鋼結(jié)構(gòu)在土建中的分析

我們知道鋼結(jié)構(gòu)是大型土木建設(shè)的主要結(jié)構(gòu)形式之一，它是采用鋼板、型鋼通過(guò)連接而成的結(jié)構(gòu)。這種鋼結(jié)構(gòu)在房屋建筑、地下建筑、橋梁、塔桅、海洋平臺(tái)、港口建筑、礦山建筑、水工建筑、囤倉(cāng)囤斗、氣柜球罐和容器管道中都得到廣泛采用。

這是由于鋼結(jié)構(gòu)與用其他材料建造的結(jié)構(gòu)相比，具有許多優(yōu)點(diǎn)。

   首先，鋼材強(qiáng)度高，塑性和韌性好。
   鋼材與混凝土、磚石和木材等建筑材料相比，強(qiáng)度高很多，適用于建造跨度大、承載重量的結(jié)構(gòu)。但由于建筑鋼材強(qiáng)度高，一般構(gòu)件截面小而壁薄，受壓時(shí)易為穩(wěn)定承載力和剛度要求所控制，使強(qiáng)度難以得到充分的利用。建筑鋼材塑性好，結(jié)構(gòu)在一般條件下不會(huì)因超載而突然破壞，只是變形增大，應(yīng)力重分配，應(yīng)力變化趨于平緩。
   第二，鋼結(jié)構(gòu)的重量輕
   鋼材容重大，強(qiáng)度高，建造的結(jié)構(gòu)比較輕。結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)性可以用材料的質(zhì)量密度和強(qiáng)度的比值來(lái)衡量，比值越小結(jié)構(gòu)相對(duì)較輕。建筑鋼材的比值為（1.7-3.7）*10-4/m，而鋼筋混凝土的比值約為18*10-4/m。以相同跨度的結(jié)構(gòu)承受相同的荷載，鋼屋架的重量為鋼筋混凝土屋架的1/4-1/3，冷彎薄壁型鋼屋架甚至接近鋼筋混凝土屋架的1/10。
鋼結(jié)構(gòu)重量輕，為其安裝、運(yùn)輸提供了便利條件，同時(shí)減輕基礎(chǔ)的負(fù)荷，降低地基、基礎(chǔ)部分的造價(jià)。
   第三，材質(zhì)均勻，和力學(xué)的假定比較符合
   鋼材內(nèi)部組織比較均勻，接近各向同性，且在一定的應(yīng)力幅度內(nèi)材料為彈性。因此，鋼結(jié)構(gòu)實(shí)際受力情況和工程力學(xué)計(jì)算結(jié)果比較符合，在計(jì)算中采用的經(jīng)驗(yàn)公式不多，從而計(jì)算的不定性較小，計(jì)算結(jié)果比較可靠。另外，鋼材在冶煉和軋制過(guò)程中質(zhì)量可以嚴(yán)格控制，材質(zhì)波動(dòng)性小。
   第四，鋼結(jié)構(gòu)制作簡(jiǎn)便，施工工期短
   鋼結(jié)構(gòu)所用材料都已軋制成各種型材，由型材加工而成的構(gòu)件一般是在鋼結(jié)構(gòu)廠制作，加工制作簡(jiǎn)便，準(zhǔn)確度和精密度均較高。鋼構(gòu)件較輕，連接簡(jiǎn)單，安裝方便，施工機(jī)械化，周期短。鋼結(jié)構(gòu)由螺栓連接的特性，易于加固、改建和拆遷。
   第五，鋼結(jié)構(gòu)密閉性好
   鋼結(jié)構(gòu)的材料和焊接連接的水密性和氣密性較好，適宜建造密閉的板殼結(jié)構(gòu)，如高壓容器、油庫(kù)、氣柜、管道等。
   第六，鋼結(jié)構(gòu)抗震性能好。
   鋼結(jié)構(gòu)由于自重輕和結(jié)構(gòu)體系相對(duì)較柔，受到地震作用小，鋼材又具有較高的抗拉和抗壓強(qiáng)度以及交好的塑性和韌性，因此在國(guó)內(nèi)外的歷次地震中，鋼結(jié)構(gòu)是損壞最輕的結(jié)構(gòu)，已公認(rèn)為是抗震設(shè)防地區(qū)特別是強(qiáng)震區(qū)的最合適結(jié)構(gòu)。
   第七，鋼結(jié)構(gòu)耐熱性好。
   鋼材在250℃以內(nèi)，鋼材性質(zhì)變化小，鋼結(jié)構(gòu)可用于溫度不高于250℃的場(chǎng)合。

但鋼結(jié)構(gòu)也有以下缺點(diǎn)

  鋼結(jié)構(gòu)耐腐蝕性差
    鋼材容易腐蝕，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)必須注意防護(hù)，特別是薄壁構(gòu)件，因此，處于較強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)內(nèi)的建筑物不宜采用鋼結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)在涂油漆前應(yīng)徹底除銹，油漆質(zhì)量和涂層厚度均應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范要求。在設(shè)計(jì)中應(yīng)避免使結(jié)構(gòu)受潮、漏雨，構(gòu)造上應(yīng)盡量避免存在于檢查、維修的死角。
新建造的鋼結(jié)構(gòu)一般隔一定時(shí)間都要重新刷涂料，維護(hù)費(fèi)用較高。目前國(guó)內(nèi)外正在發(fā)展各種高性能的涂料和不易銹蝕的耐候鋼，鋼結(jié)構(gòu)耐銹蝕性差的問(wèn)題有望得到解決。
   
鋼結(jié)構(gòu)不耐火

   溫度超過(guò)250℃以內(nèi)時(shí)，材質(zhì)發(fā)生較大變化，不僅強(qiáng)度逐步降低，還會(huì)發(fā)生藍(lán)脆和徐變現(xiàn)象。溫度達(dá)600℃時(shí)，鋼材進(jìn)入塑性狀態(tài)不能繼續(xù)承載。

   鋼結(jié)構(gòu)可能發(fā)生脆性斷裂

   鋼結(jié)構(gòu)在低溫和某些條件下，可能發(fā)生脆性斷裂，還有厚板的層狀撕裂，都應(yīng)引起設(shè)計(jì)者的特別注意。
   鋼材價(jià)格相對(duì)較貴
   采用鋼結(jié)構(gòu)后結(jié)構(gòu)造價(jià)會(huì)略有增加，往往影響業(yè)主的選擇。其實(shí)上部結(jié)構(gòu)造價(jià)占工程總投資的比例很小。以高層建筑為例，前者約為10%，后者則不到2%。顯然，結(jié)構(gòu)造價(jià)單一因素不應(yīng)作為決定采用何種材料的依據(jù)。如果綜合考慮各種因素，尤其是工期優(yōu)勢(shì)，則鋼結(jié)構(gòu)將日益受到重視。

   綜上所述，鋼材是可以持續(xù)發(fā)展的材料，從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的觀點(diǎn)，鋼結(jié)構(gòu)將有很好的發(fā)展前景。