钢结构的特点及应用范围

钢结构的特点及应用范围

摘要：在西方工业发达国家，钢结构已经被非常广泛地应用于各种建筑结构中。随着我国改革开放的日益深入，经济不断飞速发展，我国也开始较多地采用钢结构建筑。在我市“锦州华庭超市”工程率先采用了钢结构。本文浅谈它与传统的砖混结构及钢筋砼结构相比存在特点及其应用范围。

关键词：钢结构 结构特点 结构应用

1、 引言

新中国成立后，随着经济建设的发展，钢结构曾起过重要作用，如第一个五年计划期间，建设了一大批钢结构厂房、桥梁。但由于受到钢产量的制约，在其后的很长一段时间内，钢结构被限制使用在其他结构不能代替的重大工程项目中，在一定程度上，影响了钢结构的发展。随着我国国民经济的不断发展和科学技术的进步，以及钢结构在建筑中有很多优秀特点，钢结构在我国的应用范围也在不断扩大。

2、钢结构的特点

2.1 经济性

钢结构建筑采用先进的设计和加工工艺以及大规模的生产方式，所以可大大地降低造价。同时由于安装简单迅速而节省大量的施工费用，并使企业或开发商得以更快投产见效。

传统的钢筋混凝土建筑土建费用高，且工期较长，费用易受不可预料因素的影响，如自然灾害，冬季、雨季施工，材料价格上涨等等。

2.2施工进度

钢结构建筑能够快速地交货和安装，在合同签订后的四五个月内建筑物可望安装完成，且基本不受冬季施工的影响。

传统的钢筋混凝土结构施工速度较慢，工期可达8－10个月或更长。

2.3承载能力

钢材强度高，结构重量轻， 钢与砖石和混凝土相比，虽然密度较大，但强度更高，故其密度与强度的比值较小，承受同样荷载时，钢结构要比其他结构轻。例如，当跨度和荷载均相同时，钢屋架的重量仅为钢筋混凝土屋架的1/3～1/4，冷弯薄壁型钢屋架甚至接近1/10。为运输和吊装提供了方便。由于钢构件常较柔细，因此稳定问题比较突出，应给予充分注意。钢结构建筑重量通常仅相当于其设计承载能力的1/6，构件重量大大轻物钢筋混凝土构件。

传统的钢筋混凝土建筑，其结构本身的重量往往等于其设计承载能力，预制构件重，对吊装的设备要求较高。

2.4基础造价

钢结构建筑由于结构重量轻，柱底反力较小，从而节省大量的地基处理费用。 传统的钢筋混凝土建筑，由于本身结构自重复杂，因而基础处理较复杂。在不良土质情况下，结构总造价的一半以上要用于基础。

2.5抗震性

钢结构建筑在破坏前有较大的变形，易于觉察和躲避。同时，由于重量轻和节点力学特性，钢结构建筑具有好的抗震性能。

传统的钢筋混凝土建筑基于混凝土的材料特性，钢筋混凝土建筑与轻钢结构相比更易产生脆性破坏，且抗震性能要明显低于钢结构建筑。

2.6大空间及平面布置

钢结构建筑内部空间宽敞，最多可以达到60m的跨度。可较轻松地进行扩建和改建，可灵活布设各种工业管线。

传统的钢筋混凝土建筑跨度受限制，必须采用预应力等技术才能达到15m以上跨度，内部空间布置受限制，柱多，空间浪费大。建成后，较难改劝其结构。结构设计与其他专业配合较为复杂。

2.7移动性

钢结构建筑可采用螺栓连接，只需不多费用就可以很容易地被拆散、转移和易地组装，有很强的移动性。传统的钢筋混凝土建筑基本上不存在移动的可能性。

2.8、美观性

钢结构建筑诸如何网架结构等，具有较强烈的时代感和多变的外表，适于表达建筑师的想象。

传统的钢筋混凝土建筑，尤其是工业建筑，开工比较单一、呆板缺少变化。

2.9抗腐蚀性和耐火性

钢结构建筑如果长期暴露于空气或潮湿的环境中而未加有效的防护时，表面就会锈蚀。锈蚀就能引起应力集中，促使结构早期破坏。钢结构建筑耐热不耐火，由于钢材的特性，钢结构在450-650℃就会失去承载能力。一般未加保护的钢结构耐火性很低，就需要采取保护措施，从而大大增加费用。

传统的钢筋混凝土结构具有较强的抗腐蚀性和较强的耐火性。从这方面讲，钢筋混凝土结构建筑的经济性较好。

2.10钢结构的低温冷脆倾向

由厚钢板焊接而成的承受拉力和弯矩的构件及其连接节点，在低温下有脆性破坏的倾向，应引起足够的重视。

2.11钢材的可重复使用性

钢结构加工制造过程中产生的余料和碎屑，以及废弃和破坏了的钢结构或构件，均可回炉重新冶炼成钢材重复使用。因此钢材被称为绿色建筑材料或可持续发展的材料。

2.12良好的加工性能和焊接性能

钢材具有良好的冷热加工性能和焊接性能，便于在专业化的金属结构厂大批量生产出精度较高的构件，然后运至现场，进行工地拼接和吊装，既可保证质量，又可缩短施工周期。

3、钢结构的应用

3.1大跨结构

结构跨度越大，自重在荷载中所占的比例就越大，减轻结构的自重会带来明显的经济效益。钢材强度高结构重量轻的优势正好适合于大跨结构，因此钢结构在大跨空间结构和大跨桥梁结构中得到了广泛的应用。所采用的结构形式有空间桁架、网架、网壳、悬索（包括斜拉体系）、张弦梁、实腹或格构式拱架和框架等。

3.2工业厂房

吊车起重量较大或者其工作较繁重的车间的主要承重骨架多采用钢结构。另外，有强烈辐射热的车间，也经常采用钢结构。结构形式多为由钢屋架和阶形柱组成的门式刚架或排架，也有采用网架做屋盖的结构形式

3.3受动力荷载影响的结构

由于钢材具有良好的韧性，设有较大锻锤或产生动力作用的其他设备的厂房，即使屋架跨度不大，也往往由钢制成。对于抗震能力要求高的结构，采用钢结构也是比较适宜的。

3.4多层和高层建筑

由于钢结构的综合效益指标优良，近年来在多、高层民用建筑中也得到了广泛的应用。其结构形式主要有多层框架、框架－支撑结构、框筒、悬挂、巨型框架等。

3.5高耸结构

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、通信和电视发射用的塔架和桅杆、火箭（卫星）发射塔架等。

3.6可拆卸的结构

钢结构不仅重量轻，还可以用螺栓或其他便于拆装的手段来连接，因此非常适用于需要搬迁的结构，如建筑工地、油田和需野外作业的生产和生活用房的骨

架等。钢筋混凝土结构施工用的模板和支架，以及建筑施工用的脚手架等也大量采用钢材制作。

3.7容器和其他构筑物

冶金、石油、化工企业中大量采用钢板做成的容器结构，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、锅炉支架等其他钢构筑物，海上采油平台也大都采用钢结构。

3.8轻型钢结构

钢结构重量轻不仅对大跨结构有利，对屋面活荷载特别轻的小跨结构也有优越性。因为当屋面活荷载特别轻时，小跨结构的自重也成为一个重要因素。冷弯薄壁型钢屋架在一定条件下的用钢量可比钢筋混凝土屋架的用钢量还少。轻钢结构的结构形式有实腹变截面门式刚架、冷弯薄壁型钢结构（包括金属拱形波纹屋盖）以及钢管结构等。

4、 结束语

从以上几个方面的对比可以看出，钢混结构建筑比传统的钢筋混凝土建筑更具有优越性，尤其是在工业建筑方面。制约钢结构建筑发展的一个最主要原因是钢结构的防护和维修。对现有的工程，通过常规的方法，劳动强度将会非常繁重，但不易做到彻底除锈。相信随着我国经济的飞速发展和科学技术的不断进步，钢结构建筑将会更加广泛地被采用。今后发展的趋势钢结构建筑将会更加广泛地被采用。今后发展的趋势是钢结构建筑和钢筋混凝土建筑组成的一种新新型组合建筑，从而各自的优势，取得更好的效果。

参考文献

[1]陈绍蕃. 钢结构设计原理. 科学出版社，2000. 23-25.

[2]陈绍蕃.钢结构稳定设计指南. 中国建筑工业出版社，1995. .

[3]吴剑国. 网壳结构稳定性的可靠性研究. 博士论文，同济大学，2001.