钢结构应用范围探讨范文

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摘要：

自上世纪末到现在，由于我国钢产量的迅速增加和社会发展的需要，钢结构在建筑上应用及其广泛，它自身高强度、低自重等的特性被充分发挥在特殊的建筑结构上。钢结构具有其他的结构所不能替代的优越性，这种优越性能需要在钢材和结构上努力，深入研究钢结构的所有特性并不断地提高，用最合理的结构去发挥钢的特性，同时在施工工艺上和与其他结构的结合上进行研究。降低成本，提高钢结构的使用范围和效率，让它更好地为人类服务才是我们追求的目标。

关键词：

钢结构；强度；屈服点；韧性；荷载

1概述

钢结构是指各种以钢为主制作的构件通过各种手段连接在一起的一种建筑结构。钢结构现在能被广泛的应用，主要是因为它有两个优越的条件。其中第一个优越的条件为钢材产量是衡量一个国家工业水平的重要标准，随着炼钢技术的不断发展，2013年我国的钢材产量已经突破了十亿吨，有了钢材产量的支持，使得钢结构的应用有了大量应用的可能。第二个优越的条件为它的强度高，拉伸和收缩性好，自重也较轻，并且能够重复循环利用，在构件的结合方面也简单，便于装拆。当然钢结构也有两个主要的缺点，由于钢材易被腐蚀，在钢材的保护方面，每年都需要较高的维护费用。钢材随着温度的升高性能逐渐下降，特别是当温度超过250℃时，变化更明显，即耐火性较差，当遇到火灾时就会造成结构的坍塌，造成极为严重的经济损失和人员伤亡。因此钢结构需要做好极高的防火措施[1]。

2钢结构的特点和性能

钢结构相对于建筑上的其他结构具有高强度和自重轻的特点，并且它的强度比现在所广泛使用的结构都高出几倍，在相同荷载的情况下它的重量只是普通钢筋混凝土结构的四分之一，甚至会更少。由于钢结构自重较轻，便于运输和加工，可以提高施工的效率，在上海世博会上，一些临时用的建筑都是用的钢结构，在几天之内就可以搭建完成，使用后又可以拆除再利用。钢材质地均匀，差异不明显，并且便于理论计算。在发现和逃避灾害过程中，当钢结构遭到破坏时，它不会像其它混凝土结构一样迅速坍塌，钢结构会先出现变形的迹象，在变形的过程中，易被发觉，便于及时逃离避免发生人员伤亡。钢结构所用的构件由于钢材本身的特性，便于工厂生产，并且制造精确，质量可靠。通过工厂的大批量生产可以降低施工成本，便于大范围的使用。在建造时，可以随时运输，连接方式简单易行，并且可以高温焊接，也可以用螺栓连接。极大的提高工作效率，缩短工期，具有较好的经济效益。当然由于钢材容易被腐蚀，耐火性差，在许多地方不宜使用，在防腐防火方面也需要较高的投入[2]。钢结构对钢材的使用有较高的要求。并不是所有的钢材都可以作为钢结构的原材料。首先所需的钢材的韧性和塑形要好；在抗震方面，结构的韧性越好，在遭破坏时吸收的能量就越多，因此抗震性能就越好。结构的塑形越好，受到地震作用时，不会发生脆性破坏。可以做到及时发现，及时修理，避免事故的发生。其次要有较高的强度，可以承受较大的荷载，在《钢结构设计规范》中对于钢材的强度有明确的要求，不得随意使用。屈服点是衡量钢材抗拉强度的重要条件，屈服点越高，承载极限能力越高，在使用过程中横截面积很小就可以达到较高的使用要求，可以做到降低钢材的使用量，降低成本，减轻自重，提高承载能力。对钢材的加工性能要好，便于工厂快速加工。在钢结构建造时，使施工进展顺利方便，提高工作效率。并且在加工后，不能因为加工而使钢材的性能有所降低。如在焊接后，使其具有同样的性能。最后，钢材要有低温实用性和抗腐蚀性，便于一些特殊建筑的使用。钢材像人一样也会产生疲劳，它的这种疲劳主要是在使用过程中出现的微小裂缝，这种裂缝可能在外部也可能在内部，不易被发现。随着荷载的增加或者重复作用，这种裂缝会不断变大，影响钢材的使用性能。初始变化较小，最终这种变化会突然加剧，产生脆性断裂，没有预兆而造成人员的伤亡。因此钢材的抗疲劳十分重要，采取合适的措施减少疲劳的发生。

3钢结构的应用和设计方法

上述所讲的钢结构的各种特点决定了它具有较高的实用性。其主要适用于一些大型的工业民用工程。在大跨度结构上，由于跨度大，结构的支撑就不能太多，自身的重量就成了决定跨度大小的重要影响条件。钢结构刚好弥补了这个缺点，它不仅可以完成各种承载受荷的任务，这时自重轻的优点就会凸显出来。鸟巢、浦东机场、国家大剧院等基本都采用的钢结构。许多工业厂房，特别是重型工业厂房，它们的骨架就主要运用的钢结构。一些临时构筑物，就是利用了钢结构在装拆方面的优势。在一些主要受风荷载的构筑物中，如信号发射塔、高压输电塔、和部分桥梁。由于钢结构的受风面积小，自然风对它没有较大的影响。在高层超高层建筑增加高度时，其上部最好的选择就是使用钢结构。在实际运用中，一些容器，管道支架，吊装都是使用的钢结构。钢结构在设计时要满足几个要求，安全可靠性，使用耐久性和经济使用性。为了满足上述几项要求，就要掌握它所承受的荷载类型，其本身的特性和各种连接的技术。钢结构的设计方法，主要有两种，一种是传统的设计方法，叫做容许应力设计法。这种方法有些古板，把钢结构所受的各种力作为一个固定的数值，然后根据结构的承载能力，套用一个笼统的安全系数。这种方法简单实用，但是不够精确缜密；另一种方法是极限状态设计法，它不像上一种方法一样把各种影响当做一个定值，而是作为一个随机变量，用数学理论给予一个明确的分析方法，虽然繁琐，但是计算结果比较精确，适用于一些对结构有严格要求的钢结构。

4钢结构的新技术和未来发展

随着技术的发展，钢结构有了许多新的拓展，如网架结构以其整体刚度好，抗震效果好受到人们的青睐。网壳结构相对于网架结构又有自己新的特点，具有许多不同的造型，满足人们的审美要求，是钢结构在审美方面的一大进步。悬索结构是一种不同于上述的新型结构，它运用钢绞线，钢丝绳的受拉性能去建造构筑物。其受力合理，外形美观，施工方便且经济实用。膜结构的使用让钢结构的优点更为突出，鸟巢的成功就与膜结构的运用有较大联系，它是未来建筑行业发展的一个方向，21世纪钢结构将成为发展的主流结构。预应力是钢材的一种特性，在提高钢材的性能，节省钢材方面得到了大量的使用。预应力混凝土就是一个成功的典范，同时在钢结构中钢材的这种特性就更应该发挥它的效应。预应力钢结构算是所用钢结构在性能上的飞越。由于钢结构在施工时细小部件比较多，施工繁琐，并且要求的精度高，施工新技术的开发有待提高。在未来的发展上，提高钢材的性能是一大发展方向，高效能钢材的研制不仅是提高钢的各种性能，在形状方面也要求有更高的理论计算合理性。在一座建筑物的建设中，钢结构并不能独立的存在，与其他结构的结合才会有真正的出路，钢梁和混凝土的组合梁，钢管中灌注混凝土也是一个增加结构性能的方法。在设计中达到使用最优，经济最优才是关键。

参考文献：

[1]董石麟.预应力大跨度空间钢结构的应用与展望[J].空间结构,2001,7(4):3-14.

[2]蓝天.空间钢结构的应用与发展[J].建筑结构学报,2001,22(4):2-8.

作者:宋玉文 单位:山西晋中建设集团第三建筑有限公司