对钢结构的认识（1）.pdf

对钢结构的认识 截至本学期前，我对钢结构的认识不过仅仅停留在埃菲尔铁塔、东京铁塔等 建筑上，直到这学期钢结构的开课，才从根本上改变了我对钢结构的认知。 钢结构归根结底是一种承重结构，随着科学技术的发展，建筑工程中常用来 承重的结构材料越来越多，有木结构，砌体结构，混凝土结构，钢结构和膜结构 等。同时，随着大跨结构，大型工业厂房，多层和高层建筑的越来越多，钢结构 都显得尤为重要，从设计、施工、到一系列新材料的使用都出现了革命性的变化， 在国际范围内代表了未来的住宅发展新模式。 钢结构属于框架结构，以钢框架和钢筋混凝土框架做比较：在跨度相同情况 下，钢梁高度是钢筋混凝土梁高度的一半。在承载力相同的情况下，钢柱外围面 积是钢筋混凝土面积的1/4。这使“肥梁胖柱”的钢筋混凝土框架结构的弊端在 一定程度上有所缓解，但是“藏梁包柱”仍然是钢结构住宅设计的一项主要内容。 钢结构的特点 1）强度高，塑性和韧性好 强度高，适用于建造跨度大、承载重的结构。 塑性好，结构在一般条件下不会因超载而突然破坏。 韧性好，适宜在动力荷载下工作。 2）重量轻 3）材质均匀，和力学计算的假定比较符合 钢材内部组织比较均匀，接近各向同性，实际受力情况和工程力学计算结果比较 符合。 4）钢结构制作简便，施工工期短 钢结构加工制作简便，连接简单，安装方便，施工周期短。 5）钢结构密闭性较好 水密性和气密性较好，适宜建造密闭的板壳结构。 6）钢结构耐腐蚀性差 容易腐蚀，处于较强腐蚀性介质内的建筑物不宜采用钢结构。 7）钢材耐热但不耐火 温度在200℃以内时，钢材主要力学性能降低不多。温度超过200℃后，不仅强 度逐步降低，还会发生兰脆和徐变现象。温度达600℃时，钢材进入塑性状态不 能继续承载。 8）在低温和其他条件下，可能发生脆性断裂 应用范围 重型工业厂房，大跨度结构，高耸结构，和高层结构受动力荷载作用的结构， 可拆卸和移动的结构，容器和管道，轻型钢结构其他建筑——支架等。钢结构的 设计方法主要以概率极限状态设计法为主，对疲劳以及压力容器沿用以经验为主 的容许应力设计法。 钢材力学性能指标 抗拉强度fu：反映钢材受拉时所能承受的极限应力。 伸长率：试件被拉断时的绝对变形值与试件原标距之比的百分数，称为伸长率， 1 伸长率代表材料在单向拉伸时的塑性应变的能力。 冷弯性能：冷弯性能由冷弯试验确定。试验时使试件弯成l80°，如试件外表面 不出现裂纹和分层，即为合格。冷弯性能合格是鉴定钢材在弯曲状态下的塑性应 变能力和钢材质量的综合指标。 韧性：韧性是钢材强度和塑性的综合指标。 由于低温对钢材的脆性破坏有显著影响，在寒冷地区建造的结构不但要求钢材具 有常温（20℃）冲击韧性指标，还要求具有负温（0℃、-20℃或-40℃）冲击韧 性指标，以保证结构具有足够的抗脆性破坏能力。 各种因素对钢材主要性能的影响 1）化学成分 碳直接影响钢材的强度、塑性、韧性和可焊性等。碳含量增加，钢的强度提 高，而塑性、韧性和疲劳强度下降，同时恶化钢的可焊性和抗腐蚀性。硫和磷是 钢中的有害成分，它们降低钢材的塑性、韧性、可焊性和疲劳强度。在高温时， 硫使钢变脆，称之热脆；在低温时，磷使钢变脆，称之冷脆。 2）冶金缺陷 常见的冶金缺陷有偏析、非金属夹杂、气孔、裂纹及分层等。 3）钢材硬化 冷加工使钢材产生很大塑性变形，从而提高了钢的屈服点，同时降低了钢的 塑性和韧性，这种现象称为冷作硬化（或应变硬化）。在一般钢结构中，不利用 硬化所提高的强度，以保证结构具有足够的抗脆性破坏能力。另外，应将局部硬 化部分用刨边或扩钻予以消除。 4）温度影响 钢材性能随温度变动而有所变化。总的趋势是温度升高，钢材强度降低，应 变增大；反之，温度降低，钢材强度会略有增加，塑性和韧性却会降低而变脆。 在250℃左右，钢材的强度略有提高，同时塑性和韧性均下降，材料有转脆的倾 向，钢材表面氧化膜呈现蓝色，称为蓝脆现象。钢材应避免在蓝脆温度范围内进 行热加工。 当温度在260℃～320℃时，在应力持续不变的情况下，钢材以很缓慢的速度 继续变形，此种现象称为徐变现象。当温度从常温开始下降，特别是在负温度范 围内时，钢材强度虽有提高，但其塑性和韧性降低，材料逐渐变脆，这种性质称 为低温冷脆。 5）应力集中 构件中有时存在着孔洞、槽口、凹角、截面突然改变以及钢材内部缺陷等。 此时，构件中的应力分布将不再