鋼結(jié)構(gòu)材料與構(gòu)造特點(diǎn)

1、鋼結(jié)構(gòu)材料與構(gòu)造 主題：鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及應(yīng)用一.鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)1經(jīng)濟(jì)性 施工進(jìn)度 材質(zhì)、塑性韌性承載能力 抗震性能良好的加工性能和焊接性能鋼材的可重復(fù)使用性 大空間及平面布置 移動性美觀性 經(jīng)濟(jì)性 鋼結(jié)構(gòu)建筑采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)和加工工藝以及大規(guī)模的生產(chǎn)方式，所以可大大地降低造價。同時由于安裝簡單迅速而節(jié)省大量的施工費(fèi)用，并使企業(yè)或開發(fā)商得以更快投產(chǎn)見效。 傳統(tǒng)的鋼筋混凝土建筑費(fèi)用高，且工期較長，費(fèi)用易受不可預(yù)料因素的影響，如自然災(zāi)害，冬季、雨季施工，材料價格上漲等等。 從基礎(chǔ)造價方面來講，鋼結(jié)構(gòu)建筑由于結(jié)構(gòu)重量輕，柱底反力較小，從而節(jié)省大量的地基處理費(fèi)用。 傳統(tǒng)的鋼筋混凝土建筑，由于本身結(jié)構(gòu)自重

2、復(fù)雜，因而基礎(chǔ)處理較復(fù)雜。在不良土質(zhì)情況下，結(jié)構(gòu)總造價的一半以上要用于基礎(chǔ)。 經(jīng)濟(jì)性因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)材料可以預(yù)先切到需要的長度，所以在很大的程度上降低了浪費(fèi)。另外，鋼材的邊料也是可以出售的，這樣更是大大的降低了浪費(fèi)?；A(chǔ)處理簡便適用于廣泛地質(zhì),基礎(chǔ)部分比傳統(tǒng)建筑要節(jié)約50%費(fèi)用。合理墻體厚度使得用戶的得房率比一般現(xiàn)行建筑要多出8%左右，且因?yàn)槭┕た欤s短了資金的周轉(zhuǎn)期，加快了資金的流動速度，相應(yīng)的降低了成本。 以下是多層鋼結(jié)構(gòu)框架與混凝土框架工期造價對比 施工進(jìn)度 鋼構(gòu)件由各種型材采用機(jī)械加工在專業(yè)化的金屬結(jié)構(gòu)廠制作而成，骨架可在工廠組裝，工業(yè)化程度高，能批量生產(chǎn)，簡便且成品的精確度高。制成的構(gòu)件可

3、在現(xiàn)場采用螺栓拼裝。結(jié)構(gòu)建筑能夠快速地安裝和交貨，在合同簽訂后的四五個月內(nèi)建筑物可望安裝完成，且全部干作業(yè)施工，不受環(huán)境季節(jié)影響。一棟300平方米左右的建筑，只需5個工人30個工作日可以完成從地基到裝修的全過程，基本不受冬季施工的影響。傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工速度較慢，工期可達(dá)810個月或更長。材質(zhì)均勻，塑性韌性鋼材的內(nèi)部組織比較均勻，非常接近勻質(zhì)體，其各個方向的物理力學(xué)性能基本相同，接近各向同性體。在使用應(yīng)力階段，鋼材的彈性模量達(dá)到206GPa，在正常使用情況下具有良好的延性，可簡化為理想彈塑性體，符合一般工程力學(xué)基本假定。因此，鋼結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力情況和工程力學(xué)計(jì)算結(jié)果比較符合，可靠性高。塑性

4、是指承受靜力荷載時，材料吸收變形能的能力。韌性是指承受動力荷載時，材料吸收能量的多少。鋼材的塑性和韌性都很好，由于塑性好，一般情況下鋼結(jié)構(gòu)不會由于偶然超載而突然斷裂，給人以安全保證；韌性好，說明鋼材具有良好的動力工作性能，使得鋼結(jié)構(gòu)具有優(yōu)越的抗震性能。承載能力鋼材強(qiáng)度高，結(jié)構(gòu)重量輕， 鋼與磚石和混凝土相比，雖然密度較大，但強(qiáng)度更高，其密度與強(qiáng)度的比值較小，承受同樣荷載時，鋼結(jié)構(gòu)要比其他結(jié)構(gòu)輕。例如，當(dāng)跨度和荷載均相同時，鋼屋架的重量僅為鋼筋混凝土屋架的1/31/4，冷彎薄壁型鋼屋架甚至接近1/10。為運(yùn)輸和吊裝提供了方便。由于鋼構(gòu)件常較柔細(xì)，因此穩(wěn)定問題比較突出，應(yīng)給予充分注意。鋼結(jié)構(gòu)建筑重量

5、通常僅相當(dāng)于其設(shè)計(jì)承載能力的1/6，構(gòu)件重量大大輕于鋼筋混凝土構(gòu)件。傳統(tǒng)的鋼筋混凝土建筑，其結(jié)構(gòu)本身的重量往往等于其設(shè)計(jì)承載能力，預(yù)制構(gòu)件重，對吊裝的設(shè)備要求較高。抗震性能鋼結(jié)構(gòu)建筑在破壞前有較大的變形，易于覺察和躲避。同時，由于重量輕和節(jié)點(diǎn)力學(xué)特性，鋼結(jié)構(gòu)建筑具有好的抗震性能。傳統(tǒng)的鋼筋混凝土建筑基于混凝土的材料特性，鋼筋混凝土建筑與輕鋼結(jié)構(gòu)相比更易產(chǎn)生脆性破壞，且抗震性能要明顯低于鋼結(jié)構(gòu)建筑。良好的加工性能和焊接性能鋼材具有良好的冷熱加工性能和焊接性能，使鋼結(jié)構(gòu)的連接大為簡化，可滿足制作各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)形狀的需要。便于在專業(yè)化的金屬結(jié)構(gòu)廠大批量生產(chǎn)出精度較高的構(gòu)件，然后運(yùn)至現(xiàn)場，進(jìn)行工地拼接和

6、吊裝，既可保證質(zhì)量，又可縮短施工周期 。但是鋼材焊接的時候產(chǎn)生很高的溫度，且溫度應(yīng)力分布很不均勻，結(jié)構(gòu)各部位的冷卻速度也不同。因此不但在高溫區(qū)材料性質(zhì)有變壞的可能，而且還會產(chǎn)生較高的焊接殘余應(yīng)力，使結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力狀態(tài)復(fù)雜化。鋼材的可重復(fù)使用性鋼結(jié)構(gòu)加工制造過程中產(chǎn)生的余料和碎屑，以及廢棄和破壞了的鋼結(jié)構(gòu)或構(gòu)件，均可回爐重新冶煉成鋼材重復(fù)使用。因此鋼材被稱為綠色建筑材料或可持續(xù)發(fā)展的材料。另外，廢舊的鋼材100%可以被回收利用；同時，薄壁輕鋼結(jié)構(gòu)建筑也可以使用再利用的鋼材，在美國每5到6輛廢車就可以建造一棟180平方米的房子。 大空間及平面布置 鋼結(jié)構(gòu)建筑內(nèi)部空間寬敞，可較輕松地進(jìn)行擴(kuò)建和改建，可

7、靈活布設(shè)各種工業(yè)管線。傳統(tǒng)的鋼筋混凝土建筑跨度受限制，必須采用預(yù)應(yīng)力等技術(shù)才能達(dá)到15m以上跨度，內(nèi)部空間布置受限制，柱多，空間浪費(fèi)大。建成后，較難改動其結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與其他專業(yè)配合較為復(fù)雜。 移動性鋼結(jié)構(gòu)建筑可采用螺栓連接，只需不多費(fèi)用就可以很容易地被拆散、轉(zhuǎn)移和易地組裝，有很強(qiáng)的移動性。傳統(tǒng)的鋼筋混凝土建筑基本上不存在移動的可能性 。美觀性鋼結(jié)構(gòu)建筑諸如何網(wǎng)架結(jié)構(gòu)等，具有較強(qiáng)烈的時代感和多變的外表，適于表達(dá)建筑師的想象。傳統(tǒng)的鋼筋混凝土建筑，尤其是工業(yè)建筑，外形比較單一、呆板缺少變化。 鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) 缺點(diǎn)2腐蝕性和耐火性 鋼結(jié)構(gòu)的低溫冷脆傾向易失穩(wěn)腐蝕性和耐火性鋼結(jié)構(gòu)建筑如果長期暴露于空氣

8、或潮濕的環(huán)境中而未加有效的防護(hù)時，表面就會銹蝕。銹蝕就能引起應(yīng)力集中，促使結(jié)構(gòu)早期破壞。鋼結(jié)構(gòu)建筑耐熱不耐火，由于鋼材的特性，鋼材長期經(jīng)受100輻射熱時，強(qiáng)度沒多大變化，具有一定的耐熱性能。但溫度達(dá)150以上時，就須用隔熱層加以保護(hù)。鋼結(jié)構(gòu)在450-650就會失去承載能力。一般未加保護(hù)的鋼結(jié)構(gòu)耐火性很低，就需要采取保護(hù)措施，從而大大增加費(fèi)用。 鋼結(jié)構(gòu)的低溫冷脆傾向由厚鋼板焊接而成的承受拉力和彎矩的構(gòu)件及其連接節(jié)點(diǎn)，在低溫下有脆性破壞的傾向，應(yīng)引起足夠的重視。 易失穩(wěn)鋼結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)分為兩類：整體失穩(wěn)和局部失穩(wěn)。整體失穩(wěn)大多數(shù)是由于局部失穩(wěn)造成的，當(dāng)受壓部位或受彎部位的長細(xì)比超過允許值時，會失去穩(wěn)定

9、。它受很多客觀因素影響，如荷載變化、鋼材的初始缺陷、支承情況的不同等。二.鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用 1.大跨結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)跨度越大，自重在荷載中所占的比例就越大，減輕結(jié)構(gòu)的自重會帶來明顯的經(jīng)濟(jì)效益。鋼材強(qiáng)度高結(jié)構(gòu)重量輕的優(yōu)勢正好適合于大跨結(jié)構(gòu)，因此鋼結(jié)構(gòu)在大跨空間結(jié)構(gòu)和大跨橋梁結(jié)構(gòu)中得到了廣泛的應(yīng)用。所采用的結(jié)構(gòu)形式有空間桁架、網(wǎng)架、網(wǎng)殼、懸索（包括斜拉體系）、張弦梁、實(shí)腹或格構(gòu)式拱架和框架等。哈爾濱會展中心屋蓋(230m跨) 二.鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用2.工業(yè)廠房 吊車起重量較大或者其工作較繁重的車間的主要承重骨架多采用鋼結(jié)構(gòu)。另外，有強(qiáng)烈輻射熱的車間，也經(jīng)常采用鋼結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)形式多為由鋼屋架和階形柱組成的門式剛架或排架

10、，也有采用網(wǎng)架做屋蓋的結(jié)構(gòu)形式。 鋼結(jié)構(gòu)廠房 二.鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用3.受動力荷載影響的結(jié)構(gòu) 由于鋼材具有良好的韌性，設(shè)有較大鍛錘或產(chǎn)生動力作用的其他設(shè)備的廠房，即使屋架跨度不大，也往往由鋼制成。對于抗震能力要求高的結(jié)構(gòu)，采用鋼結(jié)構(gòu)也是比較適宜的 。重慶鵝公巖長江大橋 二.鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用4.多層和高層建筑 由于鋼結(jié)構(gòu)的綜合效益指標(biāo)優(yōu)良，近年來在多、高層民用建筑中也得到了廣泛的應(yīng)用。其結(jié)構(gòu)形式主要有多層框架、框架支撐結(jié)構(gòu)、框筒、懸掛、巨型框架等。天津市首座高層鋼結(jié)構(gòu)建筑主體封頂二.鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用5.高聳結(jié)構(gòu) 高聳結(jié)構(gòu)包括塔架和桅桿結(jié)構(gòu)，如高壓輸電線路的塔架、廣播、通信和電視發(fā)射用的塔架和桅桿、火箭（衛(wèi)星）

11、發(fā)射塔架等。 圖為于千禧龍年金秋落成的龍塔-黑龍江省廣播電視塔，這座高度為336米，是當(dāng)時的亞洲第一鋼塔，宛如一顆鑲嵌在龍江大地上的耀眼明珠，熠熠生輝，引人奪目。 黑龍江電視塔 二.鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用6.可拆卸的結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)不僅重量輕，還可以用螺栓或其他便于拆裝的手段來連接，因此非常適用于需要搬遷的結(jié)構(gòu)，如建筑工地、油田和需野外作業(yè)的生產(chǎn)和生活用房的骨架等。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工用的模板和支架，以及建筑施工用的腳手架等也大量采用鋼材制作。 上圖為鳥巢建成后工人在拆卸鋼架二.鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用7.容器和其他構(gòu)筑物冶金、石油、化工企業(yè)中大量采用鋼板做成的容器結(jié)構(gòu)，包括油罐、煤氣罐、高爐、熱風(fēng)爐等。此外，經(jīng)常使用的還有皮帶通廊棧橋、管道支架、鍋爐支架等其他鋼構(gòu)筑物，海上采油平臺也大都采用鋼結(jié)構(gòu)。大慶油田油罐二.鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用8.輕型鋼結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)重量輕不僅對大跨結(jié)構(gòu)有利，對屋面活荷載特別輕的小跨結(jié)構(gòu)也有優(yōu)越性。因?yàn)楫?dāng)屋面活荷載特別輕時，小跨結(jié)構(gòu)的自重也成為一個重要因素。冷彎薄壁型鋼屋架在一定條件下的用鋼量可比鋼筋混凝土屋架的用鋼量還少。輕鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式有實(shí)腹變截面門式剛架、冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)（包括金屬拱形波紋屋蓋）以及鋼管結(jié)構(gòu)等。總結(jié)從以上幾個方面的對比可以看出，鋼混結(jié)構(gòu)建筑比傳統(tǒng)的鋼筋混凝土建筑更具有優(yōu)越性，尤其