钢结构在建筑工程中的应用.docx
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钢结构在建筑工程中的应用
目录
引言1
1.钢结构的特点2
1.1钢结构的主要优点2
1.2钢结构的缺点4
2.国内外钢结构应用的概况5
2.1我国钢结构发展5
2.2钢结构厂房6
2.2.1钢结构厂房概念6
2.2.2门式刚架7
2.2.3门式刚架的结构形式8
2.2.4建筑尺寸9
2.2.5结构平面布置10
结语11
钢结构在建筑工程中的应用
引言
钢结构因具有建筑功能区分的可变性强、房屋自重轻、抗震性能优越、生产自动化施工装配化程度高和造价低综合经济效益好等优点,已经广泛的应用在了建筑行业。
钢结构已经被许多欧美国家广泛的采用,其作为一种建筑材料,正在逐步的取代其他建筑材料,成为建筑材料的主体。
随着国民经济的快速发展及人民生活水平的日益提高,钢结构的发展也日趋完善,但是,我国对钢结构的研究还处于初级阶段,研究力度还不够,推广和应用钢结构还需要解决一系列的问题。
本文对钢结构在建筑工程中的应用进行了详细的分析,阐述了钢结构的特点、钢结构厂房的的设计,并对钢结构在建筑工程中的应用价值进行论述和评价。
通过对本论题的研究,使我们对钢结构的发展有了进一步的认识,从而使钢结构在我国得到更好更快的发展。
1.钢结构的特点
1.1钢结构的主要优点
钢结构是由型钢和钢板通过焊接、螺栓连接或铆接而制成的工程结构。
钢结构主要是由钢板、热轧型钢、薄壁型钢和钢管等构件中组合而成的结构,是土木工程的主要形式之一。
目前,钢结构在房屋建筑、地下建筑和桥梁等工程中都得到了广泛的采用,这是因为钢结构与其他材料相比具有如下优点:
(1)建筑钢材强度高,塑性和韧性好。
强度高,钢与混凝土、木材相比,虽然密度较大,但是其强度较混凝土和木材要高的多,其密度与强度的比值一般比混凝土和木材小,因此在同样受力的情况下,钢结构与混凝土和木结构相比,构件较小,质量较轻。
适用于建造跨度大、高度高和承载重的结构;塑性好,钢结构在一般条件下不会因为超载而突然断裂,只会增大变形,故容易被发现,能及时进行补救。
此外,还能将局部高峰应力冲分配,时应力变化趋于平缓;韧性好,适宜在动力荷载下工作,因此在地震区采用钢结构较为有利。
(2)钢结构质量轻。
钢结构密度大,强度高,但做成结构却比较轻。
以同样的跨度
(3)承受同样的荷载,钢屋架的质量最多不过为钢筋混凝土屋架的1/4~/-1/3。
(4)工业化程度高,工期短,快捷。
钢结构受环境影响小,其所用的材料皆可由专业化的金属结构厂轧制成各种型材,加工制作简便,准确度和精密度高。
制造成的构件可运到现场拼装,采用焊接或螺栓连接。
因构件较轻,故安装方便,施工机械化程度高,工期短,为降低造价、投资经济效益创造了条件。
(5)抗震性能好。
钢结构由于自重轻和结构体系相对柔软,所以受到的地震作用较小,钢材又具有较高的抗拉和抗压强度以及较好的塑性和韧性,因此在国内外的历次的地震中,钢结构是损坏最轻的钢结构,已经被公认为是抗震设防地区特别是强震区的最合适的结构,这一点从美国、日本、台湾等地震中也可以得到证明。
(6)耐热性较好。
温度在200℃以内,钢材性质变化很小,当温度达到300℃以上时,强度逐渐下降,600℃时,强度几乎为零。
因此,钢结构可用于温度不高于200℃的场合。
在有特殊防火要求的建筑中,钢结构必须采用保护措施。
1.2钢结构的缺点
钢结构的缺点对工程的影响主要表现在以下几个方面:
(1)耐腐蚀性差。
钢材在潮湿的环境中,特别是在处于有腐蚀性介质的环境中容易锈蚀。
因此,新建造的钢结构应定期刷涂料加以保护,围护费用较高。
目前国内外正在发展各种高性能的涂料和不易锈蚀的耐候钢,钢结构耐锈蚀性的问题有望得到解决。
(2)耐火性差。
钢结构的耐火性较差,在火灾中,未加防护的钢结构一般只能维持20分部钟左右。
因此在需要防火时,应采取防火措施,如在钢结构外面包混凝土或者其他防护材料,或在构件表面喷涂防火涂料等。
(3)钢结构在低温条件下可能发生脆性断裂。
钢结构在低温和某些条件下,可能发生脆性断裂,还有厚板的层状撕裂等,这些都是要特别注意的。
(4)易失稳。
钢结构的失稳分为两类:
整体失稳和局部失稳。
整体失稳大多数是由局部失稳造成的,当受压部位或受弯部位的长细比超过允许值时,会失去稳定。
它受很多客观因素的影响,如荷载变化、钢材的初始缺陷、支撑情况的不同等。
2.国内外钢结构应用的概况
2.1我国钢结构发展
钢结构工程是在钢材制作为主的结构,是主要的建筑结构类型之一,也是现代建筑中最普通的结构形式之一。
我国是最早用铁制造承重结构的国家,远在秦始皇时代(公元246-219),就已经用铁做简单的承重结构,而西方国家在17世纪才开始使用金属承重结构。
公元3-6世纪,聪明勤劳的我国人民就用铁链修建了铁索悬桥,著名的四川泸定大渡河铁索桥,云南的元江桥和贵州的盘江桥等是我国早期铁体承重结构的例子。
我国虽然早期在铁结构方面有卓越的成就,但由于2000多年的封建制度的束缚,科学部发达,因此长期停留在铁制建筑物的水平。
直到19世纪末,我国材开始采用现代化钢结构。
新中国成立后,钢结构的应用有了很大的发展,不论在数量上或质量上都远远的超过的过去。
在设计、制造和安装等技术方面都达到了较高的水平,掌握了各种复杂的建筑物的设计和施工技术,在全国各地已经建造了许多规模巨大而且结构复杂的钢结构厂房、大跨度结构民用建筑及铁路桥梁等,我国的人民大会堂钢屋架,北京和上海等地的体育馆的钢网架,陕西秦始皇兵马俑陈列管的三绞钢拱架和北京的鸟巢等。
目前,我国钢产量虽然跃居首位,但是与发达国家相比在许多方面还存在明显的差距,因此为了进一步推动我国建筑钢结构的进一步发展和应用,我们急需了解国外建筑钢结构的应用概况。
我国的建筑用钢总量约占全部钢产量的20%-25%,而工业发达的国家则占30%以上。
如美国和日本该项指标均以超过50%,而且轻钢建筑在一些发达国家已经被广泛的应用于工厂、仓库、体育馆、展览管、超市等建筑,所以我们也要加快前进的步伐。
2.2钢结构厂房
2.2.1钢结构厂房概念
单层工业厂房钢结构组成一般有:
屋架、桁架、檩条、支撑(水平支撑、系杆、柱间支撑、隅撑)、钢柱、门梁、墙梁、抗风柱、屋面板等组成。
常用的钢材承重钢结构宜采用现行国家标准《碳素结构钢》GB/T700-1988中的Q235钢和《低合金高强度钢》GB/T1591-1994中的Q345、Q390和Q420钢。
当采用其他牌号的钢材时,尚应符合相应的有关标准的规定和要求;连接材料有焊接焊条、螺栓(普通螺栓、高强螺栓)、锚栓和铆钉。
2.2.2门式刚架
门式刚架的特点:
门式刚架结构是梁、柱单元构件的结合体,其形式多种多样,在单层工业与民用房屋的钢结构中,应用较多的为单跨、双跨或多跨的单、双坡门式刚架。
其结构有以下特点:
采用轻型屋面,不仅可减少梁柱截面尺寸,基础也相应减少。
在多跨建筑中可做成一个屋脊的大双坡屋面,为长坡面排水创造了条件。
设中间柱可减少横梁的跨度,从而降低造价。
中间柱采用钢管制作的上下铰接摇摆柱,占空间小。
刚架的侧向刚度籍檩条的隅撑保证,省去纵向刚性构件,并减少翼缘跨度。
刚架可采用变截面,截面与弯矩成正比;变截面时根据需要可改变腹板的高度和厚度及翼缘的宽度,做到材尽其用。
刚架的腹板可按有效宽度设计,即允许部分腹板失稳,并可利用其屈曲后强度。
竖向荷载通常是设计的控制荷载,但当风荷载较大或房屋较高时,风荷载的作用不应忽视。
在轻屋面门式刚架中,地震作用一般不起控制作用。
支撑可做得较轻便。
将其直接或用水平节点板连接在腹板上,可采用张紧的圆钢。
结构构件可全部在工厂制作,工业化程度高。
构件单元可根据运输条件划分,单元之间在现场用螺栓相连,安装方便快速,土建施工量小。
2.2.3门式刚架的结构形式
门式刚架的形式是多种多样的。
按构件体系分,有实腹式与格构式;按截面形式分,有等截面和变截面;按结构选材分,有普通型钢、薄壁型钢和钢管。
实腹式钢架的截面一般为工字形;格构式钢架的截面为矩形或三角形。
门式刚架的柱与横梁为刚接,柱脚与基础宜采用铰接;当水平荷载较大,檐口标高较高或刚度要求较高时,柱脚与基础可采用刚接。
变截面与等截面相比,前者可以适应弯矩变化,节约材料,但是在构造连接及加工制造方面,不如等截面方便,故当刚架跨度较大或房屋较高时才设计成变截面。
2.2.4建筑尺寸
门式刚架轻型房屋钢结构的尺寸应符合下列规定:
门式刚架的跨度,应取横向刚架柱轴线间的距离;
门式刚架的高度,应取地坪至柱轴线与横梁轴线交点的高度。
门式刚架的高度应根据使用要求的室内净高确定。
有吊车的厂房应根据轨顶标高和吊车净空要求确定。
柱的轴线可取通过柱下端截面中心的竖向轴线;工业建筑边柱的定位轴线宜取柱皮外。
门式刚架轻型房屋的檐口高度,应取地坪至房屋外侧檩条上缘的高度。
门式刚架的轻型房屋的最大高度,应取地坪至房屋外侧檩条上缘的高度;最大宽度应取房屋侧墙墙梁外皮之间的距离;长度应取房屋两端山墙墙梁外皮之间的距离。
门式刚架轻型屋面坡度宜取1/8—1/20,在雨水较多的地区可以取其中较大值。
门式刚架的跨度宜为9—36m,以3为模数,必要时可采用非模数跨度。
当边柱宽度不等时其外侧应对齐。
门式刚架的高度宜为4.5—9.0m,必要时可适当的加大,其间距,即柱网轴线在纵向的距离宜为6m,亦可采用7.5m或9m,最大可采用12m;当跨度较小时,也可采用4.5m。
挑檐长度可根据使用要求确定,宜为0.5—1.2m,其上翼缘坡度与横梁坡度相同。
2.2.5结构平面布置
伸缩缝:
门式刚架轻型房屋的维护结构采用压型钢板时,其温度分区与传统建筑相比可以放宽,其温度区段长度(伸缩缝间距),应符合下列规定:
纵向温度区段≤300mm,横向温度区段>150mm。
结语
钢结构的发展前景十分让人看好,从世界范围来讲也好,从我们中国来说也好,应该是一种趋势,是建筑的发展方向。
因为钢结构具有很多钢筋混凝土结构所无法比拟的优点,已被公认为绿色环保型产品,符合可持续发展的政策。
近两三年来,住宅钢结构的发展也成了业内的热点话题。
通过对钢结构产业的进一步研究,对不利因素进行改善,相信不久的将来,钢结构产业必然会给建筑行业带来一场深层次的改革。
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