在土木建筑工程中,除鋼結構外,還有鋼筋混凝土結構、磚石結構、木結構等。作工程規(guī)劃時,要根據(jù)各類結構的特點,結合工程的具體情況來確定選用結構的類型,以便使工程設計經(jīng)濟合理。與其他結構相比,鋼結構有如下特點:
①強度高、自重小。鋼材的容重雖然比鋼筋混凝土、磚石及木材大,但因其強度更高,因此在承載力相同的條件下,鋼結構的自重比其他結構要小。如使用H型鋼制作的鋼結構與混凝土結構比較,自重可減輕20%一30%。另一方面,由于結構自重小,就可以承擔更多的外加荷載,或具有更大的跨度;自重小也便于運輸和吊裝,例如,交通不便、取村困難的邊遠山區(qū)修建公路或輸電工程時,常常考慮運輸方便而選用鋼橋或鋼制輸電線塔架。
②塑性、韌性好。鋼材破壞前要經(jīng)受很大的塑性變形,能吸收和消耗很大的能量。因此,一般情況下不會因偶然局部超載而突然發(fā)生脆性破壞,對動力荷載的適應性強,抗震性能好。國內(nèi)外大旦的調(diào)查表明,地震后,各類結構中鋼結構所受的損害最小。
③材質(zhì)均勻,工作可靠性高。鋼材在冶煉和軋制過程中,質(zhì)量受到嚴格的檢驗控制,因而材質(zhì)比較均勻,質(zhì)量比較穩(wěn)定。鋼材各向同性,彈性工作范圍大,因此它的實際工作情況與一般結構力學計算中采用的材料為勻質(zhì)各向同性體的假定較為符合,工作可靠性高。
④適于機械化加工,工業(yè)化生產(chǎn)程度高。組成鋼結構的各個部件一般是在專業(yè)化的金屬結構加工廠制造,然后運至現(xiàn)場,用焊接或螺栓進行拼接和吊裝,因此加工精細,生產(chǎn)效率高,是工業(yè)化生產(chǎn)程度最高的一種結構。同時,鋼結構也是施工現(xiàn)場工程量最小的一種結構,因而施工周期也最短。此外,鋼結構工程主要是干作業(yè),能改善施工環(huán)境,有利于文明施工。
⑤采用鋼結構可大大減少沙、石、灰的用量,減輕對不可再生資源的破壞。鋼結構拆除后可回爐再生循環(huán)利用,有的還可以搬遷復用.可大大減少灰色建筑垃圾。因此,采用鋼結構有利于保護環(huán)境、節(jié)約資源,被認為是環(huán)保產(chǎn)品。
⑥綜合上述特點,與混凝土結構相比,鋼結構是環(huán)保型、可再次利用的,也是易于產(chǎn)業(yè)化的結構,同時還有較好的綜合經(jīng)濟指標。例如,因自重小,其地基基礎費用相對較省;因構件截面相對較小,可增加有效使用面積;與混凝土結構相比,采用熱軋H型鋼的鋼結構有效使用面積可增加4%一6%;因施工快、工期短,可節(jié)省貸款利息并提前發(fā)揮使用效益;工程資料表明,1t鑰結構可減少7t混凝土用旦,這樣又可以節(jié)約能源。
⑦能制成不滲漏的密閉結構。
⑧耐熱性能好,但耐火性能差。鋼材在常溫至200℃以內(nèi)性能變化不大,但超過200℃,鋼材的強度及彈性模量將隨溫度升高而大大降低,到600℃時就完全失去承載能力。另外,鋼材導熱性很好,局部受熱(如發(fā)生火災)也會迅速引起整個結構升溫,危及結構安全。一般認為,當鋼結構表面長期受高溫輻射達150℃以上,或短時間內(nèi)可能受到火焰作用,或可能受到熾熱熔化金屬噴濺,以及可能遭受火災襲擊時,就應采取有效的防護措施,如用耐火材料做成隔熱層等。
⑨易銹坤。這是鋼材的最大弱點。據(jù)有關資料估算,有10%一12%的鋼材損耗屬于銹蝕損耗。低合金鋼的抗銹能力比低碳鋼好,其銹蝕速度比低碳鋼饅。耐候鋼抗銹最好,其抗銹能力高出一般鋼材2—4倍。
鋼材銹蝕嚴重時會影響結構的使用壽命,因此鋼結構必須采取防銹措施,徹底除銹并涂以油漆和鍍鋅等。此外,還應注意使結構經(jīng)常處于清潔和干燥的環(huán)境中,保持通風良好,及時排除侵蝕性氣體和濕氣;選用的結構構件截面的形式及構造方式應有利于防銹;盡量避免出現(xiàn)難以檢查、清洗和油漆之處,以及能積留濕氣和大量灰塵的死角和凹槽,閉口截面應沿全長和端部焊接封閉;平時應加強維護,及時進行清灰、清污工作,視涂裝情況,每隔數(shù)年應重新油漆一次;必要時可采用耐候鋼,如橋梁等露天結構。