对钢结构的认识

1、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

2、，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

3、）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200C以内时，钢材主要力学性能降低不多。温度超过 200C后，不仅强 度逐步降低，还会发生兰脆和徐变现象。温度达 600C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

4、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， 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（20C）冲击韧性指标，还要求具有负温（OC、-20C或-40C）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、

5、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

6、。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250C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260C320C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

7、不再保持均匀，而是在某些区域产生局部高峰应力， 在另外一些区域则应力降低，形成应力集中现象。承受静力荷载作用的构件在 常温下工作时，在计算中可不考虑应力集中的影响。但在负温或动力荷载作用 下工作的结构，应力集中的不利影响将十分突出，往往是引起脆性破坏的根源， 故在设计中应采取措施避免或减小应力集中，并选用质量优良的钢材。6）反复荷载作用在直接的连续反复的动力荷载作用下，钢材的强度将降低，低于一次静力荷 载作用下的拉伸试验的极限强度，这种现象称为钢材的疲劳。疲劳破坏表现为 突然发生的脆性断裂。材料总是有“缺陷”的，在反复荷载作用下，先在其缺陷发生塑性变形和硬化而生成一些极小的裂痕，此后这种微观裂

8、痕逐渐发展成 宏观裂纹，试件截面削弱，而在裂纹根部出现应力集中现象，使材料处于三向 拉伸应力状态，塑性变形受到限制，当反复荷载达到一定的循环次数时，材料 终于破坏，并表现为突然的脆性断裂。钢材的破坏形式1）塑性破坏：变形超过了材料或构件可能的应变能力而产生的，而且仅在构件 的应力达到了钢材的抗拉强度 fu 后才发生。塑性破坏前，由于总有较大的塑性 变形发生，且变形持续的时间较长，很容易及时发现而采取措施予以补救，不 致引起严重后果。2）脆性破坏：破坏前塑性变形很小，甚至没有塑性变形，计算应力可能小于钢 材的屈服点，断裂从应力集中处开始。由于脆性破坏前没有明显的预兆，无法 及时觉察和采取补救措施

9、。如何作好钢结构施工的质量控制1. 钢材的选择选择钢材时考虑的因素有：1）结构的重要性：重要结构应考虑选用质量好的钢材；一般工业与民用建筑结 构，可选用普通质量的钢材。2）荷载情况：直接承受动力荷载的结构和强烈地震区的结构，应选用综合性能 好的钢材；一般承受静力荷载的结构则可选用价格较低的Q235钢。3）连接方法：焊接结构对材质的要求应严格一些。4）结构所处的温度和环境 ：在低温条件下工作的结构，尤其是焊接结构，应选 用具有良好抗低温脆断性能的镇静钢。5）钢材厚度：厚度大的焊接结构应采用材质较好的钢材。2. 做好工程开工前准备工作1）强化施工图纸的会审工作。图纸是工程施工的依据，工程开工前项目

10、控制机 构要组织控制人员熟悉工程图纸与项目有关的规范标准、工艺技术条件，充分 领会设计意图。2）认真审查钢结构安装施工组织设计。施工组织设计是施工单位全面指导工程 实施的技术性文件，施工组织设计的完善程度直接影响工程的质量、进度。因 此，钢结构安装工程施工组织设计审查要针对性和重点。3. 加强现场施工过程中的质量控制1）作好钢结构基础工程的质量控制。钢结构工程的基础一般都采用混凝土独立 柱基础，基础的混凝土及钢筋、模板的施工与其他工程的施工工序及方法相同， 而基础独立柱中预埋的螺栓是质量控制的重点，单个螺栓及每组螺栓之间的间 距、高低的偏差，直接影响钢结构工程的安装质量，我们在控制质量控制过程 中，要求施工单位必须严格控制好。2）门窗工程安装质量的控制。钢窗安装质量的控制重点有两点，一是，钢窗进 场合格证、产品试验报告及外观的检查。二是，钢窗和固定钢窗的立柱之间的 间隙控制。先施工固定钢窗的立柱，有可能出现钢窗与立柱之间缝隙过大或钢 窗安不上。我们在控制过程中，要求施工单位先固定钢窗一边的立柱，待钢窗 完全固