建筑鋼結構通病分析與防治

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1 鋼結構材料及構件的優缺點

與傳統鋼筋混凝土結構相比，鋼結構具備以下優點:

(1)強度高，重量輕。在建筑工程中，鋼材能得到普遍應用的原因之一就是其本身的綜合性能較好，這是其他建筑材料所難以企及的。尤其是在一些大跨結構，重型工業廠房，高層房屋建筑中得到了廣泛的應用。由于鋼材的強度較大，所以在建筑設計中可以較小的截面滿足較大的承載力，特別是和混凝土結合使用的情況下可以在保證工程質量的前提下取得良好的經濟效果。

(2)質地均勻，各向同性。隨著鋼材的生產工藝越來越先進，鋼材的各種性能都得到了良好的發展，盡管目前在鋼結構設計中鋼材的這個性質通常采取假定的形式，但是試驗表明，在鋼結構建筑中，鋼材的實際性能和理論性能是非常接近的，這在一定程度上保證的計算的準確性，同時使得鋼結構建筑的可靠度得到了極大保障。施工簡易，工期較短。現代社會機械化發展的程度較高，鋼構件一般都可以在專業廠家生產制造。通常在生產工廠加工成型后運至施工工地再進行現場安裝。由于生產制造的一體化，極大程度上節約了資源，保護了環境，同時工業化的生產使得鋼結構施工質量容易監控，也使工程質量得到了保證。造型靈活，連接方便。由于鋼材良好的可塑性，所以許多造型復雜的構件可以直接在加工場通過不同模具加工生產出來，同時由于鋼材本身的強度，可以保證構件的可靠性。在施工過程中可通過焊接，螺栓連接等技術使構件有效的連接起來。

同時由于鋼結構材料自身的局限性，也存在以下缺點:

(1)耐久性差，維護費用較高。鋼材本身的性能決定了鋼結構的耐腐蝕性很差。在正常條件下，由于外界環境的作用，鋼結構構件也會慢慢被腐蝕，這極大的影響了鋼結構建筑的耐久性，所以在施工中必須加強鋼結構的防腐蝕性，通常采用刷防銹漆或者是金屬鍍層的辦法使得鋼結構與外部的環境進行隔離。在腐蝕較嚴重的環境中，還必須對鋼結構建筑物進行定期的檢查和維護。但由于目前技術的限制，鋼結構建筑的維護費用一般較高。導熱性強，防火性差。鋼材是熱能的良好導體，可以很好的傳遞熱量，這個特點對鋼結構來說是致命的，在出現火災的時候，可能會由于局部受熱失穩而引起結構的整體垮塌。鋼材在200攝氏度以下時性質不會發生較大的變化，但是在外界環境溫度達到400攝氏度時，隨著溫度的升高鋼材強度下降非常快，當外界的環境溫度達到600攝氏度時，鋼結構幾乎已經不能承重。所以在鋼結構建筑中，必須加強鋼結構的防火性能目前常用的辦法是對鋼結構構件涂防火保護層。

(2)低溫冷脆，應力集中。鋼結構不僅在高溫環境下會失去本身的強度，同樣在低溫環境中時，鋼結構也會失去本身的強度。當鋼材處于低溫條件下的時候，幾乎所有的鋼構件都會由塑性變為脆性，而后在荷載的作用下就會產生突然斷裂，造成結構的整體垮塌。我們一般稱這種破壞叫做脆性破壞，通常情況下，此類鋼結構建筑在結構破壞之前看不到任何征兆，這是非常危險的，同樣，由于設計的缺陷產生較大的應力集中也會導致脆性破壞的產生。所以在具體的設計和施工過程中盡量避免脆性破壞的出現。

(3)對設計精度，施工質量要求較高。鋼材和其他的建筑材料相比，強度要高出很多，所以在同樣的荷載下，鋼結構構件的截面就可以做的較小，截面組成部分的厚度也可以在保證強度的條件下變薄。因而在壓力和彎矩等荷載的作用下就會帶來鋼結構構件甚至是鋼結構整體的穩定性問題。穩定問題在鋼結構設計中比較棘手，必須得到足夠的重視。用鋼量偏大則會加大結構自重，使結構本身變得笨重，同時也不經濟，用鋼量偏小則導致結構的安全儲備變小，在沖擊荷載或地震荷載的作用下難以保證結構的穩定。這就需要設計人員反腐計算最終確定設計方案，以最經濟的方式最大限度的保證結構的可靠性。鋼構件一般都在專業工廠機械化生產制造，所以尺寸誤差一般不會太大，現場施工對鋼結構構件安裝精度要求較高，這需要施工人員具備較高的素質，保證鋼結構施工的順利進行。

2 鋼結構建筑在施工過程中常遇問題及解決辦法

2．1 目前鋼結構常用的連接方法有以下幾種

(1)焊接。目前焊接技術的發展較快，焊接已經廣泛應用于鋼結構的連接當中。由于焊接方式比較靈活，焊接質量易于保證，所以焊接是當前鋼結構的主要連接方式。在施工中應用較多的焊接方式是手工電弧焊，埋弧焊和氣體保護焊等。它們共同工作的原理都是利用電弧產生的熱能使鋼材局部熔化，隨之熔化的還有焊條和焊絲，它們在高溫作用下形成鋼液，待冷卻后形成一體，這樣可以保證鋼構件之間有效的連接，具有較高的可靠性。但是由于焊接時所產生的高溫，這樣會導致鋼材內部的晶體排列發生變化，反應在鋼結構上的性能就是使得焊縫處的鋼材塑性減弱，脆性增強。這就增大了鋼構件產生脆斷的風險。受焊接時的高溫影響，在焊縫附近焊接主體中會存在一部分“熱影響區”這個區的大小會隨著焊接參數的不同而變化，在焊接所產生的高溫影響下其內部的金相組織和性能會發生較大的變化，在這個區域內金屬晶粒會變粗，這會導致這部分區域金屬的塑性與韌性降低，硬度變大，隨著焊接次數的增多，這種現象變得越來越明顯，為了有效避免這種不利情況的出現，規范規定同一焊縫處，焊接的次數不應超過兩次。

(2)螺栓連接。鋼結構連接用的螺栓有普通螺栓和高強螺栓兩種。在具體的施工當中，螺栓連接由于其安裝省時省力，所需設備簡單，對安裝工人的技能要求低于焊接要求等優點，已廣泛應用于鋼結構工程中。按照螺栓的受力不同，通常分為三種:抗剪螺栓連接、抗拉螺栓連接和同時承受剪拉的螺栓連接。鑒于螺栓的受力性能，所以在將來的設計和施工中著重注意螺栓和母材之間的連接性能。同樣螺栓連接也存在一些缺點，比如在設計中尤其要注意抗剪連接螺桿的剪斷問題，孔壁的承壓破壞問題。另在鋼結構安裝中，要保證鋼構件的安裝精度，防止栓不對孔。同時對鋼構件連接區域內螺栓的緊固順序也有一定要求。

3 鋼結構的發展前景與展望

我國是鋼材生產大國，鋼材總產量在世界上處于領先地位。但是我國的鋼結構在住宅建筑中的應用尚處在發展階段。將來鋼結構住宅以其獨特的優勢勢必會成為我國建筑行業的一個重要的組成部分。我國鐵礦資源含量豐富，近幾年由于鋼材產量和質量持續得到提高，鋼結構造價也有了較大程度的降低。在鋼材產量供過于求的情況下，鋼材已經不再是鐵路，工業廠房，大型建筑物的專用材料，這就為我國鋼結構建筑提供了物質基礎極大的促進了鋼結構建筑的發展。我國的鋼結構住宅建筑呈現出蓬勃發展的勢態，其研究和發展具有很大的空間!

［1］夏志斌，姚諫．鋼結構原理與設計．中國建筑工業出版社，2009．

［2］寧仁岐，鄭傳明．土木工程施工．中國建筑工業出版社，2006．

［3］陳紹蕃．鋼結構設計原理．中國建筑工業出版社，2013．