美国钢结构发展历史分析

摘要：美国房屋结构中超过一半使用了钢结构。日本有1/3的房屋使用钢结构，而住宅方面由于地震频繁大量采用钢结构，到上世纪90年代末，日本预制装配住宅中木结构占18%，混凝土结构占11%，钢结构占71%。

图1 美国房屋结构

在美国，低层建筑中采用钢结构很普遍的。美国钢结构学会和金属房屋制造协会（AISC和MBMA）联合编制了低层建筑的设计指南。所谓低层建筑是指层高低于18米，层数不超过5层的工业厂房、仓库、办共室及其他的办公和社会建筑等，其中两层以下的非居住用楼房建筑占70％。

图2：美国钢结构建筑产值占低层建筑比例

图3：美国钢结构房屋结构

美国房屋钢结构中商业占比最高，如商场办公大楼等占比达48%；其次是制造业的厂房、仓库，占比25%；体育馆、图书馆、火车站等公共建筑占比18%。从钢结构用量绝对值看，近几年变化不大。2009年美国经济危机时期，建筑业遭受重大打击，钢结构建筑总量大幅下滑。但由于总体建筑中公共建筑占比上升，09年钢结构建筑占低层建筑产值的比例反而小幅上升至39%。

图4：美国2003-2009年钢结构发运吨位图

图5：美国MBMA会员钢结构销售额（万元）

美国钢结构行业从20世纪60年代开始快速发展，到1999年达到鼎盛时期，之后下降到稳定水平。其中有两个快速发展期，第一个时期是1966年到1975年，10年期间从32万吨增长到120多万吨。第一次钢结构对钢筋混凝土的替代主要集中在公共建筑、办公用楼和商业用楼。这个时期的增长主要得益于高层超高层建筑的发展。1965年，美国著名结构建筑专家弗兹乐·汉首次提出简体结构设计概念，推动了超高层建筑发展，美国七、八十年代建造的超高层建筑是以前所有量的4倍。超高层建筑超过50层的大都采用钢结构体系，总体占比20%左右，因此美国钢结构在这个时期得到快速发展。1970年世界贸易大厦的建成大大鼓励了钢结构在高层建筑的使用，同时钢结构也促进了高层建筑和超高层建筑的发展。
第二个快速增长期从1993年到1999年，钢结构发运吨数从100万吨左右增长到200万吨，复合增速12.5%。1993年美国钢结构研究会（AISC）推出《空心钢结构荷载和抗力设计规范》（LoadandresistanceFactordesignSpecificationforStructuralSteelBuildings），1996年推出《美国钢结构设计手册》（SpecificationfortheDesignofCold-FormedSteelStructuralMembers），行业规范的制订大大鼓舞了行业内公司的发展。第二次的增长主要是在住宅方面钢结构对钢筋混凝土的替代速度加快。1992年建设了500栋，到了1998年，有12万栋，到2000年，则已经达到了20万栋，约占住宅建筑总数的20%。而在1975年-1990年这段相对平静的时期，钢结构行业呈现一定的周期性。钢铁和水泥价格对钢结构的使用量有较大的影响。做美国钢铁价格/水泥价格指数，发现其与钢结构使用吨数明显负相关，当1990年左右钢铁/水泥价格比值出现局部高点时，钢结构用量下降到底部；其后钢铁/水泥价格比值逐步下降，钢结构使用量逐渐上涨；1999年经历钢铁/水泥底部后，钢铁价格大幅上涨，比值随之上涨，钢结构使用量迅速回落。