中國建筑金屬結(jié)構(gòu)協(xié)會
建筑鋼結(jié)構(gòu)分會主辦
鋼結(jié)構(gòu)工程的實(shí)施，離不開社會群體的共同參與、眾多門類科學(xué)技術(shù)的綜合應(yīng)用、建筑及鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工者的辛勤努力。因此，鋼結(jié)構(gòu)除具有一般工程結(jié)構(gòu)的建造社會性、科技綜合性、應(yīng)用依附性等屬性外，在品質(zhì)上還有其自身的一些技術(shù)特征：自重輕、建造快、適應(yīng)性強(qiáng)、耐火差、需防銹等。把握好鋼結(jié)構(gòu)這些屬性和特征，揚(yáng)長避短是建設(shè)好鋼結(jié)構(gòu)工程的必要條件。
目前，不少鋼結(jié)構(gòu)的建造是具有足夠的可靠性、良好的社會效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)效益的，但也有一些可以被稱之為亞健康或不健康的鋼結(jié)構(gòu)工程。這些工程的建造不能不引起人們的關(guān)注。
一、什么是鋼結(jié)構(gòu)
鋼結(jié)構(gòu)是用鋼材經(jīng)過加工、連接、安裝組成的需要承受各種潛在的自然和人為破壞，并具有足夠的可靠性、良好的社會效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)效益的工程構(gòu)筑物。這樣來定義鋼結(jié)構(gòu)，就可以進(jìn)一步指明和把握鋼結(jié)構(gòu)的基本屬性、技術(shù)特征，為建造健康鋼結(jié)構(gòu)工程提出一些必要的理念。
各種工程構(gòu)筑物所處的環(huán)境和用途不同，其需要承受的自然和人為環(huán)境的作用也各有差異，所應(yīng)滿足各種預(yù)定功能的要求雖說不一致，但一般都應(yīng)具有足夠的可靠性（安全性、適用性、耐久性）、良好的社會效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)效益，這些應(yīng)該是對工程結(jié)構(gòu)物最基本、最重要的預(yù)定功能要求。這里所說的適用性，應(yīng)該是最大限度地適應(yīng)社會需求的廣義適用性。
二、鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用及其類別
第一，鋼結(jié)構(gòu)按應(yīng)用領(lǐng)域可分為建筑工程、橋梁工程、水利工程、海洋工程、特種工程等。不同領(lǐng)域應(yīng)用的鋼結(jié)構(gòu)常稱為該領(lǐng)域的鋼結(jié)構(gòu)，如：建筑鋼結(jié)構(gòu)，橋梁鋼結(jié)構(gòu)等。
第二，鋼結(jié)構(gòu)按所用鋼材規(guī)格的分類。一是輕型鋼結(jié)構(gòu)，1.5毫米~6毫米厚度的鋼板和小圓鋼、型鋼組成的鋼結(jié)構(gòu)；二是普通鋼結(jié)構(gòu)：8毫米~40毫米厚度鋼板和普通型號型鋼組成的鋼結(jié)構(gòu)；三是重型鋼結(jié)構(gòu)：大于40毫米厚度鋼板和特殊型號鋼材組成的鋼結(jié)構(gòu)。用小于1.5毫米厚度鋼板制成的鋼結(jié)構(gòu)也可稱為超輕型鋼結(jié)構(gòu)。
不同規(guī)格鋼材組成的鋼結(jié)構(gòu)的加工、制造、安裝和受力工作性能以及破壞特征有所不同。輕型鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和缺陷敏感性問題較為突出；重型鋼結(jié)構(gòu)的焊接、安裝殘余應(yīng)力對鋼板層狀撕裂以及疲勞和脆性斷裂等的影響不能忽視。
第三，鋼結(jié)構(gòu)按結(jié)構(gòu)體系工作特點(diǎn)的分類。
⑴梁格結(jié)構(gòu)，受彎曲工作的梁組成的結(jié)構(gòu)；⑵剛架結(jié)構(gòu)，受壓（拉）、彎曲工作的直梁和直柱組成的框形結(jié)構(gòu)；⑶拱架結(jié)構(gòu)，單向彎曲形構(gòu)件組成的平面結(jié)構(gòu)；其截面受壓、彎和剪；⑷桁架結(jié)構(gòu)，主要受拉或壓的桿件組成的結(jié)構(gòu)；⑸網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，主要受拉或壓的桿件組成的平面型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；⑹網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，主要受拉或壓的桿件組成的曲面型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；⑺索桿結(jié)構(gòu)，張力索（或鏈桿）和受壓桿件組成的結(jié)構(gòu)；⑻拉索結(jié)構(gòu)，張拉索為主組成的結(jié)構(gòu)；⑼混合結(jié)構(gòu)，⑴~⑺中兩種及其以上結(jié)構(gòu)組成的結(jié)構(gòu)；⑽雜交結(jié)構(gòu)，⑴~⑺中兩種及其以上結(jié)構(gòu)構(gòu)件組成的新型結(jié)構(gòu)；⑾預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，對⑴~⑽施加有預(yù)應(yīng)力的結(jié)構(gòu)。
上述結(jié)構(gòu)體系一般在相同空間和環(huán)境條件作用下其結(jié)構(gòu)自重依次較輕，特別是對于大空間、復(fù)雜環(huán)境條件作用下的建筑物的支承鋼結(jié)構(gòu)，其自重的減輕程度更是這樣。這是因?yàn)?，受彎或壓彎的?gòu)件的截面應(yīng)力不均勻，不能充分利用其材料強(qiáng)度性能；軸心受壓構(gòu)件的截面應(yīng)力均勻，可較充分利用其材料強(qiáng)度性能，但長細(xì)比大時，需考慮穩(wěn)定性問題；軸心受拉構(gòu)件不僅截面應(yīng)力均勻，而且不會失穩(wěn)，可最充分利用其材料強(qiáng)度性能。
三、建筑鋼結(jié)構(gòu)的基本屬性和品質(zhì)技術(shù)特征
正如以上提到的，鋼結(jié)構(gòu)是可以在許多工程建設(shè)領(lǐng)域應(yīng)用的一種工程構(gòu)筑物，因此，它的建設(shè)立項(xiàng)、設(shè)計(jì)、施工、使用、維修等是相互關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)工程。從總體上看，鋼結(jié)構(gòu)與其它工程結(jié)構(gòu)類似，其不同之處在于，鋼結(jié)構(gòu)是用鋼材經(jīng)加工、連接、安裝組成的工程結(jié)構(gòu)，因此它具有與其它工程結(jié)構(gòu)相類似的以下幾方面基本屬性，同時有著不同的品質(zhì)技術(shù)特征。
第一，鋼結(jié)構(gòu)的基本屬性。
一是建造社會性。鋼結(jié)構(gòu)的建造是多行業(yè)群策群力的群體活動，離不開社會的需要和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，并反映著社會發(fā)展的歷史進(jìn)程。因此，鋼結(jié)構(gòu)的建造具有極大的社會性。二是技術(shù)綜合性。建筑鋼結(jié)構(gòu)的建造涉及建筑藝術(shù)、物理、力學(xué)、金屬學(xué)、結(jié)構(gòu)工程、機(jī)械加工等多類學(xué)科和技術(shù)的綜合應(yīng)用。三是應(yīng)用依附性。建筑鋼結(jié)構(gòu)是為各建筑工程的建設(shè)需要而建造的，必須適應(yīng)各項(xiàng)目的建設(shè)需求，離開其需求，鋼結(jié)構(gòu)便失去其建設(shè)和存在的先決條件，因此鋼結(jié)構(gòu)需要依附于各個建設(shè)項(xiàng)目的要求。四是品質(zhì)獨(dú)立性。鋼結(jié)構(gòu)的存在是實(shí)現(xiàn)建設(shè)項(xiàng)目需求的根本保證，而且一旦建成，它的品質(zhì)即被確定，是優(yōu)？是劣？能否安全？能否適用并耐久地工作等等，卻相對獨(dú)立于各個建設(shè)項(xiàng)目的需求而存在，并且能直接影響甚至決定著建設(shè)項(xiàng)目的成敗。一些鋼結(jié)構(gòu)工程建成后的慘痛事故教訓(xùn)，不斷地表明了鋼結(jié)構(gòu)品質(zhì)的這一獨(dú)特性。
第二，鋼結(jié)構(gòu)的品質(zhì)技術(shù)特征。
正常設(shè)計(jì)、施工和使用的鋼結(jié)構(gòu)，一般有以下優(yōu)良的品質(zhì)技術(shù)特征。一是自重輕：鋼的容重強(qiáng)度比小，在相同工程情況下，結(jié)構(gòu)的自重輕；二是塑性大：調(diào)整結(jié)構(gòu)、構(gòu)件、截面的局部超額受力的能力強(qiáng)；三是韌性好：抵抗撞擊、振動、疲勞破壞的性能好；四是質(zhì)量優(yōu)：在工廠加工，質(zhì)量穩(wěn)定、可靠；五是建造快：在工廠加工、制造，在工地安裝，可縮短建設(shè)周期；六是拆遷易：結(jié)構(gòu)安裝單元常采用可拆卸的螺栓連接；七是適應(yīng)性強(qiáng)：可適用于建造各種建筑結(jié)構(gòu);八是鋼材回收利用率高。
除具有以上優(yōu)良的品質(zhì)技術(shù)特征外，裸露的鋼結(jié)構(gòu)有以下不良的品質(zhì)技術(shù)特征。一是耐火差：鋼材熱容量小、導(dǎo)熱性強(qiáng)、溫升快、高溫強(qiáng)度低。當(dāng)溫度達(dá)到400攝氏度時，普通鋼材的強(qiáng)度極大地降低；當(dāng)溫度達(dá)到600攝氏度時，普通鋼材即失去承載力。二是易銹蝕：在濕度大、侵蝕性介質(zhì)的環(huán)境中易銹蝕。
需要強(qiáng)調(diào)的是，如果在非正常條件下設(shè)計(jì)、施工和使用時，鋼結(jié)構(gòu)的上述優(yōu)良品質(zhì)技術(shù)特征將退化，甚至于向其反面發(fā)展；如果能采取恰當(dāng)技術(shù)措施，上述不良品質(zhì)技術(shù)特性征可以得到改善，進(jìn)而可滿足工程需要。因此，把握鋼結(jié)構(gòu)的基本屬性和品質(zhì)技術(shù)特征，揚(yáng)長避短，是建造健康、優(yōu)質(zhì)鋼結(jié)構(gòu)工程的關(guān)鍵。
四、建造健康鋼結(jié)構(gòu)工程需要有的設(shè)計(jì)理念
第一，健康的鋼結(jié)構(gòu)。健康的鋼結(jié)構(gòu)是指能正常、持久工作并能產(chǎn)生良好效益的一種鋼結(jié)構(gòu)，也就是能承受各種潛在的自然和人為破壞，并具有足夠的可靠性（安全性、適用性、耐久性）和良好社會效應(yīng)、經(jīng)濟(jì)效益的鋼結(jié)構(gòu)。不顧其可靠性，而片面追求經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)的建筑鋼結(jié)構(gòu)，必然是缺陷的、短命的甚至是危險的鋼結(jié)構(gòu)；不顧經(jīng)濟(jì)效益，片面追求虛幻意念、怪異形象的“適用”而建成的建筑鋼結(jié)構(gòu)，必然是臃腫浪費(fèi)的鋼結(jié)構(gòu)。此外，不顧一切地追求速度，而因在設(shè)計(jì)、施工方面不當(dāng)、埋下嚴(yán)重影響可靠性的缺陷、隱患和代價高昂的鋼結(jié)構(gòu)等都不能算是健康鋼結(jié)構(gòu)，僅可稱其為亞健康、不健康或病態(tài)鋼結(jié)構(gòu)；只有其可靠性與社會效益取得較好平衡的鋼結(jié)構(gòu)才能算得上是健康的鋼結(jié)構(gòu)；取得最佳平衡的，可稱得上是精品鋼結(jié)構(gòu)。建造健康鋼結(jié)構(gòu)不容易，打造精品鋼結(jié)構(gòu)更難，必須把握其基本屬性和品質(zhì)技術(shù)特征并具有相應(yīng)的理念，才有可能實(shí)現(xiàn)。（中國建設(shè)報）
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