带你了解钢结构建筑

什么是钢结构

钢结构是由钢制材料组成的结构，是主要的建筑结构类型之一。结构主要由型钢和钢板等制成的钢梁、钢柱、钢桁架等构件组成，并采用硅烷化、纯锰磷化、水洗烘干、镀锌等除锈防锈工艺。各构件或部件之间通常采用焊缝、螺栓或铆钉连接。因其自重较轻，且施工简单，广泛应用于大型厂房、场馆、超高层、桥梁等领域。钢结构容易锈蚀，一般钢结构要除锈、镀锌或涂料，且要定期维护。

特点

1、材料强度高，自身重量轻钢材强度较高，弹性模量也高。与混凝土和木材相比，其密度与屈服强度的比值相对较低，因而在同样受力条件下钢结构的构件截面小，自重轻，便于运输和安装，适于跨度大，高度高，承载重的结构。

2、钢材韧性，塑性好，材质均匀，结构可靠性高适于承受冲击和动力荷载，具有良好的抗震性能。钢材内部组织结构均匀，近于各向同性匀质体。钢结构的实际工作性能比较符合计算理论。所以钢结构可靠性高。

3、钢结构制造安装机械化程度高钢结构构件便于在工厂制造、工地拼装。工厂机械化制造钢结构构件成品精度高、生产效率高、工地拼装速度快、工期短。钢结构是工业化程度最高的一种结构。

4、钢结构密封性能好由于焊接结构可以做到完全密封，可以作成气密性，水密性均很好的高压容器，大型油池，压力管道等。

5、钢结构耐热不耐火当温度在150℃以下时，钢材性质变化很小。因而钢结构适用于热车间，但结构表面受150℃左右的热辐射时，要采用隔热板加以保护。温度在300℃ -400℃时.钢材强度和弹性模量均显著下降，温度在600℃左右时，钢材的强度趋于零。在有特殊防火需求的建筑中，钢结构必须采用耐火材料加以保护以提高耐火等级。

6、钢结构耐腐蚀性差特别是在潮湿和腐蚀性介质的环境中，容易锈蚀。一般钢结构要除锈、镀锌或涂料，且要定期维护。对处于海水中的海洋平台结构，需采用“锌块阳极保护”等特殊措施予以防腐蚀。

7、低碳、节能、绿色环保，可重复利用钢结构建筑拆除几乎不会产生建筑垃圾，钢材可以回收再利用。

材料要求

钢结构在使用过程中会受到各种形式的作用（荷载、基础不均匀沉降、温度等），所以要求钢材应具有良好的机械性能（强度、塑性、韧性）和加工性能（冷热加工和焊接性能），以保证结构安全可靠。钢材的种类很多，符合钢结构要求的只是少数几种，如碳素钢中的Q235，低合金钢中的l6Mn，用于高强螺栓的20锰钒钢（20MnV）等。

性能指标

1、强度

钢材的强度指标由弹性极限σe，屈服极限σy，和抗拉极限σu，设计时以钢材的屈服强度为基础，屈服强度高可以减轻结构的自重，节省钢材，降低造价。抗拉强度σu即是钢材破坏前所能承受的最大应力，此时的结构因塑性变形很大而失去使用性能，但结构变形大而不垮，满足结构抵抗罕遇地震时的要求。‘σu/σy值的大小，可以看作钢材强度储备的参数。

2、塑性

钢材的塑性一般指应力超过屈服点后，具有显著的塑性变形而不断裂的性质。衡量钢材塑性变形能力的主要指标是伸长率δ和断面收缩率ψ。

3、冷弯性能

钢材的冷弯性能是衡量钢材在常温下弯曲加工产生塑性变形时对产生裂纹的抵抗能力。钢材的冷弯性能是用冷弯实验来检验钢材承受规定弯曲程度的弯曲变形性能。

4、冲击韧性

钢材的冲击韧性是指钢材在冲击荷载作用下，断裂过程中吸收机械动能的一种能力，是衡量钢材抵抗冲击荷载作用，可能因低温、应力集中，而导致脆性断裂的一项机械性能。一般通过标准试件的冲击试验来获得钢材的冲击韧性指标。

5、焊接性能

钢材的焊接性能是指在—定的焊接工艺条件下，获得性能良好的焊接接头。焊接性能可分为焊接过程中的焊接性能和使用性能上的焊接性能两种。焊接过程中的焊接性能是指焊接过程中焊缝及焊缝附近金属不产生热裂纹或冷却不产生冷却收缩裂纹的敏感性。焊接性能好，是指在一定焊接工艺条件下，焊缝金属和附近母材均不产生裂纹。使用性能上的焊接性能是指焊缝处的冲击韧性和热影响区内延性性能，要求焊缝及热影响区内钢材的力学性能不低于母材的力学性能。我国采用焊接过程的焊接性能试验方法，也采用使用性使用性质上的焊接性能试验方法。

6、耐久性

影响钢材耐久性的因素很多。首先是钢材的耐腐蚀性差，必须采取防护措施，防止钢材腐蚀生锈。防护措施有：定期对钢材油漆维护，采用镀锌钢材，在有酸，碱，盐等强腐蚀介质条件下，采用特殊防护措施，如海洋平台结构采用“阳极保护”措施防止导管架腐蚀，在导管架上固定上锌锭，海水电解质会自动先腐蚀锌锭，从而达到保护钢导管架的功能。其次由于钢材在高温和长期荷载作用下，其破坏强度比短期强度降低较多，故对长期高温作用下的钢材，要测定持久强度。钢材随时间推移会自动变硬、变脆、即“时效”现象。对低温荷载作用下的钢材要检验其冲击韧性。

要求

设备钢结构通常会在以下方面提出特殊要求或者更高要求：

结构件：材质、表面粗糙度、公差、表面处理、直线度（或弧度）

连接：孔位偏差、螺栓等级；焊接方法、焊接标准、焊材；气密性，要求进行无损检测、液体渗透检测等.

整体结构：垂直度、水平度等

包装：包装材料、包装方法

仓储：环境温度、环境湿度

运输：装卸、车内摆放、集装箱内摆放，等等。

主要区别

高层钢结构

判定结构为重钢与轻钢结构确实没有一个统一的标准，很多有经验的设计师或项目经理也常常不能完全说明白，但我们可以以一些数据综合考虑并加以判断：

1 、厂房行车起吊重量：大于等于 25 吨，可以认为为重钢结构。

2 、每平米用钢量：大于等于 50KG/ ㎡，可认为是重钢结构。

3、主要构件钢板厚度：大于等于10MM，轻钢结构用的较少。

另外，还有一些参考值：如每平米造价，最大构件重量，最大跨度，结构形式，檐高等，以上这些在判断厂房是否为重钢或轻钢时可以提供经验数据，当然很多建筑都是轻、重钢都有。但有一些我们可以较肯定的说是重钢：如：石化厂房设施、电厂厂房、大跨度的体育场馆、展览中心，高层或超高层钢结构。

实际上国家规范和技术文件都并没有重钢一说，为区别轻型房屋钢结构，也许称一般钢结构为“普钢”更合适。因为普通钢结构的范围很广，可以包含各种钢结构，不管荷载大小，甚至包括轻型钢结构的许多内容，轻型房屋钢结构技术规程只是针对其“轻”的特点而规定了一些更具体的内容，而且范围只局限在单层门式刚架。

轻钢也是一个比较含糊的名词，一般可以有两种理解。一种是现行《钢结构设计规范》（GBJ 17－88）中第十一章“圆钢、小角钢的轻型钢结构”，是指用圆钢和小于L45*4和L56*36*4的角钢制作的轻型钢结构

由此可见，轻钢与重钢之分不在结构本身的轻重，而在所承受的围护材料的轻重，而在结构设计概念上还是一致的。

实习编辑：王贝琦

审核：王浩楠