鋼材的應用及發(fā)展講訴復習進程

1、鋼材的應用及發(fā)展講訴鋼冶煉技術的發(fā)展 把生鐵放到煉鋼爐內(nèi)按一定工藝館煉，就得到鋼。由于鋼較之最初的生鐵有更好的物理、化學、機械性能,所以很快就得到人們的青睞。而后，西方的第一次工業(yè)革命讓他們的煉鋼技術快速發(fā)展,19世紀貝氏煉鋼法的發(fā)明讓鋼的制取不再是一項高成本低效率的工作。之后的一系列發(fā)明讓鋼的產(chǎn)量在19世紀下半葉逐步擴大,并在此基礎上建立起現(xiàn)代鋼鐵工業(yè)。如今,鋼以其低廉的價格、可靠的性能成為世界上使用最多的材料之一,是工業(yè)、建筑業(yè)、制造業(yè)和人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡某煞?。鋼材的早期應?第一次工業(yè)革命出現(xiàn)了新式煉鋼法,讓鋼材的生產(chǎn)成本降低而規(guī)模擴大。鋼被重新發(fā)現(xiàn)和使用,設計師將過去不曾出現(xiàn)過的

2、鋼結構形式生動地展現(xiàn)在世人的面前。1851年在倫敦舉行了第一屆世界博覽會,名為萬國工業(yè)博覽會,這場博覽會最具特色的建筑非水晶宮莫屬,它是歷史上第一次以鋼鐵、玻璃為材料的超大型建筑。展覽大廳是由瑟夫伯克斯頓設計的,它最大的價值就在于對新材料(鋼、玻璃)的大膽運用。1889年的巴黎世界博覽會上,法國工程師埃菲爾設計建造了世界著名的埃菲爾鐵塔標志著鋼結構從此進入一個光輝的時代。埃菲爾鐵塔不僅設計獨特,而且建造時間短,費用低,這些都向全世界證明了鋼材料性能上的優(yōu)點,同時讓人們感受到鋼結構強烈的視覺沖擊力。 倫敦水晶宮 埃菲爾鐵塔鋼材在景觀中的應用 20世紀初期,建筑領域鋼筋混凝土結構興起。又由于鋼結構

3、防火能力差等方面的缺陷,鋼結構的發(fā)展暫時進入低谷。直到20世紀60年代,鋼結構才在西方發(fā)達國家再度興起。主要原因是因為第二次大戰(zhàn)造成住房緊缺,社會需要在很短的時間修建大量住房以解決這一問題。鋼結構因其能進行工業(yè)化生產(chǎn),建造速度快,所以開始迅速地發(fā)展。 與此同時,現(xiàn)代藝術運動在西方藝術界如火如荼地進行著,它推動了藝術創(chuàng)作的主流在相當短的歷史時期內(nèi),由具象轉為抽象。這一時期景觀師開始偏向金屬材、無機材料等新興的材料。而這一時期由于現(xiàn)代鋼材加工工藝的發(fā)展及結構技術的進步,鋼材料呈現(xiàn)出越來越多的表現(xiàn)方式,并為現(xiàn)代景觀設計帶來更多形式上的創(chuàng)新。20世紀80年代興建的巴黎拉維萊特公園,是公認的創(chuàng)新性園林作

4、品。由建筑師屈米設計。公園中大量使用了鋼的構筑物、橋梁、景觀小品。鋼材的使用讓公園充滿了工業(yè)化的現(xiàn)代感。 又比如1991年極簡主義大師彼得沃克在加利福尼亞的科斯塔梅沙的廣場大廈(Plaza Tower)的環(huán)境設計中對不銹鋼材料的經(jīng)典應用。這些都反應了現(xiàn)代景觀設計中設計師們對鋼材多元化應用的發(fā)展趨勢。鋼材的使用從隱藏的結構構件轉化為外露的、表達景觀設計思想和營造某種景觀設計氛圍的主要材料。巴黎拉維拉特公園鋼材的分類 鋼材的分類方法很多,一般來說: 1.按品質分類:普通鋼、優(yōu)質鋼、高級優(yōu)質鋼 2.按化學成份分類:碳素鋼和合金鋼; 3.按不同的用途分類:建筑及工程用鋼、工具鋼、結構鋼和特殊性能鋼、專

5、業(yè)用鋼 4.按成形方法分類:鍛鋼、鑄鋼、熱禮鋼、冷拉鋼 這些分類方法中,以按化學成分分最為普遍,因為鋼是以鐵和碳為主要成分的合金,碳及其他元素雖然所占的比重不大,但對鋼材性能卻有著重要的影響。 鋼材的基本性能 每一種材料由于其不同成分及不同的分子結構,有其獨特的自然屬性,而呈現(xiàn)出不同的表現(xiàn)特征。鋼具有很多獨特的性質,將它的一些重要的基本特性總結如下: 一、力學性能 鋼材的種類繁多,力學性能差別很大,因此我們需要通過實驗獲取鋼材的一些性能指標為設計提供依據(jù),這些指標包括鋼材的強度、伸長率、冷彎性能和沖擊初性等。 1.強度 2.塑性 3.冷彎性能 4.沖擊性能 二、物理性能 1.耐火型 2.導熱性

6、 三、化學性能 1.耐腐性 四、工藝性能 1.鑄造性 2.鍛造性 3.切削加工性能 4.可焊性鋼材結構建筑的優(yōu)勢 鋼結構建筑與其它建筑結構相比，在設計、施工、使用及綜合經(jīng)濟評價中具有突出的優(yōu)點： 1. 鋼材做為一種節(jié)能環(huán)保材料，自重輕，是混凝土結構的一半，可以大大減少基礎造價。鋼材的延性好、塑性變形能力強，具有優(yōu)良的抗震、抗風性能，大大提高了住宅的安全可靠性。同時，鋼結構建筑施工時也大大減少了砂、石、灰的用量，所用的材料主要是綠色，可回收或降解的材料，施工材料可以實現(xiàn)再生利用，這樣就減少了大量的建筑垃圾。 2.鋼結構建筑施工時間短，用于施工的鋼結構件采用工廠化生產(chǎn)，現(xiàn)場安裝，工期比傳統(tǒng)建筑至少

7、縮短三分之一，對一般規(guī)模較小的工業(yè)廠房僅需 45天至 2 個月即可完工，若采用鋼筋混凝土結構則需要 812個月左右。 3.鋼結構建筑比傳建筑能更好地滿足建筑上大開間、靈活分隔的要求，通過減少支撐柱的截面面積和使用輕質墻板，提高建筑面積使用率，戶內(nèi)有效使用面積提高約6%。 4.綜合經(jīng)濟效益好，施工周期短，可以提前獲取投資效益。采用色彩鮮艷的彩色壓型鋼板，改善了周邊環(huán)境的動態(tài)感。建筑物本身的自重輕，可以節(jié)省投資，耐久性也較好。根據(jù)目前我國的市場價格，輕鋼結構的造價已經(jīng)低于鋼筋混凝土結構。廠房的跨度越大時，鋼結構的優(yōu)勢越明顯。鋼材在建筑中的具體應用 1.大跨度鋼結構 對于大跨度結構.減輕其橫梁自重會

8、有明顯的經(jīng)濟效果。輕質高強的鋼結構能夠充分滿足這一要求，同時，鋼結構在大跨度建筑中的應用，往往能夠更好地體現(xiàn)和提升建筑物的自身形象。建筑物中屬于大跨度結構的有飛機庫、航空港、汽車庫、火車站、會議廳、體育館、展覽館、影劇院等，這些建筑經(jīng)常采用鋼結構。常用的結構體系主要有框架結構、拱式結構、網(wǎng)架結構、懸索結構、懸掛結構、預應力鋼結構等等。 近年來大跨度結構發(fā)展很快，首都機場和上海浦東機場都建有大跨度網(wǎng)架機庫.遍布各地的體育館幾乎都是各種結構形式的大跨度鋼結構。上海浦東機場 2.高層建筑 由于鋼結構的承載力大，在承受相同荷載時，構件截面往往更小，可以使建筑物獲得更大的使用空間，因此旅館、飯店、公寓、

9、辦公大樓等多層、高層建筑也越來越多地采用鋼結構。 如北京京倫飯店、上海新錦江賓館、深圳地王大廈等都是著名的高層鋼結構建筑。上海浦東88層的金茂大廈(高420. 5 m)是目前我國最高的鋼結構建筑。 不僅高層、超高層建筑采用鋼結構.甚至12-16層小高層建筑、6-8層多層建筑也有采用鋼結構或薄壁鋼管混凝土結構的趨勢，鋼結構房屋建筑是近年來我國建筑的發(fā)展方向之一。有數(shù)據(jù)顯示，使用H型鋼制作的鋼結構與混凝土結構比較，自重可減輕20%-30%,同時提高使用面積達5%-8%。央視電視臺(3)高聳結構 高聳結構包括電視塔、微波塔、通訊塔、輸電線路塔、石油化工塔、大氣監(jiān)測塔、火箭發(fā)射塔、旅游目奈望塔、鉆井塔

10、、排氣塔、水塔、煙囪等。許多高聳結構采用鋼結構。336 m高的黑龍江電視塔是我國目前最高的鋼結構多功能電視塔，而同類型200 300 m的鋼塔還有很多。(4)板殼鋼結構要求密閉的容器.如大型儲油庫、煤氣庫、爐殼等.要求能承受很大內(nèi)力并有溫度急劇變化的高爐結構和大直徑高壓輸油管道都采用板殼鋼結構，還有一些大型水工結構的水閘閘門也常常采用鋼結構制造。 (5)承受重型荷載的結構重型車間。如冶金工廠的平爐車間、初軋車間、冶煉車間。重機廠的鑄鋼車間、鍛壓車間。造船廠的船臺車間，飛機制造廠的裝配車間.以及其他一些車間的屋架、柱、吊車梁等承重體系一般都采用鋼結構。我國著名的鋼都首鋼、鞍鋼、武鋼、包鋼以及上海

11、的寶鋼都建有各種規(guī)模的鋼結構廠房。(6)輕型鋼結構輕型鋼結構是一種以輕型冷彎薄壁型鋼、輕型焊接和高頻焊接型鋼、薄鋼板、薄壁鋼管、輕型熱軋型鋼拼接、焊接而成的組合構件為主要受力構件，大量采用輕質圍護隔離材料的單層或多層建筑。中小型房屋建筑、體育場看臺雨棚、小型倉庫等多采用輕型鋼結構.近年來.由薄鋼板做成的折板結構和拱形波紋屋蓋結構推廣較快。這種把屋面結構和屋蓋承重結構合二為一的鋼結構體系，具有很低的用鋼量，成為一種新興的新型輕鋼屋蓋結構體系。(7)橋梁鋼結構橋梁鋼結構越來越多，特別是中等跨度和大跨度的針拉橋和懸索橋應用非常廣泛。例如.上海著名的大橋南浦大橋、楊浦大橋(主跨602 m).江蘇的江陰

12、長江大橋(采用懸索橋。跨長1 385 m).近年建成的鐵路公路兩用雙層九江大橋等.均采用鋼結構。(8)移動鋼結構由于鋼結構強度較高、相對較輕，因此一些經(jīng)常需要進行拆、裝的結構，如裝配式房屋、水工閘門、升船機、橋式吊車和各種塔式起重機、龍門起重機、纜索起重機等.都采用鋼結構。鋼結構的現(xiàn)狀 1. 鋼材的現(xiàn)狀。鋼材的發(fā)展是鋼結構建筑發(fā)展的關鍵因素為適應建筑市場的要，成品鋼材將朝著品種齊全、材料標準化方向發(fā)展。國產(chǎn)建筑鋼結構用鋼在數(shù)量、品種和質量上發(fā)展都很快，為鋼結構建筑的發(fā)展創(chuàng)造了重要條件。其它鋼結構中的型鋼及涂鍍層鋼板的產(chǎn)量都有明顯增長，產(chǎn)品質量有較大提高。耐火、耐候鋼、超薄熱軋 H型鋼等一批新型

13、鋼已開始在工程中應用，為鋼結構建筑的發(fā)展創(chuàng)造了條件。 2.鋼結構設計及施工方法的現(xiàn)狀。綱結構設計規(guī)范的不斷完善，為我國的鋼結構行業(yè)設計人員專業(yè)素質的提升提供了有力的保障。同時，計算機技術適應于不同形式的鋼結構設計軟件和技術已被開發(fā)出來。近年來，我國鋼結構的施工技術也有很大的發(fā)展，如大跨度的吊裝滑移技術、智能微機液壓整體提升技術、在鋼結構施工安裝方面運用了軟件仿真模擬技術等。在已有的鋼結構建筑中有很多成功的案例，如廣州白云國際機場旅客航站樓雙胎架滑移、哈爾濱體育會展中心屋蓋滑移等通過三維實時動態(tài)仿真，完成各種構件裝配、吊裝試驗和優(yōu)化施工過程，還能提前發(fā)現(xiàn)施工方案中的問題并及時糾正，減少了工地試拼

14、裝工序，達到了事半功倍的效果。 3.我國鋼結構建筑的業(yè)績?！傍B巢”以跨度最大、結構奇特震撼人心，它與“水立方”對應，代表了我國建筑鋼結構先進技術走向了世界，特別是通過奧運會亮相，已被世人認同，以集新、奇、大于一體，集漂亮、精致、宏偉于一身，向世界證明我國建筑鋼結構的輝煌成就。建筑結構發(fā)展的趨勢 結合鋼結構的發(fā)展歷程及現(xiàn)狀，可以看到在今后高層及超高層建筑中使用鋼結構是必然趨勢，除此之外，在重工業(yè)、基礎設施、大型公共建筑、橋梁上，鋼結構都會得到大量推廣和使用。另外鋼結構在電力、海洋石油等方面都將會有一個相應的發(fā)展。這也是其特點形成的不斷擴大的市場。 在我國“十二五”規(guī)劃中，鋼結構產(chǎn)業(yè)被列入戰(zhàn)略型新

15、興產(chǎn)業(yè)，從而獲得國家部委和有關政策的支持。鋼結構的工廠化生產(chǎn)重點突顯了它適應量大面廣的供應能力，鋼結構產(chǎn)業(yè)在國民經(jīng)濟建設的成長性，產(chǎn)量、產(chǎn)值比重在行業(yè)中地位突出的鋼結構住宅、鋼結構橋梁及非標、成套設備制造（包括新能源風電、核電、智能電網(wǎng)、三網(wǎng)合一、海洋工程鋼結構等）的潛在市場和自主創(chuàng)新技術發(fā)展，使我國鋼結構產(chǎn)業(yè)在國內(nèi)外占據(jù)重要地位，真正成為戰(zhàn)略型新興產(chǎn)業(yè)，這些必將使得鋼結構建筑取得飛速發(fā)展.但鋼結構行業(yè)的發(fā)展也透露出鋼結構有關設計標準和規(guī)范必須進一步進行修訂，這將會提高我國房屋建筑、橋梁、塔桅、容器等用鋼標準，提高設計使用壽命和符合環(huán)保綠色、低碳排放及循環(huán)經(jīng)濟要求，促進自主創(chuàng)新和我國的現(xiàn)代化建設更加科學、文明。同時通過加強對鋼結構抗震、抗風、耐腐蝕、耐火以及結構安全、健康監(jiān)測的研究、開發(fā)，將會促進鋼結構房屋建筑質量的全面提