钢结构建筑特点及应用

浅谈钢结构建筑的特点及应用

【摘要】结合钢结构的稳定性、使用的轻质材料、施工条件及钢建筑的潜在危险等因素，通过一些实例对钢结构稳定的设计进行论述。

【关键词】钢结构，建筑特点，建筑应用

以钢结构为主体的建筑是现代空间结构发展的主流，随着我国经济的高速发展，各种钢体工程建筑相继建设而成。钢体建筑已成为推动我国建筑行业快速发展的新型坐标。探讨现代钢建筑的特点及应用表现出了重要的意义和价值。

1.钢结构建筑的发展历史

最早在建造房屋中使用钢结构的国家可以追溯到18世纪末的英国，100年后法国工程师埃菲尔建造了著名的铁塔，人们也开始尝试建造钢结构的独户住宅，从此钢结构建筑彻底改变了以往建筑造型的模式，建筑设计的理念与方法亦随之改变。早期的钢结构仅是部分构件、配件用铸铁、熟铁制成，到了19世纪80年代结构型钢的出现加快了钢结构在建筑工程中的发展，使钢结构建筑在20世纪60年代实现了其第二次理论和实践的飞跃与创新的发展。近20年来，钢结构更加广泛地应用于土木工程的公共建筑中，我国目前不仅能生产各种类型的建筑钢材，同时钢材生产的新技术、新工艺、新产品也日益增多，如彩钢压型板、彩钢复合板、彩钢扣板、拱形厂房及彩钢制品等的生产，使建筑结构充满现代化时代气息，实践证明钢结构建筑在我国更具有广阔的发展前景，值得探讨和商榷。

2. 钢结构的种类

2.1 主钢结构钢结构建筑材料中分为轻钢结构和主钢结构两大类。轻钢结构的主要产品是单层大跨度系列,主钢结构系统多为多层重钢结构产品。现代化建筑的大型体育场馆. 车站码头. 大型工业厂房建设中常用的经济适用单跨在20~40m 之间, 钢柱间距在

10~20m之间。主钢结构由柱和梁组成。其材料一般采用16m钢为主,也有采用q235 号钢的,由腹板和翼板拼焊为‘h’型柱和梁。根据跨度荷载的不同, 其主钢结构的腹板厚一般为5~8mm, 翼板厚度一般为9~15mm.

2.2次钢结构.次钢结构主要是指围梁.支撑杆.连接件等。次钢结构是含钢量一般为7~8kg/㎡.一般的支撑杆件用圆钢作材料,特

殊的支撑杆件采用主钢结构的‘h’型钢结构形式。钢结构建筑的围护结构由屋面内、外板,墙面内、外板以及相关的保温材料组成。屋面板和墙面板由0.47~0.6mm 的镀铝锌板压制成型,要求它的屈

应力达到550mpa,对保温材料的要求很高,其材料一般由国外进口

3. 钢结构在住宅建筑中应用的优势

3.1是钢结构住宅功能区间布置合理。利用钢材的抗压、抗侧弯强度均比混凝土高的特点，设计可采用大开间布置，使建筑平面能够合理分隔，灵活方便，创造开放式住宅。改变了传统结构中由于材质限制了空间布置的自由，往往出现板厚、梁高、柱大的“飞梁胖柱’现象。从而增大住宅的有效空间，可以提高使用面积率5％一8％，同时增加了建筑物的抗震能力。

3.2是自重轻，施工方便且工期短。采用轻型钢结构体系，比混凝土用量降低50％，房屋整体重量比混凝土建筑重量下降75％。钢结构构件可以实行工厂化生产、现场安装，不需要现场绑扎钢筋，不需要制作模板。楼板现浇混凝土时，不需要临时支撑，这样，可大大地加快施工现场的拼装速度。据统计，同样面积的建筑物，钢结构比混凝土工期可缩短三分之一。对于轻型房屋，钢结构体系的建设周期可比传统结构模式缩短50—70％，可以大大缩短投资资金的占用周期，提高资金的使用效率。

4.钢结构建筑设计与技术表现

4.1钢结构建筑设计的技术表现。建筑形象的构思是一个概念形象的创作过程，是建筑创作的难点之一，也是建筑设计中备受关注的核心问题之一。回顾工业革命以来建筑与科学技术关系的发展，可以明显地发现建筑对技术变革反应的迟滞性，这从一个侧面反映了建筑学在社会文化当中的深层地位，以及建筑学与人的生活方式的密切联系。另外现代方兴未艾的信息革命正在广泛地渗透并涉及社会活动的每个领域，使现代科学思维被融人到建筑设计中，新项目的规划、建筑和景观设计方法发生了巨大的变化。建筑设计的宗旨也从单纯地追求美发展到追求问题的合理解决，从根本上改变了人们以往对建筑的认识和设计方式，并最终影响了人类千百年来形成的传统建筑观，如高技派建筑就是主要代表，以其精致的节点和精细的加工来体现高超的技艺，以更高的工艺水平来设计和“制造”建筑。

4.2钢结构建筑细部设计有较高要求。钢结构建筑设计的复杂化与精致度要求越高，对细部设计的要求也越高。因为细部设计决定一个地方最终是否得到确认及其质量。在现代钢结构建筑中，各种金属结构杆件，连接金属杆件的节点细部，常常暴露在外，使建筑带有强烈的科技感，对钢结构建筑来说细部质量保持较高的设计要求是非常重要的，在钢结构建筑中应受到特别重视。

5.钢结构的一些潜在危险

5.1耐火性能差

钢材本身不燃烧，却不耐高温，其机械性能如屈服点、弹性模量、抗压强度、荷载能力等均会因温度的升高而急剧下降。据理论计算，全负荷钢构失去静态平衡稳定性的临界温度为540摄氏度。而且钢构件由单一材料组成，导热系数大(是混凝土的40倍)，在高温作用下，热量会迅速传导至内部，温升快，科学实验和火灾实例均表明，裸露钢构的耐火时间仅15分钟。

5.2跨度大、空间大，火灾蔓延迅速跨度大、空间大是钢结构建筑的显著特点，而且大部分钢结构建筑无明显有效的防火分隔，门窗多，内部空气流通好，可燃物料多，一旦发生火灾，热辐射强，烟雾浓，燃烧猛烈，在强大热气流的作用下，火势迅速向垂直、水平方向蔓延，形成大面积火灾。

5.3整体连接性强，易变形倒塌钢结构作为承重构件，在火灾状态下，遇高温受热膨胀，强度降低，再遇冷水急剧收缩，脆性增强i

极易失去支撑作用。由于钢结构整体连接性强，只要局部遭到破坏，，就能形成建筑物的整体坍塌和毁灭。

5.4大气腐蚀钢结构的大气腐蚀主要是由空气中的水和氧气等的化学和电化学作用引起的。大气中水汽形成金属表层的电解液层，而空气中的氧溶于其中作为阴极去极剂，二者与钢构件形成了一个基本的腐蚀原电池。当大气腐蚀在钢构件表面形成锈层后，腐蚀产物会影响大气腐蚀的电极反应。

5.5局部腐蚀局部腐蚀是钢结构最常见的破坏形态，主要包括电偶腐蚀、缝隙腐蚀。电偶腐蚀主要发生在钢结构不同金属组合或者连接处，其中电位较负的金属腐蚀速度较大，而电位较正的金属受到保护，两种金属构成了腐蚀原电池。缝隙腐蚀主要在钢结构不同结构件之间、钢构件与非金属之间存在的表面缝隙处，当缝隙宽度窄到可以使得液体在缝内停滞时发生，钢结构的缝隙腐蚀最敏感的缝宽为0．025—0．1mm。

5.6应力腐蚀即在某一特定的介质中，钢结构不受到应力作用时腐蚀甚微，但是受到拉伸应力后，经过一段时间构件会发生突然断裂。由于这种应力腐蚀断裂事先没有明显的征兆，所以往往造成灾难性后果，如桥梁坍塌、管道泄漏、建筑物倒塌等，带来巨大的经济和人员伤亡。

总之，钢结构建筑符合国家的建筑目标，符合可持续发展的战略，并对保护耕地，提高城市建设水平有较大的作用。

参考文献