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。