钢结构的特点与应用范围：强度高、重量轻、适用于大跨度工程

钢结构钢结构

结构由钢制成。钢结构通常是由型钢、铸件、钢板和钢丝绳组成的梁、板、柱、梁、椽、壳体、悬挂系统等结构。构件之间常用铆钉、螺栓、钢销、电焊等方法。耦合。

1.特点

钢材的组织结构均匀，接近各向同性均质体，具有较高的强度和弹性模量，塑性和韧性良好，适合承受振动和冲击载荷。钢材的密度强度比一般比混凝土和木材小，因此相同承载能力的钢结构较轻。钢结构便于工厂机械化制造，加工精度高，适合大件机械化安装，施工速度快。钢结构密封性能好，但耐腐蚀、耐火性能较差，必要时必须采用涂料和防火层保护。

2.适用范围

钢结构适用于大跨度、大高度、大荷载、大动力作用的各种承重工程结构，如大跨桥梁、高层建筑骨架、高塔、大覆盖范围的体育场馆、机场建筑、箱型梁、集装箱、锅炉、集装箱、船舶等壳体钢结构；海上石化设备中的石油生产平台和管道。建筑设备包括吊车、吊车、浮吊、建筑脚手架、模板等。

海上钻井平台

3. 历史

中国是最早使用铁来建造建筑物的国家。夏奈认为，中国在公元前五、六世纪就已经生产钢铁了。长沙出土了春秋末期的钢剑。历代都有许多采矿、炼铁的记载。到王莽二年（公元21年），官员和家庭使用的铁链已超过10万米。最早的铁索桥是熙文元年（公元前206年）汉中的范河桥。后来，东汉永平十二年（公元69年），云南京东兰津就有铁索桥的记载。现存最早的铁索桥有明弘治十四年（1501年）云南永昌的吉洪铁索桥和清康熙四十五年（1501年）四川泸定桥。

泸定桥

建筑方面，有建于南汉大宝六年（963年）的广州光孝寺西铁塔（现存3层）；大宝十年（967年）的东铁塔，共7层，高6.35米；建于北宋嘉佑六年（1061年），湖北当阳玉泉寺铁塔共13层，高17.9米。这些建筑展示了中国古代冶金和建筑技术的领先水平。

湖北当阳玉泉寺铁塔

在西方，第一座完全由铸铁建造的桥梁是英国塞文河上的科尔布鲁克代尔开带拱桥，跨度为30.5米，建于1779年。18世纪末，随着随着工业革命的到来，冶金技术和钢结构建筑也随之发展，出现了生铁和熟铁复合结构。铆接结构出现于 20 年代和 1930 年代，转炉和平炉冶炼工艺发明于 1950 年代和 1960 年代。随着型材的使用，钢结构应用范围不断扩大，如法国巴黎水晶宫博物馆（1851年）、埃菲尔铁塔（1889年）、美国纽约自由女神像（1886）。 20世纪，钢结构桥梁、工厂、高层建筑及各种土木工程部门蓬勃发展。在一些城市，有许多钢结构的高层建筑。虽然他们能够带来综合国力，但是却有畸形发展的倾向。

埃菲尔铁塔

1949年中华人民共和国成立后，钢铁产量不断增加，钢结构的应用更加普遍。特别是改革开放政策实施后，经济快速增长，大型钢结构技术日益成熟。桥梁方面，包括主跨888米的广州虎门大桥（1997年）、主跨1385米的江阴长江大桥（1999年）、主跨1490米的润扬长江大桥，以及主跨602米的上海杨浦大桥（1993年）。 ）等待。直径108米圆形屋顶的天津体育场（1994年）、张贤钢钢结构屋顶的上海浦东机场航站楼（1999年）等大型建筑。全国各大城市的高层建筑如雨后春笋般拔地而起。仅上海目前就有近2000座20层以上（约60米高）的高层建筑，其中包括88层420.5米高的金茂大厦（1997年）和101层492米高的上海国际大世界金融中心。

金茂大厦

4、结构设计

各种钢结构应进行强度和稳定性计算，重要建筑物的刚度和疲劳强度必须校核。重要的关键细节需要精确的计算和精心的设计。

4.1.实力

钢结构构件及其连接处的净截面上的所有应力不应超过钢材相应的设计强度。对于承受静载荷的弯曲、拉弯、压弯构件，如果满足一定的结构要求，在计算强度时可以考虑截面塑性变形的发展。

4.2.稳定性

轴心受压构件、偏心受压构件和弯曲构件可能会失去整体稳定性；或其组成部分（如腹板和翼缘）也可能失去局部稳定性，这些都需要进行检查。如有必要，需要检查整个结构的整体稳定性。

4.3.刚性

整体钢结构及各部件都有一定的刚度要求。设计应满足规范规定的变形、长细比不超过最大允许直线度等要求。

4.4.疲劳强度

对于反复承受同号特别是异号动载荷的钢结构构件及其连接件，当应力变化的循环次数频繁时，应进行疲劳计算。

5.钢铁

钢结构应根据结构重要性、荷载特性、连接方式、温度环境等不同条件，选择合适的钢材。所用钢材必须具有足够的抗拉强度、延伸率、屈服点以及硫、磷和硫的限量含量。碳以保证冷弯、常温或低温冲击韧性，以及焊接结构的可焊性和冷脆特性。常用的钢材有普通低碳钢和低合金钢，含碳量应在0.22%以下，否则塑性和焊接性会降低。

热轧钢材产品包括钢板、角钢、槽钢、工字钢（标准、宽翼缘）、钢管（无缝）方钢、圆钢（光、竹、螺纹）等。壁钢是指薄壁钢带或钢板经冷弯、冷轧或冲压而成的异型钢包括锁紧钢板。现在广泛采用采用螺旋连续焊缝的轧制钢板制成的有缝钢管，钢丝采用冷拔制成。

6.耐腐蚀

钢结构表面如果不加以保护，在周围介质的作用下就会生锈。腐蚀速度与周围介质的温度、湿度和有害物质的含量有关。常用的抗炎方法有喷漆、镀锌等金属保护层、化学氧化处理（如磷处理）或阴极保护。采用含有适量铜、铬、镍、锰等金属元素的合金钢，不仅可以提高强度，而且可以成为耐腐蚀的耐候钢。

7. 防火

钢不易燃，但导热性强，升温快。当温度超过300℃时，屈服点、拉伸强度、压缩强度和弹性模量均开始显着下降，到600℃时几乎降至常温的1/3以下。常用的防火方法是用混凝土或其他耐火砌体包裹钢结构，或在构件表面喷涂一层含有蛭石、石棉或其他阻燃材料的涂料。英吉利海峡隧道火灾和纽约世贸中心倒塌事件表明，钢结构的防火需要重新审视。

八、展望

随着建筑、交通设施等工程结构的快速发展，钢结构也有着广阔、深入的发展和创新前景。钢结构以及钢材与其他材料的混合结构需要在材料本身、结构构造、连接细节、工业制造和安装方法、监控和维护方法、更大的跨越能力和更长的寿命等方面不断创新。

摘自：《中国大百科全书（第二版）》第七卷，中国大百科全书出版社，2009年