钢结构的优势:强度高、重量轻、弹性模量高

发布日期:2024-10-02    浏览次数:425

钢材的特点 1、强度高、重量轻

从下面的定量数据对比可以看出,钢结构的优势约为混凝土的6倍。对于相同的荷载,钢结构的截面更小,重量更轻。

材料抗压强度(MPa) 抗拉强度(MPa) 密度(kg/m3) 强度重量比(kN·m)/kg 混凝土(C30) 20.12.0124008.4 钢结构(Q355) 355470785045.2

2、弹性模量高

弹性模量(E=σ/ϵ)用于描述材料在弹性变形阶段的应力与应变之间的比例关系。钢结构的强度约为混凝土的7倍。

材料弹性模量(MPa) 混凝土(C30) 30,000 钢结构(Q355) 206,000

这意味着在相同的应力要求下,钢结构要求变形更小,变形恢复能力更强。

3、高塑性和韧性

钢可以承受较大的塑性变形而不断裂;它还可以吸收大量能量而不会发生脆性破坏。为了达到与混凝土类似的效果,需要增加钢筋的含量。

1/250的由来

以上特点决定了钢结构建筑具有较强的弹性,不会因结构件开裂而影响结构完整性和抗变形能力。

在《抗力规定》中,5.5.1给出了简要说明:“日本建筑法强制令规定钢结构在弹性阶段的楼板位移限值为楼高的1/200。参考加州美国规范(1988) 对于基本自振周期大于 0.7 秒的结构,该规范取 1/250。

基本上是相同的描述。 2001年版《反规定》中,值为1/300,高于参考标准1/250; 2010年版值为1/250,与参考标准一致。放宽钢结构的位移限制可以使设计更具成本效益,并在不影响安全性的情况下优化材料的使用。

以下为引用1988年版《统一建筑规范》原文,供参考:

对于高度低于 65 英尺的建筑物,计算出的层间位移不得超过 0.04/Rw,也不得超过层高的 0.005 倍。对于高度较高的建筑物,计算出的层间位移不得超过 0.03/Rw 或层高的 0.004 倍。当证明可能影响生命安全的结构元件和非结构元件可以容忍更大的漂移时,可能会超过这些漂移限制。 (对于高度小于 65 英尺(19.8 m)的建筑,计算的层间偏角不应超过 0.04/Rw 或层高的 0.005 倍。对于更高高度的建筑物,计算的层间偏角不应超过 0.03/Rw或层高的0.004倍(当证明可能影响生命安全的结构构件和非结构构件可以承受较大位移时,可以超过这些位移限值)。

也就是说,如果高度不超过19.8m,层间位移角可进一步放宽至1/200。

怎样才能真正得到呢?

从规范描述中可以发现,该限值也与墙体类型密切相关。不同的墙体有不同的标准要求。新西兰标准(NZS.1170.5.2004)中给出了一些推荐值,可以参考:

内隔墙

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构件类型变形损坏极限 轻(木或钢)H/150(平面内)H/300(平面内)重(砖石)H/300(平面内)H/600(平面内)玻璃 H/300 石材(包括大理石)贴面 H/300 瓷砖贴面 H/300

外墙

构件类型变形损坏极限 外墙或预制板(轻质——包括金属板、纤维水泥、瓷砖) H/200(面内) H/300(面内) 外墙或板(预制混凝土) H/300 (平面内) H/400 (平面内) 外墙或楼板(砖石 - 包括玻璃砖) H/300 (平面内) H/600 (平面内) 贴在外墙上的砖石饰面 H/200 (面内)幕墙系统(带框架元件)H/150(面内)

概括

与钢筋混凝土剪力墙的极限值不同,1/1000基本上比所有墙体的要求都严格。

对于钢结构,1/250,对墙体的要求大多比这个值更严格。这样梳理之后,设计的时候会不会更有针对性呢?

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