淺談鋼結(jié)構(gòu)的特點及應(yīng)用范圍

摘要：在西方工業(yè)發(fā)達(dá)國家，鋼結(jié)構(gòu)已經(jīng)被非常廣泛地應(yīng)用于各種建筑結(jié)構(gòu)中。改革開放后，隨著經(jīng)濟不斷飛速發(fā)展，我國也開始較多地采用鋼結(jié)構(gòu)建筑。在我市“期貨大廈”“大連中心裕景”“大連地鐵站及體育館”等諸多工程采用了鋼結(jié)構(gòu)。本文淺談它與鋼筋砼結(jié)構(gòu)相比存在特點及其應(yīng)用范圍。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)特點結(jié)構(gòu)應(yīng)用

1、 引言

我國自1949年全國解放后，鋼結(jié)構(gòu)就在大跨重型工業(yè)廠房、大型公共建筑和高聳結(jié)構(gòu)中得到應(yīng)用。但由于受到鋼產(chǎn)量的制約，在其后的很長一段時間內(nèi)，鋼結(jié)構(gòu)被限制使用在其他結(jié)構(gòu)不能代替的重大工程項目中，在一定程度上，影響了鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展。隨著我國國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，以及鋼結(jié)構(gòu)在建筑中有很多優(yōu)秀特點，鋼結(jié)構(gòu)在我國的應(yīng)用范圍也在不斷擴大。

2、鋼結(jié)構(gòu)的特點

2.1 經(jīng)濟性

鋼結(jié)構(gòu)建筑采用先進(jìn)的設(shè)計和加工工藝以及大規(guī)模的機械化流水線生產(chǎn)作業(yè)方式，所以可大大地降低造價。同時由于安裝簡單迅速而節(jié)省大量的施工費用，并使企業(yè)或開發(fā)商得以更快投產(chǎn)見效。

傳統(tǒng)的鋼筋混凝土建筑土建費用高，且工期較長，易受不可預(yù)料因素的影響，如季節(jié)性施工，材料價格上漲等等。

2.2施工進(jìn)度

鋼結(jié)構(gòu)建筑適合流水線的批量生產(chǎn)，且加工及安裝基本不受冬季施工的影響。能夠快速地交貨和安裝，工程可短時間安裝完成。

傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)受到工序及季節(jié)性施工的制約，施工速度較慢。

2.3承載能力

鋼材強度高，結(jié)構(gòu)重量輕，鋼與磚石和混凝土相比，雖然密度較大，但強度更高，故其密度與強度的比值較小，承受同樣荷載時，鋼結(jié)構(gòu)要比其他結(jié)構(gòu)輕。例如，當(dāng)跨度和荷載均相同時，鋼屋架的重量僅為鋼筋混凝土屋架的1/3～1/4，冷彎薄壁型鋼屋架甚至接近1/10。為運輸和吊裝提供了方便。由于鋼構(gòu)件常較柔細(xì)，因此穩(wěn)定問題比較突出，應(yīng)給予充分注意。鋼結(jié)構(gòu)建筑重量通常僅相當(dāng)于其設(shè)計承載能力的1/6，構(gòu)件重量大大輕物鋼筋混凝土構(gòu)件。

傳統(tǒng)的鋼筋混凝土建筑，其結(jié)構(gòu)本身的重量往往等于其設(shè)計承載能力，預(yù)制構(gòu)件重，對吊裝的設(shè)備要求較高。

2.4基礎(chǔ)造價

鋼結(jié)構(gòu)建筑由于結(jié)構(gòu)重量輕，柱底反力較小，從而節(jié)省大量的地基處理費用。

傳統(tǒng)的鋼筋混凝土建筑，由于本身結(jié)構(gòu)自重復(fù)雜，因而基礎(chǔ)處理較復(fù)雜。在不良土質(zhì)情況下，基礎(chǔ)的造價甚至占到總造價的一半以上。

2.5抗震性

鋼結(jié)構(gòu)建筑在破壞前有較大的變形，易于覺察和躲避。同時，由于重量輕和節(jié)點力學(xué)特性，鋼結(jié)構(gòu)建筑具有好的抗震性能。

傳統(tǒng)的鋼筋混凝土建筑基于混凝土的材料特性，鋼筋混凝土建筑與輕鋼結(jié)構(gòu)相比更易產(chǎn)生脆性破壞，且抗震性能要明顯低于鋼結(jié)構(gòu)建筑。

2.6大空間及平面布置

鋼結(jié)構(gòu)建筑內(nèi)部空間寬敞，最多可以達(dá)到60米的跨度。可較輕松地進(jìn)行擴建和改建，可靈活布設(shè)各種工業(yè)管線。

傳統(tǒng)的鋼筋混凝土建筑跨度受限制，必須采用預(yù)應(yīng)力等技術(shù)才能達(dá)到15米以上跨度，內(nèi)部空間布置受限制，柱多，空間浪費大。建成后，較難改勸其結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)設(shè)計與其他專業(yè)配合較為復(fù)雜。

2.7移動性

鋼結(jié)構(gòu)建筑可采用螺栓連接，只需不多費用就可以很容易地被拆散、轉(zhuǎn)移和易地組裝，有很強的移動性。傳統(tǒng)的鋼筋混凝土建筑基本上不存在移動的可能性。

2.8美觀性

鋼結(jié)構(gòu)建筑諸如何網(wǎng)架結(jié)構(gòu)等，具有較強烈的時代感和多變的外表，適于表達(dá)建筑師的想象。

傳統(tǒng)的鋼筋混凝土建筑，尤其是工業(yè)建筑，開工比較單一、呆板缺少變化。

2.9抗腐蝕性和耐火性

鋼結(jié)構(gòu)建筑如果長期暴露于空氣或潮濕的環(huán)境中而未加有效的防護(hù)時，表面就會銹蝕。銹蝕就能引起應(yīng)力集中，促使結(jié)構(gòu)早期破壞。鋼結(jié)構(gòu)建筑耐熱不耐火，由于鋼材的特性，鋼結(jié)構(gòu)在450℃-650℃就會失去承載能力。一般未加保護(hù)的鋼結(jié)構(gòu)耐火性很低，就需要采取保護(hù)措施，從而大大增加費用。

傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有較強的抗腐蝕性和較強的耐火性。從這方面講，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建筑的經(jīng)濟性較好。

2.10鋼結(jié)構(gòu)的低溫冷脆傾向

由厚鋼板焊接而成的承受拉力和彎矩的構(gòu)件及其連接節(jié)點，在低溫下有脆性破壞的傾向，應(yīng)引起足夠的重視。

2.11鋼材的可重復(fù)使用性

鋼結(jié)構(gòu)加工制造過程中產(chǎn)生的余料和碎屑，以及廢棄和破壞了的鋼結(jié)構(gòu)或構(gòu)件，均可回爐重新冶煉成鋼材重復(fù)使用。因此鋼材被稱為綠色建筑材料或可持續(xù)發(fā)展的材料。

2.12良好的加工性能和焊接性能

鋼材具有良好的冷熱加工性能和焊接性能，便于在專業(yè)化的金屬結(jié)構(gòu)廠大批量生產(chǎn)出精度較高的構(gòu)件，然后運至現(xiàn)場，進(jìn)行工地拼接和吊裝，既可保證質(zhì)量，又可縮短施工周期。

3、鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

3.1大跨結(jié)構(gòu)

結(jié)構(gòu)跨度越大，自重在荷載中所占的比例就越大，減輕結(jié)構(gòu)的自重會帶來明顯的經(jīng)濟效益。鋼材強度高結(jié)構(gòu)重量輕的優(yōu)勢正好適合于大跨結(jié)構(gòu)，因此鋼結(jié)構(gòu)在大跨空間結(jié)構(gòu)和大跨橋梁結(jié)構(gòu)中得到了廣泛的應(yīng)用。所采用的結(jié)構(gòu)形式有空間桁架、網(wǎng)架、網(wǎng)殼、懸索（包括斜拉體系）、張弦梁、實腹或格構(gòu)式拱架和框架等。

3.2工業(yè)廠房

吊車起重量較大或者其工作較繁重的車間的主要承重骨架多采用鋼結(jié)構(gòu)。另外，有強烈輻射熱的車間，也經(jīng)常采用鋼結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)形式多為由鋼屋架和階形柱組成的門式剛架或排架，也有采用網(wǎng)架做屋蓋的結(jié)構(gòu)形式

3.3受動力荷載影響的結(jié)構(gòu)

由于鋼材具有良好的韌性，設(shè)有較大鍛錘或產(chǎn)生動力作用的其他設(shè)備的廠房，即使屋架跨度不大，也往往由鋼制成。對于抗震能力要求高的結(jié)構(gòu)，采用鋼結(jié)構(gòu)也是比較適宜的。

3.4多層和高層建筑

由于鋼結(jié)構(gòu)的綜合效益指標(biāo)優(yōu)良，近年來在多、高層民用建筑中也得到了廣泛的應(yīng)用。其結(jié)構(gòu)形式主要有多層框架、框架－支撐結(jié)構(gòu)、框筒、懸掛、巨型框架等。

3.5高聳結(jié)構(gòu)

高聳結(jié)構(gòu)包括塔架和桅桿結(jié)構(gòu)，如高壓輸電線路的塔架、廣播、通信和電視發(fā)射用的塔架和桅桿、火箭（衛(wèi)星）發(fā)射塔架等。

3.6可拆卸的結(jié)構(gòu)

鋼結(jié)構(gòu)不僅重量輕，還可以用螺栓或其他便于拆裝的手段來連接，因此非常適用于需要搬遷的結(jié)構(gòu)，如建筑工地、油田和需野外作業(yè)的生產(chǎn)和生活用房的骨架等。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工用的模板和支架，以及建筑施工用的腳手架等也大量采用鋼材制作。

3.7容器和其他構(gòu)筑物

冶金、石油、化工企業(yè)中大量采用鋼板做成的容器結(jié)構(gòu)，包括油罐、煤氣罐、高爐、熱風(fēng)爐等。此外，經(jīng)常使用的還有皮帶通廊棧橋、管道支架、鍋爐支架等其他鋼構(gòu)筑物，海上采油平臺也大都采用鋼結(jié)構(gòu)。

3.8輕型鋼結(jié)構(gòu)

鋼結(jié)構(gòu)重量輕不僅對大跨結(jié)構(gòu)有利，對屋面活荷載特別輕的小跨結(jié)構(gòu)也有優(yōu)越性。因為當(dāng)屋面活荷載特別輕時，小跨結(jié)構(gòu)的自重也成為一個重要因素。冷彎薄壁型鋼屋架在一定條件下的用鋼量可比鋼筋混凝土屋架的用鋼量還少。輕鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式有實腹變截面門式剛架、冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)（包括金屬拱形波紋屋蓋）以及鋼管結(jié)構(gòu)等。

4、結(jié)束語

從以上幾個方面的對比可以看出，鋼混結(jié)構(gòu)建筑比傳統(tǒng)的鋼筋混凝土建筑更具有優(yōu)越性，尤其是在工業(yè)建筑方面。我市“期貨大廈”“大連中心裕景”“大連地鐵站及體育館”都很好地證明鋼結(jié)構(gòu)越來越被人重視，越來越被人們所采用，充分體現(xiàn)了鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性。但是制約鋼結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展的一個最主要原因是鋼結(jié)構(gòu)的防護(hù)和維修。對現(xiàn)有的工程，通過常規(guī)的方法，勞動強度將會非常繁重，但不易做到徹底除銹。相信隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，鋼結(jié)構(gòu)建筑將會更加廣泛地被采用。今后發(fā)展的趨勢鋼結(jié)構(gòu)建筑將會更加廣泛地被采用。今后發(fā)展的趨勢是鋼結(jié)構(gòu)建筑和鋼筋混凝土建筑組成的一種新新型組合建筑，從而各自的優(yōu)勢，取得更好的效果。