钢结构

由各种型钢和钢板（在有些钢结构中，也有采用钢索来作为受拉构件的）通过焊接、螺栓连接或铆接而制成的工程结构。

钢结构一般由梁、板、柱、桁架等基本构件或部件组成。在所组成的主要承重构件之间还常布置纵、横向支撑，以保证结构的整体稳定性和刚度。图1和图2分别表示典型的钢结构——平面钢闸门和单层厂房的结构组成。

钢结构的优点是：结构自重轻（因钢材强度很高，构件所需截面较小）；结构性能可靠；抗震性能较好；制造简便、施工方便且施工工期短。钢结构的缺点是：容易锈蚀，维护费用高；耐火性差，必要时需用耐火材料围护；钢材在低温时脆性增大。

钢结构的合理应用范围为：①活动式结构，如钢闸门、拦污栅、浮码头钢引桥、升船机承船厢和起重机的门架与塔架等。②大跨度结构，如飞机库、大会堂、体育馆等大跨度屋盖和大跨度桥梁等。③高耸结构和高层建筑，如塔架和桅杆、高层建筑骨架等。④可拆卸或移动的结构，如施工用的钢栈桥、钢模板、流动式展览馆和海洋采油钻井平台等。⑤容器和管道，如贮液（气）罐、输油（气、原料）管道和水工压力钢管等。⑥其他，如重型厂房结构、受动力荷载作用的结构和轻型结构等。

图1 平面钢闸门的结构组成

1—面板；2—水平次梁；3—主梁；4—顶梁；5—底梁；6—横向支撑（横隔板）；7—纵向支撑（起重桁架）；8—边梁；9—吊耳；10—滚轮

钢结构的型式有：实腹式或格构式框架结构、平面肋形结构、拱形结构以及空间箱形薄壁结构、网架结构、网壳结构、索膜结构、悬挂结构和塔桅结构等。钢结构的连接一般采用焊缝连接。承受频繁动力荷载容易脆断的结构，宜采用高强螺栓连接或铆接。装拆式结构则可采用普通螺栓连接。

设计钢结构时需满足安全可靠、适用耐久和经济合理等要求。在安全方面，由于钢结构常采用截面为工字形、T形或槽形等的开口薄壁杆件，整体稳定性和局部稳定性问题比较突出。直接受动力荷载或处于低温条件下的焊接结构还应防止脆断。在经济方面则应注意结构选型、布置、构造和计算的合理性，采用具有较好经济指标的优质钢材，综合考虑节约钢材、制造省工和安装迅速的要求。

钢结构的发展同钢铁冶炼技术以及连接方法的发展密切相关。中国早在公元前200年前后（秦末汉初），已开始有熟铁建造的铁链悬桥。欧美各国在18世纪末开始有较大的生铁拱桥。后来逐步发展为采用钢型材和铆接的钢结构。19世纪中叶，由于结构尺度与荷载的逐渐增大，钢结构由凭借经验建造过渡到应用经典力学理论和按容许应力方法进行设计。19世纪末到20世纪初，随着建筑技术和结构理论的发展，形成近代钢结构的各种结构体系。20世纪50年代以来，随着焊缝连接方法在钢结构中的广泛应用，结构型式也有所改变。如焊接箱形梁桥、组合梁和栓焊钢桥等新型结构得到应用。20世纪60年代以来，随着计算机技术的迅速发展，网架和网壳结构、悬挂结构等空间钢结构在大跨度屋盖结构中的应用日益广泛。此外，轻型钢结构、预应力钢结构、巨型钢结构、钢管结构和钢—混凝土组合结构的应用，对节约钢材也有重要意义。

图2 单层厂房的结构组成

1—屋架；2—天窗架；3—柱；4—吊车梁；5—掣动桁架；6—墙架柱；7—托架；8—上弦水平支撑；9—柱间支撑

20世纪80年代以后，钢结构在中国得到大量应用，在建的三峡365bet中国大陆网址_365bet官网的微博_正规365彩票平台app下载枢纽工程预计钢结构用钢量将达30万t。中国的钢产量从1996年起年产已突破1亿t，高的钢产量为钢结构提供了主要的物质基础。一系列规范和规程的颁布及计算机技术的广泛应用，使中国的钢结构发展具备了必要的技术基础。

在设计计算理论方面，中国水工钢结构各专门规范采用的仍然是容许应力设计法，改变为以概率理论为基础的极限状态设计法将是必然趋势。同时，稳定计算、塑性设计、优化设计以及在动力荷载作用下的性能等，也均需要进一步深入研究。优质钢材的研制和应用还应进一步提高，如高强度钢材，经济断面钢材（如轧制H形钢、T形钢、冷弯薄壁型钢、彩色涂层压型钢板等），耐火钢及耐大气腐蚀钢等。生产新的高强度耐大气腐蚀钢种仍然是今后的研究重点。