钢结构发展浅谈

钢结构发展浅谈金属材料，特别是钢铁之所以从古至今一直被人类所中庸，坚韧并存的宏观品质是奇胜出的核心，而此特性的微观来源便是自由电子组成的金属键，当金属原子受外部英产生相对位移之时，自由电子依然可以将大家黏在一起，这便是韧性的微观来源，而结合强度更高的共价键，由于原子之间相互锁死，受宏观歪理往往不能够均匀分担，从而造成局部应力过大而断裂，这便是玻璃硬而脆的宏观来源，自然界硬度最高的金刚石便是由碳原子通过共价键结合而成的晶格结构，将碳原子共价键的高硬度与铁原子金属键的高韧性，取长补短，有机结合，便是铁碳合金刚的本质。胡克郑玄定律：胡克定律的表达式为F=k·x或△F=k·Δx，其中k是常数，是物体的胡克定律劲度（倔强）系数。在国际单位制中，F的单位是牛，x的单位是米，它是形变量（弹性形变），k的单位是牛/米。劲度系数在数值上等于弹簧伸长（或缩短）单位长度时的弹力。弹性定律是胡克最重要的发现之一，也是力学最重要基本定律之一。在现代，仍然是物理学的重要基本理论。胡克的弹性定律指出：弹簧在发生弹性形变时，弹簧的弹力Ff和弹簧的伸长量（或压缩量）x成正比，即F=-k·x。k是物质的弹性系数，它由材料的性质所决定，负号表示弹簧所产生的弹力与其伸长（或压缩）的方向相反。为了证实这一定律，胡克还做了大量实验，制作了各种材料构成的各种形状的弹性体。满足胡克定律的弹性体是一个重要的物理理论模型，它是对现实世界中复杂的非线性本构关系的线性简化，而实践又证明了它在一定程度上是有效的。然而现实中也存在这大量不满足胡克定律的实例。胡克定律的重要意义不只在于它描述了弹性体形变与力的关系，更在于它开创了一种研究的重要方法：将现实世界中复杂的非线性现象作线性简化，这种方法的使用在理论物理学中是数见不鲜的。胡克定律又可表示为：[1]Fn∕S=E·（△l∕l。）式中比例系数E成为弹性模量，也成为杨氏模量，由于△l∕l。为纯数，故弹性模量和应力具有相同的单位，弹性模量是描写材料本身的物理量，由上式可知，应力大而应变小，则弹性模量较大；反之，弹性模量较小。弹性模量反映材料对于拉伸或压缩变形的抵抗能力，对于一定的材料来说，拉伸和压缩量的弹性模量不同，但二者相差不多，这时可认为两者相同，下表列出了几种常见材料的弹性模量。材料铝绿石英混凝土铜玻璃花岗石铁铅松木（平行于纹理）E∕10^10Pa7.09.12.0115.54.5191.61.0钢结构的历史：钢结构是现代建筑工程中较普通的结构形式之一。我国是最早用铁制造承重结构的国家，远在秦始皇时代(公元前246-219年)，就已经用铁做简单的承重结构，而西方国家在17世纪才开始使用金属承重结构。公元3-6世纪，聪明勤劳的我国人民就用铁链修建铁索悬桥，著名的四川泸定大渡河铁索桥，云南的元江桥和贵州的盘江桥等都是我国早期铁体承重结构的例子。我国虽然早期在铁结构方面有卓越的成就，但由于2000多年的封建制度的束缚，科学不发达，因此，长期停留于铁制建筑物的水平。直到19世纪末，我国才开始采用现代化钢结构。新中国成立后，钢结构的应用有了很大的发展，不论在数量上或质量上都远远超过了过去。在设计、制造和安装等技术方面都达到了较高的水平，掌握了各种复杂建筑物的设计和施工技术，在全国各地已经建造了许多规模巨大而且结构复杂的钢结构厂房、大跨度钢结构民用建筑及铁路桥梁等，我国的人民大会堂钢屋架，北京和上海等地的体育馆的钢网架，陕西秦始皇兵马佣陈列馆的三铰钢拱架和北京的鸟巢等。《钢结构设计规范》GBJ17-88已经于2003年12月1日起废除，现时实行的是《钢结构设计规范》GB50017-2003轻钢结构轻钢结构即轻型钢结构建筑体系，是以热轧轻型H钢、轻型焊接型钢、高频焊接型钢、冷弯薄壁型钢、薄钢板和薄壁钢管等高效能结构钢材和高效功能材料为主，以各类高效装饰连接材料为辅组装而成，能满足建筑特定使用功能和特定空间需求的轻型全装配钢结构建筑。现代钢结构：轻钢也是一个比较含糊的名词，一般可以有两种理解。一种是现行《钢结构设计规范》（GBJ17－88）中第十一章“圆钢、小角钢的轻型钢结构”，是指用圆钢和小于L45*4和L56*36*4的角钢制作的轻型钢结构，主要在钢材缺乏年代时用于不宜用钢筋混凝土结构制造的小型结构，现已基本上不大采用，所以这次钢结构设计规范修订中已基本上倾向去掉。另一种是《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》所规定的具有轻型屋盖和轻型外墙（也可以有条件地采用砌体外墙）的单层实腹门式刚架结构，这里的轻型主要是指围护是用轻质材料。既然前一种已经快取消，所以轻钢含义主要是指后一种。随着现代化进程的不断发展钢结构工程也得到快速发展，越来越多的现代化建筑拔地而起。还有一些参考值：如每平米造价，最大构件重量，最大跨度，结构形式，檐高等，以上这些在判断厂房是否为重钢或轻钢时可以提供经验数据。国家规范和技术文件都并没有重钢一说，很多建筑都是轻、重钢都有。为区别轻型房屋钢结构，也许称一般钢结构为“普钢”更合适。因为普通钢结构的范围很广，可以包含各种钢结构，不管荷载大小，甚至包括轻型钢结构的许多内容，轻型房屋钢结构技术规程只是针对其“轻”的特点而规定了一些更具体的内容，而且范围只局限在单层门式刚架。由此可见，轻钢与重钢之分不在结构本身的轻重，而在所承受的围护材料的轻重，而在结构设计概念上还是一致的。轻钢结构和重钢结构的区别判定结构为重钢与轻钢结构确实没有一个统一的标准，很多有经验的设计师或项目经理也常常不能完全说明白，但我们可以以一些数据综合考虑并加以判断：1、厂房行车起吊重量：大于等于25吨，可以认为为重钢结构了。2、每平米用钢量：大于等于50KG/M2，可认为是重钢结构。3、主要构件钢板厚度：大于等于10MM，轻钢结构用的较少。轻钢也是一个比较含糊的名词，一般可以有两种理解。一种是现行《钢结构设计规范》（GBJ17－88）中第十一章“圆钢、小角钢的轻型钢结构”，是指用圆钢和小于L45*4和L56*36*4的角钢制作的轻型钢结构，主要在钢材缺乏年代时用于不宜用钢筋混凝土结构制造的小型结构，现已基本上不大采用，所以这次钢结构设计规范修订中已基本上倾向去掉。另一种是《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》所规定的具有轻型屋盖和轻型外墙（也可以有条件地采用砌体外墙）的单层实腹门式刚架结构，这里的轻型主要是指围护是用轻质材料。既然前一种已经快取消，所以轻钢含义主要是指后一种。随着现代化进程的不断发展钢结构工程也得到快速发展，越来越多的现代化建筑拔地而起。还有一些参考值：如每平米造价，最大构件重量，最大跨度，结构形式，檐高等，以上这些在判断厂房是否为重钢或轻钢时可以提供经验数据。国家规范和技术文件都并没有重钢一说，很多建筑都是轻、重钢都有。为区别轻型房屋钢结构，也许称一般钢结构为“普钢”更合适。因为普通钢结构的范围很广，可以包含各种钢结构，不管荷载大小，甚至包括轻型钢结构的许多内容，轻型房屋钢结构技术规程只是针对其“轻”的特点而规定了一些更具体的内容，而且范围只局限在单层门式刚架。由此可见，轻钢与重钢之分不在结构本身的轻重，而在所承受的围护材料的轻重，而在结构设计概念上还是一致的。轻钢结构和重钢结构的区别判定结构为重钢与轻钢结构确实没有一个统一的标准，很多有经验的设计师或项目经理也常常不能完全说明白，但我们可以以一些数据综合考虑并加以判断：1、厂房行车起吊重量：大于等于25吨，可以认为为重钢结构了。2、每平米用钢量：大于等于50KG/M2，可认为是重钢结构。3、主要构件钢板厚度：大于等于10MM，轻钢结构用的较少钢铁产量对于国家的强大有着密不可分的联系。现代钢结构的优势：轻钢结构是一种年轻而极具生命力的钢结构体系，已广泛应用于一般工农业、商业、服务性建筑，如办公楼、别墅、仓库、体育场馆、娱乐、旅游建筑和低、多层住宅建筑等领域，还可用于旧房增层、改造、加固和建材缺乏地区、运输不便地区、工期紧、活动式可拆迁建筑等，倍受业主青睐，主要有以下特点：1）采用高效轻型薄壁型材，自重轻、强度高、占用面积小。2）构配件均为自动化、连续化、高精度生产，产品规格系列化、定型化、配套化。各部分尺寸精确。3）结构设计、详图设计、计算机模拟安装、工厂制造、工地安装等以较小时间差同步进行。4）基础以上干式工法没有湿作业，内装饰等易于一次到位。型材经过镀锌、涂层后外观优美且防腐，有利于减少围护和装修费用。5）便于扩大柱距和提供更大分隔空间，可降低层高和增加建筑面积（住宅实用面积可达92%）。在增层、改造、加固方面优势明显。6）新墙材应用范围广，大量使用采光带，通风条件好。7）室内水暖电气管线全部隐蔽在墙体中和楼层间，布置灵活，修改方便。8）房子可以搬迁、材料可全部回收利用，不会造成垃圾，符合可持续发展战略。发达国家在非居住建筑上的应用十分迅速，并正在向多层居住建筑拓展。非居住建筑以四层以下的门式轻钢结构为主，跨径一般大于20m，普遍用在大跨的轻工、电子、仓库、加工等车间的建造，也有应用在日用的超市、临时用房、飞机库等。轻钢结构居住建筑一般用于多层（4～6层）与高度24m以下（7～9层）的高层。通过增设耗能支撑等消能部件，居住轻钢结构也可用于更高层。居住轻钢结构多采用由热轧H型钢组成的框架结构，结点采用高强螺栓连接（辅以焊接），楼板多采用压型钢板衬底代替模板的钢筋砼结构，屋面板与外墙多采用集保温、防水于一体的彩色涂层钢板，分户墙多采用防水轻质墙板。抗震性：低层别墅的屋面大都为坡屋面，因此屋面结构基本上采用的是由冷弯型钢构件做成的三角型屋架体系，轻钢构件在封完结构性板材及石膏板之后，形成了非常坚固的板肋结构体系，这种结构体系有着更强的抗震及抵抗水平荷载的能力，适用于抗震烈度为8度以上的地区。抗风性型钢结构建筑重量轻、强度高、整体刚性好、变形能力强。建筑物自重仅是砖混结构的五分之一，可抵抗每秒70米的飓风，使生命财产能得到有效的保护。耐久性轻钢结构住宅结构全部采用冷弯薄壁钢构件体系组成，钢骨采用超级防腐高强冷轧镀锌板制造，有效避免钢板在施工和使用过程中的锈蚀的影响，增加了轻钢构件的使用寿命。结构寿命可达100年。保温性采用的保温隔热材料以玻纤棉为主，具有良好的保温隔热效果。用以外墙的保温板，有效的避免墙体的“冷桥”现象，达到了更好的保温效果。100mm左右厚的R15保温棉热阻值可相当于1m厚的砖墙。隔音性隔音效果是评估住宅的一个重要指标，轻钢体系安装的窗均采用中空玻璃，隔音效果好，隔音达40分贝以上；由轻钢龙骨、保温材料石膏板组成的墙体，其隔音效果可高达60分贝。健康性干作业施工，减少废弃物对环境造成的污染，房屋钢结构材料可100%回收，其他配套材料也可大部分回收，符合当前环保意识；所有材料为绿色建材，满足生态环境要求，有利于健康。?舒适性轻钢墙体采用高效节能体系，具有呼吸功能，可调节室内空气干湿度；屋顶具有通风功能，可以使屋内部上空形成流动的空气间，保证屋顶内部的通风及散热需求。快捷全部干作业施工，不受环境季节影响。一栋300平方米左右的建筑，只需5个工人30个工作日可以完成从地基到装修的全过程。环保材料可100%回收，真正做到绿色无污染。节能全部采用高效节能墙体，保温、隔热、隔音效果好，可达到50%的节能标准。现代钢结构的市场前景：由于环保意识的加强和木材短缺等因素，许多国家如美国、日本、英国、澳大利亚等，正积极地推动中低层轻钢结构住宅的应用与发展。澳大利亚早在20世纪60年代就提出了“快速安装预制住宅”的概念，但由于市场尚未成熟，并未得到很好发展。到了1987年，高强度冷弯薄壁钢结构出现，澳大利亚与新西兰的联合规范AS/NZS4600冷弯成型结构钢规范于1996年发布实施。这种钢材承载力高，与相同承载力的木材相比，只是木材的1/3重，表面经镀锌处理，在免大修的情况下，耐久性可达75年。在澳大利亚，每年约建造6亿美元的轻钢龙骨独立式住宅120000栋，约占澳大利亚所有建筑业务产值的24%美国轻钢结构在美国发展最快，1965年轻钢结构在美国仅占建筑市场15%；1990年就上升到53%，而1993年