钢结构在建筑工程中的应用及发展

钢结构在建筑工程中的应用及发展

摘要：钢结构住宅体系易于实现工业化生产，标准化制作，而与之相配套的墙体材料可以采用节能、环保的新型材料，它属绿色环保性建筑，可再生重复利用，符合可持续发展的战略。

关键词：钢结构；优点；应用

Abstract: The steel housing is easy to be industrialized, standardized production, while the contrast matching wall materials using energy-saving, environmentally friendly new materials; it is a green building, renewable re-use, consistent with sustainable development strategy.Key words: steel; advantages; application 目前，国内的建筑业生产效率较低，尚属劳动密集型产业。而钢结构住

宅属于高技术、高效率的产业，加快对钢结构住宅的研究，将促进建筑业向技术密集型产业转化，并将带动建材、冶金、信息机械尤其是钢铁企业的发展。钢结构住宅的发展将带动住宅施工行业的革新。尽管钢结构住宅体系在我国还处在刚刚起步阶段，但该体系集众多优点于一身，一旦相关的配套技术及市场问题进一步解决之后，钢结构住宅的发展将有着非常光明、广阔的前景。

钢结构与传统砖混、钢混结构相比，具有抗震、抗飓风、环保、节能、结构自重轻、基础承载力要求低、构件生产工业化、现场装配化施工、施工周期短、室内空间分隔灵活、有效使用面积高优点。钢结构建筑房屋体系的综合经济指标要优于传统的钢筋混凝土结构，其保温、隔音性能远优于钢筋混凝土结构。正是由于该结构体系具有如此多的优点，轻钢结构建筑体系必将发展成为今后我国低层建筑结构的重要形式之一。

1、钢结构的优点

1.1钢结构的重量轻钢材容重大，强度高，做成的结构却比较轻。结构的轻质性可以用材料的质量密度和强度的比值来衡量，比值越小，结构相对越轻。因而当承受的荷载和条件相同时，钢结构要比其它结构轻，以同样跨度承受同样的荷载，钢屋架的重量最多不过为钢筋混凝土屋架的1/3—1/4。重量轻，可减轻基础的负荷，降低地基、基础部分的造价，同时还方便运输和吊装。

1.2建筑钢材强度高，塑性韧性好强度高，适用于建造跨度大、高度高、承载重的结构。但由于强度高，一般构件截面小而壁薄，在受压时容易为稳定计算和刚度计算所控制，强度难以得到充分的利用。塑性好，结构在一般条件下不会因超载而突然断裂，只增大变形，故易于被发现。此外，尚能将局部高峰应力重分配，使应力变化趋于平缓。韧性好，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。

1.3钢结构制作简便，施工工期短钢结构构件一般是在金属结构场制作，施工机械化，准确度和精密度均较高。钢结构所有材料皆已轧制成各种型材，加工简易而迅速。钢构件较轻，连接简单，安装方便，施工周期短。小量钢结构和轻型钢结构也可在现场制作，简易吊装。钢结构由于连接的特性，易于加固、改建和拆迁。

1.4采用钢结构有利于环保采用钢结构可以有效保护环境，具体表现在三个方面：一是和混凝土相比，可采用干式施工，产生的噪音小，粉尘少；二是由于自重减轻，基础施工取土量少，对土地资源破坏小，此外大量减少混凝土用量，减少开山挖石量，有利于生态环境的保护；三是建筑结构使用寿命到期后，结构拆除后，产生的固体垃圾量小，废钢资源回收价值高。

1.5钢结构密闭性较好钢结构的钢材的连接的水密性和气密性较好，适宜于做要求密闭的板壳结构，如高压容器、油库、气柜、管道等。2、钢结构的主要构件和结构体系

2.1主要构件

2.1.1梁、柱。钢结构住宅结构一般设计为强柱弱梁形式，梁柱均取等截面形式。梁主要选用高频焊接和热轧H钢，它是工字钢的升级换代产品，具有抗弯性能好，翼缘宽，侧向刚度大，翼缘表面相互平行，构造方便等优点。对于轴压比较大、双向弯矩接近、梁截面较高的框架柱，采用双轴等强的钢管柱或方钢管混凝土柱。方钢管混凝土柱不仅截面受力合理，同时可以提高框架的侧向刚度，防火性能好，而且结构破坏时柱体不会迅速屈曲破坏。2.1.2楼板。楼板结构的选择至关重要，它除了将竖向荷载直接分配给墙柱外，更主要的作用是保证与抗侧力结构的空间协调作用。同时楼板还要应该满足住宅功能的要求，如防颤动、隔音、隔热等。

2.1.3支撑体系。支撑分轴交支撑和近年发展起来的偏交支撑两种，前者耐震能力较差，后者在强震作用下具有良好的吸能耗能性能，而且为门窗洞的布置提供了有利条件，目前国内用得还很少，建议在高烈度区首选偏交支撑。2.1.4墙体围护结构。钢结构住宅的墙体围护结构，应采用具有自承重和抗冲击能力，并能保温、隔热、隔音、防火、防渗漏等多种功能轻质的墙体材料。

2.2结构体系

2.2.1纯钢框架体系。目前，这种体系在多层钢结构住宅中应用最广，纯框架体系常用于4～8层住宅。纵横向都设成钢框架，门窗设置灵活，可提供较大的开间，便于用户二次设计，满足各种生活需求。

2.2.2冷弯薄壁型钢体系。构件采用薄钢板冷弯成C形、Z形构件，可单独使用，也可组合使用，杆件间连接采用自攻螺丝。这种体系节点刚性不易保证，

抗侧能力较差，一般只用于1～2层住宅或别墅。2.2.3框架—支撑体系。该体系主要由焊接工字型梁柱组成，多数情况下，这种体系为横向承重，梁柱节点在横向上为刚接，纵向为铰接。因此，结构在纵向相当于排架，抗侧移刚度很低，需设置侧向支撑抵抗水平荷载，限制结构的水平变形。

2.2.4周围抗侧力体系。这种体系在欧美国家的商业和民用建筑十分流行。它的特点是刚架柱的强轴与其相交的建筑轴线垂直，形成外筒，抵抗水平荷载，将之传递到基础。它适用于建筑外型接近于正方形的结构，可以将这种思路应用到框架—支撑体系中。把纵向的支撑去掉，将原有位置的刚架柱扭转90°，梁柱由铰接变为刚接。这样，刚架柱同时起到抗风柱与竖向支撑的作用。3、钢结构的应用用型钢或钢板制成基本构件，根据使用要求，通过焊接或螺栓连接等方法，按照一定规律组成的承载机构叫钢结构。根据实践经验，工业与民用建筑钢结构的应用范围为：工业厂房、大跨结构、高耸结构、多层和高层建筑、承受震动荷载影响及地震作用的结构、板壳结构、可拆卸或移动的结构、轻型钢结构、和混凝土组合成的组合结构及其它特种结构。钢结构的合理应用范围不仅取决于钢结构本身的特性，还取决于国民经济发展的具体情况。过去由于我国钢产量不能满足国民经济各部门的需要，钢结构的应用受到一定的限制。近几年来我国钢产量有了很大发展，加以钢结构结构形式的改进，钢结构的应用得到了很大的发展。我国的建筑用钢总量约占全部钢产量的20%～25%，而工业发达的国家则占30%以上。如美国和日本，该项指标均已超过50%。在我国，钢在建筑中主要用于建筑用钢结构，钢筋混凝土用钢筋，钢绞线，钢丝，门窗等，而其中钢结构用钢只占10%左右，在我国一亿吨的钢产量中，真正用于钢结构上的也就200～300万吨。若是在城市中采用钢结构住宅，因为其工厂化程度高、施工周期短的优势，将能很好地解决城市市区，尤其是中心市区人口稠密交通繁忙、施工生产不便的问题。因此钢结构住宅应该是城市住宅设计的主要方案之一，同时钢结构体系住宅成套技术的研究成果必将大大促进住宅产业化的快速发展，直接影响着我国住宅产业的发展水平和前途。