【钢结构知识百科】钢结构的材料及连接方式 钢结构如何维护保养

钢结构是由钢制材料组成的结构，是主要的建筑结构类型之一。在全球范围内，特别是发达国家和地区，钢结构在建筑工程领域中得到合理、广泛的应用。钢结构行业通常分为轻型钢结构、高层钢结构、住宅钢结构、空间钢结构和桥梁钢结构五大子类。

钢结构组成主要由型钢和钢板等制成的梁钢、钢柱、钢桁架等构件组成，并采用硅烷化、纯锰磷化、水洗烘干、镀锌等除锈防锈工艺。各构件或部件之间通常采用焊缝、螺栓或铆钉连接。

钢结构应用主要用于桥梁、建筑、灯塔、船类等领域。除钢结构以外，还有木结构、混凝土结构、砖混结构等结构等。详细>>

1、强度

钢材的强度指标由弹性极限σe，屈服极限σy，和抗拉极限σu，设计时以钢材的屈服强度为基础，屈服强度高可以减轻结构的自重，节省钢材，降低造价。‘σu/σy值的大小，可以看作钢材强度储备的参数。

2、塑性

钢材的塑性一般指应力超过屈服点后，具有显著的塑性变形而不断裂的性质。衡量钢材塑性变形能力的主要指标是伸长率δ和断面收缩率ψ。

3、冷弯性能

钢材的冷弯性能是衡量钢材在常温下弯曲加工产生塑性变形时对产生裂纹的抵抗能力。钢材的冷弯性能是用冷弯实验来检验钢材承受规定弯曲程度的弯曲变形性能。

4、冲击韧性

钢材的冲击韧性是指钢材在冲击荷载作用下，断裂过程中吸收机械动能的一种能力，是衡量钢材抵抗冲击荷裁作用，可能因低温、应力集中，而导致脆性断裂的一项机械性能。一般通过标准试件的冲击试验来获得钢材的冲击韧性指标。

5、焊接性能

钢材的焊接性能是指在一定的焊接工艺条件下，获得性能良好的焊接接头。焊接性能可分为焊接过程中的焊接性能和使用性能上的焊接性能两种。我国采用焊接过程的焊接性能试验方法，也采用使用性使用性质上的焊接性能试验方法。

6、耐久性

影响钢材耐久性的因素很多。首先是钢材的耐腐蚀性差，必须采取防护措施，防止钢材腐蚀生锈。其次由于钢材在高温和长期荷载作用下，其破坏强度比短期强度降低较多，故对长期高温作用下的钢材，要测定持久强度。钢材随时间推移会自动变硬、变脆、即“时效”现象。对低温荷载作用下的钢材要检验其冲击韧性。详细>>

1、材料强度高，自身重量轻

钢结构使用的钢材强度较高，弹性模量也高。与混凝土和木材相比，其密度与屈服强度的比值相对较低，因而在同样受力条件下钢结构的构件截面小，自重轻，便于运输和安装，适于跨度大，高度高，承载重的结构。

2、钢材韧性，塑性好，材质均匀，结构可靠性高

适于承受冲击和动力荷载，具有良好的抗震性能。钢材内部组织结构均匀，近于各向同性匀质体。钢结构的实际工作性能比较符合计算理论。所以钢结构可靠性高。

3、钢结构制造安装机械化程度高

钢结构构件便于在工厂制造、工地拼装。工厂机械化制造钢结构构件成品精度高、生产效率高、工地拼装速度快、工期短。钢结构是工业化程度最高的一种结构。

4、钢结构密封性能好

由于焊接结构可以做到完全密封，可以作成气密性，水密性均很好的高压容器，大型油池，压力管道等。

5、钢结构耐热不耐火

当温度在150℃以下时，钢材性质变化很小。因而钢结构适用于热车间，但结构表面受150℃左右的热辐射时，要采用隔热板加以保护。温度在300℃ -400℃时.钢材强度和弹性模量均显著下降，温度在600℃左右时，钢材的强度趋于零。在有特殊防火需求的建筑中，钢结构必须采用耐火材料加以保护以提高耐火等级。

6、钢结构耐腐蚀性差

特别是在潮湿和腐蚀性介质的环境中，容易锈蚀。一般钢结构要除锈、镀锌或涂料，且要定期维护。对处于海水中的海洋平台结构，需采用“锌块阳极保护”等特殊措施予以防腐蚀。

7、低碳、节能、绿色环保，可重复利用

钢结构建筑拆除几乎不会产生建筑垃圾，钢材可以回收再利用。详细>>

判定结构为重钢与轻钢结构没有一个统一的标准，但是可以以一些数据综合考虑并加以判断：

1、厂房行车起吊重量：大于等于25吨，可以认为为重钢结构。

2、每平米用钢量：大于等于50KG/㎡，可认为是重钢结构。

3、主要构件钢板厚度：大于等于10MM，轻钢结构用的较少。

另外，还有一些参考值：如每平米造价，最大构件重量，最大跨度，结构形式，檐高等，以上这些在判断厂房是否为重钢或轻钢时可以提供经验数据，当然现在很多建筑都是轻、重钢都有。但有一些我们可以较肯定的说是重钢：如：石化厂房设施、电厂厂房、大跨度的体育场馆、展览中心，高层或超高层钢结构。

实际上国家规范和技术文件都并没有重钢一说，为区别轻型房屋钢结构，也许称一般钢结构为“普钢”更合适。因为普通钢结构的范围很广，可以包含各种钢结构，不管荷载大小，甚至包括轻型钢结构的许多内容，轻型房屋钢结构技术规程只是针对其“轻”的特点而规定了一些更具体的内容，而且范围只局限在单层门式刚架。

由此可见，轻钢与重钢之分不在结构本身的轻重，而在所承受的围护材料的轻重，而在结构设计概念上还是一致的。详细>>

焊缝连接

连接方法：钢结构中的焊缝连接，主要采用电弧焊，即在构件连接处，借电弧产生的高温，将置于焊缝部位的焊条或焊丝金属熔化，而使构件连接在一起。

应用：属刚接（可以承受弯矩），除了直接承受动力荷载的结构中，超低温状态下，均可采用焊缝连接。

螺栓连接

连接方法：高强度螺栓连接用特殊扳手拧紧高强度螺栓，对其施加规定的预拉力。

应用：属铰接（弯矩为零）一般情况下均可使用，特点是现场作业快，容易拆除，维修方便。

铆钉连接

铆接方法：铆钉连接的施工程序，是先在被连接的构件上，制成比钉径大1.0～1.5毫米的孔。然后将一端有半圆钉头的铆钉加热到呈樱桃红色，塞入孔内，再用铆钉枪或铆钉机进行铆合，使铆钉填满钉孔，并打成另一铆钉头。

应用：当结构受力较小的情况下使用。详细>>

轻钢结构房屋优点

1、安全可靠

以钢材为主要建材的住宅单位体积承载力高，较传统的砖木和砖混技术更稳定、更牢固，抗震性能、抗风性能、防水防火性能都要好，还拥有隔热、隔音功能。钢材具有很好的延性，能较好的消耗地震带来的能量，所以抗震性能好，结构安全度高，保证了住宅的安全性。

2、建筑简易，施工期短

所有构件均在工厂预制完成，现场只需简单拼装，从而大大缩短了施工周期，一座6000平方米的建筑物，只需40天即可基本安装完成。

3、经久耐用，易于维修

通用电脑设计而成的钢结构建筑可以抗拒恶劣气候，并且只需简单保养。

4、美观实用

钢结构建筑线条简洁流畅，具有现代感。彩色墙身板有多种颜色可供选择，墙体也可采用其它材料，因而更具有灵活性。

5、绿色环保可持续

所有住宅都有一定的使用寿命，一般砖混结构的住宅拆除的原材料无法再利用，而且会产生大量垃圾污染环境。钢结构住宅的钢材可以100%回收，实现循环利用，建造和拆除时对环境污染较少，符合住宅产业化和可持续发展的要求。

轻钢结构房屋缺点

1、造价比传统砖混和钢混相对来说要高一些。

2、钢结构住宅以其特有的钢骨架和墙体，屋面等材料以及标准化、定型化的内部布局和配套设施，很难适应群众对住房可“任意处理”的习惯。

3、钢材的腐蚀：必须采用镀铝锌钢，才能最大程度的防腐，主体钢结构才能达到50年。

4、对新型材料要求比较多，钢住宅的结构配隔热保温等材料，将普遍采用轻质的新型建筑材料等。详细>>

钢结构房屋的使用寿命，一般在50-70年左右。

如果在使用过程中，能够保障材料不出现锈蚀，不会有较强的外力作用，其使用寿命甚至可达90年左右。在国家相关规范中，没有对钢结构的建筑使用年限做具体要求，但是在结构设计的时候，按照荷载规范基本上是采用50年为基本周期的荷载统计值的，即是说，正常设计钢结构在50年内出现因荷载过大而破坏的概率极小。详细>>

1、定期防锈防腐保护

一般钢结构在设计使用年限中为50-70年，在钢结构使用过程中因超荷载使用而遭到破坏的几率很小。大多数钢结构损坏都是由锈蚀造成结构力学性能和物理性能降低产生的，《钢结构设计规范》中对使用超过25年的钢结构防腐有一定要求。所以要求钢结构外部的涂装保护应当满足钢结构的使用要求，一般情况下钢结构需3年进行一欢维护保养(清理钢结构中尘埃、锈蚀及其他污物后再刷涂料)。油漆的品种、规格应与原有涂料相同，否则两种涂料达不到相容会带来更大的危害，用户要做到有计划地定期维护和保养。

防止钢结构生锈方法：在后期的维护与保养过程中，非金属的涂层保护法尤为常用。在构件表面采用涂料、塑料保护起来，不使其和周围的腐蚀介质相接触，以此来达到防腐的目的。此法效果好，价格低廉，而且涂料品种多，供选择范围广，适用性强，不受构件形状和大小限制，能随着构件表面的任何形状成膜，附着牢固，温度变化时还能随着构件伸缩，使用方便。还可以给予构件以外观美丽的颜色。

2、定期防火处理保护

钢材的耐温性较差，其许多性能随温度升降而变化，当温度达到430-540℃之间时，钢材的屈服点、抗拉强度和弹性模量将急剧下降，失去承载能力。必须用耐火材料对钢结构进行必要的维护。以前未采用防火涂料或防火漆处理。建筑物的耐火能力取决于建筑构件耐火性能的好坏，在火灾发生时其承载能力应能延续一定时间，使人们能安全疏散、抢救物资和扑灭火灾。

防火措施为：所以外露钢构件刷防火涂料，具体要求是：钢梁耐火时间为1.5h，钢柱耐火时间为2.5h，使其符合建筑规范要求。

3、定期变形监测维护

钢结构生锈对构件破坏不仅表现为对构件有效截面的减薄上，还表现为构件表面产生的“锈坑”。前者使构件承载力下降，导致钢结构整体承载力的下降，对薄壁型钢和轻型钢结构尤为严重。后者使得钢结构产生“应力集中”现象，当钢结构在冲击荷载或交变荷载作用下，可能会突然发生脆性断裂。而发生这个现象时没有任何变形征兆，事先不容易察觉和预防。为此，对钢结构和主要构件进行应力、变形和裂纹监测非常重要。

变形监测处理：钢结构在使用阶段如果产生过大的变形，则表明钢结构的承载能力或稳定性已经不能满足使用需要。此时，应引起业主的足够重视，迅速组织有关业内人士，分析产生变形原因。提出治理方案并马上实施，以防钢结构工程产生更大的破坏。

4、其他病害的定期检查与维护

对钢结构工程进行日常管理和维护时，除应注意对锈蚀病害的检查外，还应注意对以下几个方面进行检查：

（1）焊缝、螺栓、铆钉等连接处是否出现裂缝、松动、断裂等现象。

（2）各杆件、腹板、连接板等构件是否出现局部变形过大，有无损伤现象。

（3）整个结构变形是否异常，有无超出正常的变形范围。

日常管理检查维护：为了及时发现上述病害和异常现象,避免造成严重后果，业主必须定期对钢结构进行周密的检查。在掌握其发展变化情况的同时，应找出病害和异常现象形成的原因，必要时通过正确的理论分析，得出其对钢结构的强度、刚度、稳定性的影响程度，采取合理措施加以治理。详细>>