钢结构的特点及在建筑工程中的应用

罗新春

摘要：钢结构住宅有着技术高、效率高等优势特征，应加强对其研究步伐，进一步推动建筑业朝着技术密集型方向发展，同时，带动冶金、信息机械，特别是钢铁业的良好发展。当前，虽然钢结构住宅体系在我国才刚开始实行，但是，其具有的优势之处众多，在将其配套技术与市场问题全部处理之后，这一体系将会有广阔的发展空间。

关键词：钢结构；优势；应用

中图分类号：TU391文献标识码： A 文章编号：

0．引言

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．钢结构具有的优势特征

1．1钢结构的重量轻

虽然钢材有着较大的容重，且强度较高，但是最后的结构却十分的轻。之所以做出来的结构比较轻，主要是因为材料的质量密度与强度的比值而决定，比值较小，其结构就会较轻。所以，在所承受的荷载及条件保持一致时，钢结构相对其他结构而言就比较轻，大大降低了基础的负荷，使得地基、基础部分的造价更低，给运输与吊装带来了极大的便利。

1．2塑性韧性好

建筑钢材有着较高的强度，对于跨度大、高度高、承载重的结构比较适用。不过，由于它的强度高，一般构件截面不仅小，而且壁薄，受压过程中通常会被刚度计算与稳定计算所限制，很难将其强度优点全面的发挥。另外，建筑钢材的塑像也比较好，在一般条件下，其结构不会因为超载而发生断裂现象，仅仅会出现变形情况，所以，很容易被发现。

1．3钢结构制作简单，施工工期短

通常情况下，在制作钢结构构件时，主要在金属结构场完成，施工使用的是机械化，具有高准确度与高精密度特征。将钢结构的材料进行了轧制，构成了诸多的型材，加工起来非常快捷。钢结构重量轻，有着简便的连接方式，实际安装简单，施工周期短，具有特殊的连接性 ，为加固、拆迁、改建提供了便捷。

1．4钢结构具有环保功能

首先，其可以实施干式施工，不会有太大的噪音、粉尘较少；其次，由于其重量轻，所以，基础施工取土量较少，不会对土地资源造成多大的侵害，另外，在建筑结构使用期结束与结构拆除之后，不会存在大量的固体垃圾，并且，废弃的钢材具有较高的回收价值。

2．钢结构的核心构件与结构体系

2．1核心构件

2．1．1梁、柱

在设计钢结构住宅结构时，通常以强柱弱梁形式为主，梁柱采用的是等截面形式。梁设计时，主要以高频焊接与热轧H 钢为主，其属于传统的工字钢的升级版，优势之处是：较好的抗弯性能、侧向刚度大、构造简便等特征。在设计柱时，主要以双轴等强的钢管柱或者方钢管混凝土柱为主。方钢管混凝土柱除了截面受力较为理想之外，并且，还可以将框架的侧向刚度进一步抬高、具有较高的防火性能，同时，当其结构遭到破坏时，主体不会立即就发生屈曲现象。

2．1．2楼板

应认真仔细的选择楼板结构，因为，其不仅要竖向荷载分配给墙柱，而且，还要时刻确保和抗侧力结构间有良好的空间协调。并且，楼板还必须与住宅功能要求相一致，比如，隔音要求、隔热要求等。

2．1.3支撑体系

支撑主要有两种形式，一种是轴交支撑，一种是偏交支撑。轴交支撑的耐震性能较差，而偏交支撑在强震的作用下有着吸能耗能性能的优势，并且，对于门窗洞的布置十分有利，这一技术在我国建筑中运用较少，可在烈度高的区域中使用这一支撑形式。

2．2结构体系

2．2．1纯钢结构体系

现阶段，使用该体系较广的是多层钢结构住宅，在四层与八层住宅中采用的是纯框架体系。纵向与横向均设计成钢框架，门窗的设置十分灵活，进一步扩大了开间，给用户们进行二次设计提供了便利。

2．2．2冷弯薄壁型钢体系

构件主要以薄钢板冷弯成C形、Z性构件为主，能够单独进行使用，也可以组合进行使用，杆件间主要用自攻螺丝连接。该结构体系的节点刚性不够稳定，没有较高的抗侧能力，只适合在一到两层住宅中使用。

2．2．3框架的支撑体系

这一体系是由焊接工字型梁柱组合而成，通常而言，该体系属于横向承重，在横向上，梁柱节点主要是刚接形式，在纵向上主要是铰接形式。所以，结构在纵向时，就如同排架，不具备较高的抗侧移刚度，应及时的进行侧向支撑的设置，以此应对水平荷载，避免结构发生水平变形。

2．2．4周围抗侧力体系

该体系的特征是钢架柱的强轴和其相交的建筑轴线呈垂直状态，构成外筒形式以应对水平荷载。其在建筑外型貌似正方形的结构中比较适用，我们可以在框架的支撑体系中运用这一思路。不要纵向支撑，把原有位置上的钢架柱设置在九十度，将之前梁柱采用的铰接方式改变成刚接方式。这样一来，钢架柱就具备了抗风柱和竖向支撑的功能。

3． 钢结构在建筑工程中的应用

3.1 钢结构施工技术

3.1.1 钢结构建筑的平面布置及选型

钢结构建筑受钢结构强度及其形变的影响，多适用于规整，结构相对均匀，凹凸变化较少的的建筑结构平面当中。而通常轴线错位较大以及质心距离较大的建筑平面不适合采用钢结构建筑。当建筑开发项目确定采用钢结构时，则需要对钢结构建筑物的风与地震荷载作用下所产生的水平位移加以设定，并对其进行严格的控制，确保钢结构的抗侧力结构具有良好的抗风荷载与抗震荷载的性能，在遭受狂风以及地震等自然灾害时建筑机构能够保持良好的稳定性，不会在外力的作用下导致建筑结构发生位移，影响建筑物的安全施工性能。在对钢结构建筑抗侧力结构进行设计时，通常将楼梯间以及电梯间作为抗侧力机构，如果此时钢结构建筑整体的位移值仍不能被控制在合理的范围之内时，此时可以考虑将厨房、卫生间作为钢结构建筑中的抗侧力机构，一定要将钢结构的位移值控制在合理的范围之内。

3.1.2 对钢结构建筑物层数及层高的确定

钢结构建筑以其独有的性能通常适用于高层建筑、超高层建筑物的结构选择上。钢结构的建筑物其房梁以及柱脚与钢筋混凝土结构的建筑物中的房梁及柱脚相比要小的多，可以满足现代用户对房屋空间的需求，避免梁柱占用大量的房屋空间。为此选择钢结构作为高层建筑或是超高层建筑的结构具有一定的优势。在确保房屋空间加大的前提下，为了确保钢结构建筑的稳固性，则需要对钢结构建筑的楼板进行加厚处理，为了能够承受楼板增加的重量，此时则需要增加建筑楼板的用钢量。此时建筑结构的自重便会提升，建筑结构自重的加大将导致地震力加大 进而对剪力墙的厚度、强度以及配筋带来影响。

3.1.3 建筑钢结构中的节点构造

钢结构中的节点构造主要影响建筑物中的钢材用量，通常状况下在钢结构试点工程中主要从柱脚生根部位以及钢结构框架中的钢梁和钢筋混凝土剪力墙的连接部位采用阶段做法。试点工程地下层结构按钢筋混凝土框架— — 剪力墙结构考虑，柱脚位于地下室顶板标高处，柱脚与顶板预埋钢板用高强螺栓连接。首层超市用钢筋混凝土包柱按钢骨混凝土框架— —钢筋混凝土剪力墙结构考虑，二层以上钢框架— — 钢筋混凝土剪力墙结构。为了确保试点工程安全可靠，设计中没有采用单纯在剪力墙中预埋钢板的连接方法，而是在剪力墙端部和核心简拐角处白柱脚标高起，设置上下贯通的I型芯柱，并且，在钢梁高度处用钢桁架作为芯柱与芯柱之间的横向连接，以确保该部位节点的工作状态和计算假定相吻合。

3.2 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。

4． 结论

钢结构建筑工程施工质量对建筑结构的稳固性与安全性具有至关重要的影响，工程质量问题关乎使用者的生命财产安全，更加关系到钢结构建筑的发展以及我国社会主义社会的和谐与稳定，为此必须对钢结构建筑工程施工进行全过程的在质量控制工作，避免因细小的漏洞影响整个工程的建筑质量。

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