钢结构特点及应用

钢结构特点及应用（精选十篇）

钢结构特点及应用 篇1

关键词：钢结构,特点,应用

随着国民经济的快速增长, 我国的钢结构建筑也在中国建筑领域得到了迅猛发展。多年来, 国内钢结构建筑体系已经积累了大量的经验, 取得了相当可观的成绩。很多高层建筑、构筑物、中小型建筑中都采用了钢结构结构体系。无可置疑, 钢结构有很多优越条件, 如钢材的结构组织均匀、强度高、弹性模量高、塑性和韧性好, 适于承受冲击和地震荷载, 钢材的密度与强度之比较小, 钢结构与钢筋混凝土结构相比要轻30%~50%, 而且钢结构便于机械化生产, 是工程结构中工业化程度最高的一种。但是, 也不能否认, 钢结构还存在着缺陷和隐患。对于钢材本身的材质问题以及耐候性、耐火性、耐腐蚀性, 还存在着大量的研究课题。同时, 大量的事故表明, 钢结构构件由于强度高, 所用截面相对小, 也就容易失去稳定。这些问题成为应用钢结构的隐患, 我们在采用钢结构时, 要采取相应必要的防治措施。

钢结构的失稳分两类:整体失稳和局部失稳。整体失稳大多数是由局部失稳造成的, 当受压部位或受弯部位的长细比超过允许值时, 会失去稳定。它受很多客观因素影响, 如荷载变化、钢材的初始缺陷、支承情况的不同等。支撑往往被设计者或施工者所忽视, 这也是造成整体失稳的原因之一。在吊装中由于吊点位置的不同, 桁架或网架的杆件受力可能变化, 造成失稳;很多可能发生荷载变化的重要结构如桁架等多采用超静定结构, 因它有赘余杆件, 可预防因一个杆件失稳而造成整体失稳。又如钢组合梁中由于腹板高而薄或翼缘宽而薄也会造成局部失稳。

普通钢材的抗腐蚀性能较差, 尤其是处于湿度较大、有侵蚀性介质的环境中, 会较快地生锈腐蚀, 削弱了构件的承载力。据统计, 全世界每年钢铁年产量的30%~40%因腐蚀而失效。过去对于外露钢材仅仅是喷涂 (刷) 两道防锈漆, 实践证明, 由于施工中不可能用涂料把空气完全隔绝, 在使用时也缺乏定期维护措施, 所以这种作法效果并不显著。用镀锌、喷铝等消极作法, 其成本和效果也不太理想。近年来冶金行业采用在冶炼中加入适量的磷、铜、铬和镍, 形成耐腐蚀的合金钢, 能在表面上形成致密的防锈层, 起到隔离覆盖作用, 不失为一种积极作法。

钢材的耐温性较差, 其许多性能随温度升降而变化, 当温度达到430~540℃之间时, 钢材的屈服点、抗拉强度和弹性模量将急剧下降, 失去承载能力。建筑物的耐火能力取决于建筑构件耐火性能的好坏, 在火灾发生时其承载能力应能延续一定时间, 使人们能安全疏散、抢救物资和扑灭火灾。目前钢结构用钢尽量采用耐火高强度钢, 例如15Mn V钢就是在16Mn钢的基础上加入适量的钒 (0.04%~0.12%) , 可使钢的高温硬度提高。另一方面应采用高效防腐涂料, 特别是防火防腐合一的涂料。

我国的钢结构防火主要采用防火涂料、发泡防火漆和外包防火层等方法。对于外露的钢结构构件, 如楼梯等多用涂料和漆料, 采用10~40mm厚的涂料, 耐火极限可达1.5~3h, 而发泡漆的耐火时间一般为0.5h。对隐藏的构件, 珍珠岩和蛭石防火喷涂或防火板是经济有效的方法, 30~40mm厚的喷涂可实现1.5h的耐火极限, 并兼有一定的防腐能力。暴露钢构件一般采用耐腐蚀涂料或油漆防腐, 由底漆和面漆组成。目前防腐涂料的有效期为10~20年, 所以要定期重新涂刷。镀锌压型钢板本身具有一定的防腐能力, 在用于楼盖时可借助于防火涂料解决防腐问题, 但用于屋面和外墙面时还要涂以有机涂料, 增加其耐久年限。

虽然钢结构自身存在着上述需要克服的缺陷和隐患, 但钢结构的优越性已经从先进国家的实际应用中得到肯定。目前, 发达国家钢结构建筑呈现出用途广泛和用钢量大的特点:钢结构已经被广泛应用于高层、超高层建筑、大跨度和大空间建筑、量大面广的中小型工业、商业、社区、文教卫生等建筑以及部分的低层建筑中。在我国, 1997年, 我国钢产量已达1亿吨, 1996年建成的深圳地王大厦高度325米, 是国内第一幢超高层钢结构大厦, 1998年建成的大连远洋大厦, 系钢结构高层建筑 (高度201米, 51层) , 从设计、制造、安装以及钢材供应, 全部由我国自己完成, 这标志着我国高层建筑钢结构完全国产化已经起步。

钢结构在现代建筑中最常用的结构体系为框架结构。梁柱多为轧制或焊接工形截面, 有时柱也可采用箱形截面。目前主要采用焊接构件。框架结构平面布置灵活, 各部分刚度比较均匀, 构造简单, 易于施工。

多层建筑钢结构的楼板必须有足够的承载力、刚度和整体性。当前较常采用的是在钢梁上铺设压型钢板, 再浇注100~150mm的钢筋混凝土板, 即压型钢板组合楼板, 压型钢板与钢梁之间用栓钉连接。另外还可用预应力薄板加混凝土现浇层或一般钢筋混凝土楼板, 钢梁和楼板的组合作用, 可显著提高梁的承载力和整体稳定性, 并有效降低梁高。同时还可以增大建筑净层高。为了减轻多层建筑钢结构的自重, 围护结构多采用轻质材料。外墙墙体多采用轻质填充材料, 如空心砌块、加气混凝土等, 有时可采用压型钢板加轻质保温层组成的复合墙体, 也有很多建筑物外墙采用轻质美观的玻璃幕墙结构。内隔墙可采用空心砌块、加气混凝土等轻质填充墙或轻钢龙骨石膏板等。

多层建筑钢结构柱多采用焊接工形或箱形截面。由于工形截面腹板比较薄, 故在此弱轴方向与梁的连接多采用铰接, 而强轴方向采用刚接形式。有时还可采用半刚性连接, 但其受力特性较复杂, 往往通过试验来取得较准确的设计数据。同时多层建筑钢结构的构件相对较薄, 应尽量避免工地现场焊缝连接。为了加强结构的整体刚度, 可以把次梁做成连续梁的形式。

钢结构与其它结构———砖混结构、砼结构相比, 在使用功能、设计、施工, 以及综合经济方面都具有优势, 在建筑中应用钢结构的优势主要体现在以下几个方面:

1能合理布置功能区间

利用钢材强度高的特点, 设计可采用大开间布置, 使建筑平面能够合理分隔, 灵活方便, 创造开放式建筑。而传统结构 (砖混结构、砼结构) 由于材料性质限制了空间布置的自由, 开间如果过大, 就会造成板厚、梁高、柱大, 出现"肥梁胖柱"现象, 不但影响美观, 而且自重增大, 钢结构建筑在建筑规模的表现上, 表现得相当出色, 特别是大跨度轻钢结构建筑, 具有恢弘的建筑气势。这种用建筑规模表现建筑风格的作品。

2自重轻、抗震性能好

相同建筑面积的建筑楼层, 钢结构自重轻, 而且钢材具有延性, 能比较好的消耗地震带来的能量, 所以抗震性能好, 结构安全度高。

3施工方便、工期短

钢结构构件, 可以实行工厂化生产, 现场安装。由于现场作业量小, 对周围环境污染少, 同时, 施工机械化程度高, 加快了施工速度。根据统计, 同样面积建筑物, 钢结构比砼结构工期, 可缩短三分之一, 而且可节省支模材料。

4综合造价低

由于自重轻, 基础费用降低, 总体用料减少, 直接成本降低, 建设工期短, 间接费又可减少, 所以综合造价低。

5符合建筑产业化和可持续发展的要求

钢结构适宜工厂大批量生产, 工业化程度高, 并且能将节能、防水、隔热、门窗等先进成品集合于一体, 成套应用, 将设计、生产、施工一体化, 提高建筑物产业化的水平。

综上所述, 钢结构是适合创新的建筑结构体系。钢结构可随着人们审美观的不同, 使用功能要求的不同, 设计各种造型、尺度、空间的新型建筑。生产厂家能高精度、高质量、高速度完成, 使建筑物达到既美观又经济的效果。随着高科技的发展, 人们的观念与生活方式也将不断更新与变化, 对建筑物总体质量的要求也将不断提高, 为此, 建筑设计必然需要考虑与这些不断变化的因素相协调、相适应, 从而出现弹性设计的新天地, 而钢结构又是最适合建筑物弹性设计的结构体系, 它必将有着更加广阔的发展前景。

钢结构特点及应用 篇2

(1)木结构构件的受力形式主要有受拉、受压、受弯和受剪等。各类受力构件均需满足强度要求。同时受弯构件还需满足刚度要求(通过挠度控制);受压和压弯构件还需满足稳定要求(通过长细比控制)。

(2)木结构防火、防腐和防虫措施：

(3)木结构构件制作、装配和运输过程的要求：

(4)熟悉木结构材料的品种及选用原则：

(5)了解木结构屋顶的组成、构造要求：

(6)木结构的节点形式和计算方法：

木结构连接有齿连接、螺栓连接和钉连接。齿连接分单齿和双齿连接两种，需验算受压和受剪承载力。螺栓连接有双剪和单剪连接两种，需验算每一个受剪面的设计承载力。

(7)胶合木。

(8)木结构一般用于中小型建筑和古建维修中。

例题：关于木结构的受力特点及应用说法正确的是( )。

a、木材属易燃材料，在设计时需满足规定的防火要求，同时采取相应的构造措施

b、木结构齿连接分双剪和单剪连接两种，需验算每一个受剪面的设计承载力

c、含水量、温度和荷载作用时间均对木材强度有影响

d、木结构屋顶由屋面结构和木屋架及支撑组成

e、胶合木消除了原木的缺陷，扩大了木材的用途

谈钢结构的特点以及在住宅上的应用 篇3

【关键词】钢结构；住宅；体系结构

2001 年经国家经贸委批准，将“轻型钢结构住宅建筑通用体系的开发和应用”作为我国建筑业用钢的突破点，正式列入国家级重点技术创新项目，钢结构住宅引起社会各界广泛关注。现在，建设部科技司组织的 36 项钢结构住宅建筑体系及关键技术研究课题，正在深入开展攻克关键技术、总结试点工程经验进一步推广阶段。为了凸现钢结构住宅的优点，本文简单介绍了钢结构的优点及其在住宅上的应用。

1.钢结构的优点

1.1材料的强度高，塑性和韧性好

钢材和其它建筑材料诸如混凝土、砖石和木材相比，强度要高得多。因此，特别适用于跨度大或荷载很大的构件和结构。钢材还具有塑性和韧性好的特点。塑性好，结构在一般条件下不会因超载而突然断裂；韧性好，结构对动力荷载的适应性强。良好的吸能能力和延性还使钢结构具有优越的抗震性能。另一方面，由于钢材的强度高，做成的构件截面小而壁薄，受压时需要满足稳定的要求，强度有时不能充分发挥。

1.2材质均匀，与力学计算的假定比较符合

钢材内部组织比较接近于匀质和各向同性，而且在一定的应力幅度内几乎是完全弹性的。因此，钢结构的实际受力情况和工程力学计算结果比较符合。钢材在冶炼和轧制过程中质量可以得到严格控制，材质波动的范围小。

1.3钢结构制造简便，施工周期短

钢结构所用的材料单纯而且是成材，加工比较简便，并能使用机械操作，因此，大量的钢结构一般在专业化的金属结构厂做成构件，精确度较高。构件在工地拼装，可以采用安设简便的普通螺栓和高强度螺栓，有时还可以在地面拼装和焊接成较大的单元再行吊装，以缩短施工周期。此外，对已建成的钢结构也比较容易进行改建和加固，用螺栓连接的结构还可以根据需要进行拆迁。

1.4钢结构的重量轻

钢材的密度虽比混凝土等建筑材料大，但钢结构却比钢筋混凝土结构轻，原因是钢材的强度与密度之比要比混凝土大得多。以同样的跨度承受同样荷载，钢屋架的重量最多不超过钢筋混凝土屋架的1/3至1/4，冷弯薄壁型钢屋架甚至接近1/10，为吊装提供了方便条件。对于需要远距离运输的结构，如建造在交通不便的山区和边远地区的工程，重量轻也是一个重要的有利条件。

当然任何一种材料都不是十全十美的，钢材的耐腐蚀性和耐火性就较为欠缺，在对结构进行防护时费用比钢筋混凝土结构高。不过在没有侵蚀性介质的一般厂房中，构件经过彻底除锈并涂上合格的油漆，锈蚀问题也并不严重。近年来出现的耐大气腐蚀的钢材具有较好的抗锈性能，已经逐步推广应用，并取得了良好的效果。钢材长期经受100℃辐射热时，强度没有多大变化，具有一定的耐热性能，但温度达150℃以上时，就须用隔热层加以保护。钢材不耐火，重要的结构必须注意采取防火措施。

2.钢结构在住宅上的应用以及推广价值

（1）结构自重轻。根据比较，相同的建筑造型，六层钢结构住宅重量仅相当于四层砖混结构住宅的重量。建筑总质量小，地震力效应小，且延性好，相应抗震性能优良。历次大地震灾害资料对比都说明了这一点。

（2）材料各向同性，符合力学假定，提高了设计精度。

（3）由于工厂化加工制造，精度高，易于保证质量，与混凝土相比，更符合结构设计要求。同时施工速度快，工期缩短40%以上，可使建筑物更早的投入使用，提早产生效益。

（4）在设计中由于业主的要求，经常要进行变更，采用钢结构较易配合变更。施工时干式作业减少了对环境的污染，且构件运输方便，费用低。

（5）可在梁腹板处开孔走管道，不像混凝土结构在梁底通过。因此在楼层高度一样的情况下，采用钢结构可提高层间净高。

（6）对北方而言，钢结构住宅的优势更为明显。钢材的耐腐蚀性较差，而北方气候干燥，降水少，蒸发量大，对于钢材的“湿腐蚀”具有天然的防护作用。此外，北方冬季较长，不利于施工。钢结构施工速度快的优势就明显地体现了出来，既保证了建筑结构的工期质量，又减少了因冬季施工所带来的温度等方面的问题。

（7）轻质高强，简单实现大跨与复杂几何结构，创造开放式住宅。传统结构（砖混、混凝土）由于受材料限制，其开间一般在 3.0m、3.3m、3.6m、4.2ｍ。如果需要更大开间，则会造成“肥梁胖柱”，房高也会受到影响。而在梁高相同的情况下，钢结构开间可比混凝土大 50%。在梁柱等强度条件下，可增加建筑有效使用面积5%~7%。

（8）北方冬季时间长，室外温度低，因此室内都通过暖气来取暖，采暖期长达半年。这就要求外墙要有良好的保温措施，否则对能源是一种很大的浪费。钢结构住宅的墙体一般选用与之配套的板材，与传统的砖墙相比具有较好的保温性能，在建筑节能方面有明显的优势。由此可见，钢结构住宅不仅加快了国家和城市的发展速度，带动了与之相关的其它行业的发展，还提高了住宅质量和人们的居住水准，而且它作为一种商品综合经济效益高，可使买卖双方都获得利益。钢结构住宅还促进了住宅产业化的发展进程，尤其是使用材料的环保性，给社会带来良好的综合效益，而与之相比的钢混和砖混等传统结构住宅越来越暴露出它们的缺点，和对发展的阻碍，取而带之的钢结构已经到了势在必行的阶段，这也正是现阶段发展钢结构住宅的原因。

3.钢结构布置

钢结构设计的基本原则是：结构必须有足够的强度、刚度和稳定性，整个结构安全可靠；结构应符合建筑物的使用要求，有良好的耐久性；结构方案尽可能节约钢材，减轻钢结构重量；尽可能缩短制造、安装时间，节约劳动工日；结构构件应便于运输、便于维护；在可能条件下，尽量注意美观，特别是外露结构，有一定建筑美学要求。按照上述原则，根据实际案例原建筑设计的布置和功能要求，综合考虑了结构的经济性、建筑设计的特点和施工合理性等因素，采用钢框架—支撑和钢框架--剪力墙结构体系，并分别进行了布置。

3.1梁柱体系

平面采用普通梁格体系。梁采用热轧焊接H形截面钢梁，柱为焊接箱型钢柱。整个结构设计成刚性框架结构，竖向荷载由梁、板、柱承担。框架的梁与梁、梁与柱、柱与基础均按刚性连接设计，现场连接采用高强螺栓与焊接共同作用。次梁为H形截面单跨简支梁，设计主次梁时均不考虑楼盖与钢梁的组合作用。

3.2抗剪体系

分析计算表明，在全部水平风荷载和地震力作用下，上述结构体系局部刚度较弱，因此钢框架—支撑结构体系通过布置中心支撑来抵抗水平荷载。钢框架—剪力墙结构体系的中间部分电梯井与楼梯间布置钢筋混凝土剪力墙，来抵抗水平外力的冲击。

3.3楼盖体系

一般各层楼(屋)盖均采用钢筋混凝土楼(屋)盖，楼板厚度依结构计算定为110mm,140mm。在结构计算中，认为楼盖刚度足够大，符合平面内无限刚性的假定。

3.4基础形式

钢框架—支撑采用柱下独基，钢框架—剪力墙采用柱下独基与筏板基础。

3.5内外墙体系

框—剪采用蒸压轻质加气混凝土板材(简称 ALC 板材)，外墙板厚为200mm，内墙板厚100mm。框-支采用陶粒硂砌块。

总之，钢结构住宅符合国家住宅产业化的目标，符合可持续性发展的战略， 并对保护耕地、提高城市建设水平有较大作用。有了国家政策的支持、技术的保证，钢结构住宅具有光明的前景。

【参考文献】

［１］刘玉株.钢结构住宅技术问题讨论.建筑创作，2003,2.

［２］陈禄如等.攻克关键技术推动钢结构住宅发展.建设科技，2003,12.

［３］马飞宇.钢结构住宅—我国住宅工业化的发展方向.盐城工学院学报，2003,6.

浅谈钢结构的特点及应用范围 篇4

我国自1949年全国解放后，钢结构就在大跨重型工业厂房、大型公共建筑和高耸结构中得到应用。但由于受到钢产量的制约，在其后的很长一段时间内，钢结构被限制使用在其他结构不能代替的重大工程项目中，在一定程度上，影响了钢结构的发展。随着我国国民经济的不断发展和科学技术的进步，以及钢结构在建筑中有很多优秀特点，钢结构在我国的应用范围也在不断扩大。

2、钢结构的特点

2.1经济性

钢结构建筑采用先进的设计和加工工艺以及大规模的机械化流水线生产作业方式，所以可大大地降低造价。同时由于安装简单迅速而节省大量的施工费用，并使企业或开发商得以更快投产见效。

传统的钢筋混凝土建筑土建费用高，且工期较长，易受不可预料因素的影响，如季节性施工，材料价格上涨等等。

2.2施工进度

钢结构建筑适合流水线的批量生产，且加工及安装基本不受冬季施工的影响。能够快速地交货和安装，工程可短时间安装完成。

传统的钢筋混凝土结构受到工序及季节性施工的制约，施工速度较慢。

2.3承载能力

钢材强度高，结构重量轻，钢与砖石和混凝土相比，虽然密度较大，但强度更高，故其密度与强度的比值较小，承受同样荷载时，钢结构要比其他结构轻。例如，当跨度和荷载均相同时，钢屋架的重量仅为钢筋混凝土屋架的1/3～1/4，冷弯薄壁型钢屋架甚至接近1/10。为运输和吊装提供了方便。由于钢构件常较柔细，因此稳定问题比较突出，应给予充分注意。钢结构建筑重量通常仅相当于其设计承载能力的1/6，构件重量大大轻物钢筋混凝土构件。

传统的钢筋混凝土建筑，其结构本身的重量往往等于其设计承载能力，预制构件重，对吊装的设备要求较高。

2.4基础造价

钢结构建筑由于结构重量轻，柱底反力较小，从而节省大量的地基处理费用。

传统的钢筋混凝土建筑，由于本身结构自重复杂，因而基础处理较复杂。在不良土质情况下，基础的造价甚至占到总造价的一半以上。

2.5抗震性

钢结构建筑在破坏前有较大的变形，易于觉察和躲避。同时，由于重量轻和节点力学特性，钢结构建筑具有好的抗震性能。

传统的钢筋混凝土建筑基于混凝土的材料特性，钢筋混凝土建筑与轻钢结构相比更易产生脆性破坏，且抗震性能要明显低于钢结构建筑。

2.6大空间及平面布置

钢结构建筑内部空间宽敞，最多可以达到60米的跨度。可较轻松地进行扩建和改建，可灵活布设各种工业管线。

传统的钢筋混凝土建筑跨度受限制，必须采用预应力等技术才能达到15米以上跨度，内部空间布置受限制，柱多，空间浪费大。建成后，较难改劝其结构。结构设计与其他专业配合较为复杂。

2.7移动性

钢结构建筑可采用螺栓连接，只需不多费用就可以很容易地被拆散、转移和易地组装，有很强的移动性。传统的钢筋混凝土建筑基本上不存在移动的可能性。

2.8美观性

钢结构建筑诸如何网架结构等，具有较强烈的时代感和多变的外表，适于表达建筑师的想象。

传统的钢筋混凝土建筑，尤其是工业建筑，开工比较单一、呆板缺少变化。

2.9抗腐蚀性和耐火性

钢结构建筑如果长期暴露于空气或潮湿的环境中而未加有效的防护时，表面就会锈蚀。锈蚀就能引起应力集中，促使结构早期破坏。钢结构建筑耐热不耐火，由于钢材的特性，钢结构在450℃-650℃就会失去承载能力。一般未加保护的钢结构耐火性很低，就需要采取保护措施，从而大大增加费用。

传统的钢筋混凝土结构具有较强的抗腐蚀性和较强的耐火性。从这方面讲，钢筋混凝土结构建筑的经济性较好。

2.10钢结构的低温冷脆倾向

由厚钢板焊接而成的承受拉力和弯矩的构件及其连接节点，在低温下有脆性破坏的倾向，应引起足够的重视。

2.11钢材的可重复使用性

钢结构加工制造过程中产生的余料和碎屑，以及废弃和破坏了的钢结构或构件，均可回炉重新冶炼成钢材重复使用。因此钢材被称为绿色建筑材料或可持续发展的材料。

2.12良好的加工性能和焊接性能

钢材具有良好的冷热加工性能和焊接性能，便于在专业化的金属结构厂大批量生产出精度较高的构件，然后运至现场，进行工地拼接和吊装，既可保证质量，又可缩短施工周期。

3、钢结构的应用

3.1大跨结构

结构跨度越大，自重在荷载中所占的比例就越大，减轻结构的自重会带来明显的经济效益。钢材强度高结构重量轻的优势正好适合于大跨结构，因此钢结构在大跨空间结构和大跨桥梁结构中得到了广泛的应用。所采用的结构形式有空间桁架、网架、网壳、悬索(包括斜拉体系)、张弦梁、实腹或格构式拱架和框架等。

3.2工业厂房

吊车起重量较大或者其工作较繁重的车间的主要承重骨架多采用钢结构。另外，有强烈辐射热的车间，也经常采用钢结构。结构形式多为由钢屋架和阶形柱组成的门式刚架或排架，也有采用网架做屋盖的结构形式

3.3受动力荷载影响的结构

由于钢材具有良好的韧性，设有较大锻锤或产生动力作用的其他设备的厂房，即使屋架跨度不大，也往往由钢制成。对于抗震能力要求高的结构，采用钢结构也是比较适宜的。

3.4多层和高层建筑

由于钢结构的综合效益指标优良，近年来在多、高层民用建筑中也得到了广泛的应用。其结构形式主要有多层框架、框架-支撑结构、框筒、悬挂、巨型框架等。

3.5高耸结构

高耸结构包括塔架和桅杆结构，如高压输电线路的塔架、广播、通信和电视发射用的塔架和桅杆、火箭(卫星)发射塔架等。

3.6可拆卸的结构

钢结构不仅重量轻，还可以用螺栓或其他便于拆装的手段来连接，因此非常适用于需要搬迁的结构，如建筑工地、油田和需野外作业的生产和生活用房的骨架等。钢筋混凝土结构施工用的模板和支架，以及建筑施工用的脚手架等也大量采用钢材制作。

3.7容器和其他构筑物

冶金、石油、化工企业中大量采用钢板做成的容器结构，包括油罐、煤气罐、高炉、热风炉等。此外，经常使用的还有皮带通廊栈桥、管道支架、锅炉支架等其他钢构筑物，海上采油平台也大都采用钢结构。

3.8轻型钢结构

钢结构重量轻不仅对大跨结构有利，对屋面活荷载特别轻的小跨结构也有优越性。因为当屋面活荷载特别轻时，小跨结构的自重也成为一个重要因素。冷弯薄壁型钢屋架在一定条件下的用钢量可比钢筋混凝土屋架的用钢量还少。轻钢结构的结构形式有实腹变截面门式刚架、冷弯薄壁型钢结构(包括金属拱形波纹屋盖)以及钢管结构等。

4、结束语

钢结构特点及应用 篇5

空间结构建筑的主要特点及网架结构的设计构造特点 时间： 2013-06-25 浏览次数： 1007次

所谓“空间结构”是相对“平面结构”而言，它具有三维作用的特性，空间结构也可以看作平面结构的扩展和深化。空间结构问世以来，以其高效的受力性能、新颖美观的形式和快速方便的施工受到人们的欢迎。各种类型轻钢结构在需要大跨度、大空间的体育场馆、会展中心、文化设施、交通枢纽乃至工业厂房，无不见到空间结构的踪影。

空间结构经过一个世纪的不断发展，在结构形式方面，除了网架、网壳之外，膜结构、张拉整体体系、开闭屋盖、可折叠结构等都是空间结构的新成员。二十世纪初期，钢铁材料为网架结构的发展提供了条件，其后的铝合金则使得网架的杆件更轻巧。近些年来的复合材料，特别是大量的新型建筑材料被开发出来，对空间结构的发展产生了强烈的影响。材料应用方面由于钢材品种与强度的不断提升，空间结构也越多地采用了型钢、钢管、钢棒、缆索乃至铸钢制品。在很大程度上，空间结构成了“空间钢结构”。随着现代计算机的出现，一些新的理论和分析方法，如有限单元法、非线形分析、动力分析等，在空间结构中得到了广泛应用，以至空间结构的计算和设计更加方便和准确，使得空间结构现在千变万化，种类多样。可以说空间结构已成为当代建筑结构最重要和最活跃的领域之一。

网架结构主要分三类：双层网壳及屋面板工程第一类是由平面桁架系组成，有两向正交正放网架、两向正交斜放网架、两向斜交斜放网架及三向网架四种形式；第二类由四角锥体单元组成，有正放四角锥网架、正放抽空四角锥网架、斜放四角锥网架、棋盘形四角锥网架及星形四角锥网架五种形式；第三类由三角锥体单元组成，有三角锥网架、抽空三角锥网架及蜂窝形三角锥网架三种形式。壳型网架结构按壳面形式分主要有柱面壳型网架、球面壳型网架及双曲抛物面壳型网架。网架结构按所用材料分有钢网架、钢筋混凝土网架以及钢与钢筋混凝土组成的组合网架，其中以钢网架用得较多。

网架结构一般是以大致相同的格子或尺寸较小的单元（重复）组成的。常应用在屋盖结构。

网架结构是高次超静定结构体系。板型网架分析时，一般假定节点为铰接，将外荷载按静力等效原则作用在节点上，可按空间桁架位移法，即铰接杆系有限元法进行计算。也可采用简化计算法，诸如交叉梁系差分分析法、拟板法等进行内力、位移计算。单层壳型网架的节点一般假定为刚接，应按刚接杆系有限元法进行计算；双层壳型网架可按铰接杆系有限元法进行计算。单层和双层壳型网架也都可采用拟壳法简化计算。

网架结构的杆件截面应根据强度和稳定性计算确定。屋面造型及钢结构雨蓬为减小压杆的计算长度增加其稳定性，可采用增设再分杆及支撑杆等措施。用钢材制作的板型网架及双层壳型网架的节点，主要有十字板节点、焊接空心球节点及螺栓球节点三种形式。十字板节点适用于型钢杆件的网架结构，杆件与节点板的连接，采用焊接或高强螺栓连接。空心球节点及螺栓球节点适用于钢管杆件的网架结构。单层壳型网架的节点应能承受弯曲内力，一般情况下，节点的耗钢量占整个钢网架结构用钢量的15～20％。

科技日语句子结构特点及翻译方法 篇6

【关键词】科技日语 长句 句子结构 翻译方法

随着全球科学技术的快速发展，外语科技文章的翻译愈来愈显重要。在翻译科技文章时，除了词汇方面，需要力求术语准确之外，在句子层面，还要准确把握句子结构。只有如此，译者才能准确理解句意，提高翻译速度。科技日语文章由于结构严谨、叙述全面，所以冗长、复杂的句式较多。在翻译科技日语时，为了明晰句意，常需要分析、理清分句之间相互的关系。根据分句之间的关系，本文将科技日语句子归纳为以下几种情况。

一、复杂关联句

日语科技文的句子往往是由三个以上分句构成的复杂关联句，在翻译日语科技文中此类复杂关联句时，需要根据句末的接续助词，层层梳理分句之间的逻辑关系，依次翻译。例：

上述の出力やトルクは、いずれも決められた試験方法による台上試験（ベンチテスト）で求められたものであるが、これらの値は厳密には試験時の大気条件によって異なるので、これらを全部標準状態（気圧760mmHg、気温20℃、湿度65%）の場合に換算修正して表示することになっている。

该句由三个分句构成，分别由表示转折和因果的接续助词「が」和「ので」连接，对于这种句子，翻译时，可依据前后句之间的逻辑关系，依前至后，依次翻译。译文为：

上述的输出功率及转矩都是按规定实验方法进行台架试验求得的，但严格讲，这些值因试验时的大气条件不同而变化。所以将其全部换算和修正成标准状态（气压760mmHg、气温20℃、湿度65%）加以表示。

二、长修饰语句

科技文章为了叙述准确、严谨，常使用表示限定的修饰语，会产生句子某一成分偏长的情况。有的长句中的修饰语甚至独立成句，和主句形成句中句结构。对于这样的长修饰语句，可将主句和修饰语分开翻译，各自独立成句。例：

普通、外見が人や動物の形をしている、床や地面の上を自由に動き回る、手がついている、言葉をしゃべる、人間の指令に応じてさまざまに応答を変化させる、などの特徴を持った自動機械がロボットと呼ばれることが多い。

此句结构复杂，「特徴を持った」修饰「自動機械」，但修饰语「特徴を持った」又包含了一个句子较长的修饰语句，即「普通、外見が人や動物の形をしている、床や地面の上を自由に動き回る、手がついている、言葉をしゃべる、人間の指令に応じてさまざまに応答を変化させる、などの」。翻译时，主句和较长的修饰语分开翻译，各自独立成句。使译文简洁，条理清晰。

译文：通常，都把具有以下特征的自动机械称为机器人：即外表为人或动物的形状，在地板上或地面上自由移动，具有手臂，能说话，按照人的指令做出各种反应等。

三、树形句

科技日语文章结构严谨、叙述全面，所以句中主干成分又往往附带各自的修饰语，使得句子变得宛若大树，枝节繁多。这就形成了一种独特的句式—--树形句。例：

植物の葉緑細胞中の葉緑体に存在している緑色の色素——葉緑素には肌を改善する修正作用、肌の老化を防ぐ抗酸化力、汚れを分解する自然の洗浄作用、紫外線を防止する作用、臭いを防ぐ作用などがあり、これらの働きによって傷ついたお肌の自然治癒力が促されます。

句子主干为：「葉緑素には作用などがあり」，其中「植物の葉緑細胞中の葉緑体に存在している緑色の色素」是「葉緑素」的修饰语，「肌を改善する」、「肌の老化を防ぐ抗酸化力、汚れを分解する」、「紫外線を防止する」、「臭いを防ぐ」分别是「作用」的修饰语。

翻译时，可先翻译主干成分，再将修饰成分一一添加。

首先翻译句子主干，译文为：

叶绿素具有——修复作用——自然清洁作用——功效。

再将主干成分的修饰语添加进去。最终成句：

存在于植物叶绿细胞的叶绿体中的绿色色素――叶绿素，具有改善肌肤的修复作用、防止皮肤老化的抗氧化能力、分解污垢的自然清洁作用，还具有防止紫外线、防臭的功效，这些功效可以促进肌肤的自然治愈能力。

四、倒置句

日语属于黏着语，部分成分在句中位置相对灵活，有时根据表达的需要，可将先后语序进行调整，但是，汉语属于孤立语，词的次序严格，不能随意更动。例：

加工セルは、図に示したように、FMSと単体NC機械との中間に位置しており、単体NC機械で加工されるワークをパレットプール上に装着して長時間の無人運転を実現している。「～に示したように」，这是科技文章常见的插入语，翻译时，按照汉语的表达习惯，需要前置。译文如下：如图所示，加工工位位于FMS和单台数控机床的中间位置，由单台数控机床加工的工件装在平板托盘库上，实现了长时间的无人运转。

综上所述，科技日语文章中的句子呈現出复杂多样的特点，甚至存在两种以上特征混合的复杂长句。分析时需要通过对原语的结构和层次的分解，把握句意，理清相互之间的逻辑关系，再根据汉语的表达习惯对语义进行宏观的调节和整理。

参考文献：

[1]杨秋香.现代科技日语[M].北京：北京语言大学出版社，2006， 152-153.

特种结构预应力技术的特点及应用 篇7

关键词：特种结构预应力,技术特点,技术应用

1 概述

在近百年的发展过程中, 现代预应力结构的技术已经有了飞跃的进步, 它被广泛的应用在房屋、道路以及特种结构的土木工程中, 它也是结构领域的一个重要的标志。人类在不断的进步, 社会经济也在不断的发展, 这就使得人们对于各种结构的结构要求更加的完善, 对于结构的要求不断的提高, 不仅对技术性能的要求不断提高, 而且对于预应力的技术也在一天一天的进步。特种结构的要求是比较高的, 所以, 这类结构的预应力技术有着自己的特点。

2 特种结构预应力技术的特点

2.1 利用环向的布束抗内压和纵裂

环向预应力钢筋主要是布置在盛储结构或者是压力管道结构中, 这样可以使得在其结构中产生预应力, 混凝土的预压应力可以抵消由于径向外力产生的拉应力, 构件的混凝土始终处在受压应力状态, 这样可以使混凝土不开裂, 满足抗渗防水的要求, 所以, 环向布束的应用时比较广泛的, 在核反应堆、安全壳、水塔以及筒仓结构中都有应用。

2.2 利用竖向布束抗侧弯和横裂

高度大、横截面小是高耸结构的特点, 它主要是承受横向的荷载, 所以比较容易产生过大的侧弯变形或者是横向裂缝, 当沿结构竖向布置预应力钢筋时就可以明显的改变结构的受力, 提高结构的抗变形能力, 另外, 对高耸结构的整体抗弯性有较大影响的还有水平施工缝, 所以, 往往采取的是应用竖向的预应力, 它是解决此类问题的一个比较好的方法。

2.3 内锚外压以保持岩体稳定

在岩土的加固中, 预应力的锚索类特种结构的应用时比较广泛的, 它往往是可以通过一端的粘结而固定在地层中, 另一端结合在被加固物上, 通过这种形式形成一种新的结构复合体, 高强预应力钢筋是预应力锚索的主要受力结构, 在结构中起着关键才作用, 预应力锚索主要是通过自身去建立张预应力场来抑制、减低天然力场的, 这样对工程的地质体造成的危害相对来说会减少, 它的主要目的就是充分调用工程地质体的自身的稳定性去改善其内部的应力状态, 从而达到稳定的效果。

3 特种结构预应力技术的应用

预应力技术在水塔中的应用也是比较广泛的, 例如在我国援建的大型水塔工程有一个水塔叫做阿尔及尔水塔, 它是由8座水塔组成的, 在这8座当中有3座是2500m3的预应力混凝土水塔, 他们的高度都在38m左右, 在形状上都是属于球形的, 该水塔的造型在当时是比较新颖的, 当然这就给水塔的设计带来了麻烦, 在设计中大量的计算数据都是比较艰难的, 而且对于技术人员的技术要求也很高, 在业内是比较罕见的高难度工程, 3个球形水塔的外径都是18.6m, 每一个的上部壁厚都是0.35m, 在球形的水塔的赤道以上部分2m到内圈梁的距离是0.55m, 圈梁的总宽度是1.8m, 在工程中使用的混凝土是C30, 要求的抗渗等级是B8。当水塔装满水时的拉应力0.6MPa, 这个数字已经超过了规定的混凝土的拉应力。所以, 在施工时要施加水平的环向预应力。这个水塔的球壳处在高空, 而且孔道分散, 在施工时不可以使用穿束机, 在施工过程中又没有合适的钢丝绳, 所以想制造牵引网套也是比较不方面的, 这就需要人工穿束, 在施工时首先要用塔吊把钢绞线吊到空中, 在钢绞线的端部套好护套, 之后再把钢绞线穿入, 由于水塔是在海边的, 所以, 很容易受到侵蚀, 在露天放置钢筋是比较容易生锈的, 因此, 在进行这部分的施工时必须有措施进行很好的保护, 在施工时要迅速, 而且要保证预应力的应力均匀, 根据设计的要求进行张拉的操作, 当混凝土达到设计值时才可以继续进行, 在进行张拉的操作时可以用千斤顶对水平上的圆圈做张拉, 张拉操作要求两边必须对称, 为避免千斤顶损坏, 减少千斤顶的搬运工作, 再加上预应力造成的内应力和变形不大, 对预应力造成的损失影响较小, 所以, 可以在施工中采用一级加荷, 也就是说在每次的张拉都可以从圈梁顶部向下张拉, 再从顶部向下张拉, 保证球体的赤道和底部的预应力强度符合设计的要求。

4 特种结构预应力技术应用中存在的问题

耐久性是特种结构比较常见的技术问题。混凝土的结构性能随时间劣化的现象就是混凝土结构耐久性损伤, 它是一个不可逆的过程, 通常情况下预应力结构的抗裂性能是比较好的, 所以, 在早期, 人们总是认为混凝土是不会容易遭到破坏的, 但是实际却不是这样, 根据调查显示, 在1950年~1977年这段时间内, 在全球范围内一共发生近30起由于预应力筋受到破坏而遭受损失的工程实例, 在1982年的调查报告中, 我们可以看到这样一组数据, 在1978年~1982年的美国由于预应力筋腐蚀而产生的工程事故就有50起。从上面的资料可以看出预应力结构的耐久性不是人们想象的那么理想, 特种结构由于所处坏境和用途的不同, 使得它们的耐久性破坏的形式也是不一样的。例如:在海边环境中, 预应力的混凝土的耐久性经常会受到氯化物的影响, 使得钢筋受到腐蚀而引起结构的破坏;在岩体矿物环境中, 预应力锚索往往会由于酸性的介质侵蚀而造成锚索的腐蚀;在化学工业溶液中, 预应力混凝土结构的耐久性破坏往往是由于预应力筋的氢致开裂型应力腐蚀有关的, 而在一般的环境中, 预应力混凝土结构的耐久性破坏与混凝土的碳化和碱骨料反应有一定的关系。

5 结论

目前, 在工程中预应力的技术是一项比较成熟的技术, 它的发展和应用是比较有潜力的, 在特种结构中也发挥着巨大的作用, 在今后的工程中一定会得到更好的应用和推广。

参考文献

[1]宋玉普.预应力混凝土特种结构[M].北京:机械工业出版社, 2008.

[2]魏建国.田湾核电站安全亮倒U形预应力钢束整体穿束技术[J].建筑技术, 2006.

钢纤维混凝土结构的特点及应用 篇8

一、钢纤维混凝土的特点

钢纤维混凝土 (Steel Fibre Reinforced Concrete, 简称SFRC) 系指将短的不连续的钢纤维均匀乱向分散于混凝土组成的复合材料。钢纤维混凝土结构可分为无筋钢纤维混凝土结构、钢筋钢纤维混凝土结构和预应力钢纤维混凝土结构3种。钢纤维混凝土是一种性能优良的复合材料, 能显著提高混凝土的各项性能。试验研究表明, 相对于普通混凝土构件来说, 由于掺入了钢纤维, 其力学性能以及抗震性能得到很大改善。对于钢筋混凝土梁或柱构件, 钢纤维可以明显提高其开裂强度, 同时可以提高其抗剪能力。对于钢筋混凝土梁柱节点区, 由于节点区受力状态复杂, 钢纤维可以提高节点区混凝土抗拉强度, 避免节点区混凝土过早开裂。

钢纤维混凝土中乱向分布的短纤维主要作用是阻碍混凝土内部裂缝的扩展和阻滞宏观裂缝的发生和发展, 因此对于其抗拉、抗剪、抗弯和抗扭强度有明显的改善作用。而纤维的增强效果主要取决于基体强度、纤维的长径比、纤维的体积率、纤维与基体间的黏结强度以及纤维在基体中的分布和取向。当钢纤维混凝土被破坏时, 纤维是被拔出而不是被拉断, 因此改善纤维与基体间的黏结强度是改善纤维增强效果的因素之一。

在普通混凝土结构中配置的钢筋有区域性和方向性, 所以采用配筋方式抵抗复杂应力不是最有效的方法。而钢纤维乱向分布于混凝土中, 是抵御复杂应力的理想材料。另外在普通钢筋混凝土构件中, 其抗剪承载力主要靠箍筋和弯起钢筋承担, 这些钢筋多了, 不但造价提高, 而且施工很不方便, 影响施工质量。加入钢纤维可以减少钢筋数量, 方便混凝土施工浇注。

二、钢纤维混凝土的研究现状

纤维增强混凝土力学特性研究开始于20世纪60年代。J.P.Romualdi等首先通过一系列研究讨论了钢纤维约束混凝土裂缝开展机理, 提出了基于断裂分析的纤维间距理论, 为钢纤维混凝土的实用化开辟了道路。R.N.Swamy和A.E.Naaman等则对钢纤维混凝土的增强机理提出了复合材料强化法则。而后, 随着钢纤维混凝土的推广应用, 美国混凝土学会根据需要增设了专门的纤维混凝土委员会 (ACI544) , 国际标准化协会也增设了纤维水泥制品技术标准委员会 (ISO TC77) 。许多专家学者对钢纤维混凝土的基本强度特性和基本变形特性进行了大量的试验研究, 对钢纤维混凝土的断裂性能和疲劳特性也开展了部分研究工作。钢纤维混凝土抗弯、抗剪构件以及框架结构节点、桥面板和建筑楼板等构件的结构性能研究也取得了许多有益于理论分析和实际设计的成果, 并且这些成果大多已反映在相关的钢纤维混凝土设计和施工规程中。

现有钢纤维混凝土基本理论, 是在纤维增强塑料、纤维增强金属的基础上运用与发展起来的。由于钢纤维混凝土的组成与结构的多相、多相分和非匀质性, 加以钢纤维的“乱向”与“短”的特征, 它比纤维增强塑料或增强金属要复杂得多, 如何使增强机理性能, 充分体现自身特性, 仍在不断争论、完善和发展之中。对钢纤维混凝土的增强机理, 目前主要有两种认识, 一种是运用复合力学理论, 另一种是建立在断裂力学基础上的纤维间距理论。所有其他的增强理论均可认为是以这两个理论为基础而发展起来的。

复合力学理论用于分析纤维增强或其他复合材料时, 大多是将复合材料视为多相体系, 即对SFRC的简化是以纤维为一相, 以混凝土为一相的两相复合材料。复合材料的性能为各相性能元和。基本假定为:纤维连续均匀平行排列, 并与受力方向一致;纤维与基体黏结完好, 即两者产生相同应变, 无相对滑动;纤维与基体均呈弹性变形、横向变形等。

纤维间距理论是在1963年由J.P.Romuald和J.B.Batson提出的。该理论建立在线弹性断裂力学的基础上, 认为混凝土内部有尺寸不同的微裂缝、孔隙和缺陷, 在施加外力时, 孔、缝部位产生大的应力集中, 引起裂缝的扩展, 最终导致结构破坏。因此提高像混凝土一类的脆性材料的抗拉强度、缩小和减少其裂缝的尺寸和数量, 缓和裂缝尖端应力集中程度, 提高抑制裂缝引伸和发展的能力是至关重要的。因此, 在脆性材料中掺入钢纤维后, 在复合材料结构形成和受力破坏的过程中, 有效地提高了复合材料受力前后阻止裂缝引发与扩展的能力, 达到钢纤维对混凝土的增强与增韧的目的。

三、我国在早期对钢纤维混凝土的研究应用

钢结构特点及应用 篇9

随着经济的发展, 公共建筑的需求大大增加, 在公共建筑的使用过程中, 框架剪力墙结构既可以像框架结构一样, 根据使用功能灵活布置房间, 开拓出较大空间;又可以拥有剪力墙结构刚度大、变形小的优势而被广泛的应用。本文就框架剪力墙的特点做一下总结, 并通过一个工程实例来对框架结构和框架剪力墙结构进行一下简单对比, 来进一步阐述框架剪力墙结构的优势。

1 框架剪力墙结构特点

1.1 框架剪力墙的变形特点

在风荷载和水平地震力作用下, 框架结构以剪切型变形为主, 结构下部位移变形大, 而上部结构变形相对较小;剪力墙结构以弯曲型变形为主, 结构位移变化与框架结构相反, 下部变形小, 上部变形大;而框架剪力墙结构体系通过平面构件 (楼板及梁) 的连接, 在同一楼板处有相同的位移, 结构下部变形小的剪力墙对框架进行约束, 使框架的下部变形减小;而在结构上部, 框架又对剪力墙提供约束, 使剪力墙的侧移变小, 这就使得框架剪力墙结构的侧移大大减小, 变形介于框架和剪力墙之间, 上、下层间变形更加均匀, 呈弯剪型变形曲线。三种结构体系的变形曲线如图1所示。

1.2 框架剪力墙的受力特点

框架力墙结构是通过楼板及梁在平面内无限刚的假定, 让竖向的框架柱以及剪力墙共同来抵抗水平力和竖向力。根据其变形特点, 在结构的下部, 剪力墙位移较小而框架位移较大, 剪力墙除了承受大部分水平力外, 还承受框架的拉力;而在结构上部, 剪力墙的位移越来越大, 而框架的位移变小, 框架除了承受水平外荷载外, 还额外负担了把剪力拉回来的附加水平力, 所以在顶部框架中也出现相当大的剪力。由于框架和剪力墙在整体结构中的协同工作, 框架与剪力墙两者之间剪力传递特别重要, 这就要求楼面和屋面的整体性要好, 通过楼面体系来传递剪力。

1.3 框架剪力墙的抗震性能

框架剪力墙结构在小震作用下, 水平力主要由剪力墙承担;在中震下由两者共同承担;而在大震下具有双重抗震防线, 剪力墙达到承载力极限开裂为第一重防线, 剪力墙破坏后, 框架可保持结构稳定及防止结构倒塌为第二重防线;在变形方面, 框架具有良好的变形能力, 为延性结构, 而剪力墙刚度大, 延性相对较弱, 将两者结合既具有框架良好的延性, 又具有剪力墙较好的刚度, 是一种非常良好的结构体系。

1.4 框架剪力墙的截面设计与构造要求

框架剪力墙结构应具有双向抗侧力体系, 在整个受力体系中, 框架梁柱的截面选取及构造要求需满足纯框架的设计要求, 剪力墙墙体的厚度及构造要求需满足纯剪力墙结构的设计规定。

1) 剪力墙的布置原则:“均匀、分散、对称、周边”。

剪力墙应优先布在建筑物的周边、楼梯间、电梯间;当平面凹凸较大时, 优先布在凸出部分的端部附近, 且剪力墙布置应与各主轴方向的侧向刚度接近;剪力墙宜贯通建筑物的全高, 避免刚度突变;剪力墙宜组成L形、T形和槽形等形式, 避免采用一字剪力墙, 一字剪力墙底部承担的水平剪力不应该太大, 当超过结构底部总水平剪力的40%时, 应进行调整, 尽可能的使各段墙体受力均匀, 使其受力控制在40%以内;剪力墙的间距应满足《高层建筑混凝土结构技术规程》表8.1.8条要求。即房屋纵、横向区段较长时, 纵 (横) 向剪力墙不宜集中布置在房屋的两尽端。

2) 抗震等级的确定。

在实际工程设计中, 由于建筑物的体型不同、剪力墙的布置数量及剪力墙的布置位置的不同, 在规定水平力作用下, 框架和剪力墙在结构的底层 (上部结构的嵌固层) 所承受的地震倾覆力矩不同, 设计中根据结构总地震倾覆力矩在框架和剪力墙所占的比例来确定框架剪力墙结构中框架和剪力墙的抗震等级。因框架剪力墙结构水平地震力主要由剪力墙承担, 设计的理想状态应该是超过结构总地震倾覆力矩的50%由剪力墙承担;当结构总地震倾覆力矩的50%~90%由剪力墙承担时, 此种结构为真正的框架剪力墙结构, 框架和剪力墙的抗震等级按规范要求的框架剪力墙结构确定;当总地震倾覆力矩的90%以上由剪力墙承担时, 框架在这种结构体系中受到的水平力已经微乎其微, 可以忽略不计, 结构体系的受力更接近纯剪力墙结构, 剪力墙的抗震等级按剪力墙结构的抗震等级确定, 框架的抗震等级按规范要求的框架剪力墙结构确定;当剪力墙承担小于结构总地震倾覆力矩的50%时, 随着剪力墙承受的地震倾覆力矩的逐渐减小, 整个结构体系的受力逐渐倾向于框架结构;当结构总地震倾覆力矩的20%~50%由剪力墙来承担时, 此时的结构高度应该控制在框架剪力墙结构体系规范所允许的高度与框架结构体系所允许的高度之间, 框架的抗震等级按框架结构选用, 剪力墙的抗震等级按规范要求的框架剪力墙结构确定;当总地震倾覆力矩20%以下由剪力墙来承担时, 此种体系属于少墙的框架剪力墙结构, 结构受力同框架结构非常相似, 结构高度按框架结构确定, 剪力墙的抗震等级按框架剪力墙结构确定, 框架的抗震等级按规范要求的纯框架结构确定, 此种结构体系在实际工程中不建议采用, 若要采用, 需与框架剪力墙结构和去掉剪力墙的框架结构符合, 框架配筋采用两种结构体系计算结果的较大者。

3) 框架总剪力的调整。

抗震设计时, 框架剪力墙结构对应于地震作用标准值的各层框架, 总剪力的调整应按《高层建筑混凝土结构技术规程》第8.1.4条来调整。

2 工程实例 (为方便比较采用低层建筑做对比)

2.1 设计条件

本工程为太原市某大学设计使用年限为50年的一教学楼, 地下1层, 地上6层, 房屋总高度为22.200 m, 层高均为3.600 m, 室内外高差为0.6 m。建筑结构安全等级二级, 抗震设防类别为丙类, 基本风压:Wo=0.40 k N/m2, 基本雪压:W1=0.35 k N/m2, 抗震设防烈度:8度, 设计基本地震加速度值为0.2g, 地震分组为第1组。地质条件良好, 建筑场地类别为Ⅲ类, 采用天然地基可满足设计要求, 地下室顶板可满足上部结构嵌固要求。为方便比较, 两种结构楼面荷载及梁荷载取值相同, 竖向构件混凝土均采用C40, 梁、板混凝土均采用C30。

2.2 按框架剪力墙结构设计

根据《建筑抗震设计规范》第6.1.2条规定, 框架剪力墙结构, 剪力墙的抗震等级为二级, 框架的抗震等级为三级。结构布置如图2所示。

剪力墙厚度:1层~3层外侧剪力墙厚度为300, 内侧剪力墙厚度250;4层~6层剪力墙厚度均为200。

2.3 按框架结构设计

根据《建筑抗震设计规范》第6.1.2条规定, 框架结构框架的抗震等级为二级。梁柱的布置方式同框架剪力墙结构。

2.4 两种结构的计算结果

1) 构件截面对比 (见表1) 。

由表1可以看出, 框架剪力墙结构中柱截面远小于框架结构中的柱截面, 框架梁也有一定程度的降低, 可有效的提高建筑的有效空间。

2) 周期比 (见表2) 。

由表2可以看出, 框架结构的周期要比框架剪力墙的周期长好多, 框架结构更柔。

3) 总质量 (见表3) 。

t

4) 层间位移角 (见表4) 。

通过以上结果对比可以看出, 在满足规范要求的前提下, 框架剪力墙结构柱截面可以大大减小, 框架梁也可以减小, 框架剪力墙体系在空间有效利用方面具有一定的优势;框架剪力墙的周期更短, 层间变形更小。另外在配筋对比方面, 框架剪力墙结构耗钢量较小。通过综合比较, 本工程最终采用框架剪力墙结构体系, 现已投入使用, 使用效果良好, 得到了业主及社会各界的好评。

3 结语

框架剪力墙结构由于自身的特点, 在公共建筑方面可以很好的满足建筑使用要求, 受到了广大工程师的广泛使用。当然, 每一种结构体系都不是万能的, 都有其适用范围, 在结构设计时, 要根据工程的特点, 结合建筑使用及现场实际情况, 经多方比较, 选用更合理、更经济的结构体系。

参考文献

[1]GB 50010—2010, 混凝土结构设计规范[S].

[2]JGJ 3—2010, 高层混凝土结构技术规程[S].

钢结构特点及应用 篇10

关键词：建筑膜材,气膜结构,防火性能,特点和优势,工程应用

0 引言

气膜结构由于只承受张力,可使材料受力性能得到充分发挥,加之其独特的性能特点和优势,当前已越来越广泛地应用于大跨度建筑中。它以优良的织物为材料,由膜内空气压力支承膜面,或利用柔性钢索、刚性支撑结构通过弯曲内面力传送,将膜面绷紧,从而形成具有一定刚度、张力,能够覆盖大跨度空间的结构体系。建筑膜材是气膜结构工程中所使用的主要材料,也是最重要的组成部分之一。它是由高强度的织物基材和聚合物涂层构成的复合材料,有些膜材还包括面层。基材决定膜材的结构力学特性,一般选用玻璃纤维或聚酯纤维;涂层对基材起保护作用,并形成膜材料的自洁、密封性能;面层保护基材,并改善表面性能。

1 建筑膜材的种类与特性

1.1 膜材种类

目前建筑膜材行业较为认可根据建筑膜材防火性能将其划分为A、B、C共3类。A类膜材防火性能最好,它以玻璃纤维为基材,涂敷PTFE而成,多应用于大型膜建筑工程;B类次之,它以玻璃纤维为基材,涂敷PVC而成,国内外应用较多;C类最次,它以聚酯纤维为基材,涂敷PVC而成,可应用于一次性投资不高的建筑或临时性建筑[1];另外还有几种特殊膜材。常用建筑膜材的分类见表1。

1.2 膜材特性

为突出膜结构丰富多彩的建筑造型及表现力,对建筑膜材特性的考察也极为重要。膜材特性主要是透光性、保温节能性(现有公司生产的膜材一般按保温系列、透光系列作分类)。其它特性还包括防火性、吸声性、自洁性、耐腐蚀性、抗菌性、轻质柔韧性等。就防火性而言,如今广泛使用的建筑膜材具有卓越的阻燃和耐高温性能,能很好地满足中国、美国、日本、德国等多国对于防火性能的标准要求[2]。

2 建筑膜材防火性能

2.1 聚酯纤维基聚氯乙烯(PVC)建筑膜材防火检验

2.1.1 试验方法及检验环境条件

本分级试验按照GB 8624—2012《建筑材料及制品燃烧性能分级》进行,为平板状建筑材料燃烧级别。测试采用标准:GB/T 20284—2006《建筑材料或制品的单体燃烧试验》、GB/T8626—2007《建筑材料可燃性试验方法》。温度21~25℃,相对湿度(50~55)%。

2.1.2 制品和试样信息

(1)制品特征和最终应用。其基材为经编聚酯纤维基布,表面涂层为聚氯乙烯(PVC),型号:8028#,白色,面层添加了增塑剂、乙烯基含氟聚合物、灭菌丹和阻燃剂等,膜材厚度为0.8 mm。样品数量为11.97 m2,面密度约949 g/m2。

(2)试样安装与固定。试样背面不设基材,在试样与背板间设置宽80 mm空气间隙;试样背板为厚12 mm、密度900kg/m3的硅酸钙板;试样受火面为制品表面。

2.1.3 测试结果(见表2)

2.1.4 分级和直接应用领域

按照GB 8624—2012第5.1的相关条款判定以下试验制品燃烧性能等级。

(1)燃烧分级。该建筑膜材燃烧性能符合B级的规定要求,附加分级符合s2,d0,t0级的规定要求,即燃烧性能等级为B1(B-s2,d0,t0)。

(2)直接应用领域。本分级在该制品背面无其它基材条件下有效。

2.2 聚酯纤维基聚乙烯(PE)建筑膜材防火检验

2.2.1 试验方法及检验环境条件

与2.1.1相同。

2.2.2 制品和试样信息

聚酯纤维基聚乙烯(PE)建筑膜材以聚酯纤维为基材,表面涂层为聚氯乙烯(PVC),面层上涂覆聚乙烯(PE)。

2.2.3 测试结果(见表3)

2.2.4 分级和直接应用领域

按照GB 8624—2012第5.1的相关条款判定以下试验制品燃烧性能等级。

(1)燃烧分级。该建筑膜材燃烧性能符合B级的规定要求,附加分级符合s3,d0,t0级的规定要求,即燃烧性能等级为B1(B-s3,d0,t0)。

(2)直接应用领域。本分级在基材防火等级达A1或A2;采用机械方式固定;无空隙;无接缝条件下有效。

2.3 建筑膜材燃烧特性试验及火灾危险性

建筑膜材本身属于难燃材料,只有遇到明火时才缓慢燃烧,燃烧过程中也不会产生任何高温燃烧滴落物和有毒气体,但在受热后表面收缩拉紧变薄,达到其临界温度后开始融化,可能会出现破洞[3]。可是实际火场温度高、热量足,当火场温度超过其临界温度时,建筑膜材也许就会发生燃烧。加之气膜建筑跨度广、体量大,火势可能会迅速蔓延,并产生大量烟气,不利于人员疏散,还会对建筑结构的整体稳定性造成破坏。TPO、PVC、EPDM三种膜材的燃烧性能试验见图1。

2.4 建筑膜材大尺度点燃性试验(见图2)

通过对建筑膜材大尺度点燃性试验,可以观察到不同高度下建筑膜材燃烧的动力学现象,获得膜材性能参数变化以及燃烧临界温度[3]。进行了某聚酯纤维基聚氯乙烯(PVC)建筑膜材的大尺度点燃性试验,以考察样品在实际火灾中传播火焰的性能和样品受热后熔融滴落现象的趋势,试验结果见图2。

点火后观测,样品约在260℃时会融化,395.5~407.6℃时达到临界温度开始燃烧,在600 s内未出现明显熔融滴落现象,但燃烧时有少量黑烟产生。随着接近其融化温度,材料会软化、形成孔洞并造成材料破坏,这样会为火灾提供通风条件。但由于该膜材很薄、很轻,更多分散的碎片会被热烟带走,而不是掉落在地面上。在直接火焰的作用下,膜材将燃尽;但若离开了火源,膜材自身立即停止燃烧,即自熄。熄灭火焰后,观测到燃烧产物以一定的黏稠态存在,不完全是热固性材料的燃烧状态。

3 气膜结构性能特点和优势

3.1 气膜结构优势

气膜结构所具备的良好性能特点给它带来了明显的优势,包括:超大空间性,施工难度低,建设周期短,可移动搬迁,造价成本低,节能环保性,空间洁净性,全智能控制,防火防灾能力强,建筑组合形式灵活等,如表4所示。

3.2 气膜结构防火性能

气承膜建筑用于大空间比普通建筑更有利:

(1)由于气膜建筑气密性好,构建的大空间上部可以蓄烟,故热烟气下降缓慢,且有着上托气膜的作用,这使得可用疏散时间更长,同时保障消防员安全。根据美国规范ASCE17-96计算,在停电失压情况下,顶部塌落到2.1m高时的时间均大于10 h。

(2)由于膜内是正压,B1级建筑膜材如果烧熔,则烧熔部位会形成排烟天窗。如果火灾将气膜烧破一个2 m2面积的洞口,顶部塌落到2.1 m高时的时间均大于1 h;如果火灾时将所有应急门打开,顶部塌落到2.1 m高时的时间均大于30min。

(3)设置分隔水幕和档烟垂壁,满足防火、防烟分隔要求;安装气体灭火系统,保证室内重要设备安全;布置机械单元风口,减缓烟气下降;使用特殊防火材料,确保结构中7 m以下的膜材更安全。

4 气膜建筑应用

4.1 主要用途

(1)工业厂房:一是其自重轻的特点保证了厂房选址灵活性,受地质条件影响小,土地利用率大大提高。二是气膜建筑全封闭的建筑构形、单一的进出风系统,能保证厂房空间所需的洁净度要求,可应用于食品加工业、医药卫生业、高端电子加工制造业、材料和生物工程、航空航天等领域的洁净厂房、空调厂房。

(2)展览展示:除了常见的展览馆、博物馆、宴会厅外,气膜结构质轻的特点使其可以在各种结构上构形,作为流动展示中心宣传。

(3)还可用于物流行业、体育场馆、军事领域、农业方面、环保产业、应急救灾、极端条件下的人造空间等。

4.2 应用案例

(1)工程概况及设计难点

赤峰二道井子遗址保护馆地上1层,建筑高度25.50 m,建筑面积9772.13 m2,建筑功能为遗址区、展厅等,该馆内部有挖掘出的古代文化遗址,围绕遗址保护区四周有7 m宽的走道,参观游客都在走道上活动(见图3)。为最大程度对遗址进行保护,该遗址保护馆采用气膜结构,建筑耐火等级为二级,无室内消防给水系统、自动喷淋灭火系统、防排烟系统、火灾自动报警及消防联动控制系统。

气膜结构的稳定性和大空间建筑的使用功能使得建筑设计防火问题变得特殊而又困难。防火设计难点在于:一是建筑耐火等级,遗址保护馆属于重要公共建筑,根据规范要求其耐火等级不应低于二级。但由于其采用气膜结构形式,缺乏明确的规范对其防火措施和策略进行规定,气膜建筑的耐火极限能否达到二级耐火等级的要求需要加以论证。二是防火分区面积,根据GB 50016—2014规定,该遗址保护馆防火分区的最大允许建筑面积为2500 m2。该保护馆的遗址保护馆建筑面积为9772.13 m2,只设1个防火分区不符合规范要求,但其建筑形式、通风条件和火灾荷载等都不同于普通民用建筑,其合理性值得论证。

(2)可行性分析及解决方案

此保护馆选用的建筑膜材8028#,外观为白色板状制品,厚度0.8 mm。其内部为经编聚酯纤维基布,表面涂层为聚氯乙烯(PVC),添加了增塑剂、乙烯基含氟聚合物、灭菌丹和阻燃剂等。耐火性能满足美国加州防火规范、UL214、NFPA801和ASTM D6413等防火规范规定的2 s钟离火自熄的规定;满足ASTM E84防火规范规定的火焰蔓延指数小于25,烟雾扩散等级小于450;符合ASCE 17—96防火规范规定的ⅡB类材料。经国家防火建筑材料质量监督检验中心检验,其产烟毒性为ZA1级,燃烧性能达到GB 8624—2006的B级,相当于达到GB 8624—2012的B1级。对选用的建筑膜材进行燃烧特性试验,并分析结构火灾危险性、防火安全性,验证气膜结构储烟的有效性,运用性能化方法对消防设计的可行性进行分析并提出相应的解决方案。结果显示,该保护馆在加强消防设施的有效保护下,可达到规范要求的同等安全水平,即该项目现有消防设计可行。

参考文献

[1]李阳,张其林.建筑膜材性能及试验研究现状[J].玻璃钢/复合材料,2006(2):53-56.

[2]陈歌,任婷婷,郭磊.气膜建筑详析[J].陕西建筑,2012(8):5-7.