對于很多人來說,建筑鋼結構或許還稍顯陌生,但實際上,鋼結構建筑早已融入我們生活的方方面面,無處不在。大型商業廣場、高聳的寫字樓、恢弘的體育場館、高鐵車站、機場航站樓以及工業廠房等等,這些都是鋼結構的主要應用領域。
鋼結構究竟具備哪些突出的優勢呢?我們又是如何充分利用這些優勢的呢?今天,小編來為大家介紹一下鋼結構。
什么是鋼結構?
鋼結構指的是:以結構鋼作為主要承重體系的工程結構。
鋼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,各構件之間通常采用焊縫、螺栓或鉚釘連接。
相對于傳統混凝土建筑,鋼結構有哪些優勢?
1、強度高、質量輕
上圖是常用的混凝土C35與常用的結構鋼Q345的對比,從圖中可以看出,在同等重量下,鋼材的抗壓強度是混凝土的近5倍,抗拉強度更是達到驚人的50倍之多。由此我們可以明白,采用鋼構件來替代混凝土構件,在承擔相同荷載時,所需的材料面積會大大減少,從而能夠顯著降低結構的自重。
鋼結構的強度高、質量輕是鋼結構最重要的特性,這為鋼結構建筑的設計、施工帶來了諸多顯著效果。比如,能夠設計出大跨度的結構形式,有效降低建筑對基礎的壓力,顯著提高建筑的抗震性能等等。
2、塑性好,抗震性能好
上圖是鋼材(黑色曲線)與混凝土(粉色曲線)的應力應變曲線對比。
從圖中可以看出,鋼材的變形能力很強(有很強的塑性),其斷后伸長率能夠達到 22%。這也就意味著,一根1m長的構件在斷裂前,其長度會達到1.2m以上。再看圖中粉色的混凝土應力應變曲線,我們會發現,它的強度與鋼材相比要低得多,同時它的變形能力也遠遠低于鋼材(混凝土斷后伸長率約為2%)。
鋼材所具有的這種出色的塑性,使得結構鋼在發生坍塌破壞之前會產生較大的變形,能夠提前發出預警信號,因此相對來說,鋼結構建筑更加安全可靠。
另外,鋼材強度高、塑性好的特點,也決定了鋼材具有良好的吸能能力,這種能力在地震中能展現出極高的抗震性能。
3、工業化程度高,施工工期短
大家看上圖左側,這是一個典型的門式鋼架廠房。這類廠房從業主提出建造需求,到最終完成并交鑰匙使用,短短3個月就可以實現。
再看上圖右側,這是一種模塊化建筑,各個模塊單元可以先在工廠批量完成制作,等現場基礎平整后,將工廠制作好的模塊單元運輸到現場進行連接,能夠輕松達到一天建一層的速度。
由此我們可以看到,鋼結構的工業化程度是相當高的,它可以在工廠進行制作,在現場進行連接,施工工期非常短。這種優勢在一些商業區或交通樞紐的改造中體現得尤為明顯。而相比之下,混凝土則需要澆筑、養護等一系列過程。
上面我們講述了鋼結構建筑相較于傳統混凝土結構的一些優勢,當然,沒有任何一種建筑結構是完美無缺的,鋼結構也存在一些較為明顯的缺點,主要有:耐腐蝕性較差,耐火性能不佳,穩定問題較為突出等。
我國鋼結構的發展
我國鋼結構的發展經歷了一個不斷進步的過程。
早期,鋼結構的應用相對較少,但隨著科技的發展和對建筑品質的要求提高,鋼結構逐漸得到廣泛應用。如今,我國在鋼結構的設計、制造和施工技術等方面都取得了顯著成就,鋼結構在高層建筑、大型場館、橋梁等領域發揮著重要作用。
鋼結構建筑憑借其獨有的優勢,正日益頻繁地進入我們的視線,使得我們的建筑變得更加安全穩固高效;其具有的美觀性和現代感,讓城市的天際線變得更加繽紛絢爛、富有魅力。