钢结构在建筑上应用

建筑钢结构

1．钢结构的材料优势

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。和混

凝土等其它材料的结构相比，钢结构具有诸多优势。首先，钢材的强度高，

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塑性和韧性好。强度高使其适用于跨度大或荷载很大的构件和结构，而塑性

和韧性好使这些结构对动力荷载的适应性较强，不会轻易因超载而突然断裂。

钢结构还具有良好的吸能能力和延性，这赋予了钢结构优越的抗震性能。其

次，钢材内部组织接近于匀质和各向同性，在一定的应力幅度内钢材的反应

几乎是完全弹性的，加之冶炼和轧制过程中材质波动的范围小，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，有助于提供设计施工的精

确性。

2．钢结构在建筑上的应用优势。

钢结构所具备的上述特点使其在建筑应用上具有砖混结构、混凝土结构

所没有的独特优势。首先，钢结构自重轻，且延性好，因此所建建筑的抗震

性能优良，因其总质量小，地震力效应相应也小，而其良好的延性也能对地

震效应起到缓冲作用。混凝土施工时管道一般需要在梁底通过，这样会占用

较大空间，使楼层净高减少。而使用钢结构可在梁腹板处开孔走管道，因此

建造相同的楼层高度，采用钢结构可达到提高层间净高的效果。此外，与传

统结构需要“肥梁胖柱”才能建造较大开间相比，由于钢结构轻质高强，因

此可以简单实现大跨与复杂几何结构，创造开放式住宅。其次，钢结构建筑

还有其地域应用优势。如钢结构施工速度快，对于冬季较长不利于施工的西

部地区而言其优势明显，在保证工期和施工质量的同时还可以减少因冬季施

工所带来的温度等方面的问题。

3 钢结构的不足

钢结构因其优势而得到广泛应用，近年来产生的钢结构住宅也促进了住

宅产业化的发展进程，尤其钢结构使用过程的环保性还符合社会可持续发展

的需要，带来了良好的综合效益。但钢材也存在其固有不足。比如钢材的耐腐

蚀性和耐火性较差，因此钢结构使用时需要进行较严格的防护，其防护时费用

高于钢筋混凝土结构。钢材虽有一定的耐热性，但在温度达150℃以上时，钢

结构需要加隔热层加以保护。钢材不耐火，重要的结构必须注意采取防火措施。

钢材的强度高，所做构件多数壁薄且截面较小，受压时为了在强度与稳定之间

取得最优，往往满足了稳定的要求，而使得强度不能充分发挥等。

二、建筑钢结构的稳定性设计

1．钢结构稳定性的概念

钢结构强度不够或失稳都会造成结构破坏，但是强度与稳定的概念并不

相同。钢结构的强度是一个应力问题，指结构或者单个构件在稳定平衡状态

下由荷载引起的最大应力(或内力)是否超过建筑材料的极限强度。钢材以其

屈服点作为极限强度。而稳定是一个变形问题，构件所受外部荷载与结构内

部抵抗力间是不稳定的，关键是找出这一不稳定的平衡状态，避免变形急剧

增长而发生失稳破坏。由于钢材的强度高，所做构件多数壁薄且截面较小，

工程建筑建设 2014年6月第6期(下)2014，June，NO．6(under

受压时为了在强度与稳定之间取得最优，往往满足了稳定的要求，而使得强

度不能充分发挥。例如轴压柱，当失稳时柱子会产生侧向挠度，导致柱中增

加很大的附加弯矩，从而使得远低于柱子轴压强度的破坏荷载即可产生破坏

性后果。此时，失稳是柱子破坏的主要原因，而非强度不够。因此，设计时

必须分清强度与稳定的界限与关系，充分考虑可能发生破坏的本质原因。

2．钢结构稳定性设计要点

在符合钢结构设计的一般原则前提下，要保证钢结构的稳定性 还需满

足以下条件。

(1)宰f9结构布置必须从体系和各组成部分的稳定性要求整体考虑目前钢

结构大多是按照平面体系进行设计，如桁架和框架。保证平面结构不出现平

面外失稳，要求平面结构构件的平面稳定计算需与结构布置相一致，如增加

必要的支撑构件等。

(2)实用计算方法所依据的简图与结构计算简图保持一致单层或多层框

架结构设计框架稳定分析通常是省略了的，只进行框架柱的稳定计算。由于

框架各柱的杆件稳定计算的常用方法、稳定参数等是依据一定的简化典型情

况或假设者得出的，网此设计者要能保证所有的条件符合假设时才能应用。

三、建筑钢结构厂房设计中应注意的问题

1．钢结构的腐蚀及防腐

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。因此，做好防腐 I 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150 m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160¨m。

2．钢材及连接材料的选择

钢结构的主体材料就是钢材，选用钢材应具有较高的质量，既承受静力荷

载又承受动力荷载。根据规范，承重结构的钢材宜采用Q345钢、Q39O钢和

Q42O钢，保证在抗拉强度、伸长率、屈服强度含量等方面满足要求。对受拉

和受弯的钢材应防止钢材产生断裂。与非焊接结构钢材相比，焊接结构钢材

的质量要求更高。对处于较低温度环境下的焊接钢结构，应选用化学成分和

力学性能质量较好的钢材。焊接结构和非焊接结构在不同的工作温度下所使

用的不同的钢材质量等级。