钢结构介绍

钢结构介绍

钢结构工程是以钢材制作为主的结构，是主要的建筑结构类型之一。钢材的特点是强度高、自重轻、整体刚性好、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，最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；加工精度高、效率高、密闭性好，故可用于建造气罐、油罐和变压器等。

钢结构分类

重钢结构

1．厂房桁车起吊重量：≥25吨。

2．每平米用钢量：≥50KG/M2。如：石化厂房设施、电厂厂房、大跨度的体育场馆、展览中心，高层或超高层钢结构。

轻钢结构

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》（GBJ 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，主要在钢材缺乏年代时用于不宜用钢筋混凝土结构制造的小型结构，现已基本上不大采用，所以这次钢结构设计规范修订中已基本上倾向去掉。另一种是《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》所规定的具有轻型屋盖和轻型外墙（也可以有条件地采用砌体外墙）的单层实腹门式刚架结构，这里的轻型主要是指围护是用轻质材料。既然前一种已经快取消，所以现在的轻钢含义主要是指后一种。

设备钢结构

设备钢结构是指大型设备中的钢结构部分，根据青冶工程(QYETC)技术人员的经验，以下结构应可划入设备钢结构范畴：架桥机的塔架钢结构、起重机的起重大梁、起重机车身、大型设备支架等，属于对精密性、材质、连接等要求较高的精密钢结构之一。对于成套设备来说，是最主要的受力部分，在功能上起到结构性作用。

钢结构特点

抗震性抗风性耐久性保温性隔音性舒适性快捷环保节能等特点

钢结构优劣

优、钢结构住宅比传统建筑能更好的满足建筑上大开间灵活分隔的要求，并可通过减少柱的截面面积和使用轻质墙板，提高面积使用率，户内有效使用面积提高约6%。

二、节能效果好，墙体采用轻型节能标准化的C型钢、方钢、夹芯板，保温性能好，抗震度好。节能50%，

三、将钢结构体系用于住宅建筑可充分发挥钢结构的延伸性、塑性变形能力强，具有优良的抗震抗风性能，大大提高了住宅的安全可靠性。尤其在遭遇地震、台风灾害的情况下，钢结构能够避免建筑物的倒塌性破坏。

四、建筑总重轻，钢结构住宅体系自重轻，约为混凝土结构的一半，可以大大减少基础造价。

五、施工速度快，工期比传统住宅体系至少缩短三分之一，一栋1000平米只需20天、五个工人方可完工。

六、环保效果好。钢结构住宅施工时大大减少了砂、石、灰的用量，所用的材料主要是绿色，100%回收或降解的材料，在建筑物拆除时，大部分材料可以再用或降解，不会造成垃圾。

七、以灵活、丰实。大开间设计，户内空间可多方案分割，可满足用户的不同需求。

八、符合住宅产业化和可持续发展的要求。钢结构适宜工厂大批量生产，工业化程度高，并且能将节能、防水、隔热、门窗等先进成品集合于一体，成套应用，将设计、生产、施工一体化，提高建设产业的水平。

钢结构与普通钢筋混凝土结构相比，其匀质、高强、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、高层建筑、办公大楼，多层停车车场及民宅等建筑行业。

劣（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

钢结构防护

钢结构的破坏类型

一强度破坏及塑性重分布

（1）塑性破壞：鋼材在産生很大的變形以後發生的斷裂破壞稱爲塑性破壞，也稱爲延性壞。（2）脆性破壞：鋼材在變形很小的情況下突然發生斷裂破壞。建築鋼材的塑性性能在壹定條件下可以加以利用。

簡支鋼梁可以容忍塑性在最大彎矩截面上有壹定的發展，連續梁以及鋼框架結構按塑性方法設計時允許結構中出現塑性絞及內力重

分布等。

需要建立在充分的工程經驗和科學的計算方法基礎之上。

二、整体失稳破坏

鋼材與其他建築材料相比，強度要高的多。在相同的結構體系和荷載情況下，鋼結構構件截面較小。

結構或構件受壓時的穩定問題在鋼結構設計中就非常突出，壹旦結構或構件局部有受壓的可能，設計時就應當考慮穩定因素，設法防止結構或構件的整體失穩。失穩，又稱屈曲。三、板件局部失穩破壞

某些情況下，組成構件結構的板件的局部喪失穩定會先于整體失穩出現。局部失穩的發可能最終促成或導致結構或構件的整體失穩，造成破壞。在某些特定條件下，局部失穩並不是構件承載能力的極限，則可以容忍其發生，甚至有目的地對屈曲後強度加以利用。

四、疲勞破壞及損失累積

鋼材在重複或交變荷載作用下，裂紋不斷發展最終達到其臨界狀態而産生的脆性斷裂。

鋼結構中總存在有微觀裂紋或類似的缺陷，導致應力集中。在反複荷載作用下，微觀裂紋不斷開展，應力集中加劇。當荷載反複循環達壹定次數n疲勞壽命）時，裂紋擴展使得淨截面承載力不足以承受外力作用時，構件突然斷裂，發生疲勞破壞。疲勞破壞壹般經曆裂紋形成、裂紋緩慢擴展和最後迅速斷裂三個階段。

五、脆性斷裂破壞

鋼材雖然有較高的塑性和韌性，但在壹定的條件下，仍然有脆性破壞的可能性。構件脆性破壞前塑性變形很小，甚至沒有塑性變形，計算應力可能小于鋼材的屈服強度，斷裂從壓力集中處開始。在設計、施工和使用鋼結構時，要特別注意防止出現脆性破壞。

六、剛度不足

結構或結構構件由于剛度設計不恰當可能造成受荷後變形過大，在動力荷載作用下出現動並削弱結構或構件的穩定性能。但不壹定必然導致結構破壞而“不能使用”，其直接影響主要是與結構適用性

一防止钢结构塑性重分布

弯矩调幅

弯矩调幅是建立在塑性内力重分布的分析方法的基础上的实际计算理论，是对超静定结构内力自平衡的一种预先判断，是“弹性内力，塑性设计”理论的实际应用

具体意义

（1）追求与实际相符的受力

（2）减小梁端负弯矩，可减小支座处负弯矩钢筋，改善结点区钢筋过于密集的状况，便于混凝土浇注，保证结点区的强度。

二钢结构整体失稳破坏

钢结构失稳的分类

(1)第一类稳定问题或者具有平衡分岔的稳定问题（也叫分支点失稳）。完善直杆轴心受压时的屈曲和完善平板中面受压时的屈曲都属于这一类。

(2)第二类稳定问题或无平衡分岔的稳定问题（也叫极值点失稳）。由建筑钢材做成的偏心受压构件，在塑性发展到一定程度时丧失稳定的能力，属于这一类。

(3)跃越失稳是一种不同于以上两种类型，它既无平衡分岔点，又无极值点，它是在丧失稳定平衡之后跳跃到另一个稳定平衡状态。

（1）结构整体布置必须考虑整个体系以及组成部分的稳定性要求

(2)结构计算简图和实用计算方法所依据的简图相一致，这对框架结构的稳定计算十分重要

(3)设计结构的细部构造和构件的稳定计算必须相互配合，使二者有一致性。

三钢结构脆性断裂防护措施

四结构的疲劳破坏

一、疲劳破坏现象钢材在连续反复荷载作用下会发生疲劳破坏，这种疲劳破坏在钢结构和钢构件中同样会发生。与钢材发生疲劳破坏的不同处在于钢结构和钢构件由于制作或构造上的原因总会存在缺陷，而这些缺陷就成为裂缝的起源，在疲劳破坏过程中，可以认为不存在裂纹形成这个阶段。因此，钢结构和钢构件疲劳破坏的阶段为裂纹的扩展和最后断裂两个阶段。裂纹的扩展是十分缓慢的，而断裂是在裂纹扩展到一定尺寸时瞬间完成的。在裂纹扩展部分，断口因经反复荷载频繁作用的磨合，表面光滑而且愈近裂纹源愈光滑，而瞬面断裂的裂口比较粗糙并呈颗粒状，具有脆性断裂的特征。

影响疲劳破坏的因素

二、影响疲劳强度的因素在钢材的疲劳破坏中提到影响疲劳强度的主要因素是应力集中。这同样是影响钢结构和钢构件疲劳强度的主要因素。但在钢结构和钢构件中，产生应力集中的

原因则极为复杂，因此钢结构和钢构件的疲劳强度的计算比钢材的要困难得多。钢结构和钢构件在截面突然改变处都会产生应力集中，如梁与柱的连接节点、柱脚、梁和柱的变截面处以及截面形孔等削弱处。此外，对于非焊接结构，有钢材表面的凹凸麻点、刻痕，轧钢时的夹渣、分层，切割边的不平整，冷加工产生的微裂纹以及螺栓孔等等。对于焊接结构还有焊缝外形及其缺陷，缺陷包括气孔、咬肉、夹渣、焊根、起弧和灭弧处的不平整、焊接裂纹等等。除此之外，还有结构和构件中的残余应力以及结构和构件所处的环境等都会对其疲劳强度有影响。在有腐蚀性介质的环境中，疲劳裂纹扩展的速率会受到不利的影响。

提高和改善疲劳性能的途径从减小应力集中入手。具体措施如下：

1精心选材，对用于动载作用的钢结构或构件，应严格控制钢材的缺陷，并选择优质钢材。2精心设计，力求减少截面突变，避免焊缝集中，使钢结构构造做法合理化。

3精心制作，使缺陷、残余应力等减小到最低程度。

4精心施工，避免附加应力集中的影响。

5精心使用，避免对结构的局部损害。如划痕、开孔、撞击等。

6 修补焊缝，目的是缓解缺陷产生的应力集中

五钢材的腐蚀及防锈

钢结构腐蚀的诱因很多。环境方面,应避免钢结构长期暴露在相对湿度比较大的环境中,

而且环境中的酸、盐等化学物质会加速钢结构的腐蚀;其次是设计不合理,例如:钢架和墙体相距太近;施工时由于涂料质量控制及涂膜厚度的检查不严格也会造成腐蚀。钢结构的腐蚀生锈害处很大，既会降低钢结构的强度和承载能力,又可能因腐蚀造成钢结构变形、断裂、垮塌，一旦引发事故就会造成巨大损失。

防止措施

做好防腐工作是钢结构建筑的重要工作，可以选用防腐涂料来预防钢结构的腐蚀。从涂料的防腐年限、保光保色性是否便于维修等方面进行选择，室外钢结构宜采用总漆膜厚度不小于150μm的长效防腐涂料。室内钢结构宜采用铁红醇酸底漆一度云铁醇酸防锈漆一度、醇酸面漆两度,总漆膜厚度160μm。