第一章 钢结构概述
1.1钢结构的特点
不同材料形成的结构都有各自的特点,钢结构是用钢板或型钢制成的结构,其主要特点有:
与木材、砖石、混凝土等其他材料相比专业钢结构拆除,钢材的容重较大,但强度却高得多。例如,在《钢结构设计规范》(GB50017-2003)中,强度最低的钢材为Q235,其抗拉、抗压强度设计值均为215N/mm2。在《混凝土设计规范》(GB50010-2010)中,最高等级为C80,其抗拉、抗压强度设计值分别为2.22N/mm2、35.9N/mm2。可以看出,前者的抗拉强度是后者的97倍,抗压强度是后者的6倍。因此,在同样的荷载和条件下,钢结构自重较轻。
(2)塑性、韧性好
由于钢材的塑性好,一般情况下,钢结构不会因偶然或局部超载而突然断裂,而先发生较大的变形。钢材的韧性好,使钢结构能很好地承受动荷载。这些性能为钢结构的安全提供了可靠的保证。
(3)材质均匀
钢材内部组织均匀,非常接近各向同性,在使用受力阶段,钢材以理想弹性方式工作,符合工程力学的基本假设,因此钢结构的实际受力状况与力学计算结果一致,可根据力学原理建立钢结构的计算方法。
(4)加工性能好、焊接性好
可焊性是钢结构独有的优点。钢材的可焊性解决了钢结构制造的难题,大大简化了钢结构的连接,可以制造各种复杂形状的结构。当然,焊接也会产生残余应力、残余变形、热影响区脆性等问题。
(5)工业化程度高
钢结构所用型钢、钢板由专业厂家制成钢构件,然后运输到施工现场安装。型钢的大量使用和专业化生产保证了其精度高、生产周期短。施工现场安装广泛采用螺栓连接,良好的装配性大大缩短了施工工期。此外,建成的钢结构也易于拆卸。
(6)密封性好
钢材本身结构致密,焊接钢结构可完全气密,甚至铆接或螺栓连接亦可。因此,可用来建造对气密性和水密性要求较高的气罐、油罐及高压容器。
(7)耐腐蚀性能差
钢材在湿度较大、腐蚀介质较多的环境中容易生锈,因此为保证钢结构的耐久性,必须采用涂漆、镀锌等防护措施,因此维护成本较高。
(8)耐热但不防火
钢材辐射热温度低于150℃时,钢材主要性能变化不大,因此,其耐热性较好。当温度超过150℃时专业钢结构拆除,材料性能发生变化,需采取保温措施。当温度达到600℃左右时,钢结构瞬间倒塌,完全丧失承载能力,因此,耐火性较差,必须采取一定的防火措施。美国世贸中心倒塌事件充分说明,钢结构在高温下,其抗震性能较差。
由此可见,钢结构耐火性能差是一个致命的缺陷。
(9)钢结构的低温脆性倾向
由厚板焊接而成的承受拉伸和弯矩的部件及其连接节点在低温下容易发生冷脆性破坏。