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鋼結構材料挑選原則和設計問題分析

發布時間:2021-10-15

鋼結構是主要由鋼制材料組成的結構,是主要的建筑結構類型之一。結構主要由型鋼和鋼板等制成的鋼梁、鋼柱、鋼桁架等構件組成,各構件或部件之間通常采用焊縫、螺栓或鉚釘連接。因其自重較輕,且施工簡便,廣泛應用于大型廠房、場館、層等領域。

鋼結構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。

鋼材的特點是、自重輕、整體剛性好、變形能力強,故用于建造大跨度和、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,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化生產。鋼結構應研究鋼材,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。

鋼結構具有、材料輕、整體剛度好等特點,這主要歸功于它的材料,那么我們在挑選它的材料時要遵循什么原則呢

一、荷載特征

鋼結構廠房所受荷載可為靜力或動力的;經常作用、有時作用或偶然出現的;經常滿載或不經常滿載的等。應根據荷載的上述特點選用適當的鋼材,并提出的項目要求。對直接承受動力荷載的結構構件應選用質量和韌性較好的鋼材;對承受靜力或間接動力荷載的結構構件可采用一般質量的鋼材。

二、連接方法

連接可為焊接或非焊接。對于焊接結構,焊接時的不均勻加和冷卻常使構件內產生很高的焊接殘余應力;焊接構造和很難避免的焊接缺陷常使結構存在類裂紋性損傷;焊接結構的整體連續性和剛性較好易使缺陷或裂紋互相貫穿擴展;此外,碳和硫的含量過高會嚴重影響鋼材的焊接性。因此,焊接結構鋼材的質量要求應高于同樣情況的非焊接結構鋼材,碳、硫、磷等元素的含量應較低,塑性和韌性應較好。

三、結構的工作環境溫度

鋼材的塑性和韌性隨溫度的降詆而降低,在低溫尤其是脆性轉變溫度區時韌性急劇降低,容易發生脆性斷裂。因此,對經常處于或可能處于較低負溫下工作的鋼結構、尤其是焊接結構,應選用化學成分和機械性能質量較好和脆性轉變溫度低于結構工作環境溫度的鋼材。

四、鋼材厚度

厚度大的鋼材由于軋制時壓縮比小,其強度、沖擊韌性和焊接性能都較差;且易產生三向殘余應力。因此,構件厚度大的焊接結構應采用質量好的鋼材。

鋼結構設計的問題分析如下:

1、門式鋼架柱網的尺寸及結構體系的設置問題

鋼結構工程所包含構件的數量會對工程的施工進度以及工程造價產生直接影響,廠房門式鋼架柱的間距設計應首先滿足廠房的使用要求,門式剛架柱的間距宜設計為8-9m,當鋼架的柱間距設計為9m時,工程所需檁條、鋼架等構件的數量會較6m柱距時會減少三成,這對于縮短工程周期、降低造價具有重要意義,與此同時,鋼架柱的間距會影響到工程的跨度,跨度的設計不宜超過36m。其次,鋼架柱結構體系設置問題,鋼結構的檁條、墻梁等構件作為鋼架間的連系部分,支撐著廠房縱向與水平方向上的荷載,由于縱向水平力由廠房的支撐體系承受,因此屋蓋的橫向支撐應在各個溫度區段的端部柱間或合理設置,使廠房整體形成穩定的空間結構,在門式鋼架輕型結構的廠房的橫向與縱向溫度區段的選擇上,橫向溫度區段不宜超過150m,縱向不應大于300m。

2、鋼屋蓋系統的設計問題

鋼屋蓋大部分的承重構件由細長、壁薄的桿件組成,截面的形狀較為復雜,節點的應力相對集中且存在偏心,在進行屋蓋系統的設計時,計算荷載與計算簡圖接近于計算的限度狀態,系統構件承載力的穩定儲備有限,相應的系統對于溫度、超載及腐蝕的作用敏感,偶然的因素就可能導致其失效,加之受構件制造、安裝及使用過程中各種不良作用的影響,鋼結構的屋蓋極易成為破壞嚴重的部分,鋼屋蓋破壞多表現在,屋蓋倒塌、桿件及節點板變形或開裂、屋蓋支撐彎曲、撓曲超標以及析架桿件斷裂等方面。

3、鋼結構的基礎問題

常見的地基基礎問題主要表現為地基強度,地基變形以及地基破壞三個方面。地基的強度問題集中在因承載力不足引起的基礎穩定性不足的問題;地基的變形問題多發生在荷載地基易出現不均勻的沉降、過大變形的軟土、膨脹土、濕陷性黃土以及季節凍土等地區;地基的破壞問題主要呈現為局部或整體的剪切破壞及沖切剪切破壞等形式。在進行鋼結構基礎的設計時應著重注意這些問題。


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