關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)在建筑上應(yīng)用的討論

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        摘要：介紹了鋼結(jié)構(gòu)的特性及在建筑上的應(yīng)用，并對其穩(wěn)定性的設(shè)計進行論述。

　　關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu) 穩(wěn)定性 設(shè)計 　　 　　一、建筑鋼結(jié)構(gòu) 　　 　　1. 鋼結(jié)構(gòu)的材料優(yōu)勢 　　鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)相比，鋼結(jié)構(gòu)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(gòu)件和結(jié)構(gòu)，而塑性和韌性好使這些結(jié)構(gòu)對動力荷載的適應(yīng)性較強，不會輕易因超載而突然斷裂。鋼結(jié)構(gòu)還具有良好的吸能能力和延性，這賦予了鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)越的抗震性能。其次，鋼材內(nèi)部組織接近于勻質(zhì)和各向同性，在一定的應(yīng)力幅度內(nèi)鋼材的反應(yīng)幾乎是完全彈性的，加之冶煉和軋制過程中材質(zhì)波動的范圍小，因此，鋼結(jié)構(gòu)的實際受力情況和工程力學計算結(jié)果比較符合，有助于提供設(shè)計施工的精確性。 　　2. 鋼結(jié)構(gòu)在建筑上的應(yīng)用優(yōu)勢。 　　鋼結(jié)構(gòu)所具備的上述特點使其在建筑應(yīng)用上具有磚混結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)所沒有的獨特優(yōu)勢。首先，鋼結(jié)構(gòu)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(zhì)量小，地震力效應(yīng)相應(yīng)也小，而其良好的延性也能對地震效應(yīng)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)可達到提高層間凈高的效果。此外，與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)需要“肥梁胖柱”才能建造較大開間相比，由于鋼結(jié)構(gòu)輕質(zhì)高強，因此可以簡單實現(xiàn)大跨與復雜幾何結(jié)構(gòu)，創(chuàng)造開放式住宅。其次，鋼結(jié)構(gòu)建筑還有其地域應(yīng)用優(yōu)勢。如鋼結(jié)構(gòu)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(zhì)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(jié)構(gòu)的不足 　　鋼結(jié)構(gòu)因其優(yōu)勢而得到廣泛應(yīng)用，近年來產(chǎn)生的鋼結(jié)構(gòu)住宅也促進了住宅產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展進程，尤其鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)。鋼材雖有一定的耐熱性，但在溫度達150℃以上時，鋼結(jié)構(gòu)需要加隔熱層加以保護。鋼材不耐火，重要的結(jié)構(gòu)必須注意采取防火措施。鋼材的強度高，所做構(gòu)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(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計 　　 　　1. 鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的概念 　　鋼結(jié)構(gòu)強度不夠或失穩(wěn)都會造成結(jié)構(gòu)破壞，但是強度與穩(wěn)定的概念并不相同。鋼結(jié)構(gòu)的強度是一個應(yīng)力問題，指結(jié)構(gòu)或者單個構(gòu)件在穩(wěn)定平衡狀態(tài)下由荷載引起的最大應(yīng)力(或內(nèi)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(gòu)件所受外部荷載與結(jié)構(gòu)內(nèi)部抵抗力間是不穩(wěn)定的，關(guān)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(gòu)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(chǎn)生側(cè)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(chǎn)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(shè)計時必須分清強度與穩(wěn)定的界限與關(guān)系，充分考慮可能發(fā)生破壞的本質(zhì)原因。 　　2. 鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計要點 　　在符合鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般原則前提下，要保證鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性 　　還需滿足以下條件。 　?。?）鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)大多是按照平面體系進行設(shè)計，如桁架和框架。保證平面結(jié)構(gòu)不出現(xiàn)平面外失穩(wěn)，要求平面結(jié)構(gòu)構(gòu)件的平面穩(wěn)定計算需與結(jié)構(gòu)布置相一致，如增加必要的支撐構(gòu)件等。 　?。?）實用計算方法所依據(jù)的簡圖與結(jié)構(gòu)計算簡圖保持一致單層或多層框架結(jié)構(gòu)設(shè)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(shè)者得出的，因此設(shè)計者要能保證所有的條件符合假設(shè)時才能應(yīng)用。 　　 　　三、建筑鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計中應(yīng)注意的問題 　　 　　1. 鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕及防腐 　　鋼結(jié)構(gòu)腐蝕的誘因很多。環(huán)境方面,應(yīng)避免鋼結(jié)構(gòu)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(zhì)會加速鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕;其次是設(shè)計不合理,例如:鋼架和墻體相距太近;施工時由于涂料質(zhì)量控制及涂膜厚度的檢查不嚴格也會造成腐蝕。鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕生銹害處很大，既會降低鋼結(jié)構(gòu)的強度和承載能力,又可能因腐蝕造成鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)建筑的重要工作，可以選用防腐涂料來預(yù)防鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)宜采用總漆膜厚度不小于150μm的長效防腐涂料。室內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的主體材料就是鋼材，選用鋼材應(yīng)具有較高的質(zhì)量,既承受靜力荷載又承受動力荷載。根據(jù)規(guī)范，承重結(jié)構(gòu)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(yīng)防止鋼材產(chǎn)生斷裂。與非焊接結(jié)構(gòu)鋼材相比，焊接結(jié)構(gòu)鋼材的質(zhì)量要求更高。對處于較低溫度環(huán)境下的焊接鋼結(jié)構(gòu)，應(yīng)選用化學成分和力學性能質(zhì)量較好的鋼材。焊接結(jié)構(gòu)和非焊接結(jié)構(gòu)在不同的工作溫度下所使用的不同的鋼材質(zhì)量等級。 　　 　　參考文獻： 　　[1]黃友江.鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定設(shè)計分析[J].黑龍江科技信息,2009. 　　[2]陳淑燕.提高鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計穩(wěn)定性的有效策略[J].城市建設(shè)與商業(yè)網(wǎng)點,2009.