钢结构主要结构形式与特点

　　随着时代的发展，国家新型城镇化规划的稳步推进，不少地方面临拆迁重建，但旧房屋倒下，所产生的混凝土建筑垃圾无法处理消化。而对于新型的钢结构住宅，如果拆迁，将不会产生建筑垃圾，而是可以循环利用的材料，正向人们所说的“藏钢于民”。人们对建筑物的节能要求逐步提高。钢结构是各类建筑工程结构中应用比较广泛的一种建筑结构，高度高、跨度大的结构，荷载或吊车起重量大的结构，有振动或有较高温度的厂房结构，要求能活动或经常装拆的结构，在地震多发区的房屋结构等，均可考虑采用钢结构。
　　
　　钢结构主要结构形式与特点
　　
　　1.1大跨钢结构
　　
　　空间结构从功能上讲是指能够形成较大的连续空间的结构体系，主要包括网架、网壳、索-膜结构以及组合、杂交结构。其特点是：连续的大跨度、大空间、大面积；、外观轻巧、美观、具有现代感的线型；抗震性能较好，结构受力较为单纯；构件类型较少，建设周期短，易于实现工业化；绿色环保和可循环使用。 　　大跨钢结构主要应用在：体育馆、会议厅、展馆、活动中心等大型公共活动建筑、机库、厂房、装饰门厅。
　　
　　空间结构自60年代至今，一直稳步发展。空间结构的新动向是采用矩形钢管杆件的网架增多。近年在航站楼广泛采用空间衍架，其杆件多采用圆钢管。弦杆多采用曲线形。弓形结构的出现引起了人们的兴趣，但它的性能和应用规模还应进一步探讨。一些高校在对网架的锥头等零件进行研究和改进，目的是使产品的质量进一步提高。随着现代新结构概念与新材料的更新，空间结构有网架、网壳到正在发展完善中的索-膜、索张拉、预应力结构体系等。
　　
　　1.2钢结构住宅
　　
　　钢结构住宅依其自重轻，基础造价低，适用于软弱地基，安装容易，施工快，周期短，投资回收快，施工污染环境少，抗震性能好等综合优势而受到各方的重视。钢结构与砖混结构、混凝土结构等相比，在使用功能、设计、施工以及综合经济方面都具有优势。在住宅建筑中应用钢结构的优势主要体现在以下几个方面：
　　
　　(1)利用钢材强度高的特点，设计可采用大开间布置，使建筑平面能够合理分隔，灵活方便，创造开放式住宅，而能合理布置功能区间。
　　
　　(2)相同建筑面积的建筑楼层，钢结构自重轻。根据比较，6层轻钢结构住宅的重量，仅相当于4层砖混结构住宅的重量。而且钢材具有延性，能比较好地消耗地震带来的能量，所以抗震性能好，结构安全度高。 　　(3)钢结构构件，可以实行工厂化生产，现场安装。由于现场作业量小，对周围环境污染少，同时，
　　
　　施工机械化程度高，加快了施工速度。根据统计，同样面积建筑物，钢结构比混凝土结构工期，可缩短三分之一，而且可节省支模材料。
　　
　　(4)由于自重轻，基础费用降低，总体用料减少，直接成本降低，建设工期短，间接费用又可减少，所以综合造价低。
　　
　　(5)钢结构适宜工厂大批量生产，工业化程度高，并且能将节能、防水、隔热、门窗等先进成品集合于一体，成套应用，将设计、生产、施工一体化，提高住宅产业化的水平。
　　
　　从上面的分析中可以看出，钢结构是适合创新的住宅结构体系。钢结构可随着人们审美观的不同，使用功能要求的不同，设计各种造型、尺度、空间的新型房型。生产厂家能高精度、高质量、高速度完成，使建筑物达到既美观又经济的效果。
　　
　　1.3轻型钢结构
　　
　　轻型钢结构是只有圆钢、小角钢和薄壁型钢组成的结构[1](这是相对普通钢结构而言的)。轻型钢结构的屋面荷载较轻，因而杆件截面较小、较薄。它除具有普通钢结构的自重较轻，材质均匀，应力计算准确可靠，加工制造简单，工业化程度高，运输方便等特点外，一般还具有取材方便，用料较省，自重更轻等优点。轻型钢屋盖结构的用钢量一般为8~15kg/㎡，接近在相同条件下钢筋混凝土结构的用钢量，且能节约大量木材、水泥及其它建筑材料，将结构自重减轻为普通钢结构的70~80%，总的造价较低。 　　轻钢结构是近10年来发展很快的领域，在美国采用轻型钢结构占非住宅建筑投资的50%以上。这种结构工业化、商品化程度高，施工快，综合效益高，市场需求量很大，已引起结构设计人员重视，这种结构被广泛应用于仓库、办公室、工业厂房及体育设施。轻钢住宅的研究开发已在各地试点，是轻钢发展的又一个重要方向，目前已经有多种的低层、多层和高层的设计方案和实例。因其具有可做到大跨度、大空间，分隔使用灵活，而且施工速度快，抗震有利的特点，必将对我国传统的住宅结构模式产生较大冲击。
　　
　　1.4钢管混凝土结构
　　
　　钢管混凝土(CFST)，就是在钢管中充填素混凝土制成的建筑构件。它具有承载力高，抗震性能好，节约钢材和施工简捷等突出优点，因而在高层和超高层建筑中得到了日益广泛的应用。其推广与发展的速度十分迅猛，并将成为21世纪高层和超高层建筑群很为实用和主要的结构形式。
　　
　　这种结构的特点是：
　　
　　(1)钢管混凝土柱的抗压和抗剪承载力高，相当于钢管和混凝土二者之和的2倍以上；
　　
　　(2)钢管混凝土柱截面比钢筋混凝土柱可减少60%以上，轮廓尺寸也比钢柱小，扩大了建筑物的使用空间和面积；
　　
　　(3)柱子截面减小，自重减小，有利于结构抗震，相当于设防烈度下降壹级；
　　
　　(4)钢管混凝土柱自重减少，减轻了地基承受的荷载，相应降低了地基基础造价；
　　
　　(5)钢管壁薄便于选材，制造与现场焊接，是施工很为快捷的建筑结构；
　　
　　(6)钢管混凝土柱内的混凝土可大量吸收热能，其耐火性优于钢柱，从而比钢柱可节省耐火涂料50%以上；
　　
　　(7)钢管混凝土具有的核心混凝土三向受压特性，利于刚刚问世的C60~80高强度混凝土安全可靠地推广应用。同时由于在高层建筑设计中，钢管混凝土柱可以仅控制长细比而不必限制轴压比。此外因其整体性能好，还克服了普通钢结构钢柱存在的局部失稳的缺点。因此，与钢筋混凝土柱相比，截面设计可以减少60%以上。
　　
　　1.5  钢结构施工
　　
　　随着大跨度结构及超高层结构的不断增多，施工技术的研究、施工技术的创新以及由此产生的施工力学问题日益突出。传统的施工技术在高大精尖等复杂结构中被慢慢淡出，随之而来的是一些创新的施工技术，如整体提升施工技术、整体顶升施工技术、整体滑移施工技术及其他特殊结构施工技术等。它们的很大特点：一是施工方案的创新与新结构形式紧密结合，根据新结构的构成和受力特点创新施工方案；二是施工力学问题的解决紧密依赖于计算技术的发展，可以通过施工过程的仿真，真实地了解和掌握结构在施工过程中的变形和内力的变化过程。
　　
　　施工技术的创新也包括在现有一些施工技术的基础上注入新的技术，如整体提升采用液压穿心式千斤顶和计算机控制技术相结合，整体顶升技术应用在攀达穹顶网架结构和网壳结构的整体安装中等。一些特殊结构形式的施工技术，如摩天观光轮，可以根据其结构形式具体对待，但就一般共性的问题可先进行研究。新型施工技术的实施需要以模拟仿真分析的数据为指导，同时分析的结果也是评价方案优劣的重要依据。