鋼結構

[拼音]:gangjiegou

[英文]:steel structure

鋼材製成的結構。鋼結構通常由型鋼和鋼板等製成的鋼樑、鋼柱、鋼桁架等構件組成;各構件或部件之間採用焊縫、螺栓或鉚釘連線。有些鋼結構還用鋼鉸線、鋼絲繩或鋼絲束以及鑄鋼等材料組成。

特點

鋼材的組織結構均勻,接近於各向同性勻質體,因而鋼結構的理論計算結果比較符合實際受力情況;鋼材強度較高,彈性模量也高;鋼結構塑性和韌性好、適宜於承受振動和衝擊荷載;鋼材容重與強度的比值一般小於混凝土和木材,因而鋼結構的重量輕;鋼結構便於機械化製造,精確度較高,安裝方便,是工程結構中工業化程度最高的一種結構;施工較快,可儘快地發揮投資的經濟效益。鋼結構的密封性較好,但耐鏽蝕性較差,需要經常維護;耐火性也較差。

應用範圍

鋼結構常用於跨度大、高度大、荷載大、動力作用大的各種工程結構中,如工業廠房的承重骨架和吊車樑、大跨度的屋蓋結構(圖1)、高層建築的骨架、大跨度的橋樑、起重機結構、塔架和桅杆結構、石油化工裝置的框架、工作平臺和海洋採油平臺、管道支架、水工閘門等;也常用於可裝拆搬遷的結構,如臨時性展覽館、建築工地用房、混凝土模板等。輕型鋼結構常用於小跨度輕屋面的各類房屋、自動化高架倉庫等。此外,容器結構、爐體結構和大直徑管道等也常用鋼材製成。

鋼結構

沿革

中國是最早用鐵建造結構的國家之一、據明朝《南詔野史》記載,東漢明帝(公元58~75年)時在雲南省景東地區的瀾滄江上建有蘭津橋,“以鐵索系南北為橋”;在清朝《小方壺齋輿地叢鈔·雲南考略》中亦有同樣記載。現存的最早的鐵鏈橋為雲南省永平縣與保山市之間跨越瀾滄江的霽虹橋,建於明朝成化年間(1465~1487年),橋總長113.4米,淨跨57.3米,寬3.7米,底部承重鐵鏈16根(現存14根)。四川省瀘定縣大渡河上的瀘定橋(圖2),淨跨100米,寬2.7米,建成於清朝康熙四十五年(1706年)。此外,尚有許多紀念性建築,如現存的、建於南漢大寶十年(967年)的廣州光孝寺東鐵塔,共7層,塔身高6.35米;另有建於963年的西鐵塔,現僅存3層;宋朝在現湖北省當陽縣建造的玉泉寺鐵塔(1061年),塔身13層高17.9米(見彩圖),和在山東省濟寧市鐵塔寺建造的9層鐵塔(1105年),塔身高13米。這些建築物表明了中國古代冶金和營造技術的高度水平。

鋼結構

鋼結構

在西方國家,第一個完全用鑄鐵建造的橋樑於1779年出現在英國科爾布魯克代爾,跨長30.5米。18世紀末,工業革命興起,冶金技術和建築事業隨之發展,出現了生熟鐵組合結構。19世紀20~30年代出現了鉚釘連線,50年代和60年代相繼發明轉爐和平爐冶煉工藝,隨著軋製型材的使用,鋼鐵結構應用範圍不斷擴大,在結構體系、跨度和高度方面都有較大發展,如巴黎埃菲爾鐵塔。20世紀以來,鋼材品種的增加,製造方法的改善,計算理論和設計規範的發展,使鋼結構在工業與民用房屋以及其他工程結構中得到更廣泛的應用。如西爾斯大廈是目前最高的高層房屋;英國亨伯橋是至今跨度最大的鋼橋。

1949年中華人民共和國成立以後,鋼結構在橋樑、較大跨度的重型廠房、大型公共建築及高聳結構中得到較多的應用。如南京長江橋;1977年建成的上海鍋爐廠重型容器車間,主跨36米,高40米,吊車起重量400/80噸是目前中國最大的廠房;1983年建成的北京首都國際航空港機庫,屋蓋結構採用跨度72米並設有10噸多支點懸掛吊車的鋼桁架;1975年建成的上海體育館屋蓋結構採用平板型鋼網架(見網架結構);1972年建成的上海電視塔總高210.55米;北京環境氣象塔,是目前中國最高的鋼構築物。中國設計和援建外國的大型工程中,也採用鋼結構,如1983年建成的摩洛哥體育中心體育館屋蓋結構採用邊長100.8米方形鋼網架。(見彩圖)

鋼結構

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鋼結構

鋼結構

鋼結構

結構設計

各種鋼結構均應計算強度和穩定性,必要時還應驗算剛度和疲勞強度等。

強度

鋼結構構件及其連線的淨截面上的各項應力均應不超過鋼材的相應設計強度。承受靜力荷載的受彎或拉彎、壓彎構件,如滿足一定的構造要求,計算強度時可以考慮截面塑性變形的發展。

穩定性

軸心受壓構件、偏心受壓構件和受彎構件有可能喪失整體穩定,這些構件的組成部件(腹板和翼緣等)也有可能喪失區域性穩定。設計時應驗算這些構件的整體穩定及其部件的區域性穩定。必要時還應驗算整個結構的整體穩定。

剛度

鋼結構的整體和各組成構件都有一定的剛度要求。設計時應使其滿足規範規定的各項剛度要求,如變形和長細比等均應不超過容許最大值。

疲勞強度

對於直接承受重複作用的動力荷載(見荷載)的鋼結構或鋼構件及其連線,當應力變化的迴圈次數頻繁時,應進行疲勞計算,使其應力幅度不超過相應的容許應力幅度。

鋼材

鋼結構應根據結構的重要性,荷載特徵,連線方法,工作溫度等不同情況,選擇適當的鋼材。通常採用的鋼材為普通低碳鋼和普通低合金鋼,含碳量一般宜在0.22%以下,否則將降低塑性和可焊性。對於承受較重荷載、特別是動力荷載,以及處於低溫下的結構,常採用3號鎮靜鋼或16錳鋼、16錳橋鋼、15錳釩鋼等。

熱軋成型的鋼材有鋼板、角鋼、槽鋼、工字鋼、鋼管、方鋼、圓鋼等(見熱軋型鋼)。冷彎薄壁型鋼是用厚度較小(一般為1.5~6毫米)的帶鋼或鋼板經冷彎或冷軋成型,可製成角鋼、卷邊角鋼、槽鋼、卷邊槽鋼、卷邊Z型鋼、方管、圓管等(見冷彎型鋼)。

鋼結構所用鋼材須保證抗拉強度、伸長率、屈服點和硫、磷的極限含量,對焊接結構還須保證碳的極限含量。對重要的結構以及需要冷彎成型的構件,應保證冷彎試驗合格;對直接承受動力荷載的重要結構,須根據結構所處的計算溫度,保證相應的常溫或低溫衝擊韌性。

屈服點通常被認為是鋼材強度計算的極限值,是確定鋼材設計強度的主要依據;抗拉強度表明鋼材屈服後的強度儲備;而伸長率則表明鋼材塑性效能的指標。冷彎試驗可以反映鋼材承受規定的彎曲變形的能力,並能檢驗鋼材內部組織結構的缺陷。衝擊韌性表明鋼材在應力集中和衝擊作用下抵抗脆性破壞的能力;溫度降低,衝擊韌性下降。

防鏽蝕

鋼結構表面不加保護則在周圍介質的作尹a href='http://www.baiven.com/baike/224/271348.html' target='_blank' >孟祿岵饈礎P饈吹乃俾視脛芪Ы櫓實奈露取⑹群陀瀉ξ鎦實暮坑洩亍7佬饈吹姆椒ǎ殼白畛S玫氖怯糜推岬缺;ぃ灰部捎枚菩康冉鶚舳撇惚;ぃ換蠆捎沒а躉戇旆ū;ぃ緦諄懟2捎煤⒏酢⒛仍氐暮轄鷥植目商岣嚦剮饈茨芰ΑⅫ/p>

防火

鋼材雖不可燃,但不耐火。當溫度超過 300°C以後,屈服點、抗拉強度和彈性模量均開始顯著下降,到600°C時則幾乎降到零。常用的防火辦法是在鋼結構外面包混凝土或磚砌體,也可在構件表面噴塗一層含蛭石、石棉或其他材料的水泥漿。當鋼結構表面長期受輻射熱達150°C以上時,應用隔熱層加以保護。

展望

隨著生產和科學技術的進展,鋼結構也將相應發展。生產將對鋼結構提出更多更復雜的要求,從而需要研究和發展新的結構形式和適合鋼結構使用的高強度鋼種。電子計算機的應用為鋼結構的精確計算提供了手段,為較複雜的結構體系(如空間結構)的應用和優化設計創造了條件;對鋼結構和構件的設計計算理論,如穩定計算(包括板件屈曲後的承載能力)、塑性階段計算、可靠度分析,以及在動力荷載下的效能等都將有所進展。冷彎薄壁型鋼結構,尤其是壓型鋼板組成的應力蒙皮結構,有自重輕、用鋼省、安裝快等優點,近年來已有所發展。鋼和混凝土組合結構充分發揮了兩種材料的特點,應用範圍正在逐漸擴大。鋼結構連線,除高強度螺栓連線和焊接將進一步發展外,還會有其他連線方法出現。鋼結構製造的工業化程度隨著新技術的發展會進一步提高,繼而對鋼結構的標準化提出更高要求。

參考書目

西安冶金建築學院等編:《鋼結構》,中國建築工業出版社,北京,1980。

參考文章

關於隨行車裝置一起搭建的鋼結構活動板房的進項稅抵扣問題財務稅務

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