鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用范圍探討范文

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摘要：

自上世紀(jì)末到現(xiàn)在，由于我國(guó)鋼產(chǎn)量的迅速增加和社會(huì)發(fā)展的需要，鋼結(jié)構(gòu)在建筑上應(yīng)用及其廣泛，它自身高強(qiáng)度、低自重等的特性被充分發(fā)揮在特殊的建筑結(jié)構(gòu)上。鋼結(jié)構(gòu)具有其他的結(jié)構(gòu)所不能替代的優(yōu)越性，這種優(yōu)越性能需要在鋼材和結(jié)構(gòu)上努力，深入研究鋼結(jié)構(gòu)的所有特性并不斷地提高，用最合理的結(jié)構(gòu)去發(fā)揮鋼的特性，同時(shí)在施工工藝上和與其他結(jié)構(gòu)的結(jié)合上進(jìn)行研究。降低成本，提高鋼結(jié)構(gòu)的使用范圍和效率，讓它更好地為人類服務(wù)才是我們追求的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：

鋼結(jié)構(gòu)；強(qiáng)度；屈服點(diǎn)；韌性；荷載

1概述

鋼結(jié)構(gòu)是指各種以鋼為主制作的構(gòu)件通過(guò)各種手段連接在一起的一種建筑結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)在能被廣泛的應(yīng)用，主要是因?yàn)樗袃蓚€(gè)優(yōu)越的條件。其中第一個(gè)優(yōu)越的條件為鋼材產(chǎn)量是衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)水平的重要標(biāo)準(zhǔn)，隨著煉鋼技術(shù)的不斷發(fā)展，2013年我國(guó)的鋼材產(chǎn)量已經(jīng)突破了十億噸，有了鋼材產(chǎn)量的支持，使得鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用有了大量應(yīng)用的可能。第二個(gè)優(yōu)越的條件為它的強(qiáng)度高，拉伸和收縮性好，自重也較輕，并且能夠重復(fù)循環(huán)利用，在構(gòu)件的結(jié)合方面也簡(jiǎn)單，便于裝拆。當(dāng)然鋼結(jié)構(gòu)也有兩個(gè)主要的缺點(diǎn)，由于鋼材易被腐蝕，在鋼材的保護(hù)方面，每年都需要較高的維護(hù)費(fèi)用。鋼材隨著溫度的升高性能逐漸下降，特別是當(dāng)溫度超過(guò)250℃時(shí)，變化更明顯，即耐火性較差，當(dāng)遇到火災(zāi)時(shí)就會(huì)造成結(jié)構(gòu)的坍塌，造成極為嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。因此鋼結(jié)構(gòu)需要做好極高的防火措施[1]。

2鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和性能

鋼結(jié)構(gòu)相對(duì)于建筑上的其他結(jié)構(gòu)具有高強(qiáng)度和自重輕的特點(diǎn)，并且它的強(qiáng)度比現(xiàn)在所廣泛使用的結(jié)構(gòu)都高出幾倍，在相同荷載的情況下它的重量只是普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的四分之一，甚至?xí)佟Ｓ捎阡摻Y(jié)構(gòu)自重較輕，便于運(yùn)輸和加工，可以提高施工的效率，在上海世博會(huì)上，一些臨時(shí)用的建筑都是用的鋼結(jié)構(gòu)，在幾天之內(nèi)就可以搭建完成，使用后又可以拆除再利用。鋼材質(zhì)地均勻，差異不明顯，并且便于理論計(jì)算。在發(fā)現(xiàn)和逃避災(zāi)害過(guò)程中，當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)遭到破壞時(shí)，它不會(huì)像其它混凝土結(jié)構(gòu)一樣迅速坍塌，鋼結(jié)構(gòu)會(huì)先出現(xiàn)變形的跡象，在變形的過(guò)程中，易被發(fā)覺(jué)，便于及時(shí)逃離避免發(fā)生人員傷亡。鋼結(jié)構(gòu)所用的構(gòu)件由于鋼材本身的特性，便于工廠生產(chǎn)，并且制造精確，質(zhì)量可靠。通過(guò)工廠的大批量生產(chǎn)可以降低施工成本，便于大范圍的使用。在建造時(shí)，可以隨時(shí)運(yùn)輸，連接方式簡(jiǎn)單易行，并且可以高溫焊接，也可以用螺栓連接。極大的提高工作效率，縮短工期，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)然由于鋼材容易被腐蝕，耐火性差，在許多地方不宜使用，在防腐防火方面也需要較高的投入[2]。鋼結(jié)構(gòu)對(duì)鋼材的使用有較高的要求。并不是所有的鋼材都可以作為鋼結(jié)構(gòu)的原材料。首先所需的鋼材的韌性和塑形要好；在抗震方面，結(jié)構(gòu)的韌性越好，在遭破壞時(shí)吸收的能量就越多，因此抗震性能就越好。結(jié)構(gòu)的塑形越好，受到地震作用時(shí)，不會(huì)發(fā)生脆性破壞。可以做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)，及時(shí)修理，避免事故的發(fā)生。其次要有較高的強(qiáng)度，可以承受較大的荷載，在《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中對(duì)于鋼材的強(qiáng)度有明確的要求，不得隨意使用。屈服點(diǎn)是衡量鋼材抗拉強(qiáng)度的重要條件，屈服點(diǎn)越高，承載極限能力越高，在使用過(guò)程中橫截面積很小就可以達(dá)到較高的使用要求，可以做到降低鋼材的使用量，降低成本，減輕自重，提高承載能力。對(duì)鋼材的加工性能要好，便于工廠快速加工。在鋼結(jié)構(gòu)建造時(shí)，使施工進(jìn)展順利方便，提高工作效率。并且在加工后，不能因?yàn)榧庸ざ逛摬牡男阅苡兴档汀Ｈ缭诤附雍螅蛊渚哂型瑯拥男阅堋Ｗ詈螅摬囊械蜏貙?shí)用性和抗腐蝕性，便于一些特殊建筑的使用。鋼材像人一樣也會(huì)產(chǎn)生疲勞，它的這種疲勞主要是在使用過(guò)程中出現(xiàn)的微小裂縫，這種裂縫可能在外部也可能在內(nèi)部，不易被發(fā)現(xiàn)。隨著荷載的增加或者重復(fù)作用，這種裂縫會(huì)不斷變大，影響鋼材的使用性能。初始變化較小，最終這種變化會(huì)突然加劇，產(chǎn)生脆性斷裂，沒(méi)有預(yù)兆而造成人員的傷亡。因此鋼材的抗疲勞十分重要，采取合適的措施減少疲勞的發(fā)生。

3鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用和設(shè)計(jì)方法

上述所講的鋼結(jié)構(gòu)的各種特點(diǎn)決定了它具有較高的實(shí)用性。其主要適用于一些大型的工業(yè)民用工程。在大跨度結(jié)構(gòu)上，由于跨度大，結(jié)構(gòu)的支撐就不能太多，自身的重量就成了決定跨度大小的重要影響條件。鋼結(jié)構(gòu)剛好彌補(bǔ)了這個(gè)缺點(diǎn)，它不僅可以完成各種承載受荷的任務(wù)，這時(shí)自重輕的優(yōu)點(diǎn)就會(huì)凸顯出來(lái)。鳥巢、浦東機(jī)場(chǎng)、國(guó)家大劇院等基本都采用的鋼結(jié)構(gòu)。許多工業(yè)廠房，特別是重型工業(yè)廠房，它們的骨架就主要運(yùn)用的鋼結(jié)構(gòu)。一些臨時(shí)構(gòu)筑物，就是利用了鋼結(jié)構(gòu)在裝拆方面的優(yōu)勢(shì)。在一些主要受風(fēng)荷載的構(gòu)筑物中，如信號(hào)發(fā)射塔、高壓輸電塔、和部分橋梁。由于鋼結(jié)構(gòu)的受風(fēng)面積小，自然風(fēng)對(duì)它沒(méi)有較大的影響。在高層超高層建筑增加高度時(shí)，其上部最好的選擇就是使用鋼結(jié)構(gòu)。在實(shí)際運(yùn)用中，一些容器，管道支架，吊裝都是使用的鋼結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)要滿足幾個(gè)要求，安全可靠性，使用耐久性和經(jīng)濟(jì)使用性。為了滿足上述幾項(xiàng)要求，就要掌握它所承受的荷載類型，其本身的特性和各種連接的技術(shù)。鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，主要有兩種，一種是傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，叫做容許應(yīng)力設(shè)計(jì)法。這種方法有些古板，把鋼結(jié)構(gòu)所受的各種力作為一個(gè)固定的數(shù)值，然后根據(jù)結(jié)構(gòu)的承載能力，套用一個(gè)籠統(tǒng)的安全系數(shù)。這種方法簡(jiǎn)單實(shí)用，但是不夠精確縝密；另一種方法是極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法，它不像上一種方法一樣把各種影響當(dāng)做一個(gè)定值，而是作為一個(gè)隨機(jī)變量，用數(shù)學(xué)理論給予一個(gè)明確的分析方法，雖然繁瑣，但是計(jì)算結(jié)果比較精確，適用于一些對(duì)結(jié)構(gòu)有嚴(yán)格要求的鋼結(jié)構(gòu)。

4鋼結(jié)構(gòu)的新技術(shù)和未來(lái)發(fā)展

隨著技術(shù)的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)有了許多新的拓展，如網(wǎng)架結(jié)構(gòu)以其整體剛度好，抗震效果好受到人們的青睞。網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)相對(duì)于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)又有自己新的特點(diǎn)，具有許多不同的造型，滿足人們的審美要求，是鋼結(jié)構(gòu)在審美方面的一大進(jìn)步。懸索結(jié)構(gòu)是一種不同于上述的新型結(jié)構(gòu)，它運(yùn)用鋼絞線，鋼絲繩的受拉性能去建造構(gòu)筑物。其受力合理，外形美觀，施工方便且經(jīng)濟(jì)實(shí)用。膜結(jié)構(gòu)的使用讓鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)更為突出，鳥巢的成功就與膜結(jié)構(gòu)的運(yùn)用有較大聯(lián)系，它是未來(lái)建筑行業(yè)發(fā)展的一個(gè)方向，21世紀(jì)鋼結(jié)構(gòu)將成為發(fā)展的主流結(jié)構(gòu)。預(yù)應(yīng)力是鋼材的一種特性，在提高鋼材的性能，節(jié)省鋼材方面得到了大量的使用。預(yù)應(yīng)力混凝土就是一個(gè)成功的典范，同時(shí)在鋼結(jié)構(gòu)中鋼材的這種特性就更應(yīng)該發(fā)揮它的效應(yīng)。預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)算是所用鋼結(jié)構(gòu)在性能上的飛越。由于鋼結(jié)構(gòu)在施工時(shí)細(xì)小部件比較多，施工繁瑣，并且要求的精度高，施工新技術(shù)的開(kāi)發(fā)有待提高。在未來(lái)的發(fā)展上，提高鋼材的性能是一大發(fā)展方向，高效能鋼材的研制不僅是提高鋼的各種性能，在形狀方面也要求有更高的理論計(jì)算合理性。在一座建筑物的建設(shè)中，鋼結(jié)構(gòu)并不能獨(dú)立的存在，與其他結(jié)構(gòu)的結(jié)合才會(huì)有真正的出路，鋼梁和混凝土的組合梁，鋼管中灌注混凝土也是一個(gè)增加結(jié)構(gòu)性能的方法。在設(shè)計(jì)中達(dá)到使用最優(yōu)，經(jīng)濟(jì)最優(yōu)才是關(guān)鍵。

參考文獻(xiàn)：

[1]董石麟.預(yù)應(yīng)力大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用與展望[J].空間結(jié)構(gòu),2001,7(4):3-14.

[2]藍(lán)天.空間鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用與發(fā)展[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào),2001,22(4):2-8.

作者:宋玉文 單位:山西晉中建設(shè)集團(tuán)第三建筑有限公司