钢结构 (建筑结构类型)
钢结构是由钢制材料组成的结构,是主要的建筑结构类型之一。结构主要由型钢和钢板等制成的钢梁、钢柱、钢桁架等构件组成,并采用硅烷化、纯锰磷化、水洗烘干、镀锌等除锈防锈工艺。各构件或部件之间通常采用焊缝、螺栓或铆钉连接。因其自重较轻,且施工简便,广泛应用于大型厂房、场馆、超等领域。
中文名钢结构外文名steel structure
特点型钢和钢板制成的工程结构
用途是建筑工程中普通的结构形式之一连接型式焊缝、螺栓、铆钉连接应用学科水利科技;工程力学;工程结构
特点强度高自重轻刚性好变形能力强
定义
钢材的特点是强度高、自重轻、整体刚度好、变形能力强,故用于建造大跨度和超高、超重型的建筑物特别适宜;材料匀质性和各向同性好,属理想弹性体,符合一般工程力学的基本假定;材料塑性、韧性好,可有较大变形,能很好地承受动力荷载;建筑工期短;其工业化程度高,可进行机械化程度高的专业化生产。
钢结构应研究度钢材,大大提高其屈服点强度;此外要轧制新品种的型钢,例如H型钢(又称宽翼缘型钢)和T形钢以及压型钢板等以适应大跨度结构和超建筑的需要。
另外还有无热桥轻钢结构体系,建筑本身是不节能的,本技术用巧妙的特种连接件解决了建筑的冷热桥问题;小桁架结构使电缆和上下水管道从墙里穿越,施工装修都方便。
特点
1、材料强度高,自身重量轻
钢材强度较高,弹性模量也高。与混凝土和木材相比,其密度与屈服强度的比值相对较低,因而在同样受力条件下钢结构的构件截面小,自重轻,便于运输和安装,适于跨度大,高度高,承载重的结构。
2、钢材韧性,塑性好,材质均匀,结构可靠性高
适于承受冲击和动力荷载,具有良好的抗震性能。钢材内部组织结构均匀,近于各向同性匀质体。钢结构的实际工作性能比较符合计算理论。所以钢结构可靠性高。
3、钢结构制造安装机械化程度高
钢结构构件便于在工厂制造、工地拼装。工厂机械化制造钢结构构件成品精度高、生产效率高、工地拼装速度快、工期短。钢结构是工业化程度的一种结构。
4、钢结构密封性能好
由于焊接结构可以做到完全密封,可以作成气密性,水密性均很好的高压容器,大型油池,压力管道等。
5、钢结构耐热不耐火
当温度在℃以下时,钢材性质变化很小。因而钢结构适用于热车间,但结构表面受℃左右的热辐射时,要采用隔热板加以保护。温度在300℃ -400℃时.钢材强度和弹性模量均显着下降,温度在600℃左右时,钢材的强度趋于零。在有特殊防火需求的建筑中,钢结构必须采用耐火材料加以保护以提高耐火等级。
6、钢结构耐腐蚀性差
特别是在潮湿和腐蚀性介质的环境中,容易锈蚀。一般钢结构要除锈、镀锌或涂料,且要定期维护。对处于海水中的海洋平台结构,需采用“锌块阳极保护”等特殊措施予以防腐蚀。
7、低碳、节能、绿色环保,可重复利用
钢结构建筑拆除几乎不会产生建筑垃圾,钢材可以回收再利用。
发展历程
虽然早期在铁结构方面有卓越的成就,但长期停留于铁制建筑物的水平。直到19世纪末,我国才开始采用现代化钢结构。新成立后,钢结构的应用有了很大的发展,不论在数量上或质量上都远远超过了过去。轻钢结构的楼面由冷弯薄壁型钢架或组合梁、楼面O结构板,支撑、连接件等组成。所用的材料是定向刨花板,水泥纤维板,以及胶合板。在这些轻质楼面上每平方米可承受316~365公斤的荷载。
钢结构建筑的多少,标志着一个或一个地区的经济实力和经济发达程度。进入2000年以后,我国国民经济显着增长,国力明显增强,钢产量成为世界大国,在建筑中提出了要“积极、合理地用钢”,从此甩掉了“限制用钢”的束缚,钢结构建筑在经济发达地区逐渐增多。特别是2008年前后,在会的推动下,出现了钢结构建筑热潮,强劲的市场需求,推动钢结构建筑迅猛发展,建成了一大批钢结构场馆、机场、车站和建筑,其中,有的钢结构建筑在制作安装技术方面具有世界水平,如会体育场等建筑。
会后,钢结构建筑得到普及和持续发展,钢结构广泛应用到建筑、铁路、桥梁和住宅等方面,各种规模的钢结构企业数以万计,世界先进的钢结构加工设备基本齐全,如多头钻床、钢管相贯线切割机、波纹板自动焊接机床等。并且现在数百家钢结构企业的加工制作水平具有世界先进水平,如钢结构制作特级和一级企业。近几年,钢产量每年多达6亿多吨,钢材品种完全能满足建筑需要。钢结构设计规范、钢结构材料标准、钢结构工程施工质量验收规范、以及各种专业规范和企业工法基本齐全
钢结构与普通钢筋混凝土结构相比,其匀质、、施工速度快、抗震性好和回收率高等优越性,钢比砖石和砼的强度和弹性模量要高出很多倍,因此在荷载相同的条件下,钢构件的质量轻。从被破坏方面看,钢结构是在事先有较大变形预兆,属于延性破坏结构,能够预先发现危险,从而避免。
钢结构厂房具有总体轻、节省基础、用料少、造价低、施工周期短,跨度大,安全可靠,造型美观,结构稳定等优势。钢结构厂房广泛应用于大跨度工业厂房、仓库、冷库、建筑、办公大楼,多层停车车场及民宅等建筑行业。
缺点
钢结构工程中质量问题
(一)复杂性
钢结构工程项目施工质量问题的复杂性,主要表现在引发质量问题的因素繁多,产生质量问题的原因也复杂,即使是同一性质的质量问题,原因有时也不一样,从而质量问题的分析、判断和处理增加了复杂性。例如焊接裂缝,其既可发生在焊缝金属中,也可发生在母材热影响中,既可在焊缝表面,也可在焊缝内部;裂缝走向既可平行于焊道,也可垂直于焊道,裂缝既可能是冷裂缝,也可能是热裂缝;产生原因也有焊接材料选用不当和焊接预热或后热不当之分。
(二)严重性
钢结构工程项目施工质量问题的严重性表现在:一般的,影响施工顺利进行,造成工期延误,成本增加,严重的,建筑物倒塌,造成人身伤亡,财产受损,引起不良的社会影响。
(三)可变性
钢结构工程施工质量问题还将随着外界变化和时间的延长而不断地发展变化,质量缺陷逐渐体现。例如,钢构件的焊缝由于应力的变化,使原来没有裂缝的焊缝产生裂缝:由于焊后在焊缝中有氢的活动的作用便可产生延迟裂缝。又如构件长期承受过载,则钢构件要产生下拱弯曲变形,产生隐患。
(四)频发性
由于我国现代建筑都是以混凝土结构为主,从事建筑施工的管理人员和技术人员对钢结构的制作和施工技术相对比较生疏,以民工为主的具体施工人员更不懂钢结构工程的科学施工方法,导致施工过程中的事故时常发生。
钢结构易腐蚀
钢结构必须注意防护,特别是薄壁构件,因此,处于较强腐蚀性介质内的建筑物不宜采用钢结构。钢结构在涂油漆前应彻底除锈,油漆质量和涂层厚度均应符合相关规范要求。在设计中应避免使结构受潮、漏雨,构造上应尽量避免存在于检查、维修的死角。新建造的钢结构一般隔一定时间都要重新刷涂料,维护费用较高。国内外正在发展各种高性能的涂料和不易锈蚀的耐候钢,钢结构耐锈蚀性差的问题有望得到解决。
钢结构
1、厂房行车起吊重量:大于等于25吨,可以认为为重钢结构。
2、每平米用钢量:大于等于50KG/㎡,可认为是重钢结构。
3、主要构件钢板厚度:大于等于10MM,轻钢结构用的较少。
另外,还有一些参考值:如每平米造价,构件重量,跨度,结构形式,檐高等,以上这些在判断厂房是否为重钢或轻钢时可以提供经验数据,当然很多建筑都是轻、重钢都有。但有一些我们可以较肯定的说是重钢:如:石化厂房设施、电厂厂房、大跨度的体育场馆、展览中心,或超钢结构。
实际上规范和技术文件都并没有重钢一说,为区别轻型房屋钢结构,也许称一般钢结构为“普钢”更合适。因为普通钢结构的范围很广,可以包含各种钢结构,不管荷载大小,甚至包括轻型钢结构的许多内容,轻型房屋钢结构技术规程只是针对其“轻”的特点而规定了一些更具体的内容,而且范围只局限在单层门式刚架。
轻钢也是一个比较含糊的名词,一般可以有两种理解。一种是现行《钢结构设计规范》(G 17-88)中第十一章“圆钢、小角钢的轻型钢结构”,是指用圆钢和小于L45*4和L56*36*4的角钢制作的轻型钢结构
由此可见,轻钢与重钢之分不在结构本身的轻重,而在所承受的围护材料的轻重,而在结构设计概念上还是一致的 。
钢结构安装
钢构件的预制
按着安装顺序和工艺要求在钢平台上进行钢构件的预制和组装,要保证焊接制作质量。
型钢的拼接翼缘板拼接接缝和腹板拼接接缝的间距应大于200㎜。翼缘板拼接长度不应小于2倍板宽;腹板拼接宽度不应小于300㎜,长度不应小于600㎜。
为了焊接方便,保证焊接质量,尽量将立柱、横梁上的加强筋板、连接板、垫板、挑梁(梁)等在地面钢平台上按施工图尺寸进行组对焊接。
在钢平台上预制的钢构件除按施工图和规范要求制作组装外,还应考虑现场安装的工艺性和安装尺寸的变化。
钢结构发展前景
钢结构发展:应关注三大领域
根据行业发展状况,海洋石油工程装备、钢结构住宅、钢结构桥梁等三个领域的发展应当引起有关主管部门的关注,如果受到重视和政策鼓励,完全可以实现产业倍增的目标。
海洋石油的产量在2015年要达到1亿吨,海洋工程装备企业的目标是要为深海0米~3000米的开采提供大量装备,产业水平及规模必须提高;钢结构住宅符合绿色环保、节能减排和循环经济政策,其工业化、标准化的钢结构住宅产品具有广阔和无限的市场空间;全国59万座公路桥梁中钢结构桥梁不足1%,铁路系统高速发展,新建线路以桥代路,80%均是预应力钢筋混凝土桥梁。而钢结构桥梁在日本占到41%,美国占到33%,由此可见我国钢结构桥梁的市场需求和产业发展与发达还有很大差距。
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