目前，与世界先进水平相比，我国钢结构产业仍是大而不强。自主创新能力、资源利用效率、产业结构水平、信息化程度、质量效益等方面还存在差距，转型升级和跨越式发展任务紧迫而艰巨。中国钢结构协会提出“十三五”推广绿色环保建筑理念的建议和“钢结构2025”规划要点，宣布：“用10年时间完成从钢结构建设大国向钢结构建设强国转变。”美国无疑代表了目前世界该领域的先进水平。国际建筑局联合会（ICBO）副主席凯文·伍尔夫教授指出：“美国已形成成熟的钢结构住宅建筑市场，有全装配式钢结构框架体系、多层钢结构体系和分层钢结构体系等。集会。钢结构体系的标准化、系列化、商品化程度接近100%。”本文从绿色环保、结构装配、技术体系、标准和规范。
美国装配式钢结构建筑的发展历史
第一个使用钢框架结构建造住宅的国家是美国。早在1894年，美国建筑师比尔斯和达顿在芝加哥建造的里德屋就是一座耐火钢结构住宅。其中最有影响力的是1929年建筑师理查德·诺伊特拉(Richard Neutra)为菲利普·洛弗尔博士在洛杉矶设计的“健康之家”，其建筑形式采用轻钢组合结构，直接表现钢结构住宅。框架。 1930年，美国铜和黄铜协会组织了对CHRISTI钢结构体系住宅的研究。 1931年，格罗皮乌斯承担了Chrysitz系统的K1住房设计和多户住宅的设计、技术开发、研究和市场咨询工作。二战后，美国钢铁工业突飞猛进，使钢材成为更适合住宅建筑的建筑材料。建筑师皮埃尔·科恩林（Pierre Kornlin）和巴克敏斯特·富勒（Buckminster Fuller）利用钢结构骨架和工业化技术，创造了美国原汁原味的钢结构住宅风格和钢结构建筑产业。 1972年，美国结构公司成立了专业的A型框架钢结构公司。在一些低层住宅中，采用断面外缘相同的镀锌轻钢龙骨代替木龙骨，逐渐形成冷弯薄壁轻钢结构住宅体系。该系统以其环保、抗震性好、施工速度快等显着优点在美国得到广泛应用。
1976年，美国国会通过了《国家工业住宅建筑和安全法案》（NMHCSA），并于同年开始颁布一系列严格的钢结构建筑行业标准。负责编制冷弯轻型钢结构国家设计规范、标准和手册的组织是美国钢铁协会（AISI）。为了推动冷弯型钢在土木建筑各领域的应用，AISI成立了规范委员会（SCAISS），负责编制和修订设计规范并组织研究项目。 AISI组织的研究课题主要集中在冷弯型钢构件的基本性能上。研究结果经AISI代码委员会批准后可作为修订代码的依据。典型的研究课题包括：RW Wolf等人1982年对冷弯型钢构件墙体进行的研究冷弯型钢在建筑钢结构中的发展，墙体内填充石膏板，研究内容是墙体的极限承载能力； T·S. Talpit于1984年进行了冷弯构件墙体的研究，墙体采用螺栓连接，主要研究墙体的抗剪性能。美国住房与建筑研究中心（CHAR）联合相关大学对钢结构进行了研究。人们对剪力墙的抗侧力性能进行了大量的研究。剪力墙是轻钢龙骨的复合承重墙。
多年来，随着美国对冷弯型钢结构研究的不断开展冷弯型钢在建筑钢结构中的发展，其设计规范和标准也不断修订和完善。自1946年第一版《AISI冷弯型钢结构设计规范》出版以来，先后修订和补充了7次，其最新版本为1996年版《AISI冷弯型钢结构设计规范》 -型钢结构构件（CDCSSM 1996）”，是目前世界上冷弯型钢结构设计规范中内容最丰富、最全面的规范之一。 ，该版本的代码将传统的许用应力设计方法（ASD）和负载阻力系数设计方法（LRFD）集成到一个代码中。此外，AISI还定期发布专题报告、组织专题讲座和国际学术会议。国际冷弯型钢结构学术会议由AISI等组织主办，密苏里大学罗拉分校主办，每两年在美国召开一次。自1971年以来，已举办18届。这对世界各国冷弯型钢结构的应用和发展起到了良好的推动和促进作用。
进入21世纪，美国钢结构技术日趋完善，绿色装配式钢结构建筑已走向专业化、工业化生产模式。美国钢结构协会每年春秋两季举办轻钢结构展览会，组织行业内的技术和信息交流，有力地促进了装配式钢结构建筑体系的发展。由于钢结构住宅具有耐腐蚀、防白蚁等特殊优点，其保险费率比其他建筑形式低40%左右。因此，他们的市场规模在美国逐年快速扩大。
美国装配式钢结构建筑市场规模
目前，全球主要装配式建筑市场集中在欧洲和美国，亚洲主要包括日本、新加坡等国家。 2017年，美国装配式建筑市场占全球市场的19.5%，欧洲占25.6%，亚洲占49%。根据美国建筑与规划协会（AAAP）发布的《2010~2020年世界装配式建筑发展与钢结构投资战略规划分析报告》（ARSPWABDSSI 2010~2020）数据显示，2010年全球装配式建筑市场规模至2017年： 2011年为1002亿美元（约合人民币7032亿元）； 2012年为1,570亿美元（约合人民币11,018亿元）； 2013年为1876亿美元（约合人民币13166亿元）； 2014年2152亿美元（约13166亿元人民币）（约15103亿元人民币）； 2015年2,495亿美元（约17,510亿元人民币）； 2016年为2876亿美元（约合人民币20184亿元）； 2017年为3120亿美元（约人民币21896亿元）。预计2020年全球装配式建筑市场将超过5000亿美元（约人民币35090亿元）。
AAAP发布的《ARSPWABDSSI 2010~2020》数据还显示，2017年全球装配式建筑市场规模3120美元（约合人民币21896亿元）中，2017年美国装配式建筑市场规模为608.4亿美元（约合人民币21896亿元） ）。 （约4270亿元人民币）；预计2020年美国装配式建筑市场将突破1000亿美元（约合人民币7018亿元）。
根据《ARSPWABDSSI 2010~2020》：长期以来，美国住宅建筑一直选择性能优越、供应充足、成本相对较低的木材作为建筑材料。然而，在 20 世纪中叶，不断上涨的建筑木材价格和对质量的担忧促使建筑商和住房供应商寻找轻质钢结构作为住宅建筑构件的替代品。目前，美国95%的装配式建筑为装配式，以混凝土装配式住宅和装配式钢结构住宅为主。小城镇以轻钢结构为主；每 12 人中就有 1 人居住在预制钢结构中。钢结构结构住房已成为非政府保障性住房的主要形式。
在装配式建筑行业的带动下，美国钢结构市场发展迅速。根据美国钢结构协会（AISI）2018年发布的《全球装配式建筑钢结构市场预测》报告显示，2012年全球装配式建筑钢结构市场规模为1377.4亿美元（约合人民币9666.7亿元）； 2013年1474.5亿美元（约合人民币10348.2亿元），同比增长7.0%； 2014年1575.9亿美元（约合人民币11059.8亿元），同比增长6.90%； 2015年1722.6亿美元（约合人民币12089.4亿元），同比增长9.30%； 2016年为1999.40亿美元（约合人民币14032亿元），同比增长16.1%； 2017年为2501.2亿美元（约合人民币17553.7亿元），同比增长25.1%；预计2020年全球装配式建筑钢结构市场规模将接近4000亿美元（约合人民币28072.4亿元）。
根据AISI发布的《全球装配式建筑钢结构市场预测》，2017年全球装配式建筑钢结构市场格局显示，美国占比18.67%，市场规模466.97亿美元（约合人民币3277亿元） ;欧洲占比27.12%，市场规模678.32亿美元（约合人民币4761亿元）；亚洲占比15.74%，市场规模393.68亿美元（约合人民币2764亿元）；其余国家和地区占比38.47%，市场规模9622.1亿美元（约合人民币6756亿元）。
AISI行业分析师Kristen Scott指出，从美国市场的发展历史来看，建筑钢结构行业经历了从分散到集中的过程，且集中度不断提高。经过多次收购和重组，目前MBMA（美国金属建筑制造商协会）会员中近一半属于三大制造商/集团：NCI、Nucor和Bluescope。美国建筑钢结构市场份额为：NCI占20%；纽柯公司占12%；博思格占19%；其他厂商占比49%。 NCI、纽柯和博思格三大巨头占据了美国建筑钢结构市场51%的份额。 Scott认为，随着钢结构建筑行业不断发展壮大，集钢材加工、配送、施工于一体的工业化管理方式是装配式钢结构建筑行业提升的必然趋势。
建筑用钢结构在美国发展最快。 1965年，美国钢结构仅占整个建筑市场的15%左右。到1990年，这一比例上升至53%，到2017年则上升至95%。 2020年，One数据将达到100%。
装配式钢结构建筑系统发展现状
钢结构建筑体系作为一种结构形式，有其设计理论和制造工艺也日趋完善，广泛应用于世界各地的住宅建筑和工业设施。
◆ SI理念的开放架构思维
1961年，美国哈布里根教授在其著作中提出了“SI（Skeleton Infill）”的开放式建筑思想。作为钢结构建筑体系理念在住宅领域的实践，SI住宅采用“S（Skeleton，支撑体）”和“I（Infill，填充体）”有效分隔钢结构住宅具有结构耐久性的特点、室内空间的灵活性和填充体的可再生性，在发达国家已得到发展。
SI理念有两个优点：一是居民可以根据自身经济能力、家庭成员的变化以及建筑整个生命周期不同阶段的喜好对住宅进行改变，而建筑主体框架不变。进行平面和空间变换；二是对一些使用寿命较短的构件与主体结构寿命区别对待。例如，埋设在主体结构中的管道、管道等设备部件的使用寿命一般只有20~30年，与主体结构的寿命不同。与50至100年的设计寿命相比，SI理念可以确保居民在不损坏主体结构的情况下更换设备和部件，从而实现百年住宅的目标。
特别是1976年美国国会通过《国家工业化住宅建设和安全法案》（NMHCSA）后，美国国家标准协会（ANSI）、美国材料试验协会（ASTM）、美国钢铁协会（AISI）和1980年美国颁布《冷轧钢结构规范》后，开发了新一代SI型冷轧钢结构住宅系统（即冷弯薄壁钢结构住宅系统） ）其住宅建筑产业和结构构件技术成熟后，同时还具有较低的能耗。质量高、寿命长，适应用户生活的变化，体现了资源循环利用绿色建筑的理念，受到各国的关注。
◆ 钢结构构件类型
钢结构的结构构件主要有两类：一类是热轧型钢与钢板组合构件；一类是热轧型钢与钢板组合构件；另一种是冷弯型钢结构件。新型高效冷弯薄壁钢是采用热（冷）轧带钢在室温下连续辊式冷弯制成的各种截面形状的钢材。是一种经济高效的钢材。与热轧型钢相比，具有重量轻、强度高、性能稳定、外形美观、断面金属分布合理等优点。可制成超薄、超厚、超小、超大型等热轧无法生产的复杂型材。
冷弯薄壁型钢的成形方法通常有冷轧成形、模压成形、弯曲成形三种。其中，冷轧成型已广泛应用于建筑构件的生产。
冷弯型钢的出现和应用，开辟了一条提高材料利用率的新途径，不再单纯依靠增加材料用量，而是主要通过优化截面的几何形状，这对于节约能源具有重要意义。能源和资源。
◆ 全球主流冷弯薄壁钢结构住宅体系
根据地区和标准，当今世界上的冷弯薄壁钢结构住宅体系初步可分为六种主流体系：
（1）英国轻钢结构体系（简称英标）：英国轻钢结构体系根据其住宅建筑的具体情况可分为多个层次的结构体系，即STIC结构体系、板式结构体系、模块化结构系统（完整的模块化结构）和新型卡式结构系统。在STIC结构中，所有杆件均按照设计尺寸切割，并在现场使用螺栓或自攻螺栓连接。 PANEL结构中的墙板、屋面板、带骨架的屋架均在工厂内采用专用模具加工成型。模块化结构的特点是整个房间是一个模块，在工厂加工好后作为一个完整的房间组成单元运到现场。卡式结构的主要承重构件Cassette是冷弯薄壁C型钢。其构件可快速模块化，克服传统细长墙柱的稳定性问题。无需支撑即可合理抵抗风荷载。产生的剪切力。
（2）芬兰轻钢结构系统（简称芬兰标准）：系统采用的Termo龙骨采用热镀锌薄壁钢板制成。壁厚通常为1.0~2.0mm，截面形式通常为C形（主要用于竖向构件）和U形（主要用于楼板梁和顶部水平梁），门窗洞口门楣使用两个 C 形构件组合形成 I 形截面。与普通型钢的主要区别在于龙骨腹板上冲有不同形状的槽。与实心钢框架相比，这套Termo孔系统可以将钻孔钢框架的隔热能力提高90%。目的是减弱冷桥效应，提高钢龙骨的保温性能。
（3）澳大利亚轻钢结构体系（简称澳大利亚标准）：该体系中薄壁轻钢所用钢板厚度不超过1.5mm。用于低层住宅领域的薄壁轻钢结构，厚度为0.55~1.5mm。高强度镀铝、镀锌或锌铝合金建筑结构钢板，屈服强度可达550MPa。外墙厚度大部分采用俗称的C形结构墙体。屋顶为平框架结构，多利用墙角。引入K型支撑和“集肤效应”，增加了结构本身的承载能力和刚度，但自重却很轻。整个结构制作可由一套设备完成。
（4）意大利轻钢结构体系（简称意大利标准）：其BSAIS系统适用于1至8层的钢结构住宅。立柱采用H型钢，主梁采用大断面冷弯型钢，支撑采用角钢，梁、柱采用高强度螺栓连接。楼板为凹纹压型钢板。外墙板采用双层墙板系统，内隔墙采用轻钢龙骨石膏玻璃棉。具有造型新颖、结构受力合理、抗震性能好、施工速度快、居住办公舒适便捷等优点。在欧洲、非洲广泛应用，在中东等国家（地区）已广泛推广应用。
（5）日本轻钢结构体系（简称日标）。由于日本岛国独特的地理环境，日本建筑行业积水、松下等大型企业集团采用的轻钢结构住宅建筑技术体系主要有：一是H-SCBS/ECB技术体系，即H型钢柱梁框架结构+挤塑纤维水泥板体系，应用于上下柱错位的重型钢框架；二是“H-SCBS/ECB技术体系”，即H型钢梁管柱组合框架结构+NTC板体系，应用于典型抗震框架组合钢结构墙体；三是H-SBS/ALC技术体系，即H型钢梁结构+蒸压轻质混凝土面板体系，应用于小断面C型钢巨形墙框架；以及H-SBCCS/NTC技术系统。在日本体系中，薄壁轻钢的应用与标准和美国结构体系类似。
（6）美国轻钢结构体系（简称美标）：该体系中薄壁轻钢所用钢板厚度不超过2mm。低层住宅领域使用的薄壁轻钢结构采用0.8~2.0mm高强钢板。锌建筑结构钢板的屈服强度高达345MPa。由于地理环境和气候的影响，外墙大多采用常用厚度的结构墙。屋顶、地板、门楣结构多采用Ω形桁架结构。屋顶和墙壁使用不同的设备生产线。
本文编译自美国 ASTM 标准简报，2019 年 1 月号； ICBO实验室标准化报告2018年度刊；产业投资杂志2019年3月号； IDOMC 发展报告，2019 年第 2 期。
原作者：美国ICBO实验室首席顾问Patrick McCarran、美国商务部工业投资局首席顾问John Kay Smith、全国制造商联盟主任Bob Broughton等。
