学生- 学习单元1.1-钢结构建筑分类和介绍.doc

成都航空职业技术学院

《钢结构配件设计与制作和安装》教、学、做一体化教案

学习单元1.1：钢结构建筑分类和介绍

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2011年 7月
前言
建筑钢结构的发展
钢结构的特点
材料的强度高，塑性和韧性好
钢材和其它建筑材料诸如混凝土、砖石和木材相比，强度要高得多。因此，特别适用于跨度大或荷载很大的构件和结构。钢材还具有塑性和韧性好的特点。塑性好，结构在一般条件下不会因超载而突然断裂；韧性好，结构对动力荷载的适应性强。良好的吸能能力和延性还使钢结构具有优越的抗震性能。
钢结构构件断面小、自重轻；
钢材的密度虽比混凝土等建筑材料大，但钢结构却比钢筋混凝土结构轻，原因是钢材的强度与密度之比要比混凝土大得多。以同样的跨度承受同样荷载，钢屋架的质量最多不过钢筋混凝土屋架的1/3至1/4，冷弯薄壁型钢屋架甚至接近1/10，为吊装提供了方便条件。
钢结构制作简便，加工周期短；
钢结构所用的材料单纯而且是成材，加工比较简便，并能使用机械操作。因此，大量的钢结构一般在专业化的金属结构厂做成构件，精确度较高。构件在工地拼装，可以采用安设简便的普通螺栓和高强度螺栓，有时还可以在地面拼装和焊接成较大的单元再行吊装，以缩短施工周期。小量的钢结构和轻钢屋架，也可以在现场就地制造，随即用简便机具吊装。此外，对已建成的钢结构也比较容易进行改建和加固，用螺栓连接的结构还可以根据需要进行拆迁。
钢结构材质性能均匀，易于检测和控制，可靠性高；
钢结构建筑易于改造，原料可重复使用，节省资源，环保资源；
钢结构建筑可以实现大跨度、大空间结构；
耐腐蚀性能差，涂料维护费用高；
钢材耐腐蚀的性能比较差，必须对结构注意防护。这使维护费用比钢筋混凝土结构高。不过在没有侵蚀性介质的一般厂房中，构件经过彻底除锈并涂上合格的油漆，锈蚀问题并不严重。近年来出现的耐大气腐蚀的钢材具有较好的抗锈性能，已经逐步推广应用。
钢材耐热但不耐火
钢材长期经受100℃辐射热时，强度没有多大变化，具有一定的耐热性能，但温度达150℃以上时，就须用隔热层加以保护。钢材耐火性能差，温度升高材料强度明显降低，需外加防火涂料或外包混凝土。

建筑钢结构具有自重轻、建设周期短、适应性 强、外形丰富、维护方便等优点，其应用越来 越广泛。从 20 世纪 80 年代以来，中国建筑钢结 构得到了空前的发展， 2005 年，我国已成为世 界上最大的产钢国和用钢国，年钢铁消耗量已突破3亿吨，而其中钢结构的产量高达 1.4 亿吨，包括了能源、交通及基础设施建设等的钢结构产业已成为国民经济建设的支柱。
四、钢结构的应用
目前中国钢结构市场的主角是工业项目，建筑用钢结构市场仍未得到充分发展，这是国内钢结构企业和钢材生产企业的潜在发展机遇。
从全球高层钢结构的发展历程看，在高层和超高层建筑中大量使用钢结构是必然趋势。从钢结构的优越性和综合效益考虑，预计将来在50层以上的建筑中各种形式的钢结构将成主导。从建筑轻钢结构发展状况看来，我国政府倡导的钢结构住宅及其产业化需求将是量大面广的钢结构市场之一，潜力巨大。
今后几年，我国在下列几个领域内钢结构量会增加：电厂的主厂房和锅炉钢架用钢、包括核电厂厂房用钢、风力发电用钢等、交通工程中的桥梁、市政建设用钢结构、地铁和轻轨工程、城市立交桥、高架桥、环保工程、城市公共设施及临时房屋等、管桁架结构大跨体育建筑、钢结构住宅。
（10）抗震要求较高的工程结构中
国内已建建筑钢结构示例
到目前为止，我国已建成300多幢高层钢结构建筑；大跨度空间钢结构已在各种体育馆、展览中心、大剧院、候机楼、 飞机库和一些工业厂房中应用；桥梁钢结构方兴未艾；钢结构住宅在我国经过近几年的深入研究和开发后，也已进入一个新的发展阶段。
钢结构基本知识
1、钢结构的优点
（1）材质均匀 可靠性高
钢材组织均匀，接近于各向同性匀质体，钢结构的实际工作性能比较符合目前采用的理论计算结果，故可靠性较高。
（2）强度高 重量轻
钢材强度较高，弹性模量也高，因而钢结构构件小而轻，在同样的受力情况下钢材自重较小，可以作成跨度较大的结构，由于杆件小，也便于安装和运输。
（3）塑性和韧性好
钢结构的塑性和韧性好，适于承受冲击和动力荷载，有较好的抗震性能。
（4）具有可焊性
可焊性是指钢材在焊接过程中和焊接后，都能保持焊接部分不开裂的完整性的性质。由于焊接技术的发展，焊接结构的采用，使钢结构的连接大为简化。
（5）便于机械化制造
钢结构由扎制型材和钢板在工厂中制成，便于机械化制造，生产效率高，速度快，成品精度较高，质量易于保证。
（6）安装方便 施工周期短
钢结构安装方便和施工期限短可以尽快的发挥投资的经济效益。
（7）密封性好
钢结构的水密性和气密性都较好可作成常压和高压容器结构和大直径的管道。
（8）耐热性好
实验证明钢材在常温到150℃时性能变化不大，因而钢结构可适用于热工车间。
2、钢结构的缺点
（1）耐火性差
钢材表面温度达到300-400℃以后，强度和弹性模量显著下降，600℃时基本降为零，所以钢结构的的耐火性较差。
（2）耐腐蚀性较差
在潮湿和腐蚀介质的环境中容易发生锈蚀，需要定期维护。

常见的钢结构类型
大型空间（大跨度）钢结构

平板网架结构

网壳结构

悬索结构

杂交结构

张拉集成结构

索膜结构
索膜结构的连接必须要满足结构受力要求和耐久要求，具体连接构造见图1.8。

（a） （b） （c）

（d） （e） （f）

（g） （h） （i）

（j） （k） （l）
图1.8索－膜连接构造

建筑钢结构适用的房屋和构筑物范围
单层钢结构（重型钢结构）工业厂房
钢铁联合企业和重型机械制造业有许多车间属于重型厂房。所谓“重”，就是车间里吊车的起重质量大（常在100吨以上），有的作业也经常繁重（24小时运转）。）
冶金企业的炼钢和轧钢车间、重型机械厂的水压机、装配车间等，这些车间一般高度和跨度都较大，有重级工作的大吨位吊车或设备震动大，或热加工车间等。

单层工业厂房常用的结构形式是由一系列的平面承重结构用支撑构件联成空间整体。在这种结构形式中，外荷载主要由平面承重结构承担，纵向水平荷载由支撑承受和传递。平面承重结构又可有多处形式。

高层钢结构
根据高度的不同，多层、高层及超高层建筑可采用以下合适的结构形式：①刚架结构，梁和柱刚性连接形成多层多跨刚架（图a），承受水平荷载；②刚架——支撑结构，即由刚架和支撑体系（包括抗剪桁架、剪力墙和核心简）组成的结构，（图b）即为刚架—抗剪桁架结构，③框筒、筒中筒、束筒等简体结构，图c为一束筒结构形式，④巨型结构包括巨型桁架和巨型框架（图d）。

多层、高层及超高层建筑的结构形式
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、广播和电视发射用的塔架和桅杆等。塔桅的主要结构形式为桅杆结构和塔架结构。输电线路塔架、无线电广播发射桅杆、电视播映发射塔、环境气象塔、卫星或火箭发射塔等高耸结构多采用钢结构。

塔桅结构
桥梁钢结构
用于桥梁的主要结构形式有如下几种：①实腹板梁式结构；②桁架式结构；③拱或刚架式结构；④拱与梁桁架的组合结构；⑤斜拉结构；⑥悬索结构。

桥梁的主要结构形式
住宅钢结构
容器、管道等壳体结构
用钢板焊成的容器具有密封和耐高压的特点，广泛用于冶金、石油、化工企业中，包括油罐、煤气罐、高炉、热风炉等，储液罐、储气罐、大直径输油（气）管道、水工压力管道以及炉体结构。此外，经常使用的还有皮带通廊栈桥、管道支架、钻井和采油由于钢材和钢结构的特点，钢结构应用于各种工程结构中，合理的应用范围大体如下：
大跨度屋盖结构
公共建筑中的体育馆、大会堂、影剧院等，工业建筑中的飞机装配车间，飞机检修库等。
可拆卸、搬移的结构
装配式活动的房屋、流动式展览馆、军用桥梁等采用钢结构特别合适。

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