钢结构的特点

一.钢结构的特点

①钢结构强度高，尤其是抗拉强度高，所以一般来说钢结构构件比较“薄”，长细比大，一般属于大柔度杆件，那么失稳问题将贯穿钢结构设计的始终，并且绝大多数情况下都是失稳控制，而不是强度控制。

②钢结构强度高，必然在材料的使用上会远小于混凝土，结果就是钢结构质量轻。由地震作用估算公式F=αG，α由反应谱曲线查，钢结构比较柔，周期大，所以α会较小，又由于质量轻，G小。故钢结构的地震作用会比较小，利于抗震。

③钢结构由钢材这一单相材料组成，材料均匀，钢材塑性较好，接近理想弹塑性，不像混凝土的砂、石、水泥、水多相材料。故钢结构的本构模型与实际力学性能会更接近。

④钢材塑性、延性、韧性好，耗能强。

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二.塑性、脆性、延性、韧性

钢材的塑性比较好，屈服之后会有良好的塑性表现。塑性，就是能良好的实现内力重分布，例如拉钢筋，想象当一个截面达到屈服后，旁边的截面还处于弹性，继续拉伸，这时候屈服的地方应力不增加，弹性的地方变屈服，这就是塑性。当所有弹性都能变屈服，并且还能一直伸长不断裂，这就是理想弹塑性。塑性是相对于脆性来说的，脆性就是不能实现内力重分布，例如混凝土，一拉就断或者破坏，就是混凝土的某个截面达到了最大变形就破坏，而不等其他截面一起。故可以用伸长率和冷弯性能来评价钢材的塑性变形能力。                

塑性有区别于延性，塑性是对于材料而言。延性是对于构件或结构而言，在其承裁能力无显著降低的条件下经受非弹性变形的能力，延性反映了结构在地震作用下耐变形的能力和消耗地震能量的能力。一般可以用延性系数来定义μ=△u/△y，△u/△y分别为极限强度(非峰值，峰值后)和屈服强度对应的位移。

韧性为材料抵抗变形和断裂的能力，韧性越强，发生脆性断裂的可能性越小。规范对钢材有冲击韧性的要求，分为两方面：①直接承受动力荷载或需验算疲劳(在工民建中就是吊车梁)，②低温：温度过低，钢材的冲击韧性值会急剧下降，此现象称为冷脆。韧性选材方面遵循【钢标4.3.3、4.3.4】，其中ABCDE为钢材质量等级。

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三.材料选用

①钢材标号

Q345：厚度≤16mm的屈服强度fy为345MPa(标准值)，因为钢材屈服有屈服平台，故在钢材的应力应变曲线中，屈服强度选屈服平台的下限，即最小值。

随着厚度的增加，缺陷也多，最主要的是其塑性韧性下降，故强度也小，例如16~40mm的Q345，fy=335MPa。值得一提的是，现在已经取消Q345，改为Q355，只是牌号的改变，屈服强度选屈服平台的上限。

随着钢材强度的提高，塑性韧性也会下降，所以很多时候在一些宽厚比、有效宽度的计算公式里会有ε_k=√235/牌号，就是考虑塑性韧性的下降。

②钢材的选用【钢标4.3.2、抗规3.9.2-3】

这些参数均可以通过相关的钢材规范查找，常用的有：

【碳素结构钢GB/T700-2006】、【低合金高强度结构钢GB/T1591-2008】、【建筑结构用钢板GB/T19879-2015】

③锈蚀环境下对钢材的限制：【GB50046工业建筑防腐蚀设计规范】

防腐蚀一般是确定除锈等级，然后按配套使用相应的涂层。

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四.钢结构的常见体系

钢结构的体系复杂多样，每一种体系的设计理念不一样，一般对钢结构按体系分类，以下简要说明。

①钢桁架：与混凝土框架结构布置主次梁原则是一样的，不过钢结构运用于大跨度(20m以上)。传力途径：压型钢板混凝土→次梁(檩条)→次桁架→主桁架→竖向构件。主桁架与竖向构件相连，相当于框架梁，次桁架相当于次梁。竖向构件、主桁架、次桁架、次梁(檩条)相连(荷载传递)均在节点处，避免杆件受弯。

②钢框架

③门式钢架：主要应用于单层厂房。

屋面荷载→檩条→钢排架的梁→排架柱。

水平荷载→墙梁(水平向檩条)→排架柱。

④屋盖结构(空间网格结构)：

管桁架：常用于单跨结构，一个方向相对另一个方向小很多，单向传力，比网架网壳节点少。

网架网壳结构：适用于双向传力，但不绝对。

⑤预应力钢结构：张弦梁、索杆体系、索承网格

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