鋼材的應(yīng)用及發(fā)展講訴.ppt

1、鋼材料的發(fā)展及應(yīng)用,鋼的前身鐵,談到鋼的使用歷史，不得不談到鐵。生鐵和鋼的主要成分都是鐵，兩者的主要區(qū)別是含碳量的不同，生鐵一般含碳在24.3%，鋼含碳0.032%。人類在發(fā)明煉鐵之后，才學(xué)會了煉鋼。約始于公元前1400年人類開始鍛造鐵器制造工具,歷史學(xué)家將這段時間稱之為鐵器時代，它是人類繼青銅器時代之后的又一重要時期。左傳中的晉國鑄鐵鼎是中國最早的關(guān)于使用鐵制工具的文字記載,在春秋時期,中國已經(jīng)在農(nóng)業(yè)、手工業(yè)生產(chǎn)上廣泛使用鐵器。,鋼冶煉技術(shù)的發(fā)展,把生鐵放到煉鋼爐內(nèi)按一定工藝館煉，就得到鋼。由于鋼較之最初的生鐵有更好的物理、化學(xué)、機械性能,所以很快就得到人們的青睞。而后，西方的第一次工業(yè)革命

2、讓他們的煉鋼技術(shù)快速發(fā)展,19世紀(jì)貝氏煉鋼法的發(fā)明讓鋼的制取不再是一項高成本低效率的工作。之后的一系列發(fā)明讓鋼的產(chǎn)量在19世紀(jì)下半葉逐步擴大,并在此基礎(chǔ)上建立起現(xiàn)代鋼鐵工業(yè)。如今,鋼以其低廉的價格、可靠的性能成為世界上使用最多的材料之一,是工業(yè)、建筑業(yè)、制造業(yè)和人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡某煞帧?鋼材的早期應(yīng)用,第一次工業(yè)革命出現(xiàn)了新式煉鋼法,讓鋼材的生產(chǎn)成本降低而規(guī)模擴大。鋼被重新發(fā)現(xiàn)和使用,設(shè)計師將過去不曾出現(xiàn)過的鋼結(jié)構(gòu)形式生動地展現(xiàn)在世人的面前。1851年在倫敦舉行了第一屆世界博覽會,名為萬國工業(yè)博覽會,這場博覽會最具特色的建筑非水晶宮莫屬,它是歷史上第一次以鋼鐵、玻璃為材料的超大型建筑。展

3、覽大廳是由瑟夫伯克斯頓設(shè)計的,它最大的價值就在于對新材料(鋼、玻璃)的大膽運用。1889年的巴黎世界博覽會上,法國工程師埃菲爾設(shè)計建造了世界著名的埃菲爾鐵塔標(biāo)志著鋼結(jié)構(gòu)從此進入一個光輝的時代。埃菲爾鐵塔不僅設(shè)計獨特,而且建造時間短,費用低,這些都向全世界證明了鋼材料性能上的優(yōu)點,同時讓人們感受到鋼結(jié)構(gòu)強烈的視覺沖擊力。,倫敦水晶宮,埃菲爾鐵塔,鋼材在景觀中的應(yīng)用,20世紀(jì)初期,建筑領(lǐng)域鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)興起。又由于鋼結(jié)構(gòu)防火能力差等方面的缺陷,鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展暫時進入低谷。直到20世紀(jì)60年代,鋼結(jié)構(gòu)才在西方發(fā)達國家再度興起。主要原因是因為第二次大戰(zhàn)造成住房緊缺,社會需要在很短的時間修建大量住房以解決

4、這一問題。鋼結(jié)構(gòu)因其能進行工業(yè)化生產(chǎn),建造速度快,所以開始迅速地發(fā)展。 與此同時,現(xiàn)代藝術(shù)運動在西方藝術(shù)界如火如荼地進行著,它推動了藝術(shù)創(chuàng)作的主流在相當(dāng)短的歷史時期內(nèi),由具象轉(zhuǎn)為抽象。這一時期景觀師開始偏向金屬材、無機材料等新興的材料。而這一時期由于現(xiàn)代鋼材加工工藝的發(fā)展及結(jié)構(gòu)技術(shù)的進步,鋼材料呈現(xiàn)出越來越多的表現(xiàn)方式,并為現(xiàn)代景觀設(shè)計帶來更多形式上的創(chuàng)新。20世紀(jì)80年代興建的巴黎拉維萊特公園,是公認的創(chuàng)新性園林作品。由建筑師屈米設(shè)計。公園中大量使用了鋼的構(gòu)筑物、橋梁、景觀小品。鋼材的使用讓公園充滿了工業(yè)化的現(xiàn)代感。,又比如1991年極簡主義大師彼得沃克在加利福尼亞的科斯塔梅沙的廣場大廈(P

5、laza Tower)的環(huán)境設(shè)計中對不銹鋼材料的經(jīng)典應(yīng)用。這些都反應(yīng)了現(xiàn)代景觀設(shè)計中設(shè)計師們對鋼材多元化應(yīng)用的發(fā)展趨勢。鋼材的使用從隱藏的結(jié)構(gòu)構(gòu)件轉(zhuǎn)化為外露的、表達景觀設(shè)計思想和營造某種景觀設(shè)計氛圍的主要材料。,巴黎拉維拉特公園,鋼材的分類,鋼材的分類方法很多,一般來說: 1.按品質(zhì)分類:普通鋼、優(yōu)質(zhì)鋼、高級優(yōu)質(zhì)鋼 2.按化學(xué)成份分類:碳素鋼和合金鋼; 3.按不同的用途分類:建筑及工程用鋼、工具鋼、結(jié)構(gòu)鋼和特殊性能鋼、專業(yè)用鋼 4.按成形方法分類:鍛鋼、鑄鋼、熱禮鋼、冷拉鋼 這些分類方法中,以按化學(xué)成分分最為普遍,因為鋼是以鐵和碳為主要成分的合金,碳及其他元素雖然所占的比重不大,但對鋼材性能卻

6、有著重要的影響。,鋼材的基本性能,每一種材料由于其不同成分及不同的分子結(jié)構(gòu),有其獨特的自然屬性,而呈現(xiàn)出不同的表現(xiàn)特征。鋼具有很多獨特的性質(zhì),將它的一些重要的基本特性總結(jié)如下: 一、力學(xué)性能 鋼材的種類繁多,力學(xué)性能差別很大,因此我們需要通過實驗獲取鋼材的一些性能指標(biāo)為設(shè)計提供依據(jù),這些指標(biāo)包括鋼材的強度、伸長率、冷彎性能和沖擊初性等。 1.強度 2.塑性 3.冷彎性能 4.沖擊性能,二、物理性能 1.耐火型 2.導(dǎo)熱性 三、化學(xué)性能 1.耐腐性 四、工藝性能 1.鑄造性 2.鍛造性 3.切削加工性能 4.可焊性,鋼材結(jié)構(gòu)建筑的優(yōu)勢,鋼結(jié)構(gòu)建筑與其它建筑結(jié)構(gòu)相比，在設(shè)計、施工、使用及綜合經(jīng)濟評

7、價中具有突出的優(yōu)點： 1. 鋼材做為一種節(jié)能環(huán)保材料，自重輕，是混凝土結(jié)構(gòu)的一半，可以大大減少基礎(chǔ)造價。鋼材的延性好、塑性變形能力強，具有優(yōu)良的抗震、抗風(fēng)性能，大大提高了住宅的安全可靠性。同時，鋼結(jié)構(gòu)建筑施工時也大大減少了砂、石、灰的用量，所用的材料主要是綠色，可回收或降解的材料，施工材料可以實現(xiàn)再生利用，這樣就減少了大量的建筑垃圾。 2.鋼結(jié)構(gòu)建筑施工時間短，用于施工的鋼結(jié)構(gòu)件采用工廠化生產(chǎn)，現(xiàn)場安裝，工期比傳統(tǒng)建筑至少縮短三分之一，對一般規(guī)模較小的工業(yè)廠房僅需 45天至 2 個月即可完工，若采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)則需要 812個月左右。,3.鋼結(jié)構(gòu)建筑比傳建筑能更好地滿足建筑上大開間、靈活分隔

8、的要求，通過減少支撐柱的截面面積和使用輕質(zhì)墻板，提高建筑面積使用率，戶內(nèi)有效使用面積提高約6%。 4.綜合經(jīng)濟效益好，施工周期短，可以提前獲取投資效益。采用色彩鮮艷的彩色壓型鋼板，改善了周邊環(huán)境的動態(tài)感。建筑物本身的自重輕，可以節(jié)省投資，耐久性也較好。根據(jù)目前我國的市場價格，輕鋼結(jié)構(gòu)的造價已經(jīng)低于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。廠房的跨度越大時，鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢越明顯。,鋼材在建筑中的具體應(yīng)用,1.大跨度鋼結(jié)構(gòu) 對于大跨度結(jié)構(gòu).減輕其橫梁自重會有明顯的經(jīng)濟效果。輕質(zhì)高強的鋼結(jié)構(gòu)能夠充分滿足這一要求，同時，鋼結(jié)構(gòu)在大跨度建筑中的應(yīng)用，往往能夠更好地體現(xiàn)和提升建筑物的自身形象。建筑物中屬于大跨度結(jié)構(gòu)的有飛機庫、航空港

9、、汽車庫、火車站、會議廳、體育館、展覽館、影劇院等，這些建筑經(jīng)常采用鋼結(jié)構(gòu)。常用的結(jié)構(gòu)體系主要有框架結(jié)構(gòu)、拱式結(jié)構(gòu)、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、懸索結(jié)構(gòu)、懸掛結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)等等。 近年來大跨度結(jié)構(gòu)發(fā)展很快，首都機場和上海浦東機場都建有大跨度網(wǎng)架機庫.遍布各地的體育館幾乎都是各種結(jié)構(gòu)形式的大跨度鋼結(jié)構(gòu)。,上海浦東機場,2.高層建筑 由于鋼結(jié)構(gòu)的承載力大，在承受相同荷載時，構(gòu)件截面往往更小，可以使建筑物獲得更大的使用空間，因此旅館、飯店、公寓、辦公大樓等多層、高層建筑也越來越多地采用鋼結(jié)構(gòu)。 如北京京倫飯店、上海新錦江賓館、深圳地王大廈等都是著名的高層鋼結(jié)構(gòu)建筑。上海浦東88層的金茂大廈(高420. 5 m)是

10、目前我國最高的鋼結(jié)構(gòu)建筑。 不僅高層、超高層建筑采用鋼結(jié)構(gòu).甚至12-16層小高層建筑、6-8層多層建筑也有采用鋼結(jié)構(gòu)或薄壁鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的趨勢，鋼結(jié)構(gòu)房屋建筑是近年來我國建筑的發(fā)展方向之一。有數(shù)據(jù)顯示，使用H型鋼制作的鋼結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)比較，自重可減輕20%-30%,同時提高使用面積達5%-8%。,央視電視臺,(3)高聳結(jié)構(gòu) 高聳結(jié)構(gòu)包括電視塔、微波塔、通訊塔、輸電線路塔、石油化工塔、大氣監(jiān)測塔、火箭發(fā)射塔、旅游目奈望塔、鉆井塔、排氣塔、水塔、煙囪等。許多高聳結(jié)構(gòu)采用鋼結(jié)構(gòu)。336 m高的黑龍江電視塔是我國目前最高的鋼結(jié)構(gòu)多功能電視塔，而同類型200 300 m的鋼塔還有很多。 (4)板殼鋼

11、結(jié)構(gòu) 要求密閉的容器.如大型儲油庫、煤氣庫、爐殼等.要求能承受很大內(nèi)力并有溫度急劇變化的高爐結(jié)構(gòu)和大直徑高壓輸油管道都采用板殼鋼結(jié)構(gòu)，還有一些大型水工結(jié)構(gòu)的水閘閘門也常常采用鋼結(jié)構(gòu)制造。 (5)承受重型荷載的結(jié)構(gòu) 重型車間。如冶金工廠的平爐車間、初軋車間、冶煉車間。重機廠的鑄鋼車間、鍛壓車間。 造船廠的船臺車間，飛機制造廠的裝配車間.以及其他一些車間的屋架、柱、吊車梁等承重體系一般都采用鋼結(jié)構(gòu)。我國著名的鋼都首鋼、鞍鋼、武鋼、包鋼以及上海的寶鋼都建有各種規(guī)模的鋼結(jié)構(gòu)廠房。,(6)輕型鋼結(jié)構(gòu) 輕型鋼結(jié)構(gòu)是一種以輕型冷彎薄壁型鋼、輕型焊接和高頻焊接型鋼、薄鋼板、薄壁鋼管、輕型熱軋型鋼拼接、焊接而成

12、的組合構(gòu)件為主要受力構(gòu)件，大量采用輕質(zhì)圍護隔離材料的單層或多層建筑。中小型房屋建筑、體育場看臺雨棚、小型倉庫等多采用輕型鋼結(jié)構(gòu).近年來.由薄鋼板做成的折板結(jié)構(gòu)和拱形波紋屋蓋結(jié)構(gòu)推廣較快。這種把屋面結(jié)構(gòu)和屋蓋承重結(jié)構(gòu)合二為一的鋼結(jié)構(gòu)體系，具有很低的用鋼量，成為一種新興的新型輕鋼屋蓋結(jié)構(gòu)體系。 (7)橋梁鋼結(jié)構(gòu) 橋梁鋼結(jié)構(gòu)越來越多，特別是中等跨度和大跨度的針拉橋和懸索橋應(yīng)用非常廣泛。例如.上海著名的大橋南浦大橋、楊浦大橋(主跨602 m).江蘇的江陰長江大橋(采用懸索橋?？玳L1 385 m).近年建成的鐵路公路兩用雙層九江大橋等.均采用鋼結(jié)構(gòu)。 (8)移動鋼結(jié)構(gòu) 由于鋼結(jié)構(gòu)強度較高、相對較輕，因此

13、一些經(jīng)常需要進行拆、裝的結(jié)構(gòu)，如裝配式房屋、水工閘門、升船機、橋式吊車和各種塔式起重機、龍門起重機、纜索起重機等.都采用鋼結(jié)構(gòu)。,鋼結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀,1. 鋼材的現(xiàn)狀。鋼材的發(fā)展是鋼結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展的關(guān)鍵因素為適應(yīng)建筑市場的要，成品鋼材將朝著品種齊全、材料標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展。國產(chǎn)建筑鋼結(jié)構(gòu)用鋼在數(shù)量、品種和質(zhì)量上發(fā)展都很快，為鋼結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展創(chuàng)造了重要條件。其它鋼結(jié)構(gòu)中的型鋼及涂鍍層鋼板的產(chǎn)量都有明顯增長，產(chǎn)品質(zhì)量有較大提高。耐火、耐候鋼、超薄熱軋 H型鋼等一批新型鋼已開始在工程中應(yīng)用，為鋼結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展創(chuàng)造了條件。 2.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計及施工方法的現(xiàn)狀。綱結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的不斷完善，為我國的鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)設(shè)計人員專業(yè)素

14、質(zhì)的提升提供了有力的保障。同時，計算機技術(shù)適應(yīng)于不同形式的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件和技術(shù)已被開發(fā)出來。近年來，我國鋼結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)也有很大的發(fā)展，如大跨度的吊裝滑移技術(shù)、智能微機液壓整體提升技術(shù)、在鋼結(jié)構(gòu)施工安裝方面運用了軟件仿真模擬技術(shù)等。在已有的鋼結(jié)構(gòu)建筑中有很多成功的案例，如廣州白云國際機場旅客航站樓雙胎架滑移、哈爾濱體育會展中心屋蓋滑移等通過三維實時動態(tài)仿真，完成各種構(gòu)件裝配、吊裝試驗和優(yōu)化施工過程，還能提前發(fā)現(xiàn)施工方案中的問題并及時糾正，減少了工地試拼裝工序，達到了事半功倍的效果。,3.我國鋼結(jié)構(gòu)建筑的業(yè)績。“鳥巢”以跨度最大、結(jié)構(gòu)奇特震撼人心，它與“水立方”對應(yīng)，代表了我國建筑鋼結(jié)構(gòu)先進技術(shù)

15、走向了世界，特別是通過奧運會亮相，已被世人認同，以集新、奇、大于一體，集漂亮、精致、宏偉于一身，向世界證明我國建筑鋼結(jié)構(gòu)的輝煌成就。,建筑結(jié)構(gòu)發(fā)展的趨勢,結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷程及現(xiàn)狀，可以看到在今后高層及超高層建筑中使用鋼結(jié)構(gòu)是必然趨勢，除此之外，在重工業(yè)、基礎(chǔ)設(shè)施、大型公共建筑、橋梁上，鋼結(jié)構(gòu)都會得到大量推廣和使用。另外鋼結(jié)構(gòu)在電力、海洋石油等方面都將會有一個相應(yīng)的發(fā)展。這也是其特點形成的不斷擴大的市場。 在我國“十二五”規(guī)劃中，鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)被列入戰(zhàn)略型新興產(chǎn)業(yè)，從而獲得國家部委和有關(guān)政策的支持。鋼結(jié)構(gòu)的工廠化生產(chǎn)重點突顯了它適應(yīng)量大面廣的供應(yīng)能力，鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)在國民經(jīng)濟建設(shè)的成長性，產(chǎn)量、產(chǎn)值比重在行業(yè)中地位突出的鋼結(jié)構(gòu)住宅、鋼結(jié)構(gòu)橋梁及非標(biāo)、成套設(shè)備制造（包括新能源風(fēng)電、核電、智能電網(wǎng)、三網(wǎng)合一、海洋工程鋼結(jié)構(gòu)等）的潛在市場和自主創(chuàng)新技術(shù)發(fā)展，使我國鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)在國內(nèi)外占據(jù)重要地位，真正成為戰(zhàn)略型新興產(chǎn)業(yè)，這些必將使得鋼結(jié)構(gòu)建筑取得飛速發(fā)展.但鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)的發(fā)展也透露出鋼結(jié)構(gòu)有關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范必須進一步進行修訂，這將會提高我國房屋建筑、橋梁、塔桅、容器等用鋼標(biāo)準(zhǔn)，提高設(shè)計使用壽命和符合環(huán)保綠色、低碳排放及循環(huán)經(jīng)濟要求，促進自主創(chuàng)新和我國的現(xiàn)代化