钢结构特点和应用范围

钢结构的特点和应用

一、钢结构的特点

钢结构是用钢板、热轧型钢或冷加工成型的薄壁型钢制造而成的。和其它材料

的结构相比，钢结构有如下一些特点：

（一）材料的强度高，塑性和韧性好

钢材和其它建筑材料诸如混凝土、砖石和木材相比，强度要高得多。因此，特别

适用于跨度大或荷载很大的构件和结构。钢材还具有塑性和韧性好的特点。塑性

好，结构在一般条件下不会因超载而突然断裂；韧性好，结构对动力荷载的适应性强。良好的吸能能力和延性还使钢结构具有优越的抗震性能。另一方面，由于钢材的强

度高，做成的构件截面小而壁薄，受压时需要满足稳定的要求，强度有时不能充分发挥。图!—!—! 给出同样断面的拉杆和压杆受力性能的比较：拉杆的极限承载能力

高于压杆。这和混凝土抗压强度远远高于抗拉强度形成鲜明的对比。

（二）材质均匀，和力学计算的假定比较符合

钢材内部组织比较接近于匀质和各向同性体，而且在一定的应力幅度内几乎是

完全弹性的。因此，钢结构的实际受力情况和工程力学计算结果比较符合。钢材在

冶炼和轧制过程中质量可以严格控制，材质波动的范围小。

（三）钢结构制造简便，施工周期短

钢结构所用的材料单纯而且是成材，加工比较简便，并能使用机械操作。因此，

大量的钢结构一般在专业化的金属结构厂做成构件，精确度较高。构件在工地拼装，可以采用安设简便的普通螺栓和高强度螺栓，有时还可以在地面拼装和焊接成较大

的单元再行吊装，以缩短施工周期。小量的钢结构和轻钢屋架，也可以在现场就地制造，随即用简便机具吊装。此外，对已建成的钢结构也比较容易进行改建和加固，用螺栓连接的结构还可以根据需要进行拆迁。

（四）钢结构的质量轻

钢材的密度虽比混凝土等建筑材料大，但钢结构却比钢筋混凝土结构轻，原因是

钢材的强度与密度之比要比混凝土大得多。以同样的跨度承受同样荷载，钢屋架的

质量最多不过钢筋混凝土屋架的! " # 至! " $，冷弯薄壁型钢屋架甚至接近% " !&，为吊

装提供了方便条件。对于需要远距离运输的结构，如建造在交通不便的山区和边远

地区的工程，质量轻也是一个重要的有利条件。屋盖结构的质量轻，对抵抗地震作用有利。另一方面，质轻的屋盖结构对可变荷载的变动比较敏感，荷载超额的不利影响比较大。受有积灰荷载的结构如不注意及时清灰，可能会造成事故。风吸力可能造

成钢屋架的拉、压杆反号，设计时不能忽视。这在钢筋混凝土屋盖结构中是不会出现的。

（五）钢材耐腐蚀性差

钢材耐腐蚀的性能比较差，必须对结构注意防护。这使维护费用比钢筋混凝土

结构高。不过在没有侵蚀性介质的一般厂房中，构件经过彻底除锈并涂上合格的油漆，锈蚀问题并不严重。近年来出现的耐大气腐蚀的钢材具有较好的抗锈性能，已经逐步推广应用。

（六）钢材耐热但不耐火

钢材长期经受!&&’辐射热时，强度没有多大变化，具有一定的耐热性能，但温度

达!(&’以上时，就须用隔热层加以保护。钢材不耐火，重要的结构必须注意采取防

火措施。例如，利用蛭石板、蛭石喷涂层或石膏板等加以防护。

二、钢结构的应用范围

钢结构的合理应用范围不仅取决于钢结构本身的特性，还受到国民经济具体发

展情况的制约。解放以来，我国的钢产量有很大发展，!)$) 年全国钢产量只有十几万吨，!))* 年年产量已达到+&&& 万吨。但是我国社会主义现代化建设规模宏大，用钢__量与日俱增。所以，供需相比之下钢材仍然是比较短缺的。为了早日实现农业、工业、国防和科学技术的现代化，一方面要根据钢结构的特点，充分利用它为现代化建设服务，另一方面也要十分注意节约钢材。凡能用其它建筑材料合理进行建设的工程，就不要用钢结构。这就是说，决定是否采用钢结构时要有全局观点。

当前钢结构的适用范围，就民用建筑和工业企业范围来说，大致如下：

（一）大跨度结构

结构跨度越大，自重在全部荷载中所占比重也就越大，减轻自重可以获得明显的

经济效果。因此，钢结构强度高而质量轻的优点对于大跨结构特别突出。我国人民

大会堂的钢屋架、北京和上海等地体育馆的悬索结构和钢网架、陕西秦始皇墓陶俑陈列馆的三铰拱架都是大跨度屋盖的具体例子。大型体育馆屋盖结构的跨度已达

!!"#。在工业建筑中，大跨屋盖结构不断增多，除飞机装配车间（跨度一般在$"# 以上）外，化肥厂有跨度%" & $"# 的散装仓库，电机工业有跨度约%"#、高度约’"# 的大型试验室。今后随着现代化建设的进展，将会不断出现更多的大跨度结构。

（二）重型厂房结构

钢铁联合企业和重型机械制造业有许多车间属于重型厂房。所谓“重”，就是车

间里吊车的起重质量大（常在!"" 吨以上，有的达到’’" 吨），有的作业也经常繁重（(’小时运转）。这些车间的主要承重骨架往往全部或部分采用钢结构。新建的宝山钢

铁公司，主要厂房都是钢结构的。另外，有强烈辐射热的车间，也经常采用钢结构。（三）受动力荷载影响的结构

由于厂钢材具有良好的韧性，设有较大锻锤或产生动力作用等其它没备的厂房，

即使屋架跨度不很大，也往往用钢制成。对于抗震能力要求高的结构，用钢来做也是比较适宜的。

（四）可拆卸的结构

钢结构不仅质量轻，还可以用螺栓或其它便于拆装的手段来连接。需要搬迁的

结构，如建筑工地生产和生活用房的骨架，临时性展览馆等，钢结构最为适宜。钢筋

混凝土结构施工用的模板支架，现在也趋向于用工具式的钢桁架。

（五）高耸结构和高层建筑

高耸结构包括塔架和桅杆结构，如高压输电线路的塔架、广播和电视发射用的塔

架和桅杆等。广州和上海的电视塔高度分别为("" 和("% 米。!)** 年建成的北京环

境气象塔高+(% 米，是五层拉线的桅杆结构。高层建筑的骨架，也是钢结构应用范围的一个方面，目前北京和上海等地已在兴建+" 至%" 屋的宾馆、贸易中心一类的钢结构房屋。

（六）容器和其它构筑物

用钢板焊成的容器具有密封和耐高压的特点，广泛用于冶金、石油、化工企业中，

包括油罐、煤气罐、高炉、热风炉等。此外，经常使用的还有皮带通廊栈桥、管道支架、__钻井和采油塔架，以及海上采油平台等其它钢构筑物。

（七）轻型钢结构

钢结构质量轻不仅对大跨结构有利，对使用荷载特别轻的小跨结构也有优越性。

因为使用荷载特别轻时，小跨结构的自重也就成了一个重要因素。冷弯薄壁型钢屋

架在一定条件下的用钢量可以不超过钢筋混凝土屋架的用钢量。

以上指出的是除桥梁以外的钢结构适用范围的一般情况，具体问题还要结合具

体条件分析确定。例如，急需早日交付使用的重点工程，可以适当放宽钢结构的应用

范围以争取时间。在有侵蚀性介质的环境里如果要用钢结构，则应采用耐大气腐蚀

的钢种。

第二节钢结构的发展

钢结构是一种具有较大优势的建筑结构，近年来随着我国改革开放进程的加快

和钢材产量的不断提高，钢结构发展迅速，钢材的开发、计算的改进、新结构体系的应用等方面都有很大进展。

一、高强度钢材的研制开发

我国目前普遍采用的钢材有!"#$（屈服强度为%& ’ "#$() **"）、!#+$ 钢（屈服强

度为%& ’ #+$() **" ）、!#,- 钢（屈服强度为%& ’ #,-() **" ）和!+"-（屈服强度为

%&+"-() **"）。第一种钢材是普通碳素结构钢，后三种是低合金高强度结构钢。这四

种钢材均列入钢结构设计规范。其中!+"- 钢是新增加的钢种。采用高强度钢材可

用较少的材料作成高效的结构，对特大跨度结构、超高层建筑和高耸结构极为有利。

对于连接材料，配合高强度钢材的应用，钢结构设计规范也规定了与上述四种钢

材相匹配的.+# 型（%& ’ ##-() **"）、.$- 型（%& ’ +/-() **"）和.$$ 型（%& ’ ++-() **"）焊条。

高强度螺栓应用#$ 号钢、+$ 号钢（屈服强度%& ’ 00-() **"）经热处理后制成12 1

级螺栓，"-34567 钢（屈服强度%& ’ ,+-() **"）制成/-2 , 级螺栓。还有尚未列入规范

的021 级高强度螺栓也在高耸结构安装中普遍使用。

二、结构和构件计算的研究改进

现代钢结构已广泛应用新的计算技术和测试技术，对结构和构件进行深入计算

和测试，为了解结构和构件的实际工作提供了有利条件，先进的计算和测试技术决定

了材料的合理使用，从而保证了结构的安全，也增强了经济效益。

新的钢结构规范中，反映了多年以来的研究成果，这些成果也是当前工程设计中