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钢结构建筑的特点(新)

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钢结构建筑的特点(新)

2019-07-15

钢结构 (网架、管桁架、轻钢)设计、施工及技术咨询及建筑结构加固;并从事空间结构和相关材料的研究、技术开发与应用。

钢结构建筑的特点(新)

钢结构已成为现代建筑上程中主要承重结构体系之一,设计时应结合其应用特性在满足工艺和建筑功能要求并保证结构安全可靠的前提下,优化结构方案 尽拯节约钢材和施主费用,并尽可能缩短工期以获得最大的综合经济效益。钢结构具有如下特点,设计时应予以注意。

1. 钢材材质均匀,接近千各向同性体,是现想的弹塑性材料。钢结构的实际受力状态与按力学计算的结果比较符合,计算上的不确定性较小,计锌结果可靠。但钢材实际上并非完全匀质,主要表现在钢材内部存在偏析令影响力学性能。另外,钢材在三个方向力学性能亦不尽相同,在设计厚板结构时,应注意这-点。

2. 钢材具有良好的塑性和韧性。钢材的良好塑性可使结构在稳定的条件下不会因超载而突然发生断裂现象,这是保证结构不致倒塌的优良性能。此外,尚能将局部尚峰应力重分配,使应力变化趋千平缓。而良好的延性可使结构对动荷载的适应性强,建筑钢结构在冲击荷载和重复荷载或多轴拉应力作用下具有可靠件能的保障。同时由于钢材有良好的塑性和延性,使抗震设防的建筑钢结构能充分吸收能量.,减弱地震反应,大大提高结构的抗震性能。唐山和汶川震害调查表明”即使在震中附近的高烈度区,全钢结构建筑物震害也是很轻的。

3. 钢材强度高,结构重量轻。钢材的强度远高于混凝土和砌体结构,故大跨度结构、超高层建筑、高耸结构和殴型工业厂房或荷载很重的结构,钢结构是理想的结构材料和唯一的选择。同时由千结构重量轻。可减轻基础的负荷,降低地晶、基础部分的造价,同时增大使用面积、缩短施工周期、减少运输吊装费用等优点。以一般钢筋混凝土框架-筒体结构与相同条件下采用钢结构的高层建筑为例。两者的自重相比约为2:1, 基础荷载大为减轻,地基和基础工程造价将大幅度降低。多层钢结构住宅与钢筋混凝土结构相比,基础节省的费用约为 50 /平方 。但需注意的是轻钢屋盖自重轻,设计时应注意其对可变荷载的变化较敏感,如雪荷载、风荷载。在过去的设计中,对其作用估计不足己造成不少房屋破坏或垮塌事故在设计这类结构时,应考虑它的不利影响。

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4. 钢结构工程施工更符合建筑工业化和环保要求。钢结构为单一材料,便于组成最佳承载截面,构件便于加工与 业化制造安装.可进行大部件或模块化组装,生产效率高,施工周期短,同时施丁上过程中湿作业少.污染轻,非常符合我国建筑 一业化、产业化技术政策的要求。

5. 钢结构具有灵活的适应性。由其建成的丁业厂房或公用建筑,便于拆迁重建或改建、扩建,而且也便千灾后修复、加固与补强。同时其拆除后还可作为再生资源回收利用或国防需要的物资储备。

6. 除上述优点外,钢材性能有以下的木足之处,会影响到钢结构的应用,需在工程设计中引起注意。

(1) 钢结构的耐腐蚀性差,容易因锈蚀们降低结构承载力与使用寿命。故应根据工作环境的腐蚀介质条件和全寿命周期技术经济合理性设防的原则,以及相关技术规范采取可靠的长效防护措施,包括合理布性结构.采用管材构件,高质阰除锈处理与长效复合涂层等。

(2) 钢结构耐火性差,裸霹钢构件的耐火时限仅为 15rnin, 当温度超过 300°C后,其屈服强度与抗拉强度均显著下降,故钢构件应按相关规范规定的分类与耐火极限要求及防护技术要求,采取涂层或板材隔热等可靠的防护措施。对工作环境温度长期超过 100°C钢构件,规范也规定应采取防护措施予以保护。

钢结构建筑的特点(新)

(3) 钢材存在冷脆倾向,特别在交变荷载作用或低温环境条件,可引起构件在应力尚低于钢材屈服强度的情况下突然断裂砐坏^此脆性断裂的特征是:无显著变形,应力低,无事故先兆,突然发生灾难性破坏.断口平齐而光滑等 其主要原因有以下儿个方面:

1) 材质缺陷的影响。钢材中化学成分碳、硫、磷、氧、氮、氢等元素含量过高时,将会降低钢材的塑性和韧性,而增加脆性倾向。其中磷、氮、氢均会导致冷脆的发生。同时钢材在轧制加 或冷却中也会产生初应力。非金属杂质夹杂、气泡、折叠、分层等,这些缺陷也将降低钢材抗脆性断裂的能力。

2) 应力集中的影响。构件因连接与构造盂要不可避免存在孔洞、开槽、截面变化,这些部位在荷载作用 产生应力生中,常是导致脆性破坏的危险因素。此外,应力状态对钢材的朔性和韧性的影响很大。研究表明,钢结构受扑构件在局部高应力集中区往往产生双向和气向拉应力状态,在该应力状态下钢材塑性变形降低,脆性破坏的可能性也大大增加。

3) 低温和腐蚀介质的影响。在低温环境下钢材强度略有提高,而塑性和韧性降低,尤其在温度下降到某-温度区间时,冲击韧性值急剧下降,承受动力荷载作用的构件会产生低温疲劳破坏。当钢结构处在有腐蚀介质的环境中,构件使用一段时间后,构件内部存在的缺陷在腐蚀介质的作用下较快地扩展,达到临界尺寸即突然裂损。如某一钢铁企业的4000立方级大型高炉的外燃式热风炉壳体投产使用十多年后,在焊缝及焊缝附近的壳体产生树枝状裂纹.裂纹沿晶界发展。经检测腐蚀介质主要有 等腐蚀元素,裂纹产生源于应力腐蚀。

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