钢结构

    钢结构通常由型钢和钢板等制成的钢梁、钢柱、钢桁架等构件组成；各构件或部件之间采用焊缝、螺栓或铆钉连  接。有些钢结构还用钢铰线、钢丝绳或钢丝束以及铸钢等材料组成。
　 钢材的组织结构均匀，接近于各向同性匀质体，因而钢结构的理论计算结果比较符合实际受力情况；钢材强度较高，弹性模量也高;钢结构塑性和韧性好、适宜于承受振动和冲击荷载；钢材容重与强度的比值一般小于混凝土和木材，因而钢结构的重量轻；钢结构便于机械化制造，精确度较高，安装方便，是工程结构中工业化程度最高的一种结构；施工较快，可尽快地发挥投资的经济效益。钢结构的密封性较好，但耐锈蚀性较差，需要经常维护；耐火性也较差。
　　

应用范围

钢结构常用于跨度大、高度大、荷载大、动力作用大的各种工程结构中，如工业厂房的承重骨架和吊车梁、大跨度的屋盖结构、高层建筑的骨架、大跨度的桥梁、起重机结构、塔架和桅杆结构、石油化工设备的框架、工作平台和海洋采油平台、管道支架、水工闸门等；也常用于可装拆搬迁的结构，如临时性展览馆、建筑工地用房、混凝土模板等。轻型钢结构常用于小跨度轻屋面的各类房屋、自动化高架仓库等。此外，容器结构、炉体结构和大直径管道等也常用钢材制成。 　　

沿革发展

中国是最早用铁建造结构的国家之一，据明朝《南诏野史》记载，东汉明帝(公元58～75年)时在云南省景东地区的澜沧江上建有兰津桥，“以铁索系南北为桥”；在清朝《小方壶斋舆地丛钞•云南考略》中亦有同样记载。现存的最早的铁链桥为云南省永平县与保山市之间跨越澜沧江的霁虹桥,建于明朝成化年间(1465～1487年)，桥总长113.4米，净跨57.3米，宽3.7米,底部承重铁链16根（现存14根）。四川省泸定县大渡河上的泸定桥，净跨100米，宽2.7米，建成于清朝康熙四十五年（1706年）。此外，尚有许多纪念性建筑，如现存的、建于南汉大宝十年(967年)的广州光孝寺东铁塔，共7层，塔身高6.35米；另有建于963年的西铁塔,现仅存3层；宋朝在现湖北省当阳县建造的玉泉寺铁塔（1061年），塔身13层高17.9米（见彩图），和 在山东省济宁市铁塔寺建造的9层铁塔（1105年），塔身高13米。这些建筑物表明了中国古代冶金和营造技术的高度水平。

在西方国家，第一个完全用铸铁建造的桥梁于1779年出现在英国科尔布鲁克代尔，跨长30.5米。18世纪末，工业革命兴起,冶金技术和建筑事业随之发展,出现了生熟铁组合结构。19世纪20～30年代出现了铆钉连接，50年代和60年代相继发明转炉和平炉冶炼工艺，随着轧制型材的使用，钢铁结构应用范围不断扩大，在结构体系、跨度和高度方面都有较大发展，如巴黎埃菲尔铁塔。20世纪以来，钢材品种的增加，制造方法的改善，计算理论和设计规范的发展，使钢结构在工业与民用房屋以及其他工程结构中得到更广泛的应用。如西尔斯大厦是最高的高层房屋之一；英国亨伯桥是至今跨度最大的钢铁桥。

1949年中华人民共和国成立以后，钢结构在桥梁、较大跨度的重型厂房、大型公共建筑及高耸结构中得到较多的应用。如南京长江桥；1977年建成的上海锅炉厂重型容器车间，主跨36米，高40米，吊车起重量400/80吨是中国最大的厂房之一；1983年建成的北京首都国际航空港机库，屋盖结构采用跨度72米并设有10吨多支点悬挂吊车的钢桁架；1975年建成的上海体育馆屋盖结构采用平板型钢网架（见网架结构）；1972年建成的上海电视塔总高210.55米；北京环境气象塔，是中国最高的钢构筑物之一。中国设计和援建外国的大型工程中，也采用钢结构，如1983年建成的摩洛哥体育中心体育馆屋盖结构采用边长100.8米方形钢网架。

英国亨伯尔桥	南京长江大桥	埃菲尔铁塔

　　

结构设计

结构构件及其连接的净截面上的各项应力均应不超过钢材的相应设计强度。承受静力荷载的受弯或拉弯、压弯构件，如满足一定的构造要求，计算强度时可以考虑截面塑性变形的发展。

稳定性 　轴心受压构件、偏心受压构件和受弯构件有可能丧失整体稳定，这些构件的组成部件（腹板和翼缘等）也有可能丧失局部稳定。设计时应验算这些构件的整体稳定及其部件的局部稳定。必要时还应验算整个结构的整体稳定。

刚度 　钢结构的整体和各组成构件都有一定的刚度要求。设计时应使其满足规范规定的各项刚度要求，如变形和长细比等均应不超过容许最大值。

疲劳强度 　对于直接承受重复作用的动力荷载（见荷载）的钢结构或钢构件及其连接，当应力变化的循环次数频繁时，应进行疲劳计算，使其应力幅度不超过相应的容许应力幅度。 　　

钢材应用

钢结构应根据结构的重要性，荷载特征，连接方法，工作温度等不同情况，选择适当的钢材。通常采用的钢材为普通低碳钢和普通低合金钢，含碳量一般宜在0.22％以下，否则将降低塑性和可焊性。对于承受较重荷载、特别是动力荷载,以及处于低温下的结构,常采用3号镇静钢或16锰钢、16锰桥钢、15锰钒钢等。

热轧成型的钢材有钢板、角钢、槽钢、工字钢、钢管、方钢、圆钢等（见热轧型钢）。冷弯薄壁型钢是用厚度较小(一般为1.5～6毫米)的带钢或钢板经冷弯或冷轧成型，可制成角钢、卷边角钢、槽钢、卷边槽钢、卷边Z型钢、方管、圆管等。

钢结构所用钢材须保证抗拉强度、伸长率、屈服点和硫、磷的极限含量，对焊接结构还须保证碳的极限含量。对重要的结构以及需要冷弯成型的构件，应保证冷弯试验合格；对直接承受动力荷载的重要结构，须根据结构所处的计算温度，保证相应的常温或低温冲击韧性。

屈服点通常被认为是钢材强度计算的极限值，是确定钢材设计强度的主要依据；抗拉强度表明钢材屈服后的强度储备；而伸长率则表明钢材塑性性能的指标。冷弯试验可以反映钢材承受规定的弯曲变形的能力，并能检验钢材内部组织结构的缺陷。冲击韧性表明钢材在应力集中和冲击作用下抵抗脆性破坏的能力;温度降低,冲击韧性下降。 　

1、防锈蚀技术

钢结构表面不加保护则在周围介质的作用下会产生锈蚀。锈蚀的速率与周围介质的温度、湿度和有害物质的含量有关。防锈蚀的方法，最常用的是用油漆等保护；也可用镀锌等金属镀层保护；或采用化学氧化处理办法保护，如磷化处理。采用含铜、铬、镍等元素的合金钢材可提高抗锈蚀能力。

2、防火技术

钢材虽不可燃，但不耐火。当温度超过 300°C以后,屈服点、抗拉强度和弹性模量均开始显著下降,到600°C时则几乎降到零。常用的防火办法是在钢结构外面包混凝土或砖砌体，也可在构件表面喷涂一层含蛭石、石棉或其他材料的水泥浆。当钢结构表面长期受辐射热达150°C以上时，应用隔热层加以保护。

随着生产和科学技术的进展，钢结构也将相应发展。生产将对钢结构提出更多更复杂的要求，从而需要研究和发展新的结构形式和适合钢结构使用的高强度钢种。电子计算机的应用为钢结构的精确计算提供了手段，为较复杂的结构体系（如空间结构）的应用和优化设计创造了条件;对钢结构和构件的设计计算理论,如稳定计算（包括板件屈曲后的承载能力）、塑性阶段计算、可靠度分析，以及在动力荷载下的性能等都将有所进展。冷弯薄壁型钢结构，尤其是压型钢板组成的应力蒙皮结构，有自重轻、用钢省、安装快等优点，已有所发展。钢和混凝土组合结构充分发挥了两种材料的特点，应用范围正在逐渐扩大。钢结构连接，除高强度螺栓连接和焊接将进一步发展外，还会有其他连接方法出现。钢结构制造的工业化程度随着新技术的发展会进一步提高，继而对钢结构的标准化提出更高要求。　

中国在下列几个领域内钢结构量会增加：

1、火力电厂的建设还会加快，主厂房和锅炉钢架用钢量会增加（包括核电厂厂房用钢、风力发电用钢等）。

2、交通工程中的桥梁会有所增加，铁路桥梁均采用钢结构，公路桥梁采用钢结构已成为发展趋势，京沪高速、跨海、跨江大桥采用钢桥，高速公路中的护栏、收费站、交通标志的钢结构用量也不少。飞机场候机楼、火车站候车大厅和站台的新建和扩建项目不断增加。

3、市政建设中采用钢结构的量会增加，地铁和轻轨工程、城市立交桥、高架桥、环保工程、城市公共设施及临时房屋等均越来越多的采用钢结构。尤其在北京、上海、天津、重庆和各大省会城市，经济发达的中型城市，钢材消耗量会明显增加。如北京每年用于高架桥用钢约2万多吨。北京奥运会、上海世博会、广州亚运会、深圳世青会的配套设施将采用大量钢结构建筑。

4、钢结构住宅将增加。国家提倡建设节能省地住宅，有关钢结构住宅的设计规范及配套技术、材料基本具备。到2008年中国仅有几百万㎡的钢结构住宅，发达国家却达到40%-50%。如中国每年竣工6亿平方米的城镇住宅建设有5%采用钢结构，按多层、高层建筑平均50kg/㎡钢书计，用钢量将达到每年150万吨。上述数字未将农村建筑用钢结构统计在内。　

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。dd
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。

钢结构也是有损坏的时候，我们要即时发现即时解决问题，钢结构网介绍钢结构损坏的主要因素有：1)由荷载变化，超期服役，规范和规程改变导致结构承载力不足；2)构件由于各种意外产生变形、扭曲、伤残、凹陷等，致使构件截面削弱，杆件翘曲，连接开裂等；3)温差作用下引起构件或连接变形、开裂和翘曲；4)由于化学物质的侵蚀而产生腐蚀以及电化学腐蚀致使钢结构构件截面削弱；5)其它包括设计、生产、施工中的失误及服役期中的违规使用和操作等。 　　

钢结构的加固技术措施主要有三种：1) 截面补强法：在局部或沿构件全长以钢材补强，连成整体使之共同受力；2) 改变计算简图：增设附加支承，调整荷载分布情况，降低内力水平，对超静定结构支座进行强迫位移，降低应力峰值；3) 预应力拉索法：利用高强拉索加固结构薄弱环节或提高结构整体承载力、刚度和稳度。

钢结构与其它建设相比，在使用中、设计、施工及综合经济方面都具有优势，造价低，可随时移动。 　　

一、钢结构住宅比传统建筑能更好的满足建筑上大开间灵活分隔的要求，并可通过减少柱的截面面积和使用轻质墙板，提高面积使用率，户内有效使用面积提高约6％。 　　

二、节能效果好，墙体采用轻型节能标准化的C型钢、方钢、夹芯板，保温性能好，抗震度好。节能50％， 　　

三、将钢结构体系用于住宅建筑可充分发挥钢结构的延性好、塑性变形能力强，具有优良的抗震抗风性能，大大提高了住宅的安全可靠性。尤其在遭遇地震、台风灾害的情况下，钢结构能够避免建筑物的倒塌性破坏。 　　

四、建筑总重轻，钢结构住宅体系自重轻，约为混凝土结构的一半，可以大大减少基础造价。 　　

五、施工速度快，工期比传统住宅体系至少缩短三分之一，一栋1000平米只需20天、五个工人方可完工。 　　

六、环保效果好。钢结构住宅施工时大大减少了砂、石、灰的用量，所用的材料主要是绿色，100%回收或降解的材料，在建筑物拆除时，大部分材料可以再用或降解，不会造成垃圾。 　　

七、以灵活、丰实。大开间设计，户内空间可多方案分割，可满足用户的不同需求。 　　

八、符合住宅产业化和可持续发展的要求。钢结构适宜工厂大批量生产，工业化程度高，并且能将节能、防水、隔热、门窗等先进成品集合于一体，成套应用，将设计、生产、施工一体化，提高建设产业的水平。 　　

钢结构与普通钢筋混凝土结构相比，其匀质、高强、施工速度快、抗震性好和回收率高等优越性，钢比砖石和砼的强度和弹性模量要高出很多倍，因此在荷载相同的条件下,钢构件的质量轻。从被破坏方面看，钢结构是在事先有较大变形预兆，属于延性破坏结构，能够预先发现危险，从而避免。 　　

钢结构厂房具有总体轻、节省基础、用料少、造价低、施工周期短，跨度大，安全可靠，造型美观，结构稳定等优势。钢结构厂房广泛应用于大跨度工业厂房、仓库、冷库、高层建筑、办公大楼，多层停车车场及民宅等建筑行业。

（1） 摩擦系数： ，其中F为抗滑移试验所测得的使试件产生初始 滑移的力，nf为摩擦面数， 为与F对应的高强螺栓拧紧预拉力实测 值之和。

（2） 扭矩系数： ，其中d为高强螺栓公称直径(mm)，M为施加扭矩值（N﹒M ），P为螺栓预紧力。10.9级高强度大六角螺栓连接必须保证扭矩系数K的平均值为0.110～0.150。其标准偏差应小于等于0.010。 　　

（3） 初拧扭矩：为了缩小螺栓紧固过程中钢板变形的影响，可用二次拧紧来减小先后拧紧螺栓之间的相互影响。高强螺栓第一次拧为初拧，使其轴力宜达到标准轴力的60%～80%。 　　

（4） 终拧扭矩：高强螺栓最后紧固用的扭矩为终拧扭矩。考虑各种预应力的损失，终拧扭矩一般比按设计预拉力作理论计算的扭矩值大5%～10%。 　　

钢结构抛丸机，清理过程中由电气控制的可调速输送辊道将钢结构件或钢材送进清理机室体内抛射区，其周身各面受到来自不同坐标方位的强力密集弹丸打击与磨擦，使之其上的氧化皮、锈层及其污物迅速脱落，钢材表面就获得一定粗糙度的光洁表面，在清理室外两边进出口辊道装卸工件。落入钢材上面的弹丸与锈尘经吹扫装置吹扫，撒落下来的丸尘混合物由回收螺旋输送到室体漏斗、纵横向螺旋输送机汇集于提升机下部，再提升到机器上部的分离器里，分离后的纯净弹丸落入分离器料斗中内，供抛丸循环使用。抛丸清理中产生尘埃，由抽风管送向除尘系统，净化处理后的净气排放到大气中，颗粒状尘埃被捕捉收集。

二.主要构成

1.清理室

清理室为大容腔板式箱形组焊结构，室体内壁衬有ZGMn13耐磨防护板，清理作业在密封的容腔内进行。 　　

2.输送辊道 　　分为室内输送辊道和装卸料段输送辊道。 　　室内辊道外套高铬耐磨护套及限位环，高铬耐磨护套用于保护辊道，承受弹丸打击，限位环可使工件按预定的位置运行，防止跑偏，造成事故。 　　

3.提升机 　　主要由上、下部传动、筒体、皮带、料斗等组成。 　　提升机上下同径带轮采用筋板、轮板与轮毂组焊成多边形结构，以增强磨擦力，避免打滑现象，延长了皮带使用寿命。 　　提升机罩壳折弯成形，打开提升机中壳上的盖板可维修更换料斗和搭接皮带。打开提升机下壳上的盖板可排除底部弹丸的阻塞。 　　调整提升机上壳两侧螺栓带动拉板上下移动便可保持提升皮带的松紧度。 　　上下带轮采用带方座外球面球轴承，受到振动冲击时可自动调整，密封性好。 　　

4.分离器 　　螺旋输送器主要由减速电机、螺旋轴、螺旋体壳组成。 　　采用带方座外球面球轴承，该轴承受到振动冲击时能自动调整，密封性好。 　　

6.输丸管道 　　本输丸管道具有双重控丸功能，每一闸管上方均设一闸板，分别切断来自分离器的弹丸，便于维修各自的抛丸器；闸板开启大小，可以调节弹丸流量，也可根据清理工件的规格任意组合，开启与关闭闸门数量，以节约能源，减少对机器的磨损，并保证满足生产需要。 　　

7.抛丸器 　　采用单圆盘抛丸器，成为当今国内完美无缺的高水平抛丸器。它主要由转动机构、叶轮、罩壳、定向套、分丸轮、护板等组成，其中叶轮采用Cr40材质 由锻造而成，叶片、定向套、分丸轮及护板均采用高铬. 　　

8.吹扫装置 　　本装置采用高压风机，并在室体内辅室部分设有不同角度的多组弹性吹嘴，对工件表面余留的弹丸进行吹扫清理。 　　

9.进出口密封 　　工件进出口密封装置，均采用橡胶弹簧钢板制成，为防止在抛丸时，弹丸飞溅出清理室外，在工件进出口处各设多道加强密封，其特点为弹性强、寿命长、密封效果俱佳。 　　

10.除尘系统 　　布袋式除尘器 　　主要由袋式除尘器和风机、除尘管道等一起组成除尘系统。除尘效率可达99.5％。 　　

11.电气控制 　　电气控制系统采用常规控制实现对全机的控制，采用国内外生产的优质电器元件，具有可靠性高及维修方便等优点，主电路由小型断路器和热继电器实现对各电机的短路、缺相、过载保护。并设有多处急停开关，方便紧急关机，防止事故扩大。 　　在清理室及清扫室的各个检修门上设有安全保护开关，当任何一个检修门打开后，抛丸器不能启动。 　　

三.总结 　　通过式抛丸机主要用于金属结构、机床床身、钢(铸铁)制品、网架、工程机械与桥梁制造业，随着国家对环境污染的惩罚力度的加大，酸洗清理已经逐渐被市场淘汰，通过式抛丸机会得到越来越多的使用