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钢结构设计需注意的特点和防护措施

时间:2023-06-22 理论教育 版权反馈
【摘要】:若采用钢筋混凝土、普通型钢和冷弯薄壁型钢这三种材料来设计一个跨度相同、承载相同的平面屋架,则钢筋混凝土屋架最重,普通型钢屋架较轻,而冷弯薄壁型钢屋架最轻。通过屋架设计这个例子也可以看出,同样采用钢材,如钢材的形式不同,所设计出的结构重量也会有很大差别。由于钢材容易锈蚀,对钢结构必须采用防锈蚀措施,特别是对于薄壁构件。钢结构在低温或其他条件下,容易发生脆性断裂,设计时也应特别注意这一点。

钢结构设计需注意的特点和防护措施

钢结构是由钢材建造而成,从钢结构的使用和材料特性上可归纳出钢结构的特点如下。

1)强度高,相对重量轻。设结构材料的质量密度为ρ,材料强度为f。以建筑钢、木材钢筋混凝土为例,分别计算它们的密度与强度的比值αα=ρ/f):

建筑钢 α=(1.7~3.7)×10-4m-1

木材 α=5.4×10-4m-1

钢筋混凝土 α=18×10-4m-1

由三种材料的α值大小的比较可以看出,钢材的α值最小。这说明,作为承力材料,钢材的强度最高,质量最轻。因此在工程结构中使用钢材可节省材料。

若采用钢筋混凝土、普通型钢和冷弯薄壁型钢这三种材料来设计一个跨度相同、承载相同的平面屋架,则钢筋混凝土屋架最重,普通型钢屋架较轻(约为钢筋混凝土屋架重量的1/3~1/4),而冷弯薄壁型钢屋架最轻(仅为钢筋混凝土屋架重量的1/10)。通过屋架设计这个例子也可以看出,同样采用钢材,如钢材的形式不同(普通型钢和冷弯薄壁型钢),所设计出的结构重量也会有很大差别。

钢结构的质量轻,基础荷载小,可降低基础工程造价,也使吊装和运输的工作量降低。

由于钢材的强度高,因此钢结构适用于大跨、高耸结构,以及承载很大的重型结构。但其材料强度常常不能得到充分发挥,这是因为在构件设计时,按照强度条件计算所需的截面较小,而按照稳定条件或刚度条件计算所需的构件截面较大。(www.xing528.com)

2)塑性、韧性好。塑性好:钢结构在通常条件下不会因超载而突然断裂,破坏前有较明显的变形,易被发现。钢材良好的塑性可降低局部高峰应力,使应力分布变化趋缓。韧性好:钢结构适宜在动力荷载下工作,因此在地震区采用钢结构较为有利。

3)材质均匀,比较符合力学计算假定。钢材由于冶炼和轧制过程的科学控制,其内部结构组织比较均匀,接近于各向同性,符合理想的弹性-塑性体。因此,计算上不定性较小,计算结果比较可靠。

4)制作简单、精准度较高、施工速度快。钢结构制作一般是在金属结构加工厂采用机械化施工完成,准确度和精密度均较高。制作中常可利用各种型钢,使施工速度加快。钢构件质量轻,连接简单方便,也使施工周期缩短。钢结构制作的部分工作量或全部工作量(如轻型钢结构制作)可在现场完成,施工比较灵活方便。钢结构易于连接,所以易于加固、改建和拆迁。

5)密闭性较好。钢材及其连接(特别是焊接)的水密性和气密性均较好,适于制作诸如高压容器油罐、气柜、管道等要求密闭性的板壳结构。

6)容易锈蚀。由于钢材容易锈蚀,对钢结构必须采用防锈蚀措施,特别是对于薄壁构件。钢结构常采用涂油漆防锈处理,在涂油漆前应彻底除锈,油漆质量和涂层厚度均应符合设计要求。在设计中,应考虑避免结构受潮、漏雨,尽量避免构造上出现难以检修的死角。在有较强腐蚀性介质的环境中不宜采用钢结构。

7)耐热但不耐火。温度在200℃以内时,钢材的主要性能(屈服点弹性模量)下降不多。当温度超过200℃后,材质变化较大,此时强度开始逐步降低,还伴随有蓝脆和徐变现象。温度达600℃时,钢材强度几乎为零。设计规定:钢材表面温度超过150℃时需要采取隔热防护,对有防火要求的,必须按照相关规定采取隔热保护措施。

8)在低温或其他条件下易发生脆性断裂。钢结构在低温或其他条件下,容易发生脆性断裂,设计时也应特别注意这一点。

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