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關于鋼結構
所屬分類： 公司新聞
發布時間：2024-09-13
一、鋼結構的材料
• 鋼材種類
• 碳素結構鋼：一般含碳量在 0.06% - 0.38%之間，例如 Q235 鋼，它的強度、塑性和焊接性能等較為均衡，是建筑鋼結構中最常用的鋼材之一。
• 低合金高強度結構鋼：在碳素結構鋼的基礎上加入少量合金元素（如錳、硅、釩等），其強度比碳素結構鋼高得多，如 Q345、Q390 和 Q420 等，常用于大跨度或重型結構中。
• 鋼材性能指標
• 強度：包括屈服強度（fy）和抗拉強度（fu）。屈服強度是鋼材開始產生明顯塑性變形時的應力，它是設計鋼結構時確定承載能力的重要依據；抗拉強度則是鋼材在拉伸過程中所能承受的最大應力。
• 塑性：通常用伸長率（δ）和斷面收縮率（ψ）來表示。伸長率是鋼材拉斷后標距的伸長量與原始標距長度的比值，斷面收縮率是鋼材斷裂后斷口處橫截面積的縮減量與原始橫截面積的比值，塑性好的鋼材在破壞前有明顯的變形預兆，有利于避免突然的脆性破壞。
• 韌性：是鋼材在塑性變形和斷裂過程中吸收能量的能力，常用沖擊韌性值（αk）來衡量，在低溫、動荷載等特殊環境下，鋼材的韌性尤為重要。
• 冷彎性能：是指鋼材在常溫下承受彎曲變形的能力，它可以反映鋼材的內部質量和焊接性能。
• 可焊性：鋼材在一定的焊接工藝條件下，能否獲得良好焊接接頭的性能，包括焊接接頭的強度、塑性、韌性等是否能滿足設計要求。
二、鋼結構的連接方式
• 焊接連接
• 電弧焊：利用電弧產生的高溫使焊條和焊件局部熔化，冷卻后形成焊縫。電弧焊又分為手工電弧焊、自動電弧焊和半自動電弧焊。手工電弧焊操作靈活，適用于各種位置的焊接，但焊接質量受焊工技術水平影響較大；自動電弧焊和半自動電弧焊焊接效率高、質量穩定，適用于長焊縫和大規模焊接生產。
• 氣體保護焊：用惰性氣體（如氬氣、二氧化碳等）作為保護氣體，將電弧和熔池與周圍空氣隔開，以防止焊縫金屬氧化。氣體保護焊具有焊接質量好、效率高、焊縫美觀等優點，在鋼結構焊接中應用廣泛。
• 焊接連接的優缺點：焊接連接的優點是不削弱構件截面、連接密封性好、剛度大、構造簡單；缺點是焊接過程中會產生焊接殘余應力和焊接變形，焊接質量受焊接工藝和焊工技術水平影響較大，焊接部位在低溫下可能發生脆性破壞。
• 螺栓連接
• 普通螺栓連接：普通螺栓分為 A、B、C 三級。A、B 級螺栓采用 8.8 級鋼材制作，C 級螺栓采用 4.6 或 4.8 級鋼材制作。普通螺栓連接的安裝簡單、拆卸方便，但螺栓孔需要在構件制作時預留，對構件截面有一定的削弱。
• 高強度螺栓連接：高強度螺栓采用高強度鋼材制作，并經過熱處理，其強度等級一般為 8.8 級和 10.9 級。高強度螺栓連接分為摩擦型連接和承壓型連接兩種。摩擦型高強度螺栓連接是依靠高強度螺栓的預拉力使被連接構件的接觸面產生摩擦力來傳遞外力；承壓型高強度螺栓連接則是在摩擦力被克服后，依靠螺栓桿與孔壁的承壓來傳遞外力。高強度螺栓連接的優點是連接強度高、剛度大、耐疲勞性能好，缺點是螺栓價格較高，安裝時需要專用的工具和嚴格的施工工藝。
• 鉚釘連接：鉚釘連接是將鉚釘插入被連接構件的孔中，然后用鉚釘槍將鉚釘尾部打扁，使鉚釘桿膨脹并填滿孔壁，從而形成連接。鉚釘連接的優點是連接可靠、塑性和韌性好，在動荷載作用下不易松動；缺點是施工復雜、勞動強度大、噪聲大，目前在鋼結構中已較少使用。
三、鋼結構的構件類型
• 梁
• 鋼梁的分類：按截面形式可分為型鋼梁和組合梁。型鋼梁常用的有工字鋼、H 型鋼和槽鋼等，它們加工簡單、成本較低；組合梁則是由鋼板通過焊接或螺栓連接等方式組成，其截面形狀可以根據設計要求進行定制，適用于大跨度和承受較大荷載的情況。
• 鋼梁的受力特點：鋼梁主要承受彎矩和剪力，在設計時需要根據荷載情況、跨度大小等因素選擇合適的截面形式和尺寸，以確保鋼梁的強度、剛度和穩定性滿足要求。
• 柱
• 鋼柱的分類：按截面形式可分為實腹柱和格構柱。實腹柱的截面形式有工字形、矩形、圓形等，其整體剛度好、制造簡單；格構柱由肢件和綴材組成，肢件通常采用槽鋼或角鋼，綴材將肢件連接成整體，格構柱的材料利用率高，適用于軸心受壓構件。
• 鋼柱的受力特點：鋼柱主要承受軸向壓力，在設計時需要考慮柱的穩定性，尤其是對于細長柱，可能會發生失穩破壞，需要采取有效的措施來提高柱的穩定性，如增加柱的截面尺寸、設置側向支撐等。
• 桁架
• 桁架的組成：桁架由上弦桿、下弦桿、腹桿（包括豎桿和斜桿）組成，桿件之間通過節點連接。桁架的桿件通常采用型鋼制作，節點形式有焊接節點和螺栓連接節點。
• 桁架的受力特點：桁架中的桿件主要承受軸向力，在理想情況下，桁架的桿件只受拉力或壓力，從而可以充分發揮鋼材的強度性能。桁架結構常用于大跨度的屋蓋、橋梁等結構中。
四、鋼結構的設計要點
• 強度設計：根據鋼結構所承受的荷載，計算構件的內力（如彎矩、剪力、軸力等），然后根據鋼材的強度指標（如屈服強度），確定構件所需的截面尺寸，確保構件在正常使用情況下不會發生強度破壞。
• 剛度設計：鋼結構除了要滿足強度要求外，還需要滿足一定的剛度要求，以避免過大的變形影響結構的正常使用和外觀。通過計算構件的變形（如梁的撓度、柱的側移等），并與相應的允許變形值進行比較，來確定構件的截面尺寸或設置必要的支撐。
• 穩定性設計：鋼結構構件在受壓或受彎的情況下可能會發生失穩破壞，這是鋼結構設計中需要重點考慮的問題。對于受壓構件，需要計算其整體穩定性和局部穩定性；對于受彎構件，需要考慮其側向彎扭失穩。通過合理選擇構件的截面形式、增加支撐等措施來提高構件的穩定性。
• 疲勞設計：對于承受反復荷載作用的鋼結構（如吊車梁、橋梁等），需要進行疲勞設計。疲勞設計是根據結構的使用年限、荷載循環次數以及鋼材的疲勞強度等因素，確定構件在疲勞荷載作用下的承載能力。
五、鋼結構的防腐與防火
• 防腐措施
• 涂層保護：在鋼結構表面涂刷防腐涂料，這是最常用的防腐方法。防腐涂料可以隔絕鋼材與外界環境的接觸，防止鋼材生銹。涂料的種類有很多，如醇酸漆、環氧漆、聚氨酯漆等，需要根據鋼結構所處的環境、使用要求等因素選擇合適的涂料。
• 金屬熱噴涂：將金屬（如鋅、鋁等）加熱熔化后，用壓縮空氣將金屬霧化并噴涂到鋼結構表面，形成一層金屬保護膜。金屬熱噴涂具有防腐效果好、防護壽命長等優點，適用于對防腐要求較高的鋼結構。
• 防火措施
• 防火涂料：在鋼結構表面涂刷防火涂料，當發生火災時，防火涂料可以起到隔熱、延緩鋼材升溫的作用，從而保證鋼結構在一定時間內不喪失承載能力。防火涂料按其厚度可分為超薄型、薄型和厚型防火涂料。
• 防火板包覆：用防火板將鋼結構構件包裹起來，防火板具有良好的防火性能，可以有效地阻止火焰和熱量傳遞到鋼結構上。
• 充水冷卻：對于一些特殊的鋼結構（如鋼管柱），可以在構件內部充水，當發生火災時，水通過蒸發吸收熱量，從而降低鋼結構的溫度。
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