【钢结构课程】1.1 钢结构的特点

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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有各自的特点。钢结构(steel structure)是由钢板或型钢制造而成的结构,其主要特点如下:

(1)强度(strength)高,结构重量轻

与其他材料诸如木材、砖石、混凝土相比,钢材的容重虽然大,但强度高很多。现举例说明,《钢结构设计规范》(GB50017-2003)中,强度最低的钢材为Q235,其抗拉、抗压强度设计值为215N/mm2,《混凝土设计规范》(GB50010-2010 )中标号最高的为C80,其抗拉、抗压强度设计值分别为 2.22N/mm2 、35.9N/mm2 ,由此可见,前者抗拉强度为后者的97倍,而抗压强度为6倍。因此,在相同的荷载和条件下,钢结构的重量轻。

(2)塑性(plasticity)、韧性(toughness)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发生突然断裂,而是以事先有较大变形为先兆。钢材的韧性好,则使钢结构能很好地承受动力荷载,这些性能均对钢结构的安全提供了可靠保证。

(3)材质均匀

钢材的内部组织均匀,非常接近于各向同性体,在使用应力阶段,钢材为理想弹性工作,符合工程力学的基本假定。因此,钢结构实际受力情况与力学计算结果吻合好,可根据力学原理建立钢结构的计算方法。

4)良好的加工性能、可焊性(weldability)

可焊性是钢结构的独特优点。由于钢材的可焊性解决了钢结构的制作问题,致使钢结构连接大为简化,可制造各种复杂形状的结构。当然焊接也将产生残余应力、残余变形以及热影响区脆性等问题。

5)工业化程度高

钢结构采用的型钢和钢板,经专业厂家制作为钢构件,然后运至工地安装。型钢的大量采用再加上专业化的生产,故精度高、制作周期短。工地安装广泛采用螺栓连接,良好的装配性使工期大为缩短。此外,已建钢结构也易于拆卸。

(6)密闭性好

钢材本身组织致密,焊接的钢结构可以做到完全密闭,甚至铆接或螺栓连接都可以做到。因此,可用于建造气密性和水密性要求高的气罐、油罐和高压容器。

(7)耐腐蚀性差

钢材在湿度大和有腐蚀性介质的环境中容易锈蚀。因此,为确保钢结构的耐久性,必须采用油漆、镀锌等防护措施,故维护费用较高。

8)耐热不耐火

钢材当辐射热温度低于150℃时,钢材的主要性能变化很小。因此,其耐热性能较好。当温度超过150℃时,材质性能有所变化,需采取隔热措施,当温度达到600℃左右,钢结构会瞬间崩溃,完全丧失承载力。因此,耐火性能差,必须采取一定的防火措施。美国世贸大楼的坍塌充分
说明了钢结构耐火性能差是一致命缺憾。

(9)钢结构的低温冷脆倾向

由厚板焊接而成的承受拉力和弯矩的构件及其连接节点,在低温下冷脆破坏的倾向。



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