鋼材具有強度密度比高、延性好等優(yōu)點。鋼結(jié)構(gòu)廣泛應用于大會堂、體育館、展覽館、劇院等各種大跨公共建筑的屋蓋結(jié)構(gòu)。大跨建筑結(jié)構(gòu)形式復雜多樣,是一個國家建筑科技發(fā)展水平的重要標志之一。根據(jù)相關(guān)規(guī)范的規(guī)定,跨度在60m以上的建筑結(jié)構(gòu)稱為大跨結(jié)構(gòu)。
按照全部或部分受力構(gòu)件需要預先張拉力才能建立結(jié)構(gòu)剛度,可將大跨度結(jié)構(gòu)分為剛性結(jié)構(gòu)體系、柔性結(jié)構(gòu)體系、剛-柔混合結(jié)構(gòu)體系。按照受力特點不同,大跨度結(jié)構(gòu)可分為平面結(jié)構(gòu)體系和空間結(jié)構(gòu)體系兩大類。屬于平面結(jié)構(gòu)體系的主要有:平面桁架、平面剛架、拱結(jié)構(gòu)及部分索結(jié)構(gòu)。屬于空間結(jié)構(gòu)體系的主要有:空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)、部分懸索結(jié)構(gòu)、薄膜結(jié)構(gòu)、張拉整體結(jié)構(gòu)等。其中,空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代大跨屋蓋結(jié)構(gòu)應用多的結(jié)構(gòu)體系,其典型代表有網(wǎng)架、網(wǎng)殼、立體管桁架。本書將對大跨度鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計進行系統(tǒng)介紹。
碳素結(jié)構(gòu)鋼是含碳小于0.8%的碳素鋼,這種鋼中所含的硫、磷及非金屬夾雜物比碳素結(jié)構(gòu)鋼少,機械性能較為優(yōu)良。
碳素結(jié)構(gòu)鋼按含碳量不同可分為三類:低碳鋼(C≤0.25%)、中碳鋼(C為0.25-0.6%)和高碳鋼(C>0.6%)。
碳素結(jié)構(gòu)鋼按含錳量不同分為正常含錳量(含錳0.25%-0.8%)和較高含錳量(含錳0.70%-1.20%)兩組,后者具有較好的力學性能和加工性能。
鋼結(jié)構(gòu)加固的主要方法有:
減輕荷載、改變計算圖形、加大原結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面和連接強度、阻止裂紋擴展等。
當有成熟經(jīng)驗時,也可采用其他的加固方法。經(jīng)鑒定需要加固的鋼結(jié)構(gòu),根據(jù)損害范圍一般分為局部加固和加固。
局部加固是對某承載能力不足的桿件或連接節(jié)點處進行加固,有增加桿件截面法、減小桿件自由長度法和連接節(jié)點加固法。
加固是對整體結(jié)構(gòu)進行加固,有不改變結(jié)構(gòu)靜力計算圖形加固法和改變結(jié)構(gòu)靜力計算圖形加固法兩類。
增加或加強支承體系,也是對結(jié)構(gòu)體系加固的有效方法。
增加原有構(gòu)件截面的加固方法是費料費工的方法(但往往是可行的方法);改變計算簡圖的方法有效且多種多樣,其費用也大大下降。
鋼結(jié)構(gòu)損害的主要因素有:
(1)由荷載變化,超期服役,規(guī)范和規(guī)程改變導致結(jié)構(gòu)承載力不足;
(2)構(gòu)件由于各種意外產(chǎn)生變形、扭曲、傷殘、凹陷等,致使構(gòu)件截面削弱,桿件翹曲,連接開裂等;
(3)溫差作用下引起構(gòu)件或連接變形、開裂和翹曲;
(4)由于化學物質(zhì)的侵蝕而產(chǎn)生腐蝕以及電化學腐蝕致使鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面削弱;
(5)其它包括設(shè)計、生產(chǎn)、施工中的失誤及服役期中的違規(guī)使用和操作等。