高效鋼在鋼結構設計中的應用

1、<p>　　高效鋼在鋼結構設計中的應用</p><p>　　摘要：隨著社會的發(fā)展與進步，重視高效鋼在鋼結構設計中的應用對于現(xiàn)實生活具有重要的意義。本文主要介紹高效鋼在鋼結構設計中的應用的有關內(nèi)容。 </p><p>　　關鍵詞 ： 鋼結構；高效鋼；應用；設計； </p><p>　　中圖分類號： TU391 文獻標識碼： A 文章編號： </p>

2、;<p><b>　　引言 </b></p><p>　　由于普通低碳鋼的性能具有較為突出的特點:接近于理想彈性塑性體,性能穩(wěn)定,輕質高強,加工精度高,裝配性好,施工方便。因而鋼結構更適合用于建筑結構和各種工程結構中,成為多年來人們樂于采用的比較理想的一種結構。目前,新型鋼材仍在不斷地被研究開發(fā)出來, 如果應用于生產(chǎn)實踐相信將會取得更大的效益。 </p><

3、p>　　一、冷彎型鋼和壓型鋼板 </p><p>　　由薄鋼板在常溫下經(jīng)冷加工成型的鋼材, 在國外稱之為冷型鋼, 國內(nèi)一般把桿狀的稱為冷彎薄壁型鋼, 把板狀的稱為壓型鋼板。 </p><p>　　冷彎型鋼的壁厚一般為1.5 一3.0mm , 比一般熱軋型鋼或焊接組合截面的壁厚小得多, 同時可以很方便地加工成各種所需要的形狀, 因此冷彎型鋼的截面特性非常優(yōu)良, 材料得到充分利用, 非常

4、省材料。同鋼筋混凝土屋蓋體系相比, 冷彎型鋼屋蓋體系的用鋼量大致相當于鋼筋用墩, 從而可竹省大量的混凝土, 并且可明顯縮短工期，與熱軋型鋼屋架相比, 采用冷彎型鋼屋架用鋼量可省一半以}幾, 經(jīng)濟效益非?？捎^。 冷彎型鋼的截面形狀有槽形、卷邊槽形(C 型鋼)、Z 型、角型、卷邊角型、閉口方管、圓管型等。目前國內(nèi)用較多的是C 型鋼, 主要用于凜條,方管主要用于屋架。最近國外新開發(fā)出一種空心翼緣梁, 為兩個三角形空心翼緣和一個細長腹板所組成。

5、其特點是除具有工字形截面的雙軸對稱和截面抗彎性能好之外, 具空心翼緣的抗扭性能非常好,從而顯著提高了考慮整體穩(wěn)定時的抗彎承載力, 這種型材主要用于梁和門式剛架體系。 </p><p>　　壓型鋼板一般是采用0. 6 ～1 .2mm 厚,600～1200mm 寬的涂層或鍍鋅鋼板經(jīng)冷軋而成, 板高為2 0～17 0m , 寬為300mm 一900mm。可加工成各種形狀。壓型鋼板有單層板、單層保溫板、雙層保溫板及夾芯板

6、, 可按不同保溫隔熱要求選用。壓型鋼板具有自重輕、強度高、剛度大、施工方便等優(yōu)點。壓型鋼板可在施工現(xiàn)場軋制, 可以做到屋面和墻面的壓型鋼板在長度上沒有接縫, 因此提高其防水性能,改善外觀壓型鋼板可應用于工業(yè)與民用建筑的屋面、墻面和內(nèi)部隔斷。過去卜業(yè)廠房中常采用的鋼筋混凝土大型屋面板正越來越多地被壓型鋼板所取代。 </p><p><b>　　二、鋼管 </b></p><

7、p>　　對于軸心受壓桿件來說, 管截面是材料分布最佳的形式, 具有各向等強、抗扭剛度大、抗屈曲性能好等優(yōu)點。單從桿件性能上來看, 明顯比其他開口截面要好, 表3 示出了不同截面的截面特性和軸壓承載能力的對比。從表中可以看出, 受壓鋼管的承載能力比截面面積和重量接近的雙角鋼和工字型截面桿件的承載能力高出一倍左右, 充分顯示了鋼管構件的優(yōu)良特性。 </p><p>　　鋼管的另一個優(yōu)點是封閉截面抗腐蝕性能好,鋼

8、管兩端封閉后, 內(nèi)表面不會腐化而外表面不易積水, 且表面積小, 使防腐費用大為減少。用鋼管制作的結構還具有外形美觀流暢的特點, 在滿足結構利用鋼管制作結構, 最突出的一個問題是桿端節(jié)點連接不太方便。在鋼管內(nèi)填充混凝土后就形成了所謂的鋼管混凝土, 它能充分發(fā)揮鋼管與混凝土兩種材料各自特性, 使承載能力和變形能力都得以大幅度地提高。我國已建成許多鋼管混凝土結構, </p><p>　　在網(wǎng)架中多采用焊接或螺栓球節(jié)點,

9、 球節(jié)點本身就要消耗可觀的材料并且施工工藝比較復雜采用直接焊接時, 桿端需要加工成非常復雜的空間曲線形狀。為了方便連接, 方管和矩形管正在得到越來越多的使用。方管具有和圓管相近的結構性能, 但其連接卻很方便。在設計時應注意的是, 為了制作方便, 節(jié)點強度常低于桿件的強度, 因此應特別注意節(jié)點設計盡管桿件承載力有時并不能得到充分利用, 但方管結構的經(jīng)濟效益仍是十分顯著的。某耐火材料庫采用方管屋架, 比傳統(tǒng)的雙角鋼屋架節(jié)省鋼材40 % ,

10、綜合各種因素節(jié)省資金21 %。 </p><p>　　三、高強鋼和特效鋼 </p><p>　　目前國內(nèi)在鋼結構中應用最多的鋼種是普碳3號鋼〔Q2 35 ) , 雖然強度級別更高一級的16 錳低合金鋼(Q3 45 ) 已被廣泛應用, 但數(shù)量仍然相對較少而強度更高的15 錳釩鋼僅在一些鋼橋中使用二影響高強度鋼使用的因素主要有: 1〕高強度鋼材材料價格和制作費用較高; 2)受彎形、疲勞和穩(wěn)定控

11、制的結構構件采用高強度鋼并不能降低材料用量; 3)鋼材強度的提高往往伴隨著變形能力、沖擊韌性和可焊性的降低所以在結構中是否采用高強度鋼應進行綜合的經(jīng)濟技術對比, 單純地采用高強度鋼不一定能降低結構造價。但是隨著鋼材生產(chǎn)技術的進步, 有些不利因素正在克服, 如采用淬火后自回火技術可生產(chǎn)出屈服點達到7 0 Mp a 的H 型鋼, 而韌性和可焊性并不降低。 </p><p>　　不銹鋼由于其特有的金屬光澤和質感, 以及

12、不生銹、耐腐蝕等優(yōu)點, 從而受到建筑師的青睞, 已經(jīng)開始應用到建筑結構中, 主要是具有較高裝飾性要求的結構。不銹鋼有很多種類, 但從強度、塑性、韌性和可焊性等方面考慮, 可用于建筑結構的只有不多的幾種。 </p><p><b>　　四、軋制H 型鋼 </b></p><p>　　軋制H 型鋼在國外早已是普遍應用的軋制型材, 在建筑結構中的應用遠大于其它型鋼。目前國內(nèi)

13、已開始生產(chǎn)質量好、規(guī)格齊全的H 型鋼, 這將會對我國鋼結構事業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生深遠的影響。 </p><p>　　從生產(chǎn)工藝來看, 普通工字鋼采用只有兩水平輥的普通軋機軋出, 由于受軋機的限制, 其翼緣不能做得很寬, 因而其側向剛度很小, 不適合用做獨立的柱子, 即使是用做梁, 在需要考慮整體穩(wěn)定即沒有剛性鋪板或足夠的側向支承點時, 也不很適用。普通I字鋼的翼緣都有一個斜面, 翼緣肢尖處很小且不平整, 這就使得與工字鋼

14、的連接很不方便。而H型鋼是用具有兩水平輥和兩立輥的萬能軋機軋制而成的, 其翼緣寬度可以做得和截面高度一樣大, 使其狽響剛度明顯加大。因此,H 型鋼既可以做梁用也以做柱用, 其應用范圍遠非普通工字鋼所能比的。即使是窄翼緣H 型鋼, 其側向剛度也較外形尺寸相同的普通工字鋼為大, 所以考慮整體穩(wěn)定時它的承載能力也明顯高于普通工字鋼。另外,H 型鋼翼緣表面是平行的, 連接方便, 構造簡單。 </p><p>　　在建筑鋼

15、結構中, 用得最多的就是H 型截面桿件。以往主要是采用焊接組合H 型截面, 即用三塊鋼板焊接組成H 型截面。其間要經(jīng)過下料、定位、焊接、矯正等多道工序, 并且還要造成10 % 以上邊角余料的消耗?？傊? 根據(jù)焊接質量和尺寸公差要求的不同, 焊接H 型截面的造價比軋制H 型鋼的造價高20 % 一60 %。而從受力性能上來說, 焊接H 型截面最好也不會超過軋制H 型鋼。從工期來說, 采用軋制H 型鋼還會縮短工期。 </p>&

16、lt;p><b>　　結束語 </b></p><p>　　隨著科學技術的進步, 新型鋼材正在不斷地被研究開發(fā)，將高效鋼用于建筑鋼結構，建筑結構性能會更優(yōu)越,造型更美觀,綜合經(jīng)濟效益更加好,鋼結構材料又可回收利用?？傊?在高效鋼的合理運用下我國鋼結構發(fā)展良好,正逐步走向成熟。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p&g

17、t;<p>　　[1]《壓型金屬板設計施工規(guī)范》YBJ216-88 </p><p>　　[2] 鐘善桐.《高層鋼管混凝土結構》.黑龍江科學技術出版社.2004 </p><p>　　[3]陳立祖.《深圳賽格廣場大廈鋼管混凝土柱工程介紹》.哈爾濱建筑大學學報, 2007. </p><p>　　[4]《鋼管混凝土結構設計與施工規(guī)程》GECS2 8 :

18、90 </p><p><b>　　作者信息 </b></p><p>　　潘可明：山東省冶金設計院股份有限公司耀華公司 ，山東 濟南 250101工程師 </p><p>　　尹鵬：山東省冶金設計院股份有限公司項目管理部 ，山東 濟南 250101工程師 </p><p>　　張峰：山東省冶金設計院股份有限公司土建一室