結構的特點
鋼結構是采用鋼板、型鋼通過連接而成的結構。與其他材料的結構相比,鋼結構具有如下優(yōu)點。
(1)鋼材強度高,材性好 與混凝土、磚石和木材等建筑材料相比,鋼材強度高,鋼材由鋼廠生產,質量控制嚴格,材質均勻性好,且具有良好的塑性和韌性。鋼材強度高的特性使鋼材適合于建造大跨度、承載重的結構。鋼材材質均勻性好和塑性好的特點,使鋼結構在一般條件下不會因超載而突然破壞,可以依靠變形增大調整內力并進行重分配,為結構補強加固提供了緩沖余地。鋼材韌性好的特點,使鋼結構適宜在動力荷載下工作,其良好的耗能能力和延性使鋼結構具有優(yōu)越的抗震性能,特別適宜于建造抗震設防強震區(qū)的各類結構。
(2)鋼結構的重量輕 與混凝土、磚石和木材等建筑材料相比,鋼材雖然密度較大, 但其強度則高很多,材料的質量密度和強度的比值為(1.7-3.7) xlO-4 m,而鋼筋混凝土的比值約為18 X 10-4 m,所以建造的結構比較輕。以相同跨度的結胸承受相同的荷載,鋼屋架的重量為鋼筋混凝土屋架的1/4 -1/3,冷彎薄壁型鋼屋架甚至接近于鋼筋混凝土屋架的1/10。鋼結構建筑的自重約為向高度混凝土結構建筑的1/2 - 3/5,且鋼結構柱截面面積較混凝土結構柱的截面面積減少一半左右,有效增加了建筑的使用面積。鋼結構重量輕,為其安裝、運輸提供了便利條件,同時減輕基礎的負荷,降低地基、基礎部分的造價。
(3)鋼結構制作工業(yè)化程度高,施工工期短鋼結構所用材料均為工廠制作,由鋼板和各種型材加工而成的構件一般是在金屬結構廠制作,具備成批生產加工的條件,制作準確度和精密度均較高。運往施工現(xiàn)場后通過連接整體組裝,安裝簡便,施工機械化程度高,周期矩,可以全天候施工作業(yè),其施工速度可提高到混凝土結構的1.5倍左右,從而降低施工管理成本。對采用螺栓連接的鋼結構,易于拆裝搬遷,適宜于結構加固、改建和拆
遷。
(4)鋼結構密間性好鋼結構的材料和焊接連接可以做到完全密封,適宜建造對氣 密性和水密性有一定要求的高壓容器、大型油庫、油罐、輸油或輸水壓力管道等。
(5)鋼結構造型美觀,具有輕盈靈巧的效果鋼結構可以較大程度地超越結構形式的束縛,通過各種線形的構件組合出多種形式的空間和新奇優(yōu)美的形象,其強大的造型潛力是砌體結構所難以企及的。
(6)鋼結構符合可持續(xù)發(fā)展的需要 鋼結構產業(yè)對資源和能源的利用相對合理,對環(huán)境破壞相對較少,是一項綠色環(huán)保型建筑產業(yè)。鋼材是具有很高再循環(huán)利用價值的材料,邊角料都可以回收利用。對同樣規(guī)模的建筑物,鋼結構建造過程中有害氣體的排放量只相當于混凝土結構的65%。鋼結構建筑物由于很少使用砂、石、水泥等散料,從而在根本上避免了揚塵、廢棄物堆積和噪聲等污染問題。
但是,鋼結構也存在著可能會影響其選擇應用的一些缺點,主要有:
(1)失穩(wěn)和變形過大造成破壞鋼結構質量輕的優(yōu)點來自于其構件一般截面小而薄,受壓時易為穩(wěn)定承載力和剛度要求所控制,使強度難以得到充分發(fā)揮。所以設計時需要附設加勁肋或綴材達到增強結構的穩(wěn)定承載力、減小結構使用階段變形的目的,從而相應增加了構件連接的工作量和繁雜程度。
(2)鋼結構耐腐蝕性差 鋼材容易腐蝕,對鋼結構特別是薄壁構件必須注意防腐保護,因此其維護費用較高。處于較強腐蝕性介質內的建筑物不宜采用鋼結構。在施工過程中應避免使結構受潮、淋雨,構造上應盡量避免存在難于檢查、維修的死角。
(3)鋼材耐熱但不耐火 鋼材受熱時,當溫度在250oC以內時,其主要力學性能(如屈服點和彈性模量)降低不多。溫度超過250oC以后,材質發(fā)生較大變化,強度逐步降低。溫度達600℃時,鋼材已不能繼續(xù)承載。因此,《鋼結構設計規(guī)范》(GB 50017 - 2003)規(guī)定鋼材表面溫度超過150oC后即需加以隔熱防護,對需防火的結構,應按相關的規(guī)范采取防護和保護措施。
(4)鋼結構可能發(fā)生脆性斷裂鋼結構在低溫和某些條件下,可能發(fā)生脆性斷裂,還 有厚板的層狀撕裂,都應引起設計者的特別注意。