一、钢结构的特点
建筑型钢通常指热轧成型的角钢、槽钢、工字钢、H型钢和钢管等。由其构件构成承重结构的建筑称型钢结构建筑。另外由薄钢板冷轧成型的、卷边或不卷边的L形、U形、Z形和管形等薄壁型钢,以及其与小型钢材如角钢、钢筋等制成的构件所形成的承重结构建筑,一般称轻型钢结构建筑。还有采用钢索的悬索结构建筑等,也属于钢结构建筑。
钢结构具有以下主要优点:
(1)材料强度高,自重轻,塑性和韧性好,材质均匀;
(2)便于工厂生产和机械化施工,便于拆卸,施工工期短;
(3)具有优越的抗震性能;
(4)无污染、可再生、节能、安全,符合建筑可持续发展的原则,可以说钢结构的发展是21世纪建筑文明的体现。
钢结构的缺点是易腐蚀,需经常油漆维护,故维护费用较高。钢结构的耐火性差,当温度达到250℃时,钢结构的材质将会发生较大变化;当温度达到500℃时,结构会瞬间崩溃,完全丧失承载能力。
二、钢结构的技术要求
1.钢结构设计应括的内容
(1)结构方案设计,包括结构选型、构件布置;
(2)材料选用;
(3)作用及作用效应分析;
(4)结构的极限状态验算;
(5)结构、构件及连接的构造;
(6)抗火设计;
(7)制作、安装、防腐和防火等要求;
(8)满足特殊要求结构的专门性能设计。
2.钢结构应按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行设计
(1)承载能力极限状态包括:构件或连接的强度破坏、疲劳破坏、脆性断裂、因过度变形而不适用于继续承载,结构或构件丧失稳定、结构转变为机动体系和结构倾覆;
(2)正常使用极限状态包括:影响结构、构件或非结构构件正常使用或外观的变形,影响正常使用的振动,影响正常使用或耐久性能的局部损坏(包括混凝土裂缝)。
3.预应力钢结构的设计应包括预应力施工(单次或多次预应力方案)阶段和使用阶段的各种工况。应对结构、构件和节点进行强度、刚度和稳定性计算。预应力索膜结构设计应包括找形分析、荷载分析及裁剪分析三个相互制约的过程,必要时还应进行施工过程分析。对于使用阶段需要换索的工况,在计算、构造及施工方案上应预先考虑。
4.设计钢结构时,应从工程实际出发,合理选择材料、结构方案和构造措施,满足结构构件在运输、安装和使用过程中的强度、稳定性和刚度要求,并符合防火、防腐蚀要求。宜优先采用通用的和标准化的结构和构件,减少制作、安装工作量。
5.钢结构的构造应便于制作、运输、安装、维护并使结构受力简单明确,减少应力集中,避免材料三向受拉。以受风载为主的空腹结构,应尽量减少受风面积。钢结构设计应考虑制作、运输和安装的经济合理与施工方便。
6.在钢结构设计文件中,应注明建筑结构设计使用年限、钢材牌号、连接材料的型号(或钢号)、设计所需的附加保证项目和所采用的规范。此外,还应注明所要求的焊缝形式、焊缝质量等级、端面刨平顶紧部位、钢结构防护要求及措施、对施工的要求。对抗震设防的钢结构,关键连接部位应注明其连接的细部构造、尺寸,同时注明在塑性耗能区采用钢材的最大允许屈服应力。
7.钢结构设计应考虑施工措施和施工过程对结构的影响。当施工方法或顺序对主体结构的内力和变形有较大影响时,应进行施工阶段分析验算。钢结构的安装连接应采用传力可靠、制作方便、连接简单、便于调整的构造形式并应考虑临时定位措施。