簡(jiǎn)述鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其發(fā)展前景

付佳樂(lè)　洪翔宇　但唐坤　黃武福

摘 要：改革開(kāi)放以來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅猛發(fā)展，土地資源日益寶貴，建筑結(jié)構(gòu)向高層以及超高層發(fā)展。鋼結(jié)構(gòu)則以其諸多優(yōu)點(diǎn)在我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)中占據(jù)了突出地位。以后隨著鋼材強(qiáng)度、質(zhì)量的進(jìn)一步提高，鋼結(jié)構(gòu)在未來(lái)建設(shè)中的應(yīng)用范圍將會(huì)更加寬廣。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；特點(diǎn)；前景

1引言

鋼結(jié)構(gòu)是采用鋼板、型鋼通過(guò)型鋼連接而成的結(jié)構(gòu)，其延塑性好，強(qiáng)度也比較高，抗震性能良好。另外，鋼結(jié)構(gòu)主要以鋼材為材料，而鋼材具有可回收性，因此大大減少了建筑垃圾的產(chǎn)生，符合我國(guó)當(dāng)代可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)。鋼結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生為行業(yè)發(fā)展引進(jìn)了新的思路，有望成為未來(lái)高層建筑的主要結(jié)構(gòu)形式。

2鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)

2.1鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)

2.1.1鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度高，塑性以及韌性好。與混凝土結(jié)構(gòu)以及磚石結(jié)構(gòu)相比，由于其所用鋼構(gòu)件均可由廠(chǎng)家預(yù)制，有效的保證了各構(gòu)件的質(zhì)量，因此鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度較高，也更加適用于大跨度結(jié)構(gòu)。在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，取鋼材的屈服狀態(tài)為極限狀態(tài)，因此實(shí)際上鋼材還有較高的強(qiáng)度儲(chǔ)備，其安全性更好。鋼材優(yōu)秀的韌性性能也使得鋼結(jié)構(gòu)在承受動(dòng)力荷載時(shí)可以產(chǎn)生較為充足的變形以消耗沖擊荷載所產(chǎn)生的能量，因此鋼結(jié)構(gòu)的抗震性能要明顯由于混凝土結(jié)構(gòu)和磚石結(jié)構(gòu)等。

2.1.2鋼結(jié)構(gòu)密閉性好、造型美觀(guān)，適合工業(yè)化生產(chǎn)。焊接是鋼結(jié)構(gòu)連接的主要方式，隨著焊接技術(shù)的發(fā)展，焊縫處理越來(lái)越好，可以做到鋼結(jié)構(gòu)件的完全密閉，因此對(duì)于密閉要求較高的結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)是其優(yōu)先選擇的結(jié)構(gòu)形式。由于鋼材的塑形，在制作過(guò)程中比較容易制造出各種體型的鋼構(gòu)件，設(shè)計(jì)時(shí)可以較容易的豐富建筑立面，達(dá)到建筑物設(shè)計(jì)美觀(guān)的要求。鋼結(jié)構(gòu)所用構(gòu)件均為工廠(chǎng)預(yù)制然后現(xiàn)場(chǎng)裝配的，因此鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)工業(yè)化程度更高，施工進(jìn)度更快，更加適合現(xiàn)在快速施工的建設(shè)客觀(guān)要求。

2.1.3鋼結(jié)構(gòu)自重輕，材料可回收性好。與其他建筑材料相比，鋼材密度相對(duì)較大，但是由于其強(qiáng)度要遠(yuǎn)高于混凝土、磚石材料，所以，鋼結(jié)構(gòu)的自重要小。同等高度的建筑物，鋼結(jié)構(gòu)的自重約為混凝土高度的1/2—3/5，且鋼結(jié)構(gòu)的截面要小，可以節(jié)省建筑空間。另外，由于鋼結(jié)構(gòu)主要原料為鋼材，鋼材的可降解性好而且可以回收利用，因此鋼結(jié)構(gòu)對(duì)于材料的利用率更高，效果更好，更環(huán)保。

2.2鋼結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)

2.2.1耐火性很差。盡管鋼材不是可燃材料，但是由于溫度對(duì)鋼材強(qiáng)度影響很大，因此鋼材耐火性很差。以失去支持能力為標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)保護(hù)層時(shí)鋼柱和鋼屋架的耐火極限只有15min。當(dāng)溫度超過(guò)600℃時(shí)可以認(rèn)為鋼材已經(jīng)失去了承載能力。因此當(dāng)鋼材表面在施工或者使用過(guò)程中溫度過(guò)高時(shí)需要按照相關(guān)的規(guī)范進(jìn)行保護(hù)處理。

2.2.2失穩(wěn)和變形過(guò)大造成破壞。鋼結(jié)構(gòu)自重輕的實(shí)現(xiàn)是因?yàn)樵O(shè)計(jì)過(guò)程中考慮鋼材的高強(qiáng)度，可以使其截面適當(dāng)?shù)男《冶　５菍?duì)于受壓桿件而言，一般情況下都會(huì)在其強(qiáng)度破壞之前發(fā)生屈曲。一旦變形過(guò)大，構(gòu)件就會(huì)失穩(wěn)破壞。因此在設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮長(zhǎng)細(xì)比對(duì)構(gòu)件的影響，增強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，使其強(qiáng)度得以充分利用。

2.2.3鋼結(jié)構(gòu)耐腐蝕性差。鋼材的腐蝕既受到其自身材質(zhì)影響，也受到環(huán)境介質(zhì)的作用。當(dāng)混凝土的含堿度降低時(shí)，混凝土對(duì)鋼筋的保護(hù)作用減弱，鋼筋更容易腐蝕。因此，處于強(qiáng)腐蝕性環(huán)境中的建筑物應(yīng)盡量避免采用鋼結(jié)構(gòu)。

3鋼結(jié)構(gòu)的主要應(yīng)用

3.1高層及超高層鋼結(jié)構(gòu)

隨著建筑規(guī)模的擴(kuò)大，建筑高度越來(lái)越高。減小結(jié)構(gòu)自重在高層以及超高層設(shè)計(jì)中十分必要。鋼結(jié)構(gòu)以其自重小、強(qiáng)度高、桁架結(jié)構(gòu)等受力合理等優(yōu)點(diǎn)成為高層、超高層建設(shè)中的主要結(jié)構(gòu)形式。鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)的提出更使建筑可能高度進(jìn)一步提高且其安全性能更好。

3.2輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅

輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅具有自重輕、跨度大等一般鋼結(jié)構(gòu)建筑物擁有的優(yōu)點(diǎn)。另外，它的空間布置更加靈活，易于滿(mǎn)足房間的使用要求。

3.3大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)

對(duì)于諸如大型體育場(chǎng)等對(duì)房間大空間要求較高的建筑物，在大空間內(nèi)不允許構(gòu)造柱的出現(xiàn)，使用單一的混凝土結(jié)構(gòu)已經(jīng)很難滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。這種情況下，采用網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的大跨度鋼結(jié)構(gòu)則可以很好地實(shí)現(xiàn)這種大使用空間的要求。

3.4橋梁鋼結(jié)構(gòu)

交通建設(shè)在我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中占據(jù)重要地位，鋼結(jié)構(gòu)自重小、強(qiáng)度高的特點(diǎn)非常適合大跨度橋梁的建設(shè)。鋼構(gòu)橋在現(xiàn)代橋梁建設(shè)中已經(jīng)占據(jù)了重要的地位。南京長(zhǎng)江第二大橋的建成展示了我國(guó)斜拉橋建設(shè)的成果。其主跨長(zhǎng)達(dá)628m，顯示了鋼結(jié)構(gòu)在橋梁建設(shè)中極強(qiáng)的適用性。

4鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展前景

鋼結(jié)構(gòu)在我國(guó)已經(jīng)有了相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間，以鋼結(jié)構(gòu)為主要形式的建筑物也已經(jīng)建成了很多。在此過(guò)程中，我國(guó)建立了很多規(guī)范，關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)的研究也在不斷進(jìn)行。從各方面來(lái)看，鋼結(jié)構(gòu)在未來(lái)有望成為主要的結(jié)構(gòu)形式。

4.1從鋼結(jié)構(gòu)的計(jì)算理論上來(lái)看

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)從最初的古典理論到現(xiàn)在的按極限強(qiáng)度設(shè)計(jì)理論，其設(shè)計(jì)方法越來(lái)越精確合理，基于概率論的分析也可以使設(shè)計(jì)方案更加優(yōu)化。雖然對(duì)于體系的可靠度、疲勞計(jì)算等問(wèn)題仍有待解決，但隨著有限元等先進(jìn)分析方法的提出和優(yōu)化，這些問(wèn)題終將解決。

4.2從設(shè)計(jì)人才方面來(lái)看

鋼結(jié)構(gòu)已經(jīng)發(fā)展了較長(zhǎng)的一段時(shí)間。其間，越來(lái)越多的人投入到鋼結(jié)構(gòu)的建設(shè)中去，積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的講授也在各大高校進(jìn)行。在未來(lái)，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并不缺乏人才，有望使得鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)理論更加完善。

4.3從我國(guó)鋼鐵產(chǎn)業(yè)來(lái)看

我國(guó)的鋼鐵產(chǎn)量世界領(lǐng)先，鋼材仍是我國(guó)的基礎(chǔ)建設(shè)材料。因此鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)原料充足，而且鋼材可回收，是綠色能源，符合我國(guó)的發(fā)展戰(zhàn)略。

5結(jié)語(yǔ)

鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)并存，但是充分利用其優(yōu)點(diǎn)就會(huì)節(jié)省建筑成本，贏得巨大的經(jīng)濟(jì)效益。鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)會(huì)逐漸完善，有望成為主要的結(jié)構(gòu)形式。

參考文獻(xiàn)：

[1]蘇秀玲，張良艷.鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)及發(fā)展前景[J].研究與探討，2011，12：281

[2]肖亞明.我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展現(xiàn)狀及前景[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，2：112

（作者單位：武漢科技大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院）