鋼結構應用范圍探討范文

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摘要：

自上世紀末到現在，由于我國鋼產量的迅速增加和社會發展的需要，鋼結構在建筑上應用及其廣泛，它自身高強度、低自重等的特性被充分發揮在特殊的建筑結構上。鋼結構具有其他的結構所不能替代的優越性，這種優越性能需要在鋼材和結構上努力，深入研究鋼結構的所有特性并不斷地提高，用最合理的結構去發揮鋼的特性，同時在施工工藝上和與其他結構的結合上進行研究。降低成本，提高鋼結構的使用范圍和效率，讓它更好地為人類服務才是我們追求的目標。

關鍵詞：

鋼結構；強度；屈服點；韌性；荷載

1概述

鋼結構是指各種以鋼為主制作的構件通過各種手段連接在一起的一種建筑結構。鋼結構現在能被廣泛的應用，主要是因為它有兩個優越的條件。其中第一個優越的條件為鋼材產量是衡量一個國家工業水平的重要標準，隨著煉鋼技術的不斷發展，2013年我國的鋼材產量已經突破了十億噸，有了鋼材產量的支持，使得鋼結構的應用有了大量應用的可能。第二個優越的條件為它的強度高，拉伸和收縮性好，自重也較輕，并且能夠重復循環利用，在構件的結合方面也簡單，便于裝拆。當然鋼結構也有兩個主要的缺點，由于鋼材易被腐蝕，在鋼材的保護方面，每年都需要較高的維護費用。鋼材隨著溫度的升高性能逐漸下降，特別是當溫度超過250℃時，變化更明顯，即耐火性較差，當遇到火災時就會造成結構的坍塌，造成極為嚴重的經濟損失和人員傷亡。因此鋼結構需要做好極高的防火措施[1]。

2鋼結構的特點和性能

鋼結構相對于建筑上的其他結構具有高強度和自重輕的特點，并且它的強度比現在所廣泛使用的結構都高出幾倍，在相同荷載的情況下它的重量只是普通鋼筋混凝土結構的四分之一，甚至會更少。由于鋼結構自重較輕，便于運輸和加工，可以提高施工的效率，在上海世博會上，一些臨時用的建筑都是用的鋼結構，在幾天之內就可以搭建完成，使用后又可以拆除再利用。鋼材質地均勻，差異不明顯，并且便于理論計算。在發現和逃避災害過程中，當鋼結構遭到破壞時，它不會像其它混凝土結構一樣迅速坍塌，鋼結構會先出現變形的跡象，在變形的過程中，易被發覺，便于及時逃離避免發生人員傷亡。鋼結構所用的構件由于鋼材本身的特性，便于工廠生產，并且制造精確，質量可靠。通過工廠的大批量生產可以降低施工成本，便于大范圍的使用。在建造時，可以隨時運輸，連接方式簡單易行，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，具有較好的經濟效益。當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]。鋼結構對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構的原材料。首先所需的鋼材的韌性和塑形要好；在抗震方面，結構的韌性越好，在遭破壞時吸收的能量就越多，因此抗震性能就越好。結構的塑形越好，受到地震作用時，不會發生脆性破壞。可以做到及時發現，及時修理，避免事故的發生。其次要有較高的強度，可以承受較大的荷載，在《鋼結構設計規范》中對于鋼材的強度有明確的要求，不得隨意使用。屈服點是衡量鋼材抗拉強度的重要條件，屈服點越高，承載極限能力越高，在使用過程中橫截面積很小就可以達到較高的使用要求，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。對鋼材的加工性能要好，便于工廠快速加工。在鋼結構建造時，使施工進展順利方便，提高工作效率。并且在加工后，不能因為加工而使鋼材的性能有所降低。如在焊接后，使其具有同樣的性能。最后，鋼材要有低溫實用性和抗腐蝕性，便于一些特殊建筑的使用。鋼材像人一樣也會產生疲勞，它的這種疲勞主要是在使用過程中出現的微小裂縫，這種裂縫可能在外部也可能在內部，不易被發現。隨著荷載的增加或者重復作用，這種裂縫會不斷變大，影響鋼材的使用性能。初始變化較小，最終這種變化會突然加劇，產生脆性斷裂，沒有預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生。

3鋼結構的應用和設計方法

上述所講的鋼結構的各種特點決定了它具有較高的實用性。其主要適用于一些大型的工業民用工程。在大跨度結構上，由于跨度大，結構的支撐就不能太多，自身的重量就成了決定跨度大小的重要影響條件。鋼結構剛好彌補了這個缺點，它不僅可以完成各種承載受荷的任務，這時自重輕的優點就會凸顯出來。鳥巢、浦東機場、國家大劇院等基本都采用的鋼結構。許多工業廠房，特別是重型工業廠房，它們的骨架就主要運用的鋼結構。一些臨時構筑物，就是利用了鋼結構在裝拆方面的優勢。在一些主要受風荷載的構筑物中，如信號發射塔、高壓輸電塔、和部分橋梁。由于鋼結構的受風面積小，自然風對它沒有較大的影響。在高層超高層建筑增加高度時，其上部最好的選擇就是使用鋼結構。在實際運用中，一些容器，管道支架，吊裝都是使用的鋼結構。鋼結構在設計時要滿足幾個要求，安全可靠性，使用耐久性和經濟使用性。為了滿足上述幾項要求，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。鋼結構的設計方法，主要有兩種，一種是傳統的設計方法，叫做容許應力設計法。這種方法有些古板，把鋼結構所受的各種力作為一個固定的數值，然后根據結構的承載能力，套用一個籠統的安全系數。這種方法簡單實用，但是不夠精確縝密；另一種方法是極限狀態設計法，它不像上一種方法一樣把各種影響當做一個定值，而是作為一個隨機變量，用數學理論給予一個明確的分析方法，雖然繁瑣，但是計算結果比較精確，適用于一些對結構有嚴格要求的鋼結構。

4鋼結構的新技術和未來發展

隨著技術的發展，鋼結構有了許多新的拓展，如網架結構以其整體剛度好，抗震效果好受到人們的青睞。網殼結構相對于網架結構又有自己新的特點，具有許多不同的造型，滿足人們的審美要求，是鋼結構在審美方面的一大進步。懸索結構是一種不同于上述的新型結構，它運用鋼絞線，鋼絲繩的受拉性能去建造構筑物。其受力合理，外形美觀，施工方便且經濟實用。膜結構的使用讓鋼結構的優點更為突出，鳥巢的成功就與膜結構的運用有較大聯系，它是未來建筑行業發展的一個方向，21世紀鋼結構將成為發展的主流結構。預應力是鋼材的一種特性，在提高鋼材的性能，節省鋼材方面得到了大量的使用。預應力混凝土就是一個成功的典范，同時在鋼結構中鋼材的這種特性就更應該發揮它的效應。預應力鋼結構算是所用鋼結構在性能上的飛越。由于鋼結構在施工時細小部件比較多，施工繁瑣，并且要求的精度高，施工新技術的開發有待提高。在未來的發展上，提高鋼材的性能是一大發展方向，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算合理性。在一座建筑物的建設中，鋼結構并不能獨立的存在，與其他結構的結合才會有真正的出路，鋼梁和混凝土的組合梁，鋼管中灌注混凝土也是一個增加結構性能的方法。在設計中達到使用最優，經濟最優才是關鍵。

參考文獻：

[1]董石麟.預應力大跨度空間鋼結構的應用與展望[J].空間結構,2001,7(4):3-14.

[2]藍天.空間鋼結構的應用與發展[J].建筑結構學報,2001,22(4):2-8.

作者:宋玉文 單位:山西晉中建設集團第三建筑有限公司