在人类建筑史的长河中，结构形式的演变如同一部精彩的进化史，从最初的平面结构起步，逐渐拓展至空间结构、仿生结构、金属结构、木结构，直至今日大放异彩的装配式结构。其中，钢结构建筑作为装配式结构家族的重要成员，正引领着一场结构设计的革新。它不再满足于传统的宏大与笨重，而是向着构件的小型化、设计的精致化、材质的轻质化迈进，展现出前所未有的活力与潜力。
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。
在国家“双碳”战略的指引下，钢结构建筑的推广与应用正逐渐成为建筑行业响应绿色转型、助力实现碳减排目标的关键路径。同时，它也为钢铁行业提供了调整产品结构、迈向低碳环保生产模式的良机。我国，作为全球钢结构建筑市场中最具潜力的国家之一，凭借其强大的经济实力、坚实的产业基础和领先的科技研发能力，已经为钢结构建筑的蓬勃发展奠定了坚实的基础。当前，我国钢结构建筑市场正处于快速成长的初期阶段，其未来的发展空间和潜力不容小觑。
钢结构建筑不仅能够有效减少建筑过程中的碳排放，提高建筑的能效，而且在材料回收与再利用方面展现出显著优势，这使其成为了我国建筑行业实现可持续发展、推动绿色低碳转型的重要抓手。随着政策的持续支持和市场需求的不断增长，钢结构建筑的普及和应用将进入一个全新的发展阶段。
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。
在18世纪的尾声，英国创新性地将铁框架运用到厂房的主体结构中，这标志着“钢结构建筑”时代的序幕缓缓拉开。时间流转至1851年，一座采用低层铁框架结构的建筑——“水晶宫”，作为世界博览会的会场，在伦敦璀璨登场，以其独特的设计和材料应用，成为工业时代的一座里程碑。紧接着，1883年，布鲁克林大桥，这座当时全球最长的悬索桥，横跨纽约的天际线，展现了人类工程技艺的卓越成就。而到了1885年，芝加哥的家庭保险公司大楼，作为世界上首栋采用铁框架结构建造的高层建筑（高达10层），再次书写了建筑史上的新篇章，预示着摩天大楼时代的到来。
这一系列的建筑创新，不仅体现了材料科学与工程技术的融合，更象征着人类对空间与高度的不断探索与征服。从“水晶宫”的优雅亮相，到布鲁克林大桥的雄伟横跨，再到芝加哥高层建筑的傲然屹立，每一次建筑的革新都承载着时代的烙印，见证了工业革命以来人类社会的进步与发展。
在历史的长河中，钢结构建筑的兴起标志着建筑技术的飞跃。1889年，作为钢结构建筑的杰出代表，埃菲尔铁塔在巴黎拔地而起，其高达300米的雄伟身姿，凝聚了7000吨钢铁的坚韧与力量，昭示着一个新时代的来临。同年，巴黎博览会的机械陈列馆以三铰拱结构和优质钢材，实现了115米的建筑跨度，展现了工程技术的卓越成就。进入19世纪末，美国引领了钢结构在住宅建筑中的应用，预示着建筑材料与结构的革新。1931年，纽约帝国大厦以381米的高度和102层的壮观规模，成为摩天大楼时代的开篇之作，象征着人类向天空的无限向往。上世纪30年代，随着建筑美学的觉醒，钢材与玻璃的结合赋予了建筑新的艺术表现力。1930年，吐根哈特住宅的建成，便是这一设计理念的完美诠释。1937年，旧金山金门大桥的落成，不仅作为世界上最早的钢结构大桥，更以其宏伟的气势和优雅的弧线，成为了连接两岸的奇迹，标志着钢结构在桥梁建设中的里程碑。
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
自20世纪60年代起，轻型钢结构因其经济优势及在抗震、防火和耐久性方面的卓越表现，逐渐赢得了全球范围内的广泛赞誉。这一时期，网架结构与网壳结构的建筑物成为了引领大跨度空间结构设计的主流趋势，推动了钢结构建筑的迅猛发展。标志性建筑如1964年落成的肯尼迪图书馆，不仅体现了时代的设计理念，更彰显了轻钢结构的潜力；随后，1980年问世的“水晶教堂”，以其空间网架结构展现了建筑与技术的完美融合；而1993年，日本福冈体育馆的建成，作为网壳结构的杰作，再次证明了钢结构在实现复杂建筑设计中的灵活性与可靠性。这些里程碑式的建筑，不仅记录了钢结构建筑技术的演进，也预示了未来建筑领域的无限可能。
这一时期，随着技术的不断进步和设计理念的创新，轻型钢结构的建筑开始在全球范围内得到广泛的应用。网架结构与网壳结构以其独特的结构优势，成为了大跨度空间结构设计的首选。这些结构形式不仅能够满足大空间的需求，还能够在保证建筑安全性和耐久性的同时，展现出建筑美学的极致追求。标志性建筑如肯尼迪图书馆、水晶教堂以及福冈体育馆，不仅成为了各自时代的建筑杰作，也成为了钢结构建筑发展史上的重要里程碑。它们不仅体现了当时社会对钢结构建筑的认可，也预示了未来钢结构在建筑领域中将扮演更为重要的角色。随着技术的不断进步，钢结构建筑的未来充满了无限的想象空间，有望在更多领域展现出其独特的魅力和潜力。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。
从全球视角审视钢结构建筑的发展历程，美国的轻钢结构建筑自上世纪60年代起便在低层非居住建筑领域崭露头角，逐步占据市场主导地位。据历史数据显示，1965年，轻钢结构在美国建筑市场的份额仅为15%，然而，到1990年，这一比例已显著提升至53%，并在1993年进一步跃升至68%。进入新千年，轻钢结构在美国的普及率达到了75%，彰显了其在建筑领域的强劲发展势头。
日本的钢结构建筑则在高层公共建筑设计中大放异彩。以2019年为基准，日本建筑施工面积的统计表明，木结构、钢结构和钢混结构分别占总市场份额的44%、37%和19%。这反映出日本在钢结构建筑应用上的广泛性和多样性。英国在装配式建筑领域的探索同样引人注目，政府积极推动装配式建筑的发展，设定目标要求新建钢结构和模块化建筑在装配式建筑中的占比需超过70%。这一举措有力地促进了模块化建筑市场规模的扩大，2020年，英国模块化建筑市场总值达到了892亿元，凸显了装配式钢结构建筑的市场潜力和经济价值。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。
自上世纪50年代起，中国的钢结构桥梁建设逐渐崭露头角，1957年竣工的武汉长江大桥作为新中国首座现代化钢结构桥梁，具有里程碑式的意义。步入80年代，钢结构建筑迎来了蓬勃发展期，特别是在沿海地区，轻钢结构的引入催生了钢结构厂房、体育场馆和高层楼宇的建设热潮。这一时期，超高层建筑中钢结构的应用尤为突出，80年代的建筑高度记录达到了208米，而到了90年代，这一数字跃升至460米。1996年，中国钢铁产量首次跨越1亿吨大关，这一成就促使国家政策层面大力推动钢材在建筑领域的应用。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”作为推动建筑用钢的关键点，标志着钢结构建筑在中国的发展步入了快车道。进入21世纪，中国钢结构建筑的设计与施工技术取得了长足的进步，一系列标志性建筑如国家体育场（俗称“鸟巢”）、上海东方体育中心等相继落成，不仅展现了中国在钢结构建筑领域的高超技艺，更彰显了中国钢结构建筑的国际竞争力。这一系列成就，无疑是中国钢结构建筑发展历程中的璀璨篇章。
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。
国内H型钢生产基地在“钢结构住宅体系及关键技术”领域取得了显著进展，彰显了我国在装配式建筑技术方面的创新能力。以山钢莱钢为例，自2001年起，该公司积极响应建设部的号召，着手研究H型钢结构住宅建筑体系，运用“钢结构生态节能建筑新技术体系”，成功打造了国内首个装配式钢结构住宅示范项目——钢城区樱花园小区，这不仅是一次技术的革新，更是对绿色建筑理念的实践。同样，在2019年，津西钢铁集团也迈出了重要一步，完成了钢结构装配式住宅的建设。该项目采用了热轧H型钢和热轧钢管作为支撑，构建了“津西JST装配式钢结构建筑技术体系”，这一体系的形成标志着津西钢铁在装配式建筑领域的技术突破，为我国钢结构住宅的发展增添了新的动力。
图7 莱钢钢城区樱花园小区
近年来，中国钢结构建筑领域展现出显著的技术进步与创新，以中国五矿和宝钢建科为代表的企业在其中扮演了重要角色。中国五矿聚焦于大空间住宅钢结构体系的高效能标准化关键技术，通过专项示范研究，已取得显著成效。其在广州白云机场项目中的实践，不仅提升了我国钢结构建筑设计的技术水平，更在美观度方面开辟了新境界，标志着我国钢结构建筑在国际舞台上的崭新形象。另一方面，宝钢建科的探索则集中于综合解决方案的优化，相较于传统钢结构体系，该方案能够有效减少结构用钢量10%~20%，同时降低综合成本5%~15%，更值得一提的是，这一方案还能减少10%~20%的碳排放量，体现了绿色建筑理念在钢结构领域的成功应用。
此外，2018年竣工的中国尊项目，作为一座高达528米的超高层建筑，不仅成为了北京的标志性建筑，更彰显了我国钢结构建筑技术的卓越成就，标志着我国在钢结构建筑设计与施工方面达到了世界领先水平。
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。
