第1章 中国大力发展钢结构建筑的条件已经成熟

1.1 引子

谈钢结构建筑之前，我们先简单回顾一下最近100年来结构体系发展的历史：1950年以前，中国仍是秦砖汉瓦的天下，而西方已进入了钢结构盛行的年代，1931年建成的纽约帝国大厦，102层，381m高，钢结构体系，全部工期只有410天（当时的钢结构建造技术和管理已经很了不起了）；1960年以后，以预制为主的混凝土结构大行其道，有逐渐取代钢结构、砖混结构的势头。中国也不例外，在20世纪80年代前后投入了大量的人力物力，大力发展预制混凝土结构。后来中国开始改革开放，引入了竞争机制，现浇混凝土结构取得了非常快速的发展，预制混凝土结构很快就退出了历史舞台。

当时，现浇混凝土结构在中国打败预制混凝土结构，主要是因为以下几点。

1）当时中国存在大量农村劳动力正在寻找工作，这些农民工不能胜任预制混凝土的工作，但能很快适应现浇混凝土的工作。

2）现浇混凝土结构比预制混凝土结构的技术管理门槛低，容错能力强。

3）现浇混凝土结构不搞标准化，适合于精细化配筋，节省材料，降低成本。

4）现浇混凝土结构方便管线预埋于结构板、墙内，表面可以少露管线，整洁美观。

5）可以避免各种预制板缝，很大程度减少了漏水隐患。

今天，我国开始鼓励发展装配式建筑，尤其是鼓励发展装配式钢结构建筑，感觉好像是在开历史倒车，这种观点是不全面的。

1.2 钢结构建筑偏少是我国长期限制用钢的结果

回顾中国经济的发展，可以明显看出，中国钢材及建筑钢结构的发展过程就是中国经济发展的缩影。新中国建立初期，中国经济还很落后，中国的钢铁工业也很落后，钢材在某种程度上是战略物资，建筑工业当时的政策是大力发展钢筋混凝土结构和砌体结构，限制用钢。受此影响，现代中国建筑走出了与西方完全不同的道路：中国大部分都是砌体结构建筑和钢筋混凝土结构建筑，而西方的钢结构建筑相对较多。

可以预见，随着“限制用钢”的政策转变为“鼓励用钢”，中国必将迎来钢结构用量的反弹式增多。

1.3 钢结构建筑比钢筋混凝土结构建筑的环境污染小

目前，在我国最受欢迎的建筑是钢筋混凝土结构建筑，内外墙采用大量砌块砌筑，装修主要采用瓷砖、石材和涂料。钢筋混凝土结构建筑具有很多的优点，比如：不易锈蚀、楼板振动小、隔声好等，这些优点给业主一种舒适和踏实的感觉。某种程度上，人们追求的是建筑的“实墙感”。

从专业技术角度则可发现钢筋混凝土结构建筑更多的优点，比如：防火性能好、耐久性好、隔声效果好、楼面竖向刚度大、结构水平刚度大、材料采购容易、施工配套技术完备、工程经验丰富、适合于农民工参与、成本低廉等。

因此，近些年我国95%以上的新建建筑是钢筋混凝土结构建筑。但钢筋混凝土结构一般需要消耗大量的水泥，而水泥生产、运输、使用过程中会消耗大量的能源资源，产生大量的可吸入颗粒物，这些可吸入颗粒物难以收集，通常会直接排放到大气中。

把一栋典型的钢筋混凝土结构建筑和一栋相同面积的典型的钢结构建筑放在一起进行对比就会发现，钢筋混凝土结构建筑排放到大气中的污染物少于钢结构建筑。但是必须明确，上述结论是在我们忽略了钢结构可以很容易回收循环再利用这个非常重要的特性的情况下得出的，很不客观全面。参考国内外的研究成果，计入钢结构的回收循环利用率重新计算，则钢筋混凝土结构建筑排放到大气中的污染物超过了钢结构建筑，钢筋混凝土结构建筑的资源消耗、能源消耗和固体垃圾排放也超过了钢结构建筑。

因此，从长远来看，应鼓励发展钢结构建筑，而不是钢筋混凝土结构建筑。在国家标准《绿色建筑评价标准》中，也明确鼓励采用钢结构，同样条件下，钢结构建筑比钢筋混凝土结构建筑可以获得更高的星级。

钢是可循环的绿色建筑材料，它体现在建筑设计、施工、建造、拆除及重建的全过程。仅从工程造价看，钢结构造价目前阶段高于混凝土结构，但如果考虑工期、资金成本、建筑物拆除和处理费用以及建筑材料回收再利用产生的效益，那么钢结构建筑物的全生命周期综合成本将与混凝土建筑大体相当，甚至会更低。将钢结构应用于装配式建筑中，能够有效实现节能减排、控制污染的新型建筑发展模式，促进我国建筑业尽快走向产业化、信息化、智能化，与我国建筑业绿色发展和生态文明建设的长远目标相一致。

社会经济的发展，一定会带来人工费的持续增长、环保意识的进一步提升和环保制度的进一步完善，这都对钢结构建筑的推广普及有利。因为钢结构建筑具有的干式施工的特点，可以大幅度提高工程质量和安全技术水平，实现绿色施工。

1.4 钢结构比钢筋混凝土结构抗震能力强

我国位于地震多发区，按国家标准，所有的城镇永久建筑都需要具有一定的抗震能力。一般情况下，钢结构建筑的抗震能力明显好于钢筋混凝土结构建筑。这是因为钢材的性能和构件尺寸的偏差小，抗震用钢的塑性变形能力很强，使得经合理设计加工成的钢构件的质量很容易保证，性能也相对稳定，形成的结构可以具有很优秀的耗散地震输入能量的能力，这对于抗震至关重要。国内外理论研究和震害调查均表明，钢结构建筑比钢筋混凝土结构建筑抗震能力强。

1.5 钢结构建筑比钢筋混凝土结构建筑更有利于工业化

钢筋混凝土结构构件由混凝土和钢筋组成，自身重量大。按目前的技术积累，最适合于钢筋混凝土结构的技术路线肯定是大部分构件都采用散料运输、工程现场浇筑成形。这就需要大量高空露天作业，劳动强度大，工作环境恶劣，危险性也高。

近年来，我国尝试性建设了一批装配式混凝土结构建筑。由于现场连接节点过于复杂、对构件工厂加工制作和现场安装的精度要求过高、检验困难等原因，出现了一定的质量安全隐患；实践中还发现装配式钢筋混凝土结构的模具和运输成本过高。这些都是短期内很难解决的问题。

相比之下，钢结构建筑在上述几个方面都具有明显的优势。

钢结构使用大量的型材，这些型材具有轻质高强的特点，适合在厂房内完成几乎全部的加工和检验工作，变成构件运到现场后，一般只需要简单的连接和检验作业即可成为满足需要、质量合格的结构。

通过以上分析可以看出，钢结构建筑是非常适合工业化的结构体系。

1.6 装配式混凝土结构成本过高

装配式混凝土结构成本过高，至少有工厂设备的产能利用率低、运输成本占比高两方面原因。

目前的预制装配式混凝土结构的发展尚处于初级的个性化定制化阶段，而非处于成熟的标准化产品化阶段。在初级阶段，常常会出现供需不平衡：构件需求集中在年中，而工厂在年初年尾往往只能停产，导致年初年尾产能大量浪费，全年摊薄成本很高。需求集中，导致生产压力集中，如北京周边构件厂的产能必须超过总需求的3倍，方能满足旺季的产能需求。

目前尚没有公认的统一的部品构件库，设计、施工各方不能在共同的库内选择、采购部品构件，导致加工单位无法也不敢在淡季预先安排任何生产，这是不能平稳地安排生产加工的主要原因。

目前这种“设计之初，不考虑部品拆分，只满足整体设计需要，后期再进行硬性拆分”的设计流程，我们称之为“反向设计”。

新型工业化后，设计将会遵循“先有构件、部品库，加工单位可以随时加工库内的构件、部品，并完成检验认证，投放市场；设计单位基于构件、部品库选定构件、部品，不用担心采购问题；施工安装单位随时到市场上去挑选构件、部品”这样的设计流程，我们称这类设计流程为“正向设计”。正向设计的整个过程简单方便，可以大幅度提高产能，降低成本。

预制混凝土构件的运输成本占比过高，难以像高附加值产品一样不顾及距离而广泛地参与竞争，这样就难以进行大批量生产，也难以获得规模带来的价格红利。在这一点上，钢结构相对好得多。钢结构的得房率高，使得按使用面积计算的成本更具优势；且由于钢结构建筑相对容易灵活布置，使得按有效面积计算的成本有更进一步的优势。

1.7 国家政策推动建筑产业转型升级

2020年8月28日，住房和城乡建设部等九个部门联合印发《关于加快新型建筑工业化发展的若干意见》，系统梳理了近些年建筑发展的经验和问题，提出了加强系统化集成设计、优化构件和部品部件生产、推广精益化施工、创新组织管理模式等9个方面共37条意见。

1.加强系统化集成设计

（1）推动全产业链协同。推行新型建筑工业化项目建筑师负责制，鼓励设计单位提供全过程咨询服务。优化项目前期技术策划方案，统筹规划设计、构件和部品部件生产运输、施工安装和运营维护管理。引导建设单位和工程总承包单位以建筑最终产品和综合效益为目标，推进产业链上下游资源共享、系统集成和联动发展。

（2）促进多专业协同。通过数字化设计手段推进建筑、结构、设备管线、装修等多专业一体化集成设计，提高建筑整体性，避免二次拆分设计，确保设计深度符合生产和施工要求，发挥新型建筑工业化系统集成综合优势。

（3）推进标准化设计。完善设计选型标准，实施建筑平面、立面、构件和部品部件、接口标准化设计，推广少规格、多组合设计方法，以学校、医院、办公楼、酒店、住宅等为重点，强化设计引领，推广装配式建筑体系。

（4）强化设计方案技术论证。

2.优化构件和部品部件生产

（5）推动构件和部件标准化。编制主要构件尺寸指南，推进型钢和混凝土构件以及预制混凝土墙板、叠合楼板、楼梯等通用部件的工厂化生产，逐步降低构件和部件生产成本。

（6）完善集成化建筑部品。编制集成化、模块化建筑部品相关标准图集，提高整体卫浴、集成厨房、整体门窗等建筑部品的产业配套能力，逐步形成标准化、系列化的建筑部品供应体系。

（7）促进产能供需平衡。提高产能利用率。

（8）推进构件和部品部件认证工作。推行质量认证制度，健全配套保险制度。

（9）推广应用绿色建材。

3.推广精益化施工

（10）大力发展钢结构建筑。鼓励医院、学校等公共建筑优先采用钢结构，积极推进钢结构住宅和农房建设。完善钢结构建筑防火、防腐等性能与技术措施，加大热轧H型钢、耐候钢和耐火钢应用，推动钢结构建筑关键技术和相关产业全面发展。

（11）推广装配式混凝土建筑。在保障性住房和商品住宅中积极应用装配式混凝土结构，鼓励有条件的地区全面推广应用预制内隔墙、预制楼梯板和预制楼板。

（12）推进建筑全装修。积极发展成品住宅，倡导菜单式全装修，满足消费者个性化需求。推广管线分离、一体化装修技术，推广集成化模块化建筑部品，提高装修品质，降低运行维护成本。

（13）优化施工工艺工法。

（14）创新施工组织方式。完善与新型建筑工业化相适应的精益化施工组织方式，推广设计、采购、生产、施工一体化模式，实行装配式建筑装饰装修与主体结构、机电设备协同施工，发挥结构与装修穿插施工优势，提高施工现场精细化管理水平。

（15）提高施工质量和效益。

4.加快信息技术融合发展

（16）大力推广建筑信息模型（BIM）技术。实现设计、采购、生产、建造、交付、运行维护等阶段的信息互联互通和交互共享。

（17）加快应用大数据技术。

（18）推广应用物联网技术。

（19）推进发展智能建造技术。加快新型建筑工业化与高端制造业深度融合，搭建建筑产业互联网平台。推广智能家居、智能办公、楼宇自动化系统，提升建筑的便捷性和舒适度。

5.创新组织管理模式

（20）大力推行工程总承包。促进设计、生产、施工深度融合。引导骨干企业提高项目管理、技术创新和资源配置能力，培育具有综合管理能力的工程总承包企业。

（21）发展全过程工程咨询。

（22）完善预制构件监管。积极采用驻厂监理制度，实行全过程质量责任追溯，鼓励采用构件生产企业备案管理、构件质量飞行检查等手段。

（23）探索工程保险制度。建立完善工程质量保险和担保制度，通过保险的风险事故预防和费率调节机制帮助企业加强风险管控，保障建筑工程质量。

（24）建立使用者监督机制。编制绿色住宅购房人验房指南，鼓励将住宅绿色性能和全装修质量相关指标纳入商品房买卖合同、住宅质量保证书和住宅使用说明书，明确质量保修责任和纠纷处理方式，保障购房人权益。

6.强化科技支撑

（25）培育科技创新基地。

（26）加大科技研发力度。

（27）推动科技成果转化。

7.加快专业人才培育

（28）培育专业技术管理人才。

（29）培育技能型产业工人。完善建筑业从业人员技能水平评价体系，打通建筑工人职业化发展道路，弘扬工匠精神，加强职业技能培训，大力培育产业工人队伍。

（30）加大后备人才培养。支持校企共建一批现代产业学院，支持院校对接建筑行业发展新需求、新业态、新技术，开设装配式建筑相关课程，创新人才培养模式，提供专业人才保障。

8.开展新型建筑工业化项目评价

（31）制定评价标准。建立新型建筑工业化项目评价技术指标体系，引领建筑工程项目不断提高劳动生产率和建筑品质。

（32）建立评价结果应用机制。

9.加大政策扶持力度

（33）强化项目落地。要加大推进力度，在项目立项、项目审批、项目管理各环节明确新型建筑工业化的鼓励性措施。政府投资工程要带头按照新型建筑工业化方式建设，鼓励支持社会投资项目采用新型建筑工业化方式。

（34）加大金融扶持。支持新型建筑工业化企业通过发行企业债券、公司债券等方式开展融资。完善绿色金融支持新型建筑工业化的政策环境，积极探索多元化绿色金融支持方式，对达到绿色建筑星级标准的新型建筑工业化项目给予绿色金融支持。用好国家绿色发展基金，在不新增隐性债务的前提下鼓励各地设立专项基金。

（35）加大环保政策支持。支持施工企业做好环境影响评价和监测，在重污染天气期间，装配式等新型建筑工业化项目在非土石方作业的施工环节可以不停工。建立建筑垃圾排放限额标准，开展施工现场建筑垃圾排放公示，鼓励各地对施工现场达到建筑垃圾减量化要求的施工企业给予奖励。

（36）加强科技推广支持。推动国家重点研发计划和科研项目支持新型建筑工业化技术研发，鼓励各地优先将新型建筑工业化相关技术纳入住房和城乡建设领域推广应用技术公告和科技成果推广目录。

（37）加大评奖评优政策支持。将城市新型建筑工业化发展水平纳入中国人居环境奖评选、国家生态园林城市评估指标体系。大力支持新型建筑工业化项目参与绿色建筑创新奖评选。

在这个文件发布之后的2020年12月21日，全国住房和城乡建设工作会议上，更加明确要求2021年要“加快发展‘中国建造’，推动建筑产业转型升级。加快推动智能建造与新型建筑工业化协同发展，建设建筑产业互联网平台。完善装配式建筑标准体系，大力推广钢结构建筑。深入实施绿色建筑创建行动。落实建设单位工程质量首要责任，持续开展建筑施工安全专项整治，坚决遏制重特大事故。”还要求重点提升乡村建设水平，在农房建设中推广装配式钢结构等新型农房。继续推进农村房屋安全隐患排查整治工作，建立健全农房建设标准和建设管理制度。

由以上可知，近年来，国家大力发展装配式建筑的相关政策密集出台，提出要大力发展钢结构建筑，鼓励医院、学校等公共建筑优先采用钢结构，积极推进钢结构住宅和农房建设。在国家产业政策的大力推动下，装配式钢结构建筑体系已经成为重要的建筑体系。可以预见，未来在城市和乡村建设中均将重点发展钢结构建筑。

1.8 愿意从事传统建筑业的工人日益减少

据统计资料，自2014年以来，愿意从事传统建筑业的农民工日益减少，导致农民工薪水正在以平均每年7.3%的涨幅逐年上涨，这意味着每十年农民工收入就要翻一番（图1.8-1）。现在4000元可以很容易招一个土木工程本科毕业生，但7000元已经很难招一个好瓦工了。

此外，老龄化在建筑行业也日益严重，农民工平均年龄从2008年的34岁上升至2018年的40.2岁（图1.8-2）。

1.9 国内正在建立建筑构件产品认证体系和质量评价体系

传统的成熟的工业化产品由质量技术监督局进行监管，有相应的标准，有质量责任主体，设备的自动化程度高，生产线、产品标准、质量检查认证制度稳定，最终产品质量稳定、品质高。

建筑构件生产的不是成熟的工业化产品，标准化程度很低，大量的环节太过依赖于人工操作，产品质量离散性太大，且产品生产与监管在地域上处于分离状态，监管难度大。

预制构件生产企业的政府管理部门原来是住房和城乡建设部，2014年住房和城乡建设部取消了对该类企业的资质管理，之后，就不再有任何政府部门（包括质量技术监督局）对该类企业进行监管了，这就使得构件的生产监管更松了。目前只是对建设方、总承包方进行了责任主体的明确，在进场时对部分主要指标进行了验收把控。但是有些产品，如保温墙板，一些重要指标尚缺乏明确的进场验收方法，相关质量无法验收。

美国有产品认证制度，PCI协会会定期和不定期突击巡查，作为产品认证的补充。目前国内也正在建立认证体系和质量评价体系，预制混凝土构件和钢构件的质量将会得到更好地保障。

1.10 我国会在建筑钢结构领域领先世界

我国长期重视钢筋混凝土结构建筑的发展，钢结构技术研发投入少，使得与钢结构相关的配套标准、机具、工法、材料、部品严重不足，钢结构工程的相关技术人员严重缺乏。以上几方面因素叠加，使得钢结构的应用受到了很多限制，钢结构在规模上明显处于劣势，钢结构成本长期高于钢筋混凝土结构，同时钢结构工程质量难以保证，用户体验差。

客观地说，钢筋混凝土结构由混凝土和钢筋两种差异很大的材料组成，混凝土又有很多的配方和施工养护工艺上的不同，钢筋也有很多配置方式上的差异，这使得钢筋混凝土结构的性能很难把控，相关材料生产、设计方法、浇筑成型、现场养护、部品和标准配套、使用维护、改造加固等方面的研发工作量非常大。

中国几十年来在钢筋混凝土结构的研究方面投入了很大的精力。今天，我国在钢筋混凝土结构方面的研发应用已经领先世界。我们也应该有足够信心，只要我们加大在钢结构研发方面的投入，用不了多久，也一定会在建筑钢结构领域领先世界。

这是因为我们已经培养了大量钢筋混凝土结构方面的人才，拥有大量的钢筋混凝土结构方面的优秀企业，他们已经具有丰富的结构专业知识和经验，有助于很快进入钢结构领域。因此，只要政策合理引导，他们很快就会成为钢结构领域的主力军。

近些年来，我国政府大力倡导绿色建筑，倡导发展钢结构，极大地激发了人们发展钢结构的积极性。全社会对钢结构投入了越来越多的关注，人们逐渐发现钢结构除了在鸟巢等大跨结构中具有很好的适用性以外，在各类装配式建筑中同样有很好的适用性和优越性。采用钢结构可以保证质量、缩短工期、减少资源消耗、减少污染物和噪声排放、降低综合建设成本。当前，钢结构的装配式建筑已在全国各地萌芽或开花。

在发展钢结构方面，我们还有一个优势：我们有非常多的高校已经设立了土木工程专业，在本科教育阶段开设钢结构相关课程。钢结构作为必修课，可以使学生在踏出校门之前就对钢结构有一定的了解。

在钢结构科研方面也出现了可喜的变化：广大的科研工作者积极投身钢结构的研究；许多民营企业的科研积极性也很高，每年组织大量的人力、物力投入钢结构的研发。近些年每年都会有大量的高质量的钢结构研究论文和成果发表。钢结构方面的一些新的材料标准、设计标准、检验标准、施工标准、工程验收标准相继完成编制并发布实施。

比如，在建筑钢材方面，长期以来我国一直是Q235等少数几种钢材包打天下。现在我国钢厂已经可以提供高强钢、低强钢、耐候钢、耐火钢等很多品种的钢材。设计师可以按需选择，使设计更加合理经济。

一些专利技术也得到了市场的广泛认可。比如，利用低强钢制作的各种高阻尼装置在很多结构中得到了应用，带有各种高阻尼装置的新的钢结构体系已经进入应用。

20世纪钢梁的腹板都采用薄钢板，容易局部失稳。为了解决这个问题，需要焊接大量的加劲肋，工作量很大、成本高且焊接质量难以保证。随着抗震概念的逐渐引入，为了使钢梁具有较大的耗散地震能量的能力，需要将薄的腹板改为厚钢板，用钢量因此增加较多。近几年，清华大学和同济大学等高校联合企业开始研究波折形和波浪形的腹板，希望其能降低钢材的用量，减小劳动强度，减少成本并确保质量。

我国在1997年开始实行注册结构工程师考试和执业制度，只有考试通过的专业技术人员方可执业。考试大纲中有较大篇幅的钢结构方面的内容。早期的考试允许选做自己熟悉科目的题目，不熟悉钢结构的人只要避答钢结构题照样有可能通过考试。现在的考试改为必须回答所有问题，即钢结构方面的题目也必须要回答。注册建造师也类似。这在一定层面上，引导了广大从业者开始重视和熟悉钢结构，有利于钢结构人才队伍的培养建设。

中国钢结构协会和中国建筑金属结构协会也在钢结构行业的发展过程中日益壮大，两个协会都有强大的专家委员会，有力地支持了钢结构行业的发展。他们还牵头从国外引进了一些钢结构方面的优秀图书资料，翻译成中文，在国内出版，介绍给国内工程师参考。

全国注册结构工程师管理委员会的相关部门近年来也在组织专家编写钢结构相关领域的教材，利用每年注册工程师继续教育的机会，在注册结构工程师中普及钢结构相关知识。

目前，开发商最喜欢的是钢结构的截面小、施工速度快这一优点，最希望解决的是钢结构的成本高的问题。设计师最担心的是钢结构的防火性能差、耐久性差和振动不容易控制。用户则希望钢结构建筑像钢筋混凝土结构建筑一样舒适。

笔者坚信，以上问题均可在发展中很好地解决。随着国家推广力度的加大，社会参与度会大幅度提升，钢结构建筑会大幅度增加，竞争会更加充分，相关的研发、配套均会很快跟上，这样钢结构的成本就会大幅度下降。同时，由于研发的投入和经验的积累，钢结构防火性能差、耐久性差的问题也有很大希望得到逐步解决。用户也会更普遍地认可钢结构建筑的优点，更客观地评价钢结构建筑。