了解钢结构的特别之处：强度高、重量轻、高弹性模量

大家好，我是双无雨。最近发现非行业读者很多，就想着要不要照顾更多读者，降低阅读的专业门槛。所以在讲正题之前，我先做了一个小问卷：

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，钢结构的优势是混凝土的6倍左右，在同样的荷载下，钢结构截面更小，自重更轻。

材料

抗压强度（MPa）

抗拉强度（MPa）

密度（千克/立方米）

强度重量比 (kN·m)/kg

混凝土（C30）

20.1

2.01

2400

8.4

钢结构（Q355）

355

470

7850

45.2

2. 弹性模量高

弹性模量（E=σ/ϵ）用来描述材料应力与应变的比例关系，在弹性变形阶段，钢结构的弹性模量约为混凝土的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，钢结构所需的变形更小，且具有更强的变形恢复能力。

3.高延展性和韧性

钢材可以承受较大的塑性变形而不会断裂；它还可以吸收大量能量而不会发生脆性破坏。要在混凝土中达到类似的效果，必须增加钢筋的含量。

1/250 的由来

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

在防振规范中，5.5.1条给出了简要的解释：“日本建筑法规施行令规定，钢结构在弹性阶段的位移限值取层高的1/200。参考美国加州规范（1988）对基本自振周期大于0.7s的结构的规定，本规范取1/250。”

基本是相同的描述，2001版抗震规范中取值为1/300，高于参考标准的1/250；2010版取值为1/250，与参考标准一致。放宽钢结构位移限值，可以在不影响安全性的情况下，使设计更加经济，优化材料的使用。

以下为1988年版《统一建筑规范》原文，供参考：

对于高度小于 65 英尺的建筑物，计算得出的楼层位移不得超过 0.04/ Rw 或楼层高度的 0.005 倍。对于高度更高的建筑物，计算得出的楼层位移不得超过 0.03/ Rw 或楼层高度的 0.004 倍。当证明结构构件和非结构构件均能承受更大的位移且可能影响生命安全时，可以超过这些位移限制。

也就是说，如果高度不超过19.8m，层间位移角可以进一步放宽至1/200。

究竟如何获得它？

从规范的描述中我们可以发现，这个极限值也和墙体类型息息相关，不同的墙体有不同的标准要求，新西兰标准（NZS.1170.5.2004）给出了一些建议值，可以参考：

内隔墙

组件类型

变形损伤极限

轻质（木材或钢材）

H/150 (平面内) H/300 (平面内)

重型（砖石）

H/300 (平面内) H/600 (平面内)

玻璃

重型/300

石材（包括大理石）饰面

重型/300

瓷砖贴面

重型/300

外墙

组件类型

变形损伤极限

外墙或预制板（轻质 - 包括金属板、纤维水泥、瓷砖）

H/200 (平面内) H/300 (平面内)

外墙或外板（预制混凝土）

H/300 (平面内) H/400 (平面内)

外墙或外板（砖石 - 包括玻璃砖）

H/300 (平面内) H/600 (平面内)

附在外墙上的砌体贴面

H/200（平面内）

幕墙系统（带框架元件）

H/150（平面内）

概括

与钢筋混凝土剪力墙的限值不同，1/1000基本上比所有墙体的要求都要严格。

对于钢结构来说，这个数值是1/250，而对于墙体的要求大多比这个数值严格，这样整理出来，设计是不是会更有针对性呢？

这是关于层间位移角主题的第三篇文章。另外两篇文章是：

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