第五章 钢木结构管理与维修

1、钢结构：钢结构是指由钢板、型钢、钢管、钢绳、钢束等钢材，焊、铆、螺栓等方式连接而成的结构。 以钢材制作为主的结 用构，是主要的建筑结构类型之一。木结构： 木结构是单纯由木材或主要由木材承受荷载的结构，通过各种金属连接件或榫卯手段进行连接和固定。钢木结构的一般知识钢结构构件较小，质量较轻，便于运输和安装，便于装拆、扩建。适用于跨度大、高度高，承载重的结构。1.钢材的材质均匀，质量稳定，可靠度高；2.钢材的强度高，塑性和韧性好，抗冲击和抗振动能力强；3.制作简便，连接方便。钢结构工业化程度高，工厂制造，工地安装，加工精度高，制造周期短，生产效率高，建造速度快；4.钢结构抗震性能好；5.环境污染破坏

2、少，改建拆迁容易，原料可回收。钢结构的优点： 1，耐火性能差 2，需要注意防锈 3，变形大， 设计需注意控制。亦用体系方法。 4，特有的冷桥问题，有时需要考虑。 5，常常造价偏高。和传统结构相比。 6，当前国内设计，制造水平低。 钢结构的缺点： (1) 大跨结构 结构跨度越大，自重在荷载中所占的比例就越大，减轻结构的自重会带来明显的经济效益。钢材强度高结构重量轻的优势正好适合于大跨结构，因此钢结构在大跨空间结构和大跨桥梁结构中得到了广泛的应用。所采用的结构形式有空间桁架、网架、网壳、悬索（包括斜拉体系）、张弦梁、实腹或格构式拱架和框架等。 (2) 工业厂房 吊车起重量较大或者其工作较繁重的车间

3、的主要承重骨架多采用钢结构。另外，有强烈辐射热的车间，也经常采用钢结构。结构形式多为由钢屋架和阶形柱组成的门式刚架或排架，也有采用网架做屋盖的结构形式。 近年来，随着压型钢板等轻型屋面材料的采用，轻钢结构工业厂房得到了迅速的发展。其结构形式主要为实腹式变截面门式刚架。钢结构的应用： (3) 受动力荷载影响的结构 由于钢材具有良好的韧性，设有较大锻锤或产生动力作用的其他设备的厂房，即使屋架跨度不大，也往往由钢制成。对于抗震能力要求高的结构，采用钢结构也是比较适宜的。 (4) 多层和高层建筑 由于钢结构的综合效益指标优良，近年来在多、高层民用建筑中也得到了广泛的应用。其结构形式主要有多层框架、框架

4、支撑结构、框筒、悬挂、巨型框架等。 (5) 高耸结构 高耸结构包括塔架和桅杆结构，如高压输电线路的塔架、广播、通信和电视发射用的塔架和桅杆、火箭（卫星）发射塔架等。钢结构的应用：(6) 可拆卸的结构钢结构不仅重量轻，还可以用螺栓或其他便于拆装的手段来连接，因此非常适用于需要搬迁的结构，如建筑工地、油田和需野外作业的生产和生活用房的骨架等。钢筋混凝土结构施工用的模板和支架，以及建筑施工用的脚手架等也大量采用钢材制作。(7) 容器和其他构筑物冶金、石油、化工企业中大量采用钢板做成的容器结构，包括油罐、煤气罐、高炉、热风炉等。此外，经常使用的还有皮带通廊栈桥、管道支架、锅炉支架等其他钢构筑物，海上采

5、油平台也大都采用钢结构。钢结构的应用： (8) 轻型钢结构 钢结构重量轻不仅对大跨结构有利，对屋面活荷载特别轻的小跨结构也有优越性。因为当屋面活荷载特别轻时，小跨结构的自重也成为一个重要因素。冷弯薄壁型钢屋架在一定条件下的用钢量可比钢筋混凝土屋架的用钢量还少。轻钢结构的结构形式有实腹变截面门式刚架、冷弯薄壁型钢结构（包括金属拱形波纹屋盖）以及钢管结构等。 (9) 钢和混凝土的组合结构 钢构件和板件受压时必须满足稳定性要求，往往不能充分发挥它的强度高的作用，而混凝土则最宜于受压不适于受拉，将钢材和混凝土并用，使两种材料都充分发挥它的长处，是一种很合理的结构。近年来这种结构在我国获得了长足的发展，

6、广泛应用于高层建筑(如深圳的赛格广场)、大跨桥梁、工业厂房和地铁站台柱等。主要构件形式有钢与混凝土组合梁和钢管混凝土柱等。钢结构的应用：钢结构是环保住宅，钢结构符合可持续发展概念”21世纪钢结构将占领广阔的建筑市场。在我国目前大力推广住宅产业化的时代背景下，钢结构体系必将成为住宅结构体系的主流。展望未来，随着经济建设的蓬勃发展和交流的进一步扩大，要建造更多的高层建筑、桥梁和大型公共场所、新型的智能化小区等建筑物的需求十分旺盛。这将为钢结构的发展提供更多的机会，现在我国钢结构研究已进入一个新阶段，有关规范和标准已出台，国内钢产量充足，为钢结构住宅的发展提供了较好的物质和技术基础。钢结构的发展前景

7、：“广州塔”高600米，由一座高达454米的主塔体和一个高100多米的天线桅杆构成。其结构设计新颖、时尚，造型优美、线条流畅、结构独特。 “广州塔”的精彩，就在于挑战中国建筑工程综合能力和水平。“广州塔”整个塔身是镂空的钢结构框架，24根钢柱自下而上呈逆时针扭转，每一个构件截面都在变化。广州塔（小蛮腰）整个体育场结构的组件相互支撑，形成网格状的构架，外观看上去就仿若树枝织成的鸟巢，其灰色矿质般的钢网以透明的膜材料覆盖，其中包含着一个土红色的碗状体育场看台。在这里，中国传统文化中镂空的手法、陶瓷的纹路、红色的灿烂与热烈，与现代最先进的钢结构设计完美地相融在一起。鸟巢：木材受力的特性：受力方向与文

8、理方向相同时，强度最大，垂直时强度最小，当有一定夹角时，强度随夹角的增大而降低。承重构件的选材：（1）受拉或受弯构件，一等材。（2）受弯或压弯构件，二等材。（3）受压构件及次要受弯构件，三等材。木材受力的基本知识：1、竖向构件：整体式和组合式。2、水平构件：木檀条、木龙骨、木梁、木屋架。木结构的基本形式：檀条：沿屋顶长度分布的水平部件，位于主椽上，支撑次要屋椽。 古民宅用来挑起椽子，做成屋顶的横木，是房子的主要构件之一，也叫桁子或船儿（北方方言）。使用寿命长：据了解，已有百年历史的木屋随处可见，因为我们有一套经过长期实践总结出来的严格的建筑标准做保证。如果使用得当，木材是一种非常稳定、寿命长、

9、耐久性强的材料。 施工期短：木结构房屋的施工期大约是传统房屋的1/2，传统房屋的施工期是6-10个月，而木结构施工期为3-4个月，为开发商大大地缩短了资金的回笼时间，降低了运营成本。传统房屋在完工时仅仅是毛坯房而木房结构是装饰基本完成，只需个性化点缀即可入住。木结构的优点： 设计风格多样化：室内布局和装饰的灵活性。木结构不仅适用种类繁多的外部建筑风格，而且在室内布局和装饰方面提供了相当程度的自由，可以充分发挥设计师的想象力和满足消费者的个性需求。 保温隔音、节约能源：木材是很好的电绝缘体，有低传导性，另外，木结构利用夹层保温和空气屏障的原理，使得木结构具有很好的保温隔热性能，能源消耗少，大大地

10、为消费者节省了能源费用。研究表明，150mm 厚的木结构墙体，其保温性能相当于610mm 厚的砖墙。木结构相比砖混结构节能50-70%（得房率高5-8%）, 安装在墙体和天花板上的石膏板，以及放置在楼盖和墙体内的保温材料，都能很好地减少声音的传递。木结构的优点： 防火达标：对于轻型木结构，采用防火石膏板作为木结构的保护层，达到1到2小时的耐火等级；对于中型木结构，可利用木材的炭化效应；木材在燃烧时，表面会形成炭化层，其低导热性能可有效阻止外部火焰向内蔓延，从而保证整个结构在短时间内不受破坏（钢结构遇火灾时钢梁会迅速升温软化掉落，导致危险后果）。 抗震性最佳：木结构有很高的强度重量比较轻，木结构

11、韧性大，对于瞬间冲击荷载和周期性疲劳破坏有很强的抵抗能力，在所有结构中具有最佳的抗震性，这一点在许多大震区已得到充分证明。1995年日本神户大地震，木结构因其自身的优点，造成的危害甚微，这也是木结构在日本能得以迅猛发展的原因之一。木结构的优点： 防虫防蛀：现代木结构房屋通过清理现场、使用屏障系统、在与土壤接触部使用化学加压防腐处理材等措施来避免建筑免受白蚁的侵害。实验证明，经加压防腐处理的建筑材料是可以较长时间地抵御白蚁的侵蚀。 绿色环保、居住舒适：木材是唯一可再生的建筑材料，木结构房屋在建造过程中不污染环境，木结构房屋的自然亲和力有益于居住者的健康，这是其他结构房屋无法比拟的，也是中国及世界

12、各国大力提倡的。由于木材为绝热体，在同样厚度的条件下，木材的隔热值比标准的混凝土高16倍，比钢材高400倍，比铝材高1600倍。如果采取通常的隔热方法，木结构房的隔热效果比空心砖墙房要高3倍。所以，木结构房的取暖费用较低，冬暖夏凉，空调几乎成了摆设。木结构的优点：这是位于西班牙古城塞维利亚的一座巨型木结构建筑,由波从动起伏的木板组合而成,建筑面积近5000平方米,高度为28.5米,堪称当今世界上规模最大的木结构建筑。该建筑名为“Metropol Parasol”,是塞维利亚Encarnacion广场改造项目的主体工程,由著名的柏林建筑事务所J. MAYER H. Architects设计规划。

13、1、材料缺陷2、结构强度不足3、钢材生锈和腐蚀。（1）表面腐蚀（2）穿透锈蚀（3）钢材内部晶块腐蚀破坏。钢结构的缺陷：1、整体性检查2、受力构件的检查3、连接部位的检查4、支撑系统检查5、钢材锈蚀的检查钢结构的检查：1、变形2、腐朽与虫蛀3、隔音效果不好4、防火效果不好木结构的缺陷：1、受力结构上存在缺陷的部位重点检查2、对受力影响较大的缺陷采取方式固定。木结构的检查：1、化学锈蚀2、电化学锈蚀钢结构锈蚀产生机理：1、采用不易锈蚀的合金钢制作钢结构。2、化学氧化层防护法。3、采用金属镀层防护法。4、非金属涂层保护法。防止锈蚀的方法：1、局部加固（1）加大构件截面面积（2）缩短构件的自由长度（3

14、）对连接处和节点进行加固2、全面加固（1）增加结构或构件的刚度（2）改变构件的弯矩图形钢结构的加固措施： 一、菌害 腐朽常见于下列场合中： 1)处于经常受潮且通风不良的环境中。例如，被封闭的桁架支座部分和立柱的底部，房屋底层的木地板及其搁栅等。 2)屋面年久失修经常漏雨的部分。例如，天沟下的杆件和节点处，屋面板、椽条或檩条的上部，天窗侧立柱与桁架上弦连接部位等。 3)周期性的冷凝水使木材时干时湿的部位。例如，在北方高寒地区的屋盖闷顶中，当保温隔潮设施失效时，每到冬季就沿屋顶内皮产生大量冷凝水；此水顺坡流至支座处，日久往往使支座腐朽。 木结构的常见损害： 4)生产性温、湿度较高的房屋。例如，需要

15、保温的公共浴室、厨房或某些喷雾的车间内，当通风条件差而木结构处于经常受潮状态时。 5)某些耐腐性很差的木材。例如，马尾松、云南松、桦木等，易受菌害。 检查腐朽时,参考不同木腐菌生长特征和危害部位外,还应注意以下几点: （1）在初期腐朽阶段通常是木材变色、发软、吸水等情况；在腐朽后期会出现翘曲、纵横交错的细裂纹。 （2）当木腐菌生长旺盛时，常散发一种使人生厌的气味。 （3）当腐朽的表面特征不很明显时，可用小刀插入或用小锤敲击来检查。若小刀很易插入木材表层，且撬起时木纤维容易折断，则已腐朽；用小锤敲击木材表面，腐朽木材声音模糊不清，健康木材则响声清脆。处于上述两种状态之间时，该部位可能已受木腐菌感

16、染进入初腐阶段。 二、 虫 害 虫害是指第十一章第二节中所述昆虫对木结构的危害。 检查虫害时，应注意危害部位和特征。还应注意区别蛀孔和蛀道的新旧情况，有的虫害发生在结构加工制作之前，甚至发生在树木的生长期间，而制成木结构后蛀虫已绝迹，这类遗留下来的蛀孔和蛀道对结构的承载能力影响很小，可不作处理。 如果虫害是在结构使用期间发生的，或蛀虫仍在木杆件中潜伏生长，则必须进行彻底的杀虫和防腐处理，并应检验分析其对结构的危害影响情况。木结构的常见损害：三、化学性侵蚀 有些厂房(例如，纺织厂的漂染车间、制药厂的雷米封车间、钢厂的酸洗车间以及有侵蚀性气体的化工车间等)在生产过程中会散发含有侵蚀性介质的气体。这

17、种气体或带有侵蚀性介质的水雾、粉尘，会直接侵蚀结构中的木材或钢材；而且在气压较低的或温度较高的条件下，这种侵蚀往往会加剧。结构的抗化学侵蚀能力，同侵蚀性介质的种类有关。有些介质对木材的侵蚀性并不强，但对钢材却有严重的侵蚀作用。木结构的常见损害： 四、结构的变形和失稳： 1)屋面变形：利用湿材或屋面漏雨往往使檩条等构件经常受潮，导致挠度增大。也有因设计和施工的差错造成屋面构件挠度过大的情况。 2)桁架受潮、桁架节点处加工制作不紧密，或钢拉杆未张拉紧等原因导致节点变形过大和桁架平面内出现较大的下垂变形。 3)由于桁架就位时原始误差过大，或因风力、吊车制动力的作用下木屋盖在桁架平面外方向的刚度不足，

18、造成桁架侧倾或平面外扭曲。 4)桁架平面外的刚度不足，特别是桁架受压上弦接头部位设计不妥时，将造成桁架平面外变形失稳而无力控制。木结构的常见损害：五、震害或风害 ： 指由地震或台风造成的结构损害。常见情况有： 1) 原有的损害因地震或台风而明显加重或发展； 2) 节点松动、脱节或劈裂，个别杆件脱落； 3) 结构空间支撑杆件失效、拉脱，造成结构失稳； 4) 屋面瓦片错乱或局部散落，导致大面积漏雨； 5) 山墙或内外墙倾斜、开裂，致使檩条或桁架的支座移动，原有锚固失效。木结构的常见损害： 六、木材缺陷的危害 在木料中的木节、裂缝、翘曲、斜纹等都是木材的缺陷。这些缺陷实际上难以避免，且随其尺寸大小和

19、所在部位不同而对木材强度会产生不同程度的削弱。 在木结构设计规范GB50005-2003中，对承重木结构中的方木、板材、原木、规格材以及胶合材都规定有相应的选择标准。在这些选材标准中，针对各种不同受力状态的构件，分别规定了对各种缺陷的不同要求和限制。从第二章第二节中知道，在确定木材强度设计值时，已经考虑了缺陷达极限值时对木材强度的不利影响。因此，不超过这些限值的缺陷并不会再降低木结构的安全度；然而超过这些规定值的缺陷则可能使木结构的安全度不足，甚至会造成事故。 木结构的常见损害： 一、摸准根源，“对症下药” 确定维修或加固方案之前，须先从保证承载能力的观点出发，对整个结构，及结构中的各杆件和各

20、节点的受力效能进行核算和鉴定。大量实践说明，正确的鉴定往往和下述各种因素有密切关系： 1)不同树种的木材所具有的物理力学特性和材质特性。 2)木材各种缺陷对不同受力状态构件的不同影响特征。 3)不同节点构造的受力特征。 4)各种木腐菌或有害昆虫的生活习性。 5)各类防腐、防虫剂的不同效用和应用范围。 6)木结构所处环境的温度、湿度情况，或有侵蚀性介质的化学成份及有关测定数据。 7)所在地区不同季节的气象条件。 维修和加固的基本原则：产生有害迹象的根源，不一定局限在结构本身上，有时危害主要是由结构所处环境引起的。有些缺陷尽管还不显著，但由于处在要害部位，发展下去，后果往往是严重的。产生危害的各种

21、因素之间往往具有错综复杂的关系。要真正摸准危害根源，“对症下药”，确定恰当的维修加固方案。不对上述各种因素进行全面的调查了解，然后进行综合分析，是难以得出中肯的判断，并据以拟定对策的。维修和加固的基本原则：二、明确目标、主次分明 摸清了影响结构安全耐久性的根源以后，选定方案时，要注意明确维护或加固的重点要求。根据实践经验，木结构的维修或加固一般可分为巩固现状和改善现状两类。这里所说的“现状”，主要指结构受力体系的现状。 维修和加固的基本原则：1巩固现状 结构整体情况基本完好，但局部范围或个别部位有危害迹象，若任其发展，就会危及结构的安全使用。只要及时采取措施消除局部的危害，或控制其继续发展，就

22、能保证安全，维持原结构的可靠工作。 这一类的维修和加固，主要是着眼于木结构本身。例如： (1)当桁架或支撑的个别杆件失效，或个别接头处的夹板损坏时，更换符合标准的新构件或夹板，即可解决。 (2)杆件和节点的个别部位损坏，或木材个别缺陷偏大时，进行局部加固后即可保证安全使用。维修和加固的基本原则： (3)个别支座处木材表面初期腐朽，里层材质完好，且木材已干燥，通风良好时，只将初朽部份彻底刮除，且对表层及内层进行药物防腐处理就可维持正常使用。 (4)原有木拉杆失效时，可用钢拉杆代替。 (5)桁架歪斜或个别压杆有较大平面外变形时，用角钢和螺栓等纠正变形并适当加设支撑，一般即能满足使用要求。 (6)对防护油漆定期检查修补，使经常保持有效状态，等等。维修和加固的基本原则： 2改善现状 由于超载、使用条件改变、设计施工差错、杆件缺陷或防护设施失效等原因，致使结构或杆件的承载能力或空间刚度不足时，针对关键原因加以改善，甚至对原有结构体系加以改造，达到继续正常使用的目的。 这类维修或加固的着眼点，既可针对木结构的本身，也可改造其荷载或支承条件，或改善其所处环境，就能保证安全使用。例如： 维修和加固的基本原则：(1)桁架或柱的支座处普遍受潮又被封闭，导致木材表层腐朽。这样，一方面和“巩固现状”一节第(3)条一样，要刮除已朽的部分，并作药物防腐