钢结构知识概述 主讲人罗精为

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1、钢结构检测（一 ）（概 述）唐山曹妃甸筑城建筑工程检测有限公司主讲人：罗精为执行标准：钢结构工程施工质量验收规范GB50205-2001钢结构现场检测技术标准GB/T50621-2010建筑结构检测技术标准GB/T50344-2004概述概述二、钢结构的发展与应用二、钢结构的发展与应用四、钢结构检测相关问题四、钢结构检测相关问题一、钢结构的特点一、钢结构的特点三、钢结构工程中存在的问题三、钢结构工程中存在的问题五、小结五、小结一、钢结构的特点一、钢结构的特点1、轻质高强2、塑性和韧性好3、制作简便、施工周期短5、耐热性较好，耐火性差6、耐腐蚀性差7、低温冷脆倾向4、绿色环保1.轻质高强轻质材料

2、的质量密度与强度的比值 小Q235钢C30混凝土Q235钢 密度：7850kg/m3 强度： 215N/mm2 C30混凝土 密度：2450kg/m3 强度：14.3N/mm2 大跨结构加拿大蒙特利尔世界博览会美国馆，直径为76M，高60M。大跨结构国家大剧院 总建筑面积近15万平方米，该工程外部围护结构为钢结构网壳，是半椭 圆球形，东西长轴212.2m，南北短轴143.64m，总高度46.285m。设计为法国 巴黎机场公司安德鲁建筑师，整体结构用钢量达6750吨。 大跨结构国家体育场建筑体形上像鸟巢，建筑面积25.8万m2。可容纳10万人。 平面为椭圆形，长轴340m，短轴292m。屋盖中间

3、有一个146m76m的开口， 这部分将设计成开合屋盖。采用加肋薄壁箱形截面，总用钢量达5.3万吨。国家体育馆高层结构上海环球金融中心 位于陆家嘴金融贸易区，毗 邻金贸大厦，是以日本森大厦株 式会社为中心，联合日本、美国 等40多家企业投资兴建的项目。 工程占地面积为3万m2，总建筑 面积达38.16万m2。该工程地上 101层，地下3层，建筑主体高度 达492m，总用钢量26000吨，采 用钢筋混凝土核心筒，外框钢骨 混凝土及钢柱结构，2008年竣工 。桥梁钢结构朝天门大桥主跨达552米，全长1741米， 比世界著名拱桥澳大 利亚悉尼大桥的主跨还要长 ，成为“世界第一拱桥”。汶川地震中都江堰市

4、华夏广场小区，底部两层整体倒塌2、塑性和韧性好（抗震性能好)汶川地震中绝大部分钢结构建筑安然无恙2、塑性和韧性好汶川地震震害反思钢结构房屋具有良好的延性和较强的整体性，具有卓越的抗震 性能，在地震中很少发生整体破坏或倒塌现象。混凝土结构 砌体结构 钢结构2、塑性和韧性好3、制作简便、施工周期短 日本装配式钢结构住宅50天施工过程第一日 堪察现场第二日 维护现场，拆除旧房第十日 基础完成第二十日 房屋单元安装完毕第二十五日 门窗安装完毕，内墙安装完毕、石膏板安装完毕 天棚、地面开始制作第三十日 室内外装修基本完毕第三十五日 电器、洁具、上下水管道安装调试完毕完工后的室内完工后的外观4.绿色环保绿

5、色环保，生命周期分析( LCA) 得到的几类建筑结构的环境 负担对比，分析中对同一建筑分别采用不同的材料修建，对 比了在整个施工、使用及拆除后对环境造成的负担，从表中 数据对比看到，钢结构在生命周期内对环境的负担较小，是 名副其实的绿色环保结构。5、耐热性较好，耐火性差钢结构设计需重视防火问题！钢材是不燃烧材料，但耐火性能 差。钢材的机械力学性能，如屈服 强度、抗拉极限强度以及弹性模量 等，随着温度的升高而降低，出现 强度下降、变形增加等问题。钢材 在温度200以下，材料性能基本不 变；当温度超过200后，材料弹性 模量开始明显降低；当温度接近600 700时，钢材的弹性模量仅为常 温下的20

6、%，屈服强度趋近于零。火 灾是一种偶然的灾难性荷载（作用 ）。现代钢结构功能复杂，火灾隐 患多，且一旦发生火灾，火势迅速 蔓延，人员疏散困难，灭火难度大 ，若没有很好的防火保护措施，将 导致结构温度迅速上升，钢材强度 急剧下降，引起结构出现过大的不 可恢复的塑性变形，甚至结构倒塌 ，将造成巨大的人员和财产损失。 因此，对钢结构的防火性能应引起 足够重视。5、耐热性较好，耐火性差钢结构设计需重视防火问题！当建筑采用钢结 构而且无防火保护措 施时，一旦发生火灾，结构极易遭到 破坏，损失巨大。如1996年江苏昆山 的一座钢结 构厂房发生火灾，30分钟 左右造成4320m2的厂房烧毁坍塌； 1998年

7、北京某采用钢结 构建造的家具 城发生火灾，造成该建筑整体倒塌。 国内近年来每年发生的建筑火灾多达5 万起以上，损失超过几十亿元。 2005年4月，南京青少年科技活动中心 钢结 构屋盖发生火灾，30分钟内造成 金属屋面过火面积达6000m2，损失惨 重，同时影响了该建筑的按时投入使 用，造成巨额经济 索赔；幸运的是， 由于该建筑承重钢结 构在火灾发生时 已经敷涂好了防火涂料，因而没有造 成结构垮塌和严重的结构安全问题 。 6、耐腐蚀性差需要进行防腐处理，并且定期维护金属的腐蚀遍及国民经济各领域，在工业发达的国家中，腐蚀造 成的直接经济损失占国民经济总产值的1%4%，每年腐蚀生锈的钢 铁约占产量的

8、20%，约有30%的设备因腐蚀而报废。在我国，由于金 属腐蚀造成的经济损失每年高达300亿元以上，约占国民生产总值 的 4%。7、低温冷脆倾向需要选择合适的钢材材质等级A、B、C、D、E 元素含量不同、主要是冲击性能 指标的试验温度区别钢结构设计规范GB50017-2003 规定二、钢结构的发展与应用二、钢结构的发展与应用建筑钢结构发展 可分为四个阶段：初盛阶段（上世纪50年代至60年代）、 低潮阶段（上世纪60年代中后期至70年代）、发展时期（上世纪80年代至 90年代）、高速发展阶段（2000年至2010年）。1.初盛阶段（上世纪50年代至60年代）1949年新中国刚成立，百废待兴，当时钢

9、产量很低，每年仅135万吨（ 现已达5亿吨以上）。钢结构建设只有依靠苏联经济及技术援助，当时苏联 援建156项重型工业工厂，包括冶金、重型机械、飞机汽车等工业，如鞍山 钢铁厂，武汉钢铁厂、大连造船厂、哈尔滨飞机制造厂等。当时还派来一 大批苏联专家指导工作。与此同时还在北京、沈阳、华东、华南、中南、西南、西北等地成立6 大工业设计院，在北京、武汉、鞍山、重庆、包头、上海成立了6个钢铁设 计院，先后成立了22个冶金建设部门及制造安装公司等。短短几年建设了 不少钢结构工业厂房（钢柱、钢屋架、吊车梁），培养一大批设计、制造 、安装方面的人才，为今后发展打下了坚实基础。当时，民用建筑钢结构工程 不多，值

10、得提出的有：1954年北京体育馆 （57米跨两铰落地拱）、1954年重庆人民礼堂（40.6米肋环形钢穹顶）、 1956年天津体育馆（50米柱面联方钢网壳）、1959年北京人民大会万人礼 堂（60.9米大钢桁架）等。低潮阶段（上世纪60年代中后期至70年代）这个时期国家各部门钢材 需求量增大了，但钢产量仍然不多， 每年也只有2000万吨，国家提出节约钢材的政策，当时有人片面理 解为不用钢结构，于是钢结构工程数量少了。在文化大革命时期更 是一切都停了下来。通过科研及工程技术人员的积极努力，才把使用多年的1955年 版钢结构规范用自己编写的1974年版钢结构规范代替。同 时，也建造了一些大型的钢结构

11、工程，当然和当前相比数量少多了 。在提倡节约钢材的同时，国家又提出取消肥梁、胖柱、深基础的 方针，于是出现了一批冷弯薄壁型钢的工程：如上海、韶关、桂林 、十堰等地建造了数十万平方米的厂房、仓库等。由于节约钢材政 策，平板网架工程得到了推广应用，特别是焊接空心球节点研究成 功，全国各地中小跨度的焊接球节点平板网架比比皆是，与此同时 ，螺栓球节点网架也推广起来了。二、钢结构的发展与应用二、钢结构的发展与应用发展阶段（上世纪80年代至90年代）这20年应当是钢结构发展的兴盛时间，由于钢结构具备了一些独特优点，已 成为建设工程中的主要结构，特别是钢产量持续上升，在1997年达到了1亿吨， 给我们发展钢

12、结构创造了有利条件。1998年我国已能生产轧制H型钢，为钢结构 提供了新的钢型系列。钢结构工程这段时间得到了长足发展： 1.空间型结构。平板网架已广泛应用大型体育场馆、会展中心、商场、航站楼、 车站、仓库、工厂等。1990年亚运会场馆中大多数采用了焊接空心球节点平板网 架。1996年北京首都机库（153米153米,进深90米），焊接球节点四角锥三层网 架。同年，厦门太古机库（150米70米）建成，大门口采用无粘结预应力索拉杆 拱。 2. 采用网壳的几项工程有：1994年天津体育馆（D=108米）采用双层球面网 壳；1997年长春体育馆（146米191.8米）采用双层方钢管网壳、1995年黑龙江

13、滑 冰馆（86.2米191.2米）采用中央柱面网壳两端半球壳。1995年四川攀枝花体育 馆采用八边花瓣型双层网壳，跨度60米，采用多次预应力。这是国内首次采用多 次预应力工程。1998年还建成上海国际体操中心主馆，采用铝合金球面网壳，直 径68米。网架与网壳都有相应的设计规程 3. 单层厂房框架结构。规模较大的有钢铁厂、无缝钢管厂、火力发电厂等。 其特点有面积大（20万平方米）、柱高度大（50米）、柱距大（48米）、连跨多 （8跨）、吊车起重量大（450吨）等。但维护结构轻，采用彩色涂层压型钢板或 铝合金压型板。部分厂房也有采用平板网架屋盖、钢管混凝土柱。 4.空间结构与拱、钢架组成的混合体系

14、也得到发展。如：亚运会的北京石景山体 育馆（正三角形，边长99.7米）及北京朝阳体育馆（60米78米）、四川体育馆 （73.7米79.4米）、青岛体育馆（72米87米）等，都是混合结构体系。5.高层建筑钢结构。高层建筑钢结构起步比较晚，第一幢为1987年的深圳发展中 心大厦165米，后来208米的京广中心，1996年325米深圳地王大厦，1999年420米 上海金茂大厦，近年建成的上海环球金融中心是当代最高的460米。 6.膜及索膜结构。上世纪90年代后期得到一定的发展，现仍在不断地扩大作用， 很有发展前景。如1998年建成的上海8万人体育馆看台、上海虹口体育场、青岛 颐中体育场、武汉新经济开

15、发区体育馆及长沙世界之窗剧场等，都是规模比较大 的索膜结构。 7.悬索结构发展较慢，只有少数工程采用，如山东淄博体育馆（54米）、安徽体 育馆（53米72米），无锡体育馆（40米43米）、吉林冰球馆等采用不同的索网 体系。斜拉结构是利用斜拉索作为屋盖（网架或网壳）中的内附加支承，通过张 拉斜拉索建立预应力，如1989年建成的亚运会综合馆（70米83.2米）、游泳馆 （78米118米）以及1993年建的新加坡港务局（PSA）仓库（6万平方米）。 8.轻钢结构。轻钢结构发展非常快，特别是门式钢架，如工业厂房、仓库、冷藏 库、温室、旅馆、别墅等得到大量应用。另外一种拱形波纹屋顶，由于自重轻、 施工快

16、，在许多30米以下的仓库、加工厂等结构中得到应用，已建成数百万平方 米。轻钢结构住宅 也开始研究并建一些实验工程，很有发展前景。这一时期，修订了1974年版钢结构规范，改用1988年版钢结构规范 。高速发展时期（2000年至2009年）近10年的钢结构工程发展之快、范围之广，是空前的，我国也已堪称世界钢结 构大国。2006年钢产量4亿吨，居世界首位，这也为发展钢结构工程创造了有利 条件。传统的空间结构如网架、网壳等继续得到大力推广，新型空间结构开始得 到广泛的应用，如张弦梁、张弦桁架、弦支穹顶等。上海浦东机场，哈尔滨会展 中心，上海会展中心、广东会展中心等都采用超过100米的张弦桁架，这在世界 上也极少见。当时广东白云机场和三个落叶状的广东体育馆都是采用了当时先进 的空间结构。特别是几个运动会、博览会场馆更加大采用空间结构的力度，如： 2008年北京奥运会新建的37个场馆，2009年山东济南全运会场馆，2010年上海世 博会及广州亚运会场馆