淺談鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展熱點(diǎn)

淺談鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展熱點(diǎn)摘要：文章從鋼結(jié)構(gòu)的材料、設(shè)計(jì)理論、結(jié)構(gòu)形式，施工技術(shù)這幾個(gè)方面淺析了鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展熱點(diǎn)，以便以后更好的為鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展1鋼結(jié)構(gòu)材料的研究熱點(diǎn)1.1鋼材材質(zhì)方面我國在使用新材料方面，己取得不少成績，如已制定了耐侯鋼的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，且寶鋼已有產(chǎn)品，如規(guī)范厚板的性能，規(guī)定了“厚度方向性能的鋼板”；在新修訂的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中增加了Q420級(jí)鋼等等。這些新材料的采用對(duì)節(jié)約鋼材有較大意義，如采用H型鋼和冷彎型鋼等高效鋼材就可節(jié)約用鋼量20%，這肯定會(huì)帶來明顯的經(jīng)濟(jì)意義。但隨著結(jié)構(gòu)的高層化和大型化，所用鋼材的厚度逐漸增加，加以我國又是地震多發(fā)區(qū)，提高建筑鋼材的可焊性(焊接性能)和抗震性能，已是刻不容緩的事情了，從這個(gè)角度看我國建筑鋼材的品種、性能、規(guī)格和國外先進(jìn)國家相比，差距仍較大。以日本為例，日本開發(fā)的以下鋼材在都是走在世界前列的：高強(qiáng)鋼。590N()和78oN()的高強(qiáng)鋼。以22層的框架結(jié)構(gòu)為例，采用590N鋼比SN490節(jié)約鋼材10%~20%。耐侯鋼(FR鋼)，為在普通鋼中添加等元素而成，其耐熱溫度為600℃(一般鋼材僅為350℃，此時(shí)強(qiáng)度下降不超過1/3，按長期荷載考慮仍能保持承載力)。使用這種鋼材對(duì)可燃物較少且空間較大的建筑物和體育館、博物館等有可能不用防火涂料，節(jié)約大量投資。極軟鋼。所謂極軟鋼，即屈服點(diǎn)的軟鋼，其化學(xué)成分接近純鐵，合金元素極少，軋制后通過退火等熱處理措施使其軟化。這種鋼主要用于減震結(jié)構(gòu)，據(jù)日本研究，用極軟鋼做的減震措施和各種阻尼法相比，具有價(jià)格低、性能穩(wěn)定、耐火性好等優(yōu)點(diǎn)。1.2熱軋型鋼方面熱軋型鋼截面除了傳統(tǒng)的角鋼、槽鋼、工字形鋼，熱軋H型鋼(平行寬翼緣工字鋼)也成為近年來常用的一種型鋼截面。熱軋H型鋼是一種經(jīng)濟(jì)斷面鋼材，與普通工字鋼相比，翼緣要寬，側(cè)向剛度較大，一般繞弱軸的慣性矩要大一倍以上，抗壓、抗彎、抗扭、抗震能力強(qiáng)，翼緣內(nèi)、外表面平行，便于機(jī)械加工便于結(jié)構(gòu)連接和安裝，可使鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件用鋼量減少6%~17%，我國新的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范已列入熱軋H型鋼。現(xiàn)在我國馬鞍山鋼鐵股份有限公司和萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司等，己能軋制出截面高度為200~700m三種類型的優(yōu)質(zhì)熱軋H型鋼，符合國家標(biāo)準(zhǔn)《熱軋H型鋼和部分T型鋼》(GB/T11263—1998)規(guī)定的型號(hào)系列，填補(bǔ)了我國鋼材產(chǎn)品的空白，為我國工業(yè)與民用建筑提供了可選材料。1.3薄壁板材方面壓型彩色鋼板是在20世紀(jì)50年代末引入，由厚度0.5~lmm的薄鋼板壓成鋸齒型。它具有一定的抗彎能力，作為非承重構(gòu)件的壓型鋼板的模板使用，可兼作工作平臺(tái)而不需腳手架，其經(jīng)濟(jì)性能和安全性顯而易見，還可大大縮短施工周期。保溫材料(聚氨脂塑料)與壓型鋼板組成的合成板，其使用范圍更廣，作為外墻板、屋面板在輕型廠房中使用的非常廣泛，其白重僅10kg/㎡。壓型鋼板上面澆灌混凝土后，可用作樓蓋層，壓型鋼板即是樓板的抗拉筋，又替代了模板，而且可以作為無耐火被覆的耐火構(gòu)件。壓型鋼板與混凝十組成的合成板，是一種施工性好、經(jīng)濟(jì)性好的樓板形式，目前己成為鋼結(jié)構(gòu)建筑樓面的主流。目前國內(nèi)廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品與國外同類產(chǎn)品(如BHP、ABC和Butler等)比較起來，數(shù)量較多，但質(zhì)量良莠不齊，在耐久性(耐久性指板材在一個(gè)合理的時(shí)期內(nèi)不剝落、不開裂或不褪色)和抗褪色性(其對(duì)于陽光較強(qiáng)的地帶非常重要，因?yàn)槟抢镒贤饩€輻射經(jīng)常會(huì)損壞較深的色彩，如紅色和藍(lán)色)方面毫無優(yōu)勢(shì)可言。我們急需自行研究生產(chǎn)出能和國外同類產(chǎn)品相競爭的板材，以滿足國內(nèi)這個(gè)全球最大市場的需求。1.4保溫、隔熱材料方面隨著時(shí)代的發(fā)展，人們對(duì)建筑物的節(jié)能要求逐步提高。從過去的歷史看，保溫問題并不是鋼結(jié)構(gòu)建筑行業(yè)中最頭疼的問題，但人們對(duì)保溫不足仍然抱怨不停。日前解決保溫問題的方法是采用保溫材料，其都是通過保溫介質(zhì)截留靜止空氣以減緩熱傳導(dǎo)來起作用的。不同類型的保溫材料主要的差別就在于這種作用如何實(shí)現(xiàn)，其類型有：玻璃纖維保溫棉氈、硬質(zhì)保溫材料(泡沫板)、夾心泡沫板和噴涂式保溫材料。保溫材料的厚度和類型對(duì)于房屋的熱工性能有極大的影響。在這一節(jié)，不得不提到“冷凝現(xiàn)象”這個(gè)概念。當(dāng)熱空氣冷卻或遇上冷表面時(shí)，它將失去一部分水汽，就造成了冷凝現(xiàn)象，其會(huì)導(dǎo)致金屬表面腐蝕、霉斑，從而喪失保溫性能并毀壞面層。目前解決此問題的方法是在較暖面安裝防水汽貼面，其可以減緩水汽的運(yùn)動(dòng)速度，特別是對(duì)潮濕的地區(qū)或有潮氣散發(fā)的房屋是十分重要的。1.5防銹、防腐蝕材料方面鋼結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)之一為耐腐蝕性能差。新建造的鋼結(jié)構(gòu)一般要隔一定時(shí)間都要重新涂刷涂料，造成鋼結(jié)構(gòu)建筑維修費(fèi)用較高。目前解決防腐蝕問題的方法有：在鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面噴涂防銹涂料和采用不易銹蝕的耐候鋼。鋼結(jié)構(gòu)防銹和防腐蝕采用的涂料、鋼材表面的除銹等級(jí)以及防腐蝕對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)造要求等應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計(jì)規(guī)范》和《涂裝前鋼材表面銹蝕和防銹蝕等級(jí)》GB8923的規(guī)定。在設(shè)計(jì)文件中應(yīng)注明所要求的鋼材防銹等級(jí)和所用的涂料(或涂層)及涂(鍍)層厚度。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)對(duì)構(gòu)件的基材種類、表面除銹等級(jí)、涂層結(jié)構(gòu)、涂層厚度、涂裝方法、使用狀況以及預(yù)期耐蝕壽命等綜合考慮合性能更好的新鋼種，努力改善和提高鋼材質(zhì)量。1.6防火材料方面鋼結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)之一為耐火性能差(耐熱不耐火)，在火災(zāi)中，未加防護(hù)的鋼結(jié)構(gòu)一般只能維持20分鐘左右。這一點(diǎn)在“9.11”事件中世貿(mào)大廈的倒塌中得到了充分證明。目前解決3.3輕型鋼結(jié)構(gòu)輕型鋼結(jié)構(gòu)是只有圓鋼、小角鋼和薄壁型鋼組成的結(jié)構(gòu)[1](這是相對(duì)普通鋼結(jié)構(gòu)而言的)。輕型鋼結(jié)構(gòu)的屋面荷載較輕，因而桿件截面較小、較薄。它除具有普通鋼結(jié)構(gòu)的自重較輕，材質(zhì)均勻，應(yīng)力計(jì)算準(zhǔn)確可靠，加工制造簡單，工業(yè)化程度高，運(yùn)輸方便等特點(diǎn)外，一般還具有取材方便，用料較省，自重更輕等優(yōu)點(diǎn)。輕型鋼屋蓋結(jié)構(gòu)的用鋼量一般為8~15kg/㎡，接近在相同條件下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的用鋼量，且能節(jié)約大量木材、水泥及其它建筑材料，將結(jié)構(gòu)自重減輕為普通鋼結(jié)構(gòu)的70~80%，總的造價(jià)較低。輕鋼結(jié)構(gòu)是近10年來發(fā)展最快的領(lǐng)域，在美國采用輕型鋼結(jié)構(gòu)占非住宅建筑投資的50%以上。這種結(jié)構(gòu)工業(yè)化、商品化程度高，施工快，綜合效益高，市場需求量很大，已引起結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員重視，這種結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于倉庫、辦公室、工業(yè)廠房及體育設(shè)施。輕鋼住宅的研究開發(fā)已在各地試點(diǎn)，是輕鋼發(fā)展的又一個(gè)重要方向，目前已經(jīng)有多種的低層、多層和高層的設(shè)計(jì)方案和實(shí)例。因其具有可做到大跨度、大空間，分隔使用靈活，而且施工速度快，抗震有利的特點(diǎn)，必將對(duì)我國傳統(tǒng)的住宅結(jié)構(gòu)模式產(chǎn)生較大沖擊。3.4鋼管混凝土結(jié)構(gòu)鋼管混凝土(CFST)，就是在鋼管中充填素混凝土制成的建筑構(gòu)件。它具有承載力高，抗震性能好，節(jié)約鋼材和施工簡捷等突出優(yōu)點(diǎn)，因而在高層和超高層建筑中得到了日益廣泛的應(yīng)用。其推廣與發(fā)展的速度十分迅猛，并將成為21世紀(jì)高層和超高層建筑群最為實(shí)用和主要的結(jié)構(gòu)形式。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是：(1)鋼管混凝土柱的抗壓和抗剪承載力高，相當(dāng)于鋼管和混凝土二者之和的2倍以上；(2)鋼管混凝土柱截面比鋼筋混凝土柱可減少60%以上，輪廓尺寸也比鋼柱小，擴(kuò)大了建筑物的使用空間和面積；(3)柱子截面減小，自重減小，有利于結(jié)構(gòu)抗震，相當(dāng)于設(shè)防烈度下降一級(jí)；(4)鋼管混凝土柱自重減少，減輕了地基承受的荷載，相應(yīng)降低了地基基礎(chǔ)造價(jià)；(5)鋼管壁薄便于選材，制造與現(xiàn)場焊接，是施工最為快捷的建筑結(jié)構(gòu)；(6)鋼管混凝土柱內(nèi)的混凝土可大量吸收熱能，其耐火性優(yōu)于鋼柱，從而比鋼柱可節(jié)省耐火涂料50%以上；(7)鋼管混凝土具有的核心混凝土三向受壓特性，利于剛剛問世的C60~80高強(qiáng)度混凝土安全可靠地推廣應(yīng)用。同時(shí)由于在高層建筑設(shè)計(jì)中，鋼管混凝土柱可以僅控制長細(xì)比而不必限制軸壓比。此外因其整體性能好，還克服了普通鋼結(jié)構(gòu)鋼柱存在的局部失穩(wěn)的缺點(diǎn)。因此，與鋼筋混凝土柱相比，截面設(shè)計(jì)可以減少60%以上。4鋼結(jié)構(gòu)施工隨著大跨度結(jié)構(gòu)及超高層結(jié)構(gòu)的不斷增多，施工技術(shù)的研究、施工技術(shù)的創(chuàng)新以及由此產(chǎn)生的施工力學(xué)問題日益突出。傳統(tǒng)的施工技術(shù)在高大精尖等復(fù)雜結(jié)構(gòu)中被慢慢淡出，隨之而來的是一些創(chuàng)新的施工技術(shù)，如整體提升施工技術(shù)、整體頂升施工技術(shù)、整體滑移施工技術(shù)及其他特殊結(jié)構(gòu)施工技術(shù)等。它們的最大特點(diǎn)：一是施工方案的創(chuàng)新與新結(jié)構(gòu)形式緊密結(jié)合，根據(jù)新結(jié)構(gòu)的構(gòu)成和受力特點(diǎn)創(chuàng)新施工方案；二是施工力學(xué)問題的解決緊密依賴于計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，可以通過施工過程的仿真，真實(shí)地了解和掌握結(jié)構(gòu)在施工過程中的變形和內(nèi)力的變化過程。施工技術(shù)的創(chuàng)新也包括在現(xiàn)有一些施工技術(shù)的基礎(chǔ)上注入新的技術(shù)，如整體提升采用液壓穿心式千斤頂和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)相結(jié)合，整體頂升技術(shù)應(yīng)用在攀達(dá)穹頂網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的整體安裝中等。一些特殊結(jié)構(gòu)形式的施工技術(shù)，如摩天觀光輪，可以根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式具體對(duì)待，但就一般共性的問題可先進(jìn)行研究。新型施工技術(shù)的實(shí)施需要以模擬仿真分析的數(shù)據(jù)為指導(dǎo)，同時(shí)分析的結(jié)果也是評(píng)價(jià)方案優(yōu)劣的重要依據(jù)。仿真技術(shù)是一相似原理、信息技術(shù)、系統(tǒng)技術(shù)及其應(yīng)用領(lǐng)域有關(guān)的專業(yè)技術(shù)為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)和各種物理效應(yīng)設(shè)備為工具，利用系統(tǒng)模型對(duì)實(shí)際的或設(shè)想的系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)的一門綜合技術(shù)。簡單的說，仿真技術(shù)是對(duì)系統(tǒng)模型的一種試驗(yàn)技術(shù)。建筑工程施工是一項(xiàng)將設(shè)計(jì)圖建成實(shí)物的復(fù)雜工作。其施工方法和組織程序存在多樣性、多變性。至今對(duì)施工方法和施工組織的優(yōu)化主要建立在施工經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上。依靠施工經(jīng)驗(yàn)對(duì)施工進(jìn)行控制和優(yōu)化，具有一定的局限性。特別是在全新的結(jié)構(gòu)或復(fù)雜條件下施工，依靠經(jīng)驗(yàn)對(duì)工程施工的可行性、控制優(yōu)化、事故預(yù)測和生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化等各方面的分析和預(yù)測，可能會(huì)由于思維慣性而忽略重要結(jié)果或由于力不從心只能分析局部和少量結(jié)果，更無法開展定量分析。而依靠仿真技術(shù)這一高效節(jié)省的實(shí)驗(yàn)方法，能夠跟蹤施工過程的各個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)施工生產(chǎn)全過程進(jìn)行試驗(yàn)，驗(yàn)證優(yōu)化施工技術(shù)和施工組織。鑒于仿真技術(shù)的顯著優(yōu)越性，圣淘沙名勝世界項(xiàng)目對(duì)仿真技術(shù)的應(yīng)用于建筑工程進(jìn)行了嘗試。5結(jié)束語作為土木工程的學(xué)生，只有了解好鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展的現(xiàn)狀，認(rèn)識(shí)鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展熱點(diǎn)，才能在以后的工作中不斷的創(chuàng)新，為我國的鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展添磚加瓦。參考文獻(xiàn)：【1】陳紹蕃.《鋼結(jié)構(gòu)》,北京,中國建筑工業(yè)出版社.1994.【2】沈祖嚴(yán),陳揚(yáng)驥,陳以一,鋼結(jié)構(gòu)基本原理,北京,中國建筑工業(yè)出版社,2002.05,【3】丁大均,蔣永生,土木工程總論,北京,中國