钢结构设计特点解析:高强度、轻质、抗震性能优越

   日期:2025-03-13     来源:网络整理    作者:佚名    浏览:98    
核心提示:一.钢结构的特点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。【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】四.钢结构的常见体系

一.钢结构的特点

钢结构强度较高,尤其抗拉强度高。一般而言,钢结构构件较为“薄”,长细比大,通常属于大柔度杆件。失稳问题会在钢结构设计的整个过程中存在,并且在绝大多数情况下,是失稳在起控制作用,而非强度在起控制作用。

钢结构强度高,所以在材料使用上会比混凝土少很多。这样一来,钢结构的质量就比较轻。根据地震作用估算公式 F = αG,其中α由反应谱曲线查得。因为钢结构比较柔,周期大,所以α会较小。同时,钢结构质量轻,G 也就小。因此,钢结构的地震作用会比较小,这有利于抗震。

钢结构由钢材这种单相材料构成。钢材材料均匀,其塑性较好,接近理想的弹塑性。而混凝土是砂、石、水泥、水等多相材料,与钢材不同。正因如此,钢结构的本构模型会更接近实际的力学性能。

④钢材塑性、延性、韧性好,耗能强。

二.塑性、脆性、延性、韧性

钢材的塑性较为良好,在屈服之后会展现出良好的塑性特征。塑性意味着能够良好地实现内力的重新分布。比如拉钢筋时,当一个截面达到屈服状态后钢结构的特点,旁边的截面仍处于弹性阶段,继续进行拉伸,此时屈服的部位应力不会增加,而原本弹性的部位会变为屈服状态,这就是塑性的体现。当所有处于弹性状态的部分都能转变为屈服状态,并且还能够一直伸长而不发生断裂,这就是理想弹塑性。塑性与脆性相对。脆性意味着无法实现内力重分布,比如混凝土,它一受拉就会断裂或被破坏,即混凝土的某个截面达到最大变形就会破坏,而不会等其他截面一起。因此,可以通过伸长率和冷弯性能来评判钢材的塑性变形能力。

钢的特点_钢结构的特点_钢的结构组织和特性

塑性与延性有所区别,塑性是针对材料而言的。延性则是针对构件或结构而言的钢结构的特点,它指的是在承载能力没有显著降低的情况下经受非弹性变形的能力,这种能力反映了结构在地震作用下耐变形的能力以及消耗地震能量的能力。通常可以用延性系数来定义,即μ=u/y,其中u 是极限强度(非峰值,峰值后)对应的位移,y 是屈服强度对应的位移。

韧性指材料抵抗变形和断裂的能力,当韧性增强时,发生脆性断裂的可能性就会减小。规范对钢材提出了冲击韧性的要求,具体分为两个方面:其一,若钢材直接承受动力荷载或者需要验算疲劳(在工民建中比如吊车梁);其二,处于低温环境时,当温度过低,钢材的冲击韧性值会迅速下降,这种现象被称为冷脆。在韧性选材方面遵循钢标 4.3.3 和 4.3.4,这些钢标中包含了钢材质量等级 ABCDE。

三.材料选用

①钢材标号

厚度小于等于 16mm 的钢材,其屈服强度 fy 为 345MPa(标准值)。由于钢材屈服时存在屈服平台,所以在钢材的应力应变曲线里,屈服强度选取屈服平台的下限,也就是最小值。

钢结构的特点_钢的特点_钢的结构组织和特性

厚度增加时,缺陷会增多。其中最主要的情况是其塑性韧性下降,所以强度也会变小。比如 16 到 40mm 的 Q345,其 fy 为 335MPa。需要提及的是,如今已经取消了 Q345,改为了 Q355,这只是牌号的变化,屈服强度选取屈服平台的上限。

钢材强度提高时,塑性韧性会下降。因此,在很多情况下,在一些宽厚比、有效宽度的计算公式中会有 εk = √235/牌号,这是为了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:

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碳素结构钢的标准为 GB/T700-2006;低合金高强度结构钢的标准是 GB/T1591-2008;建筑结构用钢板的标准为 GB/T19879-2015。

在锈蚀环境下,对钢材有相应的限制,这体现在【GB50046 工业建筑防腐蚀设计规范】中。

防腐蚀一般是确定除锈等级,然后按配套使用相应的涂层。

四.钢结构的常见体系

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钢结构的体系较为复杂且多样。不同的体系其设计理念各不相同。通常会按照体系对钢结构进行分类。下面简要进行说明。

钢桁架:其与混凝土框架结构布置主次梁的原则相同,只是钢结构常用于大跨度(20m 以上)的情况。传力途径为:压型钢板混凝土传递给次梁(檩条),次梁(檩条)再传递给次桁架,次桁架接着传递给主桁架,最后主桁架传递给竖向构件。主桁架与竖向构件相连,就如同框架梁,而次桁架相当于次梁。竖向构件、主桁架、次桁架、次梁(檩条)相互连接(进行荷载传递)都在节点处,这样能避免杆件受弯。

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):

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管桁架常用于单跨结构。它一个方向相对另一个方向小很多。管桁架单向传力。管桁架比网架网壳节点少。

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

上述为个人理解,有问题的地方请指正!

 
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