简述建筑钢结构的性能及发展

摘要: 对钢结构的基本性能特点进行了介绍，论述了目前钢结构的发展现状,在此介绍了我国建筑钢结构的发展趋势,并归纳出钢结构发展中存在的问题,以令人们对钢结构的认识进1步深化。

钢结构是以钢板、热轧型钢、冷弯薄壁型钢等钢材为主要承重结构材料，通过焊接或螺栓连接组成的承重结构。随着建筑科技的日趋进步,钢结构正在建筑领域扮演着愈来愈重要的角色。人们对结构体系的研究日益完善、计算技术的发展和施工技术水平的不断提高,使钢结构在我国的结构领域迅猛发展。

1.钢结构的性能分析

与钢筋混凝土结构、木结构等其他结构相比，钢结构的性能特点主要体现在以下几个方面：

1.1 钢材的抗拉、抗压、抗剪强度高，塑性韧性好，但应注意稳定问题。

与混凝土、砖石等相比，钢材具有很高的抗拉、抗压、抗剪强度。所以钢结构特别适用于高层建筑及工业厂房。同时其在桥梁方面的利用也一样非常广泛。钢材塑形好，在承受静力荷载时，材料吸收变形的能力强，因此结构在1般情况下不会由于偶然超载而产生突然断裂，只增加变形，故容易被发现。钢材的韧性反应了其动力性能，因此在地震区采取钢结构比较有益。

但是由于钢结构强度高断面小，很容易在强度破坏之前即产生失稳破坏。由于对轴心受压构件而言，构件的破坏方式主要有两种：短且粗的轴心受压构件主要是强度破坏，长而细的轴心受压构件主要是失去整体稳定性破坏。所谓整体失稳破坏，指的是细长的轴心受压构件受外力作用后，当截面的平均应力低于刚才的屈服强度时，常由于其内力和外力间不能保持平衡的稳定性，略微扰动即增进构件产生很大的变形而丧失承载能力的现象，这类现象同样成为屈服。由于刚才强度高钢结构的断面大都轻而薄，受压的破坏常是由于失去整体稳定性而控制。

1.2 钢结构的重量轻

由于钢材不但强度高, 房屋自重轻, 所以可建造开间, 进深较大的房屋, 在梁高相同的情况下, 钢结构的开间可以比混凝土结构大50% , 建筑布置更灵活。而且由于所需构件的截面小, 在相同建筑面积下的建筑空间利用率可增加5% ～7%，在跨度和承载能力相同的情况下，钢屋架的重量尽是钢筋混凝土物价屋架重量的1/3~1/4冷弯薄壁型钢乃至接近于10分之1。

1.3 材质均匀，比较符协力学计算假定

只要对冶炼和加工进程进行科学的控制，，刚才的组织比较均匀，材质接近于均值和各向同性体。而钢材的力学性能接近于理想的弹性、塑形体，其弹性模量和韧性模量均比较大，因此钢材的实际受力情况和工程计算的结果比较符合，计算的不肯定性较小，结果比较可靠。

1.4有良好的工艺性能，便于施工，有益环保。

工艺性能主要是指钢材冷加工、热加工的性能和可悍性。良好的工艺性能保证了钢材易于加工成各种构件，而且不致因加工而对材料的强度、塑形、韧性等造成较大的不利影响。

钢结构便于施工。除基础外, 构件全部由专业工厂标准化生产, 建筑质量容易保证; 工业化程度高, 施工速度快,施工周期比传统建筑可缩短40%以上, 可以使建筑更早投入使用, 投资回报快。可在梁腹板开孔走管道, 不像混凝土结构只能在梁底通过, 所以在净高相同的情况下, 采取钢结构可以下降楼层高度, 减少外围护墙面积, 并节俭空调所需能源, 减少建筑围护使用费。钢结构住宅现场组装部件, 干式施工,减少混凝土浇灌等湿作业所酿成的环境污染, 施工作业受天气及季节影响较少, 并且可以工厂制作与现场安装平行进行, 乃至1些标准化的住宅体系, 可以随定货随建造,大大缩短建造周期和资金占用时间。

钢结构构件运输方便,费用低。改造和拆迁容易, 材料的回收和再生利用率高,可下降造价, 下降建造和撤除时对环境的污染, 符合绿色生态住宅的发展趋势。

1.5钢材的耐腐蚀性差。

钢材容易锈蚀，在试用期间必须注意防护，应定时除锈和涂刷油漆，以提高其耐久性。这也造成了钢结构的保护费用较高。

钢结构的防腐蚀方法1般采取涂刷防护油漆或镀锌、镀铝锌等方法。另外，在钢冶炼进程中加入少许特定的合金元素，如Cu、P、Cr、Ni等，使之在金属表面构成保护层。通过采取这类措施，可以提高钢材的耐大气腐蚀性能，这类钢材统称为耐大气腐蚀钢或耐候钢。我国现行生产的这类钢分为高耐候结构钢和焊接结构用耐候钢两类。

1.6 钢结构耐热但不耐火

钢材受热，当温度在200摄氏度以下时，其主要受力性能无太大变化。但温度超过200摄氏度以后刚才的总强度降落，并出现蓝脆和徐变现象。超过600摄氏度，强度降落为零，已不能继续承载。所以钢结构必须做好隔热防火措施。

除以上因素外，设计环节采取的建筑结构体系与连接构造、工地安装产生的毛病与误差、使用进程承受的外界作用如各类荷载及气象条件、结构所处的不同工作环境等，也对钢结构的性能有着不可忽视的影响。

2．钢结构在我国的发展趋势

钢结构的公道应用不急取决于其特性，还取决于国家的经济发展。钢材结构性能优越，但与传统材料混凝土及砖石相比较为昂贵，建后保养费用也较高。新中国建立早期，我国的钢产量还只有几10万吨，钢结构的普及因此遭到了极大的限制。随着建筑科技的日趋进步,钢结构正在建筑领域扮演着愈来愈重要的角色。可喜的是，近几年，我国的钢产量有了很大的发展，07年我国成了全球第1大粗钢生产国。我国钢产量连年居世界首位, 钢结构建筑的建筑条件基本成熟, 但钢结构技术仍未得到特别有益的推行, 我国钢结构建筑的发展相对国外有些滞后。主要表现在: 国产H型钢、冷弯薄壁Z型钢、镀铝锌薄板等型材的品种、规格还不能满足建筑需要。厚板的可焊性差是国产建筑钢材存在主要问题。建筑用高强度低合金钢品种还太少, 高强度低合金结构钢在冷弯薄壁型钢中的利用还没有解决。钢结构住宅的造价和选择、开发外墙板, 在1定程度上制约了钢结构住宅建筑的大面积推行利用。虽然目前还存在着种种不尽人意或有待提高的方面, 但钢结构的发展潜力巨大, 前景广阔。钢结构在建筑、桥梁上的利用逐年上涨。

2.1钢结构在工业与民用建筑中的发展

2.1.1 钢结构在多层和高层建筑中的发展

最近几年来我国钢结构在此领域的发展非常迅速，技术的革新和钢材产量的增加是增进发展的主要因素。

人们对高层及超高层建筑结构体系的研究日益完善、计算技术的发展和施工技术水平的不断提高,使高层和超高层建筑迅猛发展。我国高层钢结构起步较晚,但发展迅速。1些重要的工程如:深圳地王大厦，北京京广中心、上海环球金融中心已成为我国科技进步的意味,在国内外产生了1定的影响。同时,与此相应的高层钢结构的科学研究、设计及施工等方面均获得了较大进展,在钢结构制作和安装方面都到达了较高的水平。

另外，过去我国钢材比较短缺，多层和高层建筑的骨架大多采取钢筋混凝土结构。最近几年来，我国的钢产量发展很快，到2007年，我国以4.78 亿吨的年生产量，居世界粗钢生产量的首位。钢材产量的增加，为钢结构在我国的普及奠定了基础。

2.1.2 钢结构在工业厂房中的利用术的进步, 生产工艺的不断

单层工业厂房正逐步趋向大型化发展,而且还需要常常进行扩建或改建。为了加快建设进度提高投资效益, 工业厂房采取钢结构的比重越来越大, 西方工业发达国家已到达, 我国工业建筑中钢结构利用的比率亦在日见增长, 因此, 如何弄好单层工业厂房钢结构的设计, 以寻求进1步节俭钢材, 提高综合经济效益, 加快工业建设的途径已成为当务之急。

2.2 钢结构在桥梁上的利用

由于钢结构的抗拉、抗压、抗剪强度高，因此钢结构构件结构断面小、自重轻。采取钢结构承重骨架可比钢筋混凝土结构减轻自重约40%以上，桥梁属于大跨度结构，大跨度结构主要是在自重荷载下作用，为了减轻结构自重，需要采取高强轻质材料，因此最合适采取钢结构。

从结构情势来看，初期钢结构最早用于桥梁、铁塔和储气库。近20年来，我国过江及跨海大桥的建设更是突飞猛进，南京3桥、苏通大桥、昂船洲大桥的建造，表明在大跨径桥梁上钢结构的优势愈来愈明显。桥梁是为满足交通功能的建筑物，现代桥梁钢结构由结构钢加上单元经焊(栓)连接组成为复杂的受力系统，有明确的承载安全和服役耐久性要求。

3.结语

钢结构的性能优势在现代化建设中体现的愈来愈明显，在今后会有更加广泛的利用。钢结构的发展总是伴随着科学的进步与技术的革新，如今，我