钢结构的特点、应用和发展

结构的特点、应用和发展
钢结构是由钢构件经焊接、螺栓或铆钉连接而成的结构。
9.1.1 钢结构的特点
1.钢材强度高、质量轻。钢与混凝土、木材相比,虽然密度较大,但其屈服点较之混凝土和木材要高得多,其密度与屈服点的比值相对较低。在承载力相同的条件下,钢结构与钢筋混凝土结构、木结构相比,钢构件自重较小。因此钢结构能承受更大的荷载,跨越更大的跨度。
2.钢结构安全可靠。钢材质地均匀、接近于各向同性体,弹性模量大,有良好的塑性和韧性。塑性好,则变形大,结构在一般工作条件下不会因超载而突然断裂;韧性好,则吸收能量的能力强,使钢结构具有优越的动力荷载适应性。钢结构为理想的弹塑性体,完全符合目前所采用的计算方法和基本假定。因此,钢结构计算准确性好,可靠性高。
聚氨酯膜3.钢结构工业化程度高。尽管制造钢结构需要复杂的机械设备和严格的工艺要求,但与其他建筑结构比较,钢结构的工业化程度最高,其构件由专业化工厂制造,质量可靠,精确度
高,构件在现场进行拼装或焊接,速度很快,使施工周期缩短。
4.钢结构密封性好。不论采用焊接、铆接或螺栓连接,钢结构都可以做到密封不渗漏。一些要求气密性和水密性好的高压容器等板壳结构都适宜采用钢结构。
有机硅单体5.钢结构具有一定的耐热性。温度在100℃以内,钢材的性质变化很小,温度达到150℃须用隔热层保护,温度达到300℃以后,强度逐渐下降,达到450℃~650℃时,强度降为零,丧失承载能力。因此,对于重要结构必须采取防火措施。
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6.易于锈蚀。钢结构的最大缺点是易于锈蚀。在没有侵蚀性介质的一般厂房中,钢构件一般都要仔细除锈、刷防锈涂料,以后隔一定时间又要重新刷防锈涂料。
9.1.2 钢结构的应用
在基本建设工程中,钢结构的应用不仅取决于钢结构本身的特点,更取决于国民经济发展的具体情况。我国近年来钢结构得到了很大发展。特别是对高度或跨度较大的结构、荷载或吊车起重量很大的结构、有较大振动的结构、高温车间的结构、密封要求很高的结构、需要经常移动或经常装拆的结构。
1.厂房结构。用于轻型和重型车间的承重骨架,例如冶金工厂的平炉车间、初轧车间等;重型机器厂的铸钢车间、水压机车间、锻压车间等。
2.大跨结构。用于火车站、大会堂、体育馆、展览馆、影剧院和飞机场等,其结构体系主要采用框架结构、网架网壳结构、悬索结构、管桁结构以及预应力钢结构等。
3.多层工业建筑结构。用于炼油工业中的多层多跨框架。
4.高层结构。当层数在30层以上时,国外多采用钢结构,我国已建成的高层钢结构大多在40层以上,上海中心大厦总高度为632 m,是目前我国第一高楼。
5.塔桅结构。用于高度较大的无线电桅杆、广播电视塔、高压输电线路塔、火箭发射塔、石油钻井塔等。
6.板壳结构。用于要求密封的容器,如大型储液库、煤气库等。
7.可拆卸结构。用于临时用房和经常性移动的结构。如临时展览馆、建筑工地井架、塔式起重机、钢脚手架等。
9.1.3 钢结构的发展
1.我国钢结构发展概况
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钢结构的发展与冶金技术的发展密切相关。我国古代冶炼技术居领先地位,因而铁链桥和铁塔在我国最早出现。然而,近代三、四百年间,欧洲发生工业革命后,冶炼技术发展迅速,钢铁产量猛增,但我国却停滞不前,处于落后局面。因此,钢结构的应用和发展远远落后于欧州。新中国建立后,我国的冶金工业发展迅速,钢产量逐渐增长,目前钢产量已居世界第一。由于钢铁产量的增长,钢结构也得到了较为迅速的发展,先后建造了一批具有当代先进水平的钢结构工程和建筑物。不过,我国是一个人口大国,钢铁人均产量仍很低,远远满足不了建设的需要。虽然钢结构性能好,是较为理想的结构形式,但还必须尽量节约钢材。
2.钢结构发展
(1)发展低合金高强度钢材和型钢品种
利用高强度钢材,可以用较少材料做成功效较高的结构,对跨度和荷载较大的结构及高耸
结构极为有利。我国钢结构规范推荐的钢材有Q235钢、Q345钢、Q390钢、Q420钢(牌号的数字为钢材屈服点N/mm2)。第一种钢材是普通碳素结构钢,后三种是低合金高强度结构钢。
我国钢结构常用的型钢截面有H型钢、冷弯薄壁型钢、普通工字钢、槽钢/角钢和钢管等。其中普通工字钢、槽钢和角钢的截面形式和尺寸不完全合理,在截面面积相同的条件下,H型钢的承载力比普通工字钢大, H型钢可直接用作梁、柱等构件。冷弯薄壁型钢常用于钢结构中的次结构构件如檩条等。
压型钢板是一种冷弯薄壁型钢,它由薄钢板模压而成。由于其质量轻,且具有一定的抗弯能力,作为外墙板和屋面板在轻型厂房中广泛使用。另外,在组合楼板中可兼作施工模板使用,大大缩短施工周期。
(2)结构和构件设计计算方法的深入研究
现行《钢结构设计规范》(GB50017-2003)采用以概率理论为基础的极限状态设计方法,用考虑分布类型为二阶矩的概率法计算结构可靠度,并以分项系数的设计表达式进行计算。
该方法的进步之处在于不用经验的安全系数,而用根据各种不定性分析所得的失效概率去度量结构可靠性,并使所计算的结构构件的可靠度达到预期的一致性和可比性。
(3)结构形式的革新
薄壁型钢结构、悬索结构、索膜结构、管桁结构以及预应力钢结构等均为新结构,而钢与混凝土组合结构的研究和应用,也是结构的革新。这些新技术、新结构的应用,在减轻结构自重、节约钢材方面有很大作用,为大跨度结构、高层、超高层结构的发展奠定了基础。yig滤波器
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轻型钢结构具有用钢量小,自重轻,建造速度快,造价低,外表美观等优点。适用于无吊车或小吨位吊车的中小跨度单层厂房及仓库,极大地推动轻型钢结构在我国的健康发展。

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