1、1高效钢在钢结构设计中的应用摘要：随着社会的发展与进步，重视高效钢在钢结构设计中的应用对于现实生活具有重要的意义。本文主要介绍高效钢在钢结构设计中的应用的有关内容。 关键词 ： 钢结构；高效钢；应用；设计； 中图分类号： TU391 文献标识码： A 文章编号： 引言 由于普通低碳钢的性能具有较为突出的特点:接近于理想弹性塑性体,性能稳定,轻质高强,加工精度高,装配性好,施工方便。因而钢结构更适合用于建筑结构和各种工程结构中,成为多年来人们乐于采用的比较理想的一种结构。目前,新型钢材仍在不断地被研究开发出来, 如果应用于生产实践相信将会取得更大的效益。 一、冷弯型钢和压型钢板 由薄钢板在常温下
2、经冷加工成型的钢材, 在国外称之为冷型钢, 国内一般把杆状的称为冷弯薄壁型钢, 把板状的称为压型钢板。 冷弯型钢的壁厚一般为 1.5 一 3.0mm , 比一般热轧型钢或焊接组合截面的壁厚小得多, 同时可以很方便地加工成各种所需要的形状, 因此冷弯型钢的截面特性非常优良, 材料得到充分利用, 非常省材料。同钢筋混凝土屋盖体系相比, 冷弯型钢屋盖体系的用钢量大致相当于钢筋用墩, 从而可竹省大量的混凝土, 并且可明显缩短工期，与热轧型钢屋架2相比, 采用冷弯型钢屋架用钢量可省一半以几, 经济效益非常可观。 冷弯型钢的截面形状有槽形、卷边槽形(C 型钢)、Z 型、角型、卷边角型、闭口方管、圆管型等。
3、目前国内用较多的是 C 型钢, 主要用于凛条,方管主要用于屋架。最近国外新开发出一种空心翼缘梁, 为两个三角形空心翼缘和一个细长腹板所组成。其特点是除具有工字形截面的双轴对称和截面抗弯性能好之外, 具空心翼缘的抗扭性能非常好,从而显著提高了考虑整体稳定时的抗弯承载力, 这种型材主要用于梁和门式刚架体系。压型钢板一般是采用 0. 6 1 .2mm 厚,600 1200mm 宽的涂层或镀锌钢板经冷轧而成, 板高为 2 017 0m , 宽为 300mm 一 900mm。可加工成各种形状。压型钢板有单层板、单层保温板、双层保温板及夹芯板, 可按不同保温隔热要求选用。压型钢板具有自重轻、强度高、刚度大
4、、施工方便等优点。压型钢板可在施工现场轧制, 可以做到屋面和墙面的压型钢板在长度上没有接缝, 因此提高其防水性能,改善外观压型钢板可应用于工业与民用建筑的屋面、墙面和内部隔断。过去卜业厂房中常采用的钢筋混凝土大型屋面板正越来越多地被压型钢板所取代。 二、钢管 对于轴心受压杆件来说, 管截面是材料分布最佳的形式, 具有各向等强、抗扭刚度大、抗屈曲性能好等优点。单从杆件性能上来看, 明显比其他开口截面要好, 表 3 示出了不同截面的截面特性和轴压承载能力的对比。从表中可以看出, 受压钢管的承载能力比截面面积和重量接近的双角钢和工字型截面杆件的承载能力高出一倍左右, 充分显示了钢管3构件的优良特性。
5、 钢管的另一个优点是封闭截面抗腐蚀性能好,钢管两端封闭后, 内表面不会腐化而外表面不易积水, 且表面积小, 使防腐费用大为减少。用钢管制作的结构还具有外形美观流畅的特点, 在满足结构利用钢管制作结构, 最突出的一个问题是杆端节点连接不太方便。在钢管内填充混凝土后就形成了所谓的钢管混凝土, 它能充分发挥钢管与混凝土两种材料各自特性, 使承载能力和变形能力都得以大幅度地提高。我国已建成许多钢管混凝土结构, 在网架中多采用焊接或螺栓球节点, 球节点本身就要消耗可观的材料并且施工工艺比较复杂采用直接焊接时, 杆端需要加工成非常复杂的空间曲线形状。为了方便连接, 方管和矩形管正在得到越来越多的使用。方管
6、具有和圆管相近的结构性能, 但其连接却很方便。在设计时应注意的是, 为了制作方便, 节点强度常低于杆件的强度, 因此应特别注意节点设计尽管杆件承载力有时并不能得到充分利用, 但方管结构的经济效益仍是十分显著的。某耐火材料库采用方管屋架, 比传统的双角钢屋架节省钢材 40 % , 综合各种因素节省资金 21 %。 三、高强钢和特效钢 目前国内在钢结构中应用最多的钢种是普碳 3 号钢Q2 35 ) , 虽然强度级别更高一级的 16 锰低合金钢(Q3 45 ) 已被广泛应用, 但数量仍然相对较少而强度更高的 15 锰钒钢仅在一些钢桥中使用二影响高强度钢使用的因素主要有: 1高强度钢材材料价格和制作费
7、用较高; 2)受弯形、疲劳和稳定控制的结构构件采用高强度钢并不能降低材料用量; 3)4钢材强度的提高往往伴随着变形能力、冲击韧性和可焊性的降低所以在结构中是否采用高强度钢应进行综合的经济技术对比, 单纯地采用高强度钢不一定能降低结构造价。但是随着钢材生产技术的进步, 有些不利因素正在克服, 如采用淬火后自回火技术可生产出屈服点达到 7 0 Mp a 的 H 型钢, 而韧性和可焊性并不降低。 不锈钢由于其特有的金属光泽和质感, 以及不生锈、耐腐蚀等优点, 从而受到建筑师的青睐, 已经开始应用到建筑结构中, 主要是具有较高装饰性要求的结构。不锈钢有很多种类, 但从强度、塑性、韧性和可焊性等方面考虑
8、, 可用于建筑结构的只有不多的几种。 四、轧制 H 型钢 轧制 H 型钢在国外早已是普遍应用的轧制型材, 在建筑结构中的应用远大于其它型钢。目前国内已开始生产质量好、规格齐全的 H 型钢, 这将会对我国钢结构事业的发展产生深远的影响。 从生产工艺来看, 普通工字钢采用只有两水平辊的普通轧机轧出, 由于受轧机的限制, 其翼缘不能做得很宽, 因而其侧向刚度很小, 不适合用做独立的柱子, 即使是用做梁, 在需要考虑整体稳定即没有刚性铺板或足够的侧向支承点时, 也不很适用。普通 I 字钢的翼缘都有一个斜面, 翼缘肢尖处很小且不平整, 这就使得与工字钢的连接很不方便。而H 型钢是用具有两水平辊和两立辊的
9、万能轧机轧制而成的, 其翼缘宽度可以做得和截面高度一样大, 使其狈响刚度明显加大。因此,H 型钢既可以做梁用也以做柱用, 其应用范围远非普通工字钢所能比的。即使是窄翼缘 H 型钢, 其侧向刚度也较外形尺寸相同的普通工字钢为大 , 所以考虑5整体稳定时它的承载能力也明显高于普通工字钢。另外,H 型钢翼缘表面是平行的, 连接方便, 构造简单。 在建筑钢结构中, 用得最多的就是 H 型截面杆件。以往主要是采用焊接组合 H 型截面, 即用三块钢板焊接组成 H 型截面。其间要经过下料、定位、焊接、矫正等多道工序, 并且还要造成 10 % 以上边角余料的消耗。总之, 根据焊接质量和尺寸公差要求的不同 ,
10、焊接 H 型截面的造价比轧制 H 型钢的造价高 20 % 一 60 %。而从受力性能上来说, 焊接 H 型截面最好也不会超过轧制 H 型钢。从工期来说, 采用轧制 H 型钢还会缩短工期。 结束语 随着科学技术的进步, 新型钢材正在不断地被研究开发，将高效钢用于建筑钢结构，建筑结构性能会更优越,造型更美观,综合经济效益更加好,钢结构材料又可回收利用。总之,在高效钢的合理运用下我国钢结构发展良好,正逐步走向成熟。 参考文献 1压型金属板设计施工规范YBJ216-88 2 钟善桐.高层钢管混凝土结构.黑龙江科学技术出版社.2004 3陈立祖.深圳赛格广场大厦钢管混凝土柱工程介绍.哈尔滨建筑大学学报, 2007. 4钢管混凝土结构设计与施工规程GECS2 8 : 90 作者信息 潘可明：山东省冶金设计院股份有限公司耀华公司 ，山东 济南 6250101 工程师 尹鹏：山东省冶金设计院股份有限公司项目管理部 ，山东 济南 250101 工程师 张峰：山东省冶金设计院股份有限公司土建一室 ，山东 济南 250101 工程师
