑典范，可以看出真正的技术进步是实现钢结构轻、快、好、省的特点，能够经得起自然灾害和历史的考验。

⒈设计方案的优选。国家大剧院、鸟巢、水立方、CCTV主楼这些与钢结构“轻、快、好、省”特点完全相违背的奇特建筑，其结构受力复杂之程度，施工困难之程度，资源消耗之程度，建设费用高昂之程度，达到令人称奇的地步。这些现状与我国当前的国情是否相符?与国家建立的“适用、安全、经济、美观”的建筑方针是否相符?它们的建成使人们对其方案的中标过程产生质疑，方案中标的评价标准是什么?目前，我国的重大工程几乎都采用国外建筑师设计的奇特方案，方案中标与否完全决取于评审人对建筑造型的审美，根本不考虑建筑功能、结构、施工、造价、环境、节能等更多重要因素，这种方案中标评选机制的缺陷，导致当前我国产生了一大批世界上都罕见的“浪费建筑”。毋庸置疑，要建设“轻、快、好、省”的钢结构，必须要完善目前的方案评选机制，才能杜绝“浪费建筑”的产生。方案的评审，应该由有实际工程经验的建筑、结构、施工、造价、能耗等主要专业领域里的专家组成，分专业进行评价，**后综合这些指标选取**优方案，而不能简单地以建筑造型取胜。如果在某一专业方面严重不合理，应该“一票否决”。中标的方案还应接受社会的监督，增加透明度。

⒉设计理念的更新。①**化。改革开放前，受钢产量的限制，在节约用钢基本国策的指导下，建筑钢结构仅在重型工业厂房、大跨度公共建筑以及塔桅结构中采用。改革开放后，随着钢产量的大幅度增加，国家鼓励合理用钢、积极用钢，由于诸多方面的原因，钢结构仍然集中在高层、大跨度公共建筑和工业建筑上，民用建筑应用得很少，由此造成一些设计人员认为钢结构是工程造价高、设计和施工复杂的建筑结构体系，除重要的大型工程外，普通建筑很少采用。由于一些设计人员对钢结构的认识不全面，对钢结构的耐火、防腐、刚性水平等方面存在疑虑，设计时**不会想到采用钢结构，导致理念与实践形成了差异。在此，我希望有关设计人员通过了解各种钢结构体系的发展，及其“轻、快、好、省”的本质特点，积极转变设计理念，在方案设计时优先考虑采用钢结构。

②一体化。目前，我国设计界通常的方法是确立建筑方案后，再去考虑结构、施工和造价等问题，甚至把钢结构作为其实现“新、奇、特”建筑造型的技术手段，而不是发挥钢结构本身优异的性能。钢结构建筑有其自身的特点，结构体系、构件和节点在很大程度上制约并决定着建筑的造型和空间，而结构体系和施工技术是否高效合理又关系着建造成本、维护成本和拆除成本等建筑物全寿命的成本问题。因此，钢结构建筑的建筑造型与结构设计应该从整体出发，实现一体化设计。

建筑造型富有很强的力学原理，一些造型本身就决定着抗风性能和抗震性能的优劣。国内外历次大地震均证明，特别不规则的建筑在地震时受到破坏的程度**严重。因此，在初步设计阶段就应该通过科学、理性的一体化设计将那些“先天不足”的建筑造型剔除，避免后期被动地在结构上“创新”，下功夫来弥补这些“先天不足”，从而造成资金和资源的巨大浪费。一体化的设计需要建筑师、结构工程师和其他相关学科的技术人员全力合作，实现建筑艺术与结构技术的**结合。

③优化。目前，国内设计院的建筑师和结构师对钢筋混凝土结构的设计较为熟悉，相对来说，对钢结构设计并不很熟悉，特别是在钢结构体系的选择、节点构造处理和构件优化问题上。结构体系选择的优劣是影响结构性能和结构造价的关键。钢结构的节点在整个结构中的作用非常重要，节点的用钢量也在结构用钢量中占很大比例。节点构造处理得好，会改善结构性能，也能降低结构造价。对于构件优化这个问题，设计院几乎都不承担这个工作，设计师也不考虑这个问题，应当采用激励的机制发挥设计师的能动性来改变这一现状。

⒊技术人才的培养。建筑钢结构的应用范围和数量将很大程度上取决于结构设计人员在结构设计方案阶段的决策，以及他们对业主的建议的信服度。目前，我国钢结构专业技术人员比较缺乏，这已经成为影响整个建筑钢结构行业发展的主要因素。从这个角度讲，加快对设计人员的培养、系统地提高设计人员在建筑钢结构领域的知识及设计水平至关重要。

①提高社会责任感。古人云：天下兴亡，匹夫有责。在资源问题日益突出的时代，我们可以讲“资源有无，匹夫有责”。国家提倡“低碳经济、节能减排和可持续发展”的理念，使人们已经开始重视建筑物运营过程的节能问题，但在建筑节能的另一个重要方面——建造过程中的节能还没有引起足够的重视，这方面的浪费极其严重。这种浪费有可能从根源上就埋下祸根，也就是设计本身不合理带来的后果。目前，技术的发展几乎可以解决一切工程难题，即使再不符合力学原理的建筑也都能制造出来，但是，这是以付出巨大的资源和能源为代价换来的。对于结构师来讲，其责任并不是仅仅帮助建筑师去实现建筑造型，应该主动创新、应用新材料、优化和创新结构、**小限度地使用材料和能源，使结构的受力达到**优。

②深化钢结构设计知识。钢结构设计与传统的混凝土结构设计相比，无论是建筑方面还是结构方面都有着很大的不同。一般建筑钢结构的构件截面由宽厚比较大的板件构成，截面也相对较小，甚至是本身没有弯曲刚度的索、膜构件，这使设计中出现了较明显的非线性问题、稳定问题，甚至是一般结构设计中不会存在、理论上也十分困难的“逆问题”，如柔性结构普遍存在的找形问题。建筑钢结构相对较轻较柔，地震及风载下结构整体变形或振动的控制问题将更为突出。这些问题的解决需要设计人员具备扎实的钢结构知识及力学理论基础，而从总体情况看，设计人员的这些知识还相当薄弱。

现代钢结构从传统的重钢厂房到轻钢、薄钢厂房;从多层的框架到各种高层、超高层建筑钢结构体系;从传统的网架、网壳等刚性大跨空间结构体系到各式各样的可跨越更大跨度的现代半刚性、柔性或杂交空间结构体系等。不同结构体系可能带来不同、甚至全新的设计概念、理论知识及设计方法等，加上新材料、新工艺、新技术的不断出现，设计人员很难实现与知识的同步更新，这都要求设计人员加强再教育、再学习。

⒋设计、制作、施工技术的完善。

①钢结构设计理论的深入与完善。任何一个行业的市场发展必将与本行业的科技进步、技术储备的程度有着密切的关系。钢结构行业的科研人员经过50多年的不断努力，在高层和超高层钢结构、刚性和柔性大跨度钢结构、轻型钢结构、重型工业厂房钢结构、桅杆钢结构、钢板钢结构等结构体系的基本理论和分析设计方法等方面取得了突出的成就。但是，依然有许多问题需要解决并完善。例如，现有的抗震设计方法对钢结构很不利，未能充分发挥钢结构延性好的特点。如果按照规范，钢结构的抗震作用要大于混凝土结构，通常用钢量会增加10%~20%。事实是，如果考虑到钢结构的延性后，不应该出现这种情况。在抗震设计时，高层和超高层建筑往往是位移控制的，如何合理确定位移限值也是降低用钢量和造价的重要方面。这些都是现有钢结构抗震设计方法中亟待解决的问题。此外，我们还应积极探索、研究更加高效的构件、节点和结构体系，这都需要对采用新材料的构件提出合理的设计方法、研究新结构体系的有效分析方法，更新结构抗震、抗风、抗火等防灾设计的理念和方法。

②各种标准规范的更新与完善。我国现有的规范体系基本涵盖了建筑钢结构的基本结构用钢及基本应用领域，随着新材料、新技术、新结构体系、新应用领域的不断出现，对现有建筑钢结构设计规范的更新、补充、完善，对新型结构体系在新的应用领域的建筑钢结构设计规范的编制工作显得尤为重要。例如，在使用新材料方面。近年来，一些工程都采用国产的 Q345GJZ厚钢板，其突出的优点是可比普通Q345钢板提高设计强度18%，可降低相关用钢量及造价10%以上。但是，现有的钢结构设计规范一直未对上述钢材新标准的变化作出修改，导致设计规范与钢材新产品标准之间的矛盾日益突出。国际上的设计规范通常是3年~5年修订一次，而我国往往是5年~10年才修订。由于我国的设计规范强制条文多、灵活度小、修订不及时等原因，难免会在设计规范中出现内容不全面、意思表达不明确、规定不合理的情况，给设计人员的使用造成极大不便。

笔者认为，及时修订设计规范对提高我国的设计规范水平至关重要。

③配套设计软件的编制与完善。随着钢结构行业的快速发展，许多钢结构设计软件陆续问世，满足了我国普通钢结构、多高层钢结构、轻钢结构、空间结构的设计需要。但是，很多钢结构设计软件在技术上与国外有很大的差距。例如，美国在轻型钢结构上的**设计软件可在短时间内完成设计、绘图、工程量统计及工程报价，但我国的轻型钢结构设计软件远不及美国的水平。例如，国外已经开始采用基于建筑信息模型(BuildingInformationModeling)的设计软件(简称BIM)，其集成了建筑工程项目各种相关信息的数字化描述，能够应用于设计、建造、管理的全过程，为建筑、结构、设备等各个专业的设计师实现了三维协同工作平台，实现了同步和高效的工作模式。基于BIM的技术革新，不仅改变了传统的设计方法，而且对钢结构加工制作、现场施工和质量控制技术也有了新的提升。目前，国内开发的设计软件一般是一体化CAD协同设计平台，主要是二维，还无法同时完成主结构、次结构、附件配置、材料统计等设计与构造的工作。由此可见，我国建筑钢结构行业在开发自主软件方面的水平还需要进一步提高。

④钢结构制作、施工工业化的深化与完善。随着钢结构应用市场的扩大，国内的钢结构加工企业从几十家很快发展到上千家。就目前来说，大型钢结构企业的生产线的主体设备是从国外引进的，在装备水平、生产技术、经营管理能力方面已接近国际水平，能够承担**工程的钢结构制造。而中、小型钢结构加工企业总体上装备较落后、技术水平还比较低，容易形成行业内的恶性竞争。从总体上看，我国钢结构的产业集中度还较低、加工企业分布面广、加工能力和构件质量参差不齐，尚未形成大型企业集团，加快相关企业的工业化进程时不我待。

笔者认为，要提高工业化水平，**关键的是要提高设备、仪器等装备的现代化程度，以现代化的装备实现集约化生产。随着工业化的发展，还应该形成设计、制作、施工一体化和合作链条，以大企业为主、中小企业为辅的产业链，推动钢结构产业发展到一个新的水平。

⒌建设环境的改善。目前，我国是世界上每年新建建筑量**大的国家，年新建面积达20亿平方米，建设规模和速度史无前例。但是，其中许多建筑是政绩工程和开发商商业利益的产物。市场的竞争迫使建筑师和结构师疲于赶工期，使一些科研人员忙于工程咨询。科研人员为了更快、更多地完成任务，在建筑形式上盲目模仿，结构体系上惯于使用熟悉的结构体系，这样就不可避免地出现“复制”建筑和“放大比例”的建筑，导致全国各地的建筑大同小异，几乎没有地方特色，从而出现中国的设计师在重大工程项目上竞争能力弱的局面。没有相对宽松的环境、没有思考的时间如何创新?如何使钢结构做得更轻、更快、更好、更省?

笔者认为，与其仓促上马，重复建造“高投资、高能耗、低效益”的建筑，不如放慢一些工程建设的步伐，这样，既可以节省国家资源、减缓对生态和环境的压力，又可以将节余资金的一部分用来缓解中国建设行业人员的生存状况，给他们留出些思考的空间，以便他们专心致志地攻克关键技术、提升我国的自主创新能力，这样，既有利于加强并完善建筑产业链的各项工作，又利于实现本土设计师自主设计、建造有中国特色建筑的水平。

五、结束语

本文通过对钢结构行业发展的总结，揭示了钢结构“轻、快、好、省”的本质特点。针对目前我国建筑钢结构行业在发展过程中凸显的问题，进行了比较和分析，希望读者能够加以思考和辨别，对钢结构有正确和理性的认识，还钢结构“轻、快、好、省”的本来面目，扩大钢结构的应用范围，促进钢结构产业的健康持续发展。(完)作者为中国工程院院士、同济大学教授