鋼結構-建筑結構類型

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建筑結構類型 1994年中央廣播電視大學出版社出版圖書 2007年機械工業出版社出版圖書 2010年機械工業出版社出版圖書 2009年清華大學出版社出版圖書

鋼結構工程是以鋼材制作為主的結構，是主要的建筑結構類型之一。 以鋼材制作為主的結構，是主要的建筑結構類型之一。鋼材的特點是強度高、自重輕、整體剛性好、變形能力強，故用于建造大跨度和超高、超重型的建筑物特別適宜；材料勻質性和各向同性好，屬理想彈性體，最符合一般工程力學的基本假定；材料塑性、韌性好，可有較大變形，能很好地承受動力荷載；建筑工期短；其工業化程度高，可進行機械化程度高的專業化生產；加工精度高、效率高、密閉性好，故可用于建造氣罐、油罐和變壓器等。

　以鋼材制作為主的結構，是主要的建筑結構類型之一。鋼材的特點是強度高、自重輕、整體剛性好、變形能力強，故用于建造大跨度和超高、超重型的建筑物特別適宜；材料勻質性和各向同性好，屬理想彈性體，最符合一般工程力學的基本假定；材料塑性、韌性好，可有較大變形，能很好地承受動力荷載；建筑工期短；其工業化程度高，可進行機械化程度高的專業化生產。鋼結構今后應研究高強度鋼材，大大提高其屈服點強度；此外要軋制新品種的型鋼，例如H型鋼（又稱寬翼緣型鋼）和T形鋼以及壓型鋼板等以適應大跨度結構和超高層建筑的需要。
　　另外還有無熱橋輕鋼結構體系，建筑本身是不節能的，本技術用巧妙的特種連接件解決了建筑的冷熱橋問題；小桁架結構使電纜和上下水管道從墻里穿越，施工裝修都方便；無比節能是世界上唯一的一家以冷彎薄壁型鋼建7層住宅的建筑體系。

2 發展歷程
　　中國雖然早期在鐵結構方面有卓越的成就，但由于2000多年的封建制度的束縛，科學不發達，因此，長期停留于鐵制建筑物的水平。直到19世紀末，我國才開始采用現代化鋼結構。新中國成立后，鋼結構的應用有了很大的發展，不論在數量上或質量上都遠遠超過了過去。在設計、制造和安裝等技術方面都達到了較高的水平，掌握了各種復雜建筑物的設計和施工技術，在全國各地已經建造了許多規模巨大而且結構復雜的鋼結構廠房、大跨度鋼結構民用建筑及鐵路橋梁等，我國的人民大會堂鋼屋架，北京和上海等地的體育館的鋼網架，陜西秦始皇兵馬傭陳列館的三鉸鋼拱架和北京的鳥巢等。　
　　輕鋼結構的樓面由冷彎薄壁型鋼架或組合梁、樓面OSB結構板，支撐、連接件等組成。所用的材料是定向刨花板，水泥纖維板，以及膠合板。在這些輕質樓面上每平方米可承受316～365公斤的荷載。 邁特建筑輕鋼結構住宅的樓面結構體系重量僅為國內傳統的混凝土樓板體系的四分之一到六分之一，但其樓面的結構高度將比普通混凝土板高100～120毫米。

3 結構介紹

3.1 重鋼結構
　　1．廠房桁車起吊重量：≥25噸。
　　2．每平米用鋼量：≥50KG/M2。如：石化廠房設施、電廠廠房、大跨度的體育場館、展覽中心，高層或超高層鋼結構。

3.2 輕鋼結構
　　輕鋼也是一個比較含糊的名詞，一般可以有兩種理解。一種是現行《鋼結構設計規范》（GBJ 17－88）中第十一章“圓鋼、小角鋼的輕型鋼結構”，是指用圓鋼和小于L45×4和L56×36×4的角鋼制作的輕型鋼結構，主要在鋼材缺乏年代時用于不宜用鋼筋混凝土結構制造的小型結構，現已基本上不大采用，所以這次鋼結構設計規范修訂中已基本上傾向去掉。另一種是《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》所規定的具有輕型屋蓋和輕型外墻（也可以有條件地采用砌體外墻）的單層實腹門式剛架結構，這里的輕型主要是指圍護是用輕質材料。既然前一種已經快取消，所以現在的輕鋼含義主要是指后一種。
　　另外，還有一些參考值：如每平米造價，最大構件重量，最大跨度，結構形式，檐高等，以上這些在判斷廠房是否為重鋼或輕鋼時可以提供經驗數據，當然現在很多建筑都是輕、重鋼都有。國家規范和技術文件都并沒有重鋼一說，為區別輕型房屋鋼結構，也許稱一般鋼結構為“普鋼”更合適。因為普通鋼結構的范圍很廣，可以包含各種鋼結構，不管荷載大小，甚至包括輕型鋼結構的許多內容，輕型房屋鋼結構技術規程只是針對其“輕”的特點而規定了一些更具體的內容，而且范圍只局限在單層門式剛架。由此可見，輕鋼與重鋼之分不在結構本身的輕重，而在所承受的圍護材料的輕重，而在結構設計概念上還是一致的 .

《鋼結構設計規范》GBJ17-88已經于2003年12月1日起廢除，現時實行的是《鋼結構設計規范》GB50017-2003

3.3 設備鋼結構

設備鋼結構是指大型設備中的鋼結構部分，根據青冶工程(QYETC)技術人員的經驗，以下結構應可劃入設備鋼結構范疇：架橋機的塔架鋼結構、起重機的起重大梁、起重機車身、大型設備支架等，屬于對精密性、材質、連接等要求較高的精密鋼結構之一。對于成套設備來說，是最主要的受力部分，在功能上起到結構性作用。

4 主要特點

4.1 抗震性
　　低層別墅的屋面大都為坡屋面，因此屋面結構基本上采用的是由冷彎型鋼構件做成的三角型屋架體系，輕鋼構件在封完結構性板材及石膏板之后，形成了非常堅固的"板肋結構體系"，這種結構體系有著更強的抗震及抵抗水平荷載的能力，適用于抗震烈度為8度以上的地區。

4.2 抗風性
　　型鋼結構建筑重量輕、強度高、整體剛性好、變形能力強。建筑物自重僅是磚混結構的五分之一，可抵抗每秒70米的颶風，使生命財產能得到有效的保護。

4.3 耐久性
　　輕鋼結構住宅結構全部采用冷彎薄壁鋼構件體系組成，鋼骨采用超級防腐高強冷軋鍍鋅板制造，有效避免鋼板在施工和使用過程中的銹蝕的影響，增加了輕鋼構件的使用壽命。結構壽命可達100年。

4.4 保溫性
　　采用的保溫隔熱材料以玻纖棉為主，具有良好的保溫隔熱效果。用以外墻的保溫板，有效的避免墻體的“冷橋”現象，達到了更好的保溫效果。100mm左右厚的R15保溫棉熱阻值可相當于1m厚的磚墻。

4.5 隔音性
　　隔音效果是評估住宅的一個重要指標，輕鋼體系安裝的窗均采用中空玻璃，隔音效果好，隔音達40分貝以上；由輕鋼龍骨、保溫材料石膏板組成的墻體，其隔音效果可高達60分貝。
　　健康性：干作業施工，減少廢棄物對環境造成的污染，房屋鋼結構材料可100%回收，其他配套材料也可大部分回收，符合當前環保意識；所有材料為綠色建材，滿足生態環境要求，有利于健康。

4.6 舒適性
　　輕鋼墻體采用高效節能體系，具有呼吸功能，可調節室內空氣干濕度；屋頂具有通風功能，可以使屋內部上空形成流動的空氣間，保證屋頂內部的通風及散熱需求。

4.7 快捷
　　全部干作業施工，不受環境季節影響。一棟300平方米左右的建筑，只需5個工人30個工作日可以完成從地基到裝修的全過程。

4.8 環保
　　材料可100%回收，真正做到綠色無污染。

4.9 節能
　　全部采用高效節能墻體，保溫、隔熱、隔音效果好，可達到50%的節能標準。

5 優劣分析

5.1 優點
　　鋼結構與其它建設相比，在使用中、設計、施工及綜合經濟方面都具有優勢，造價低，可隨時移動。
　　一、鋼結構住宅比傳統建筑能更好的滿足建筑上大開間靈活分隔的要求，并可通過減少柱的截面面積和使用輕質墻板，提高面積使用率，戶內有效使用面積提高約6%。
　　二、節能效果好，墻體采用輕型節能標準化的C型鋼、方鋼、夾芯板，保溫性能好，抗震度好。節能50%，
　　三、將鋼結構體系用于住宅建筑可充分發揮鋼結構的延性好、塑性變形能力強，具有優良的抗震抗風性能，大大提高了住宅的安全可靠性。尤其在遭遇地震、臺風災害的情況下，鋼結構能夠避免建筑物的倒塌性破壞。
　　四、建筑總重輕，鋼結構住宅體系自重輕，約為混凝土結構的一半，可以大大減少基礎造價。
　　五、施工速度快，工期比傳統住宅體系至少縮短三分之一，一棟1000平米只需20天、五個工人方可完工。
　　六、環保效果好。鋼結構住宅施工時大大減少了砂、石、灰的用量，所用的材料主要是綠色，100%回收或降解的材料，在建筑物拆除時，大部分材料可以再用或降解，不會造成垃圾。
　　七、以靈活、豐實。大開間設計，戶內空間可多方案分割，可滿足用戶的不同需求。
　　八、符合住宅產業化和可持續發展的要求。鋼結構適宜工廠大批量生產，工業化程度高，并且能將節能、防水、隔熱、門窗等先進成品集合于一體，成套應用，將設計、生產、施工一體化，提高建設產業的水平。
　　鋼結構與普通鋼筋混凝土結構相比，其勻質、高強、施工速度快、抗震性好和回收率高等優越性，鋼比磚石和砼的強度和彈性模量要高出很多倍，因此在荷載相同的條件下，鋼構件的質量輕。從被破壞方面看，鋼結構是在事先有較大變形預兆，屬于延性破壞結構，能夠預先發現危險，從而避免。
　　鋼結構廠房具有總體輕、節省基礎、用料少、造價低、施工周期短，跨度大，安全可靠，造型美觀，結構穩定等優勢。鋼結構廠房廣泛應用于大跨度工業廠房、倉庫、冷庫、高層建筑、辦公大樓，多層停車車場及民宅等建筑行業。

5.2 缺點
　　鋼結構工程中質量問題的缺點　
　　（一）復雜性
　　鋼結構工程項目施工質量問題的復雜性，主要表現在引發質量問題的因素繁多，產生質量問題的原因也復雜，即使是同一性質的質量問題，原因有時也不一樣，從而質量問題的分析、判斷和處理增加了復雜性。例如焊接裂縫，其既可發生在焊縫金屬中，也可發生在母材熱影響中，既可在焊縫表面，也可在焊縫內部；裂縫走向既可平行于焊道，也可垂直于焊道，裂縫既可能是冷裂縫，也可能是熱裂縫；產生原因也有焊接材料選用不當和焊接預熱或后熱不當之分。
　　（二）嚴重性
　　鋼結構工程項目施工質量問題的嚴重性表現在：一般的，影響施工順利進行，造成工期延誤，成本增加，嚴重的，建筑物倒塌，造成人身傷亡，財產受損，引起不良的社會影響。
　　（三）可變性
　　鋼結構工程施工質量問題還將隨著外界變化和時間的延長而不斷地發展變化，質量缺陷逐漸體現。例如，鋼構件的焊縫由于應力的變化，使原來沒有裂縫的焊縫產生裂縫：由于焊后在焊縫中有氫的活動的作用便可產生延遲裂縫。又如構件長期承受過載，則鋼構件要產生下拱彎曲變形，產生隱患。
　　（四）頻發性
　　由于我國現代建筑都是以混凝土結構為主，從事建筑施工的管理人員和技術人員對鋼結構的制作和施工技術相對比較生疏，以民工為主的具體施工人員更不懂鋼結構工程的科學施工方法，導致施工過程中的事故時常發生。

6 相關信息

6.1 屋面系統
　　輕鋼結構住地產面系統是由屋架、結構OSB面板、防水層、輕型屋面瓦（金屬或瀝青瓦）組成的。邁特建筑輕鋼結構的屋面，外觀可以有多種組合。材料也有多種。在保障了防水這一技術的前提下，外觀有了許多的選擇方案。

6.2 墻體結構
　　輕鋼結構住宅的墻體主要由墻架柱、墻頂梁、墻底梁、墻體支撐、墻板和連接件組成。邁特建筑輕鋼結構住宅一般將內橫墻作為結構的承重墻，墻柱為C形輕鋼構件，其壁厚根據所受的荷載而定，通常為0.84～2毫米，墻柱間距一般為400～600毫米， 邁特建筑輕鋼結構住宅這種墻體結構布置方式，可有效承受并可靠傳遞豎向荷載，且布置方便，但邁特建筑輕鋼結構住宅墻體結構不能承受水平荷載。

6.3 保溫節能技術
　　輕鋼結構為確保達到保溫效果，在建筑物的外墻和屋面中使用的保溫隔熱材料能長期使用并能保溫隔熱。邁特建筑輕鋼結構住宅一般除了在墻的墻柱間填充玻璃纖維網格布外，在墻外側再貼一層保溫材料，有效隔斷了通過墻柱至外墻板的熱橋；樓層之間擱柵內填充玻璃纖維，減少通過樓層的熱傳遞;所有內墻墻體的墻柱之間均填充玻璃纖維，減少戶墻之間的熱傳遞。

6.4 防火技術
　　輕鋼結構一個最關鍵的問題是防火技術的應用， 邁特建筑輕鋼結構住宅的耐火等級為四級。邁特建筑輕鋼結構住宅在墻的兩側與樓蓋的天花處貼防火石膏板，對于普通防火墻和分戶墻用25.4毫米厚(1吋)石膏板保護，以達到1個小時的防火要求，另外在墻體墻柱間與樓蓋擱柵間填充的玻璃纖維對于防火與熱傳遞也起了積極的保護作用。

6.5 隔聲技術
　　輕鋼結構在內外墻及樓蓋擱柵間填充玻璃棉，有效阻止了通過空氣傳播的音頻部分，而對于通過固體傳播的沖擊聲，作如下構造處理：對于分戶墻用二道墻柱構成帶有中間空隙的二道墻體；而對于吊頂用的固定石膏板的小龍骨，用帶有小切槽的彈性構造以有效減少樓層間的固體聲傳播。

6.6 連接方法
　　焊接連接
　　螺栓連接
　　鉚釘連接

7 制作要求
　　設備鋼結構的加工制作與精密鋼結構類似，介于普通結構件（對加工要求不高）與精密機械加工（要求加工較精細）之間，采用焊接或者栓接的連接方式。
　　設備鋼結構通常會在以下方面提出特殊要求或者更高要求：
　　結構件：材質、表面粗糙度、公差、表面處理、直線度（或弧度）
　　連接：孔位偏差、螺栓等級；焊接方法、焊接標準、焊材；氣密性，要求進行無損檢測、液體滲透檢測等
　　整體結構：垂直度、水平度等
　　包裝：包裝材料、包裝方法
　　倉儲：環境溫度、環境濕度
　　運輸：裝卸、車內擺放、集裝箱內擺放，等等。

8 技術措施
　　鋼結構也是有損壞的時候，我們要即時發現即時解決問題，鋼結構網介紹鋼結構損壞的主要因素有：1)由荷載變化，超期服役，規范和規程改變導致結構承載力不足；2)構件由于各種意外產生變形、扭曲、傷殘、凹陷等，致使構件截面削弱，桿件翹曲，連接開裂等；3)溫差作用下引起構件或連接變形、開裂和翹曲；4)由于化學物質的侵蝕而產生腐蝕以及電化學腐蝕致使鋼結構構件截面削弱；5)其它包括設計、生產、施工中的失誤及服役期中的違規使用和操作等。
　　鋼結構的加固技術措施主要有三種：1) 截面補強法：在局部或沿構件全長以鋼材補強，連成整體使之共同受力；2) 改變計算簡圖：增設附加支承，調整荷載分布情況，降低內力水平，對超靜定結構支座進行強迫位移，降低應力峰值；3) 預應力拉索法：利用高強拉索加固結構薄弱環節或提高結構整體承載力、剛度和穩度。

9 發展前景
　　鋼結構發展：應關注三大領域
　　根據行業發展狀況，劉軍認為，海洋石油工程裝備、鋼結構住宅、鋼結構橋梁等3個領域的發展應當引起國家有關主管部門的關注，如果受到重視和政策鼓勵，完全可以實現產業倍增的目標。
　　劉軍指出，海洋石油的產量在2015年要達到1億噸，海洋工程裝備企業的目標是要為深海1500米～3000米的開采提供大量裝備，產業水平及規模必須提高；鋼結構住宅符合綠色環保、節能減排和循環經濟政策，其工業化、標準化的鋼結構住宅產品具有廣闊和無限的市場空間；目前，全國59萬座公路橋梁中鋼結構橋梁不足1%，鐵路系統高速發展，新建線路以橋代路，80%均是預應力鋼筋混凝土橋梁。而鋼結構橋梁在日本占到41%，美國占到33%，由此可見我國鋼結構橋梁的市場需求和產業發展與發達國家還有很大差距。
　　中國鋼結構產業在近10余年期間發展迅速，已成為全球鋼結構用量最大、制造施工能力最強、產業規模第一、企業規模第一的鋼結構大國。
　　鋼結構企業：須重視“十二五”發展
　　劉軍指出，各地重大鋼結構工程的成功建設，說明我國的鋼結構綜合技術水平已處于國際先進水平。但我國的鋼結構產業在信息化、自動化、標準化、科研創新方面同發達國家相比還有不小的差距。2011年是國家“十二五”規劃起始之年，國家有關部委、行業協會及企業集團、鋼結構企業都在進行調研、分析市場及未來發展趨勢。國家發改委、工信部、科技部也正在研究有關戰略性新型產業確定和規劃目標，對具有國際先進水平、自主創新能力強、國際競爭實力強大并可以占領更多市場的產業，將列入規劃并給予支持、扶持政策。機遇也是挑戰，我國鋼結構產業能否上臺階、上規模，“十二五”期間的發展至關重要。
　　劉軍介紹說，中國鋼結構協會經過調查研究，在聽取有關專家意見和建議后，草擬了《關于鋼結構產業在國家“十二五”規劃的戰略思考及建議草案》，在征求有關人員的意見后，協會將組織有關專家具體落實、完善，以促進“十二五”期間鋼結構行業取得更大發展。