鋼結(jié)構(gòu)(網(wǎng)架、管桁架、輕鋼)設(shè)計(jì)、施工及技術(shù)咨詢及建筑結(jié)構(gòu)加固;并從事空間結(jié)構(gòu)和相關(guān)材料的研究、技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用。
鋼結(jié)構(gòu)已成為現(xiàn)代建筑上程中主要承重結(jié)構(gòu)體系之一,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)結(jié)合其應(yīng)用特性在滿足工藝和建筑功能要求并保證結(jié)構(gòu)安全可靠的前提下,優(yōu)化結(jié)構(gòu)方案 盡拯節(jié)約鋼材和施主費(fèi)用,并盡可能縮短工期以獲得最大的綜合經(jīng)濟(jì)效益。鋼結(jié)構(gòu)具有如下特點(diǎn),設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)予以注意。
1. 鋼材材質(zhì)均勻,接近千各向同性體,是現(xiàn)想的彈塑性材料。鋼結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力狀態(tài)與按力學(xué)計(jì)算的結(jié)果比較符合,計(jì)算上的不確定性較小,計(jì)鋅結(jié)果可靠。但鋼材實(shí)際上并非完全勻質(zhì),主要表現(xiàn)在鋼材內(nèi)部存在偏析令影響力學(xué)性能。另外,鋼材在三個(gè)方向力學(xué)性能亦不盡相同,在設(shè)計(jì)厚板結(jié)構(gòu)時(shí),應(yīng)注意這-點(diǎn)。
2. 鋼材具有良好的塑性和韌性。鋼材的良好塑性可使結(jié)構(gòu)在穩(wěn)定的條件下不會(huì)因超載而突然發(fā)生斷裂現(xiàn)象,這是保證結(jié)構(gòu)不致倒塌的優(yōu)良性能。此外,尚能將局部尚峰應(yīng)力重分配,使應(yīng)力變化趨千平緩。而良好的延性可使結(jié)構(gòu)對(duì)動(dòng)荷載的適應(yīng)性強(qiáng),建筑鋼結(jié)構(gòu)在沖擊荷載和重復(fù)荷載或多軸拉應(yīng)力作用下具有可靠件能的保障。同時(shí)由于鋼材有良好的塑性和延性,使抗震設(shè)防的建筑鋼結(jié)構(gòu)能充分吸收能量.,減弱地震反應(yīng),大大提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。唐山和汶川震害調(diào)查表明”即使在震中附近的高烈度區(qū),全鋼結(jié)構(gòu)建筑物震害也是很輕的。
3. 鋼材強(qiáng)度高,結(jié)構(gòu)重量輕。鋼材的強(qiáng)度遠(yuǎn)高于混凝土和砌體結(jié)構(gòu),故大跨度結(jié)構(gòu)、超高層建筑、高聳結(jié)構(gòu)和毆型工業(yè)廠房或荷載很重的結(jié)構(gòu),鋼結(jié)構(gòu)是理想的結(jié)構(gòu)材料和唯一的選擇。同時(shí)由千結(jié)構(gòu)重量輕。可減輕基礎(chǔ)的負(fù)荷,降低地晶、基礎(chǔ)部分的造價(jià),同時(shí)增大使用面積、縮短施工周期、減少運(yùn)輸?shù)跹b費(fèi)用等優(yōu)點(diǎn)。以一般鋼筋混凝土框架-筒體結(jié)構(gòu)與相同條件下采用鋼結(jié)構(gòu)的高層建筑為例。兩者的自重相比約為2:1, 基礎(chǔ)荷載大為減輕,地基和基礎(chǔ)工程造價(jià)將大幅度降低。多層鋼結(jié)構(gòu)住宅與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比,基礎(chǔ)節(jié)省的費(fèi)用約為 50 /平方 。但需注意的是輕鋼屋蓋自重輕,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意其對(duì)可變荷載的變化較敏感,如雪荷載、風(fēng)荷載。在過去的設(shè)計(jì)中,對(duì)其作用估計(jì)不足己造成不少房屋破壞或垮塌事故在設(shè)計(jì)這類結(jié)構(gòu)時(shí),應(yīng)考慮它的不利影響。
4. 鋼結(jié)構(gòu)工程施工更符合建筑工業(yè)化和環(huán)保要求。鋼結(jié)構(gòu)為單一材料,便于組成最佳承載截面,構(gòu)件便于加工與 業(yè)化制造安裝.可進(jìn)行大部件或模塊化組裝,生產(chǎn)效率高,施工周期短,同時(shí)施丁上過程中濕作業(yè)少.污染輕,非常符合我國建筑 一業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化技術(shù)政策的要求。
5. 鋼結(jié)構(gòu)具有靈活的適應(yīng)性。由其建成的丁業(yè)廠房或公用建筑,便于拆遷重建或改建、擴(kuò)建,而且也便千災(zāi)后修復(fù)、加固與補(bǔ)強(qiáng)。同時(shí)其拆除后還可作為再生資源回收利用或國防需要的物資儲(chǔ)備。
6. 除上述優(yōu)點(diǎn)外,鋼材性能有以下的木足之處,會(huì)影響到鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用,需在工程設(shè)計(jì)中引起注意。
(1) 鋼結(jié)構(gòu)的耐腐蝕性差,容易因銹蝕們降低結(jié)構(gòu)承載力與使用壽命。故應(yīng)根據(jù)工作環(huán)境的腐蝕介質(zhì)條件和全壽命周期技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理性設(shè)防的原則,以及相關(guān)技術(shù)規(guī)范采取可靠的長效防護(hù)措施,包括合理布性結(jié)構(gòu).采用管材構(gòu)件,高質(zhì)阰除銹處理與長效復(fù)合涂層等。
(2) 鋼結(jié)構(gòu)耐火性差,裸霹鋼構(gòu)件的耐火時(shí)限僅為 15rnin, 當(dāng)溫度超過 300°C后,其屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度均顯著下降,故鋼構(gòu)件應(yīng)按相關(guān)規(guī)范規(guī)定的分類與耐火極限要求及防護(hù)技術(shù)要求,采取涂層或板材隔熱等可靠的防護(hù)措施。對(duì)工作環(huán)境溫度長期超過 100°C鋼構(gòu)件,規(guī)范也規(guī)定應(yīng)采取防護(hù)措施予以保護(hù)。
(3) 鋼材存在冷脆傾向,特別在交變荷載作用或低溫環(huán)境條件,可引起構(gòu)件在應(yīng)力尚低于鋼材屈服強(qiáng)度的情況下突然斷裂砐壞^此脆性斷裂的特征是:無顯著變形,應(yīng)力低,無事故先兆,突然發(fā)生災(zāi)難性破壞.?dāng)嗫谄烬R而光滑等 其主要原因有以下兒個(gè)方面:
1) 材質(zhì)缺陷的影響。鋼材中化學(xué)成分碳、硫、磷、氧、氮、氫等元素含量過高時(shí),將會(huì)降低鋼材的塑性和韌性,而增加脆性傾向。其中磷、氮、氫均會(huì)導(dǎo)致冷脆的發(fā)生。同時(shí)鋼材在軋制加 或冷卻中也會(huì)產(chǎn)生初應(yīng)力。非金屬雜質(zhì)夾雜、氣泡、折疊、分層等,這些缺陷也將降低鋼材抗脆性斷裂的能力。
2) 應(yīng)力集中的影響。構(gòu)件因連接與構(gòu)造盂要不可避免存在孔洞、開槽、截面變化,這些部位在荷載作用 產(chǎn)生應(yīng)力生中,常是導(dǎo)致脆性破壞的危險(xiǎn)因素。此外,應(yīng)力狀態(tài)對(duì)鋼材的朔性和韌性的影響很大。研究表明,鋼結(jié)構(gòu)受撲構(gòu)件在局部高應(yīng)力集中區(qū)往往產(chǎn)生雙向和氣向拉應(yīng)力狀態(tài),在該應(yīng)力狀態(tài)下鋼材塑性變形降低,脆性破壞的可能性也大大增加。
3) 低溫和腐蝕介質(zhì)的影響。在低溫環(huán)境下鋼材強(qiáng)度略有提高,而塑性和韌性降低,尤其在溫度下降到某-溫度區(qū)間時(shí),沖擊韌性值急劇下降,承受動(dòng)力荷載作用的構(gòu)件會(huì)產(chǎn)生低溫疲勞破壞。當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)處在有腐蝕介質(zhì)的環(huán)境中,構(gòu)件使用一段時(shí)間后,構(gòu)件內(nèi)部存在的缺陷在腐蝕介質(zhì)的作用下較快地?cái)U(kuò)展,達(dá)到臨界尺寸即突然裂損。如某一鋼鐵企業(yè)的4000立方級(jí)大型高爐的外燃式熱風(fēng)爐殼體投產(chǎn)使用十多年后,在焊縫及焊縫附近的殼體產(chǎn)生樹枝狀裂紋.裂紋沿晶界發(fā)展。經(jīng)檢測(cè)腐蝕介質(zhì)主要有 等腐蝕元素,裂紋產(chǎn)生源于應(yīng)力腐蝕。
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