建筑鋼結(jié)構(gòu)通病分析與防治

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1 鋼結(jié)構(gòu)材料及構(gòu)件的優(yōu)缺點

與傳統(tǒng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，鋼結(jié)構(gòu)具備以下優(yōu)點:

(1)強(qiáng)度高，重量輕。在建筑工程中，鋼材能得到普遍應(yīng)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(jié)構(gòu)，重型工業(yè)廠房，高層房屋建筑中得到了廣泛的應(yīng)用。由于鋼材的強(qiáng)度較大，所以在建筑設(shè)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(jié)合使用的情況下可以在保證工程質(zhì)量的前提下取得良好的經(jīng)濟(jì)效果。

(2)質(zhì)地均勻，各向同性。隨著鋼材的生產(chǎn)工藝越來越先進(jìn)，鋼材的各種性能都得到了良好的發(fā)展，盡管目前在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中鋼材的這個性質(zhì)通常采取假定的形式，但是試驗表明，在鋼結(jié)構(gòu)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(zhǔn)確性，同時使得鋼結(jié)構(gòu)建筑的可靠度得到了極大保障。施工簡易，工期較短?，F(xiàn)代社會機(jī)械化發(fā)展的程度較高，鋼構(gòu)件一般都可以在專業(yè)廠家生產(chǎn)制造。通常在生產(chǎn)工廠加工成型后運(yùn)至施工工地再進(jìn)行現(xiàn)場安裝。由于生產(chǎn)制造的一體化，極大程度上節(jié)約了資源，保護(hù)了環(huán)境，同時工業(yè)化的生產(chǎn)使得鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量容易監(jiān)控，也使工程質(zhì)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(fù)雜的構(gòu)件可以直接在加工場通過不同模具加工生產(chǎn)出來，同時由于鋼材本身的強(qiáng)度，可以保證構(gòu)件的可靠性。在施工過程中可通過焊接，螺栓連接等技術(shù)使構(gòu)件有效的連接起來。

同時由于鋼結(jié)構(gòu)材料自身的局限性，也存在以下缺點:

(1)耐久性差，維護(hù)費(fèi)用較高。鋼材本身的性能決定了鋼結(jié)構(gòu)的耐腐蝕性很差。在正常條件下，由于外界環(huán)境的作用，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件也會慢慢被腐蝕，這極大的影響了鋼結(jié)構(gòu)建筑的耐久性，所以在施工中必須加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)與外部的環(huán)境進(jìn)行隔離。在腐蝕較嚴(yán)重的環(huán)境中，還必須對鋼結(jié)構(gòu)建筑物進(jìn)行定期的檢查和維護(hù)。但由于目前技術(shù)的限制，鋼結(jié)構(gòu)建筑的維護(hù)費(fèi)用一般較高。導(dǎo)熱性強(qiáng)，防火性差。鋼材是熱能的良好導(dǎo)體，可以很好的傳遞熱量，這個特點對鋼結(jié)構(gòu)來說是致命的，在出現(xiàn)火災(zāi)的時候，可能會由于局部受熱失穩(wěn)而引起結(jié)構(gòu)的整體垮塌。鋼材在200攝氏度以下時性質(zhì)不會發(fā)生較大的變化，但是在外界環(huán)境溫度達(dá)到400攝氏度時，隨著溫度的升高鋼材強(qiáng)度下降非?？?，當(dāng)外界的環(huán)境溫度達(dá)到600攝氏度時，鋼結(jié)構(gòu)幾乎已經(jīng)不能承重。所以在鋼結(jié)構(gòu)建筑中，必須加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)的防火性能目前常用的辦法是對鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件涂防火保護(hù)層。

(2)低溫冷脆，應(yīng)力集中。鋼結(jié)構(gòu)不僅在高溫環(huán)境下會失去本身的強(qiáng)度，同樣在低溫環(huán)境中時，鋼結(jié)構(gòu)也會失去本身的強(qiáng)度。當(dāng)鋼材處于低溫條件下的時候，幾乎所有的鋼構(gòu)件都會由塑性變?yōu)榇嘈裕笤诤奢d的作用下就會產(chǎn)生突然斷裂，造成結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)建筑在結(jié)構(gòu)破壞之前看不到任何征兆，這是非常危險的，同樣，由于設(shè)計的缺陷產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中也會導(dǎo)致脆性破壞的產(chǎn)生。所以在具體的設(shè)計和施工過程中盡量避免脆性破壞的出現(xiàn)。

(3)對設(shè)計精度，施工質(zhì)量要求較高。鋼材和其他的建筑材料相比，強(qiáng)度要高出很多，所以在同樣的荷載下，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)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(qiáng)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(jié)構(gòu)構(gòu)件甚至是鋼結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性問題。穩(wěn)定問題在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)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(jié)構(gòu)自重，使結(jié)構(gòu)本身變得笨重，同時也不經(jīng)濟(jì)，用鋼量偏小則導(dǎo)致結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。這就需要設(shè)計人員反腐計算最終確定設(shè)計方案，以最經(jīng)濟(jì)的方式最大限度的保證結(jié)構(gòu)的可靠性。鋼構(gòu)件一般都在專業(yè)工廠機(jī)械化生產(chǎn)制造，所以尺寸誤差一般不會太大，現(xiàn)場施工對鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件安裝精度要求較高，這需要施工人員具備較高的素質(zhì)，保證鋼結(jié)構(gòu)施工的順利進(jìn)行。

2 鋼結(jié)構(gòu)建筑在施工過程中常遇問題及解決辦法

2．1 目前鋼結(jié)構(gòu)常用的連接方法有以下幾種

(1)焊接。目前焊接技術(shù)的發(fā)展較快，焊接已經(jīng)廣泛應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)的連接當(dāng)中。由于焊接方式比較靈活，焊接質(zhì)量易于保證，所以焊接是當(dāng)前鋼結(jié)構(gòu)的主要連接方式。在施工中應(yīng)用較多的焊接方式是手工電弧焊，埋弧焊和氣體保護(hù)焊等。它們共同工作的原理都是利用電弧產(chǎn)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(gòu)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(chǎn)生的高溫，這樣會導(dǎo)致鋼材內(nèi)部的晶體排列發(fā)生變化，反應(yīng)在鋼結(jié)構(gòu)上的性能就是使得焊縫處的鋼材塑性減弱，脆性增強(qiáng)。這就增大了鋼構(gòu)件產(chǎn)生脆斷的風(fēng)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(qū)”這個區(qū)的大小會隨著焊接參數(shù)的不同而變化，在焊接所產(chǎn)生的高溫影響下其內(nèi)部的金相組織和性能會發(fā)生較大的變化，在這個區(qū)域內(nèi)金屬晶粒會變粗，這會導(dǎo)致這部分區(qū)域金屬的塑性與韌性降低，硬度變大，隨著焊接次數(shù)的增多，這種現(xiàn)象變得越來越明顯，為了有效避免這種不利情況的出現(xiàn)，規(guī)范規(guī)定同一焊縫處，焊接的次數(shù)不應(yīng)超過兩次。

(2)螺栓連接。鋼結(jié)構(gòu)連接用的螺栓有普通螺栓和高強(qiáng)螺栓兩種。在具體的施工當(dāng)中，螺栓連接由于其安裝省時省力，所需設(shè)備簡單，對安裝工人的技能要求低于焊接要求等優(yōu)點，已廣泛應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)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(shè)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(shè)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(jié)構(gòu)安裝中，要保證鋼構(gòu)件的安裝精度，防止栓不對孔。同時對鋼構(gòu)件連接區(qū)域內(nèi)螺栓的緊固順序也有一定要求。

3 鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展前景與展望

我國是鋼材生產(chǎn)大國，鋼材總產(chǎn)量在世界上處于領(lǐng)先地位。但是我國的鋼結(jié)構(gòu)在住宅建筑中的應(yīng)用尚處在發(fā)展階段。將來鋼結(jié)構(gòu)住宅以其獨特的優(yōu)勢勢必會成為我國建筑行業(yè)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(chǎn)量和質(zhì)量持續(xù)得到提高，鋼結(jié)構(gòu)造價也有了較大程度的降低。在鋼材產(chǎn)量供過于求的情況下，鋼材已經(jīng)不再是鐵路，工業(yè)廠房，大型建筑物的專用材料，這就為我國鋼結(jié)構(gòu)建筑提供了物質(zhì)基礎(chǔ)極大的促進(jìn)了鋼結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展。我國的鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的勢態(tài)，其研究和發(fā)展具有很大的空間!

［1］夏志斌，姚諫．鋼結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計．中國建筑工業(yè)出版社，2009．

［2］寧仁岐，鄭傳明．土木工程施工．中國建筑工業(yè)出版社，2006．

［3］陳紹蕃．鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理．中國建筑工業(yè)出版社，2013．