钢结构在土木工程中的应用分析

黄忠兴

【摘 要】改革开放以来，我国钢结构产业进入科学、跨越发展的新局面，钢结构建筑越来越高，规模越来越大，跨度越来越大，造型越来越新。钢结构在中国仍有很大的发展潜力。

【关键词】钢结构；设计；发展

一、钢结构的特点和合理应用范围

1.钢结构的特点

（一）钢材强度高，结构重量轻。钢材与混凝土和木材比较，虽然容重较大，但由于强度很高，容重与屈服点的比值相对较低。因此，在承载力相同的条件下，钢结构与钢筋混凝土结构、木结构相比构件体积小，结构重量轻，运输和安装方便。

（二）钢材内部组织比较均与，有良好的塑性和韧性。与混凝土和木材相比，钢材的内部组织比较均匀，各个方向的物理力学性能基本相同接近于各向同性的匀质体，钢材的弹性模量大，有良好的塑性和韧性，这些物理力学性能，最符合目前所采用的计算方法和结构分析中的基本假定，所以钢结构的实际手里情况与结构分析结果最接近，在使用中最安全可靠。

（三）钢结构装配化程度高，施工周期短。钢结构一般均采用工厂制造后运至地安装的施工方法，因此具有精确度高和大件、批量生产的特点，现场装配速度较快，施工周期很短。

（四）钢材能制造密闭性要求较高的结构。钢材具有不渗漏和可焊性，因此可以采用焊接制成完全密封的焊接密闭结构。例如，大型油库、煤气柜、大型管道等板壳结构。

（五）钢结构易腐蚀，维护费用大。钢结构的最大缺点是容易腐蚀，新建的钢结构必须先除锈，然后刷防锈涂料或镀锌，并且每个一段时间又要重复一次，比较费工，维护费用较大。若采用不易腐蚀的耐候钢，则可节省大量劳动力和资金，但目前还较少采用。

2.钢结构的合理应用范围

（一）重型厂房结构。所谓重型厂房，就是指车间里的桥式吊车的起重量很大或起重量虽略小，但吊车在24h内作业，运行非常频繁的厂房，以及直接承受很大振动荷载或受振动荷载影响很大的厂房，例如冶金工厂的平炉车间、初轧车间、混铁炉车间；重型机器厂的铸钢车间、锻压车间、水压机车间；造船厂的船体车间，飞机制造厂的装配车间等。

（二）大跨度房屋的屋盖结构。结构的跨度越大，自重在全部荷载中所占的比例越大。由于钢结构具有材料强度高，结构自重轻的优点，使钢结构最适用于大跨度结构。例如，飞机库、体育馆、铁路、汽车和轮船的客运站大厅，展览厅、影剧院等的屋盖结构。

（三）高层及多层建筑。钢结构由于结构式由弯曲薄壁型钢、薄壁钢管或小角钢、圆钢等组成的结构。屋面和墙体常用压型钢板等轻质材料。

二、钢结构设计的基本要求

钢结构设计要贯彻技术先进、经济合理、安全适用、确保质量的基本原则，具体应满足下列几项基本要求：1.所设计的结构必须安全可靠，保证结构在运输、安装和使用过程中，具有足够的强度、刚度、整体稳定和局部稳定；2.必须满足建筑物的使用要求，合理选用钢材，精心设计，保证结构良好的耐久性；3.在设计中尽可能地采用先进的设计理论，新型的结构形式和连接方式，优先选用高强度低合金钢邓优质钢材，以便减轻结构自重和节省钢材；4.设计时尽量使结构构造简单，制造，运输，安装方便，从而缩短建筑物施工周期，降低造价；5.采取有效措施，提高钢结构的防锈蚀能力和满足钢结构的防火要求；6.钢结构外形，在可能的条件下，应满足简洁美观的要求；

三、钢结构的发展

随着国民经济的持续增长，国际贸易的迅速发展，钢产量的不断提高，钢材品种的逐渐增多，钢结构在我国国民经济各个领域中的应用，将会比以前有更大的发展。钢结构的技术水平也必须得到迅速的提高。为了迎接这一挑战，我们在今后一段时间内，应当重点研究和发展一下几个方面的问题。

1. 低合金刚邓优质高强钢材的研制的应用

钢结构采用高强度钢材，可以达到节省钢材，减轻自重的目的。为了保证钢材的塑性、韧性和可焊性，结构用高强度钢一般为低合金钢。

2. 结构计算理论的研究和改进

为了能更合理地使用钢材，充分发挥钢材的作用，并保证结构的安全，必须更深入地研究结构计算理论，使结构和构件的计算方法更能反映实际工作情况。有待研究的问题有：压缩构件的弯曲扭曲问题、薄板屈曲后强度的利用问题、钢结构的塑性设计问题、残余应力对结构强度和稳定的影响问题以及门式钢架轻型钢结构体系的整体稳定和结构的空间工作问题等。

3. 新结构和新技术的研究和应用

平板网架结构、网壳结构、悬挂结构等空间结构，以及预应力钢结构等新技术的应用，在减轻结构自重、节约钢材方面有很大的作用。由于平板網架结构具有空间刚度大，受力均匀，经济效果好等优点，在我国发展非常迅速。经过30多年的工程实践，在设计、制造、安装各个方面，技术上已非常成熟，并广泛应用于工业与民用建筑中。在全国已建成许多大跨度网架，其中某些已达到世界先进水平。

4. 钢与混凝土组合构件的研究和应用

钢与混凝土组合构件充分利用了钢宜抗拉和混凝土宜抗压的特性，且使一个构件多种用途，因此是一种非常合理和经济的结构。例如，目前在桥梁和房屋楼盖中应用的钢梁与钢筋混凝土板组合结构。

5. 高层结构的研究

近十几年来，我国沿海各大城市建造了大批高层建筑，其中有些采用了钢结构体系或钢结构框架与钢筋混凝土简体想结合的混合结构体系。但这些建筑物基本上都是引进外资建造的，并由国外承担设计在国内加工制作和安装，完全由国内承包设计的高层钢结构工程很少。因此，我国至今尚缺少高层钢结构的实际设计经验，在理论研究方面与发达国家相比也有一定差距，今后必须加强这方面的研究工作。

参考文献：

[1]段鹏.钢结构在土木工程中的应用研究[J].科技信息，2011（20）.

[2]李红岩，孟庆凯.浅论钢结构在土木工程中的应用研究[J].黑龙江科技信息，2011（20）.