關于鋼結構在建筑上應用的討論

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        摘要：介紹了鋼結構的特性及在建筑上的應用，并對其穩(wěn)定性的設計進行論述。

　　關鍵詞：鋼結構 穩(wěn)定性 設計 　　 　　一、建筑鋼結構 　　 　　1. 鋼結構的材料優(yōu)勢 　　鋼結構是用鋼板、熱軋型鋼或冷加工成型的薄壁型鋼制造而成的。和混凝土等其它材料的結構相比，鋼結構具有諸多優(yōu)勢。首先，鋼材的強度高，塑性和韌性好。強度高使其適用于跨度大或荷載很大的構件和結構，而塑性和韌性好使這些結構對動力荷載的適應性較強，不會輕易因超載而突然斷裂。鋼結構還具有良好的吸能能力和延性，這賦予了鋼結構優(yōu)越的抗震性能。其次，鋼材內部組織接近于勻質和各向同性，在一定的應力幅度內鋼材的反應幾乎是完全彈性的，加之冶煉和軋制過程中材質波動的范圍小，因此，鋼結構的實際受力情況和工程力學計算結果比較符合，有助于提供設計施工的精確性。 　　2. 鋼結構在建筑上的應用優(yōu)勢。 　　鋼結構所具備的上述特點使其在建筑應用上具有磚混結構、混凝土結構所沒有的獨特優(yōu)勢。首先，鋼結構自重輕，且延性好，因此所建建筑的抗震性能優(yōu)良，因其總質量小，地震力效應相應也小，而其良好的延性也能對地震效應起到緩沖作用?；炷潦┕r管道一般需要在梁底通過，這樣會占用較大空間，使樓層凈高減少。而使用鋼結構可在梁腹板處開孔走管道，因此建造相同的樓層高度，采用鋼結構可達到提高層間凈高的效果。此外，與傳統(tǒng)結構需要“肥梁胖柱”才能建造較大開間相比，由于鋼結構輕質高強，因此可以簡單實現(xiàn)大跨與復雜幾何結構，創(chuàng)造開放式住宅。其次，鋼結構建筑還有其地域應用優(yōu)勢。如鋼結構施工速度快，對于冬季較長不利于施工的西部地區(qū)而言其優(yōu)勢明顯，在保證工期和施工質量的同時還可以減少因冬季施工所帶來的溫度等方面的問題。 　　3. 鋼結構的不足 　　鋼結構因其優(yōu)勢而得到廣泛應用，近年來產生的鋼結構住宅也促進了住宅產業(yè)化的發(fā)展進程，尤其鋼結構使用過程的環(huán)保性還符合社會可持續(xù)發(fā)展的需要，帶來了良好的綜合效益。但鋼材也存在其固有不足。比如鋼材的耐腐蝕性和耐火性較差，因此鋼結構使用時需要進行較嚴格的防護，其防護時費用高于鋼筋混凝土結構。鋼材雖有一定的耐熱性，但在溫度達150℃以上時，鋼結構需要加隔熱層加以保護。鋼材不耐火，重要的結構必須注意采取防火措施。鋼材的強度高，所做構件多數(shù)壁薄且截面較小，受壓時為了在強度與穩(wěn)定之間取得最優(yōu)，往往滿足了穩(wěn)定的要求，而使得強度不能充分發(fā)揮等。 　　 　　二、建筑鋼結構的穩(wěn)定性設計 　　 　　1. 鋼結構穩(wěn)定性的概念 　　鋼結構強度不夠或失穩(wěn)都會造成結構破壞，但是強度與穩(wěn)定的概念并不相同。鋼結構的強度是一個應力問題，指結構或者單個構件在穩(wěn)定平衡狀態(tài)下由荷載引起的最大應力(或內力)是否超過建筑材料的極限強度。鋼材以其屈服點作為極限強度。而穩(wěn)定是一個變形問題，構件所受外部荷載與結構內部抵抗力間是不穩(wěn)定的，關鍵是找出這一不穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，避免變形急劇增長而發(fā)生失穩(wěn)破壞。由于鋼材的強度高，所做構件多數(shù)壁薄且截面較小，受壓時為了在強度與穩(wěn)定之間取得最優(yōu)，往往滿足了穩(wěn)定的要求，而使得強度不能充分發(fā)揮。例如軸壓柱，當失穩(wěn)時柱子會產生側向撓度，導致柱中增加很大的附加彎矩，從而使得遠低于柱子軸壓強度的破壞荷載即可產生破壞性后果。此時，失穩(wěn)是柱子破壞的主要原因，而非強度不夠。因此，設計時必須分清強度與穩(wěn)定的界限與關系，充分考慮可能發(fā)生破壞的本質原因。 　　2. 鋼結構穩(wěn)定性設計要點 　　在符合鋼結構設計的一般原則前提下，要保證鋼結構的穩(wěn)定性 　　還需滿足以下條件。 　?。?）鋼結構布置必須從體系和各組成部分的穩(wěn)定性要求整體考慮目前鋼結構大多是按照平面體系進行設計，如桁架和框架。保證平面結構不出現(xiàn)平面外失穩(wěn)，要求平面結構構件的平面穩(wěn)定計算需與結構布置相一致，如增加必要的支撐構件等。 　?。?）實用計算方法所依據(jù)的簡圖與結構計算簡圖保持一致單層或多層框架結構設計框架穩(wěn)定分析通常是省略了的，只進行框架柱的穩(wěn)定計算。由于框架各柱的桿件穩(wěn)定計算的常用方法、穩(wěn)定參數(shù)等是依據(jù)一定的簡化典型情況或假設者得出的，因此設計者要能保證所有的條件符合假設時才能應用。 　　 　　三、建筑鋼結構廠房設計中應注意的問題 　　 　　1. 鋼結構的腐蝕及防腐 　　鋼結構腐蝕的誘因很多。環(huán)境方面,應避免鋼結構長期暴露在相對濕度比較大的環(huán)境中,而且環(huán)境中的酸、鹽等化學物質會加速鋼結構的腐蝕;其次是設計不合理,例如:鋼架和墻體相距太近;施工時由于涂料質量控制及涂膜厚度的檢查不嚴格也會造成腐蝕。鋼結構的腐蝕生銹害處很大，既會降低鋼結構的強度和承載能力,又可能因腐蝕造成鋼結構變形、斷裂、垮塌，一旦引發(fā)事故就會造成巨大損失。因此,做好防腐工作是鋼結構建筑的重要工作，可以選用防腐涂料來預防鋼結構的腐蝕。從涂料的防腐年限、保光保色性、是否便于維修等方面進行選擇，室外鋼結構宜采用總漆膜厚度不小于150μm的長效防腐涂料。室內鋼結構宜采用鐵紅醇酸底漆一度、云鐵醇酸防銹漆一度、醇酸面漆兩度,總漆膜厚度160μm。 　　2. 鋼材及連接材料的選擇 　　鋼結構的主體材料就是鋼材，選用鋼材應具有較高的質量,既承受靜力荷載又承受動力荷載。根據(jù)規(guī)范，承重結構的鋼材宜采用Q345鋼、Q390鋼和Q420鋼，保證在抗拉強度、伸長率、屈服強度含量等方面滿足要求。對受拉和受彎的鋼材應防止鋼材產生斷裂。與非焊接結構鋼材相比，焊接結構鋼材的質量要求更高。對處于較低溫度環(huán)境下的焊接鋼結構，應選用化學成分和力學性能質量較好的鋼材。焊接結構和非焊接結構在不同的工作溫度下所使用的不同的鋼材質量等級。 　　 　　參考文獻： 　　[1]黃友江.鋼結構的穩(wěn)定設計分析[J].黑龍江科技信息,2009. 　　[2]陳淑燕.提高鋼結構設計穩(wěn)定性的有效策略[J].城市建設與商業(yè)網點,2009.