在“蓝脆”温度范围内进行钢材的机械加工,则易产生裂纹,故应力求避免。当温度超过300℃时,钢材的抗拉强度、屈服强度和弹性模量开始显著下降,而伸长率开始显著增大,钢材产生徐变;当温度超过400℃时,强度和弹性模量都急剧降低;到500℃左右,其强度下降到40%~50%,钢材的力学性能,诸如屈服点、抗压强度、弹性模量以及荷载能力等都迅速下降,低于建筑结构所要求的屈服强度。我国20世纪90年代初对钢梁的耐火极限进行了验证,确认了I36b、I40b标准工字钢梁的耐火极限分别为15min、16min(钢梁内部达到临界温度:平均温度538℃,高温度649℃)。因此,若用没有防火保护的普通建筑用钢作为建筑物承载的主体,一旦发生火灾,则建筑物会迅速坍塌,对人民的生命和财产安全造成严重的损失。
钢结构在国外建筑的应用
中国的建筑用钢总量约占全部钢产量的20%~25%,而工业发达的***则占30%以上。如美国和日本,该项指标均已超过50%。在我国,钢在建筑中主要用于建筑钢结构,钢筋混凝土用钢筋,钢绞线,钢丝,门窗等,而其中钢结构用钢只占10%左右,在我国一亿吨的钢产量中,真正用于钢结构的也就200~300万吨。
根据美国金属建筑行业分布的一些数据,美国金属建筑行业的发展和市场的基本情况是:在20世纪50、60、70、80和90年代,以百万美元计的年销售额/以万吨计的年加工量分别为150/30、300/65、1200/110、1500/125和2200/190.从中可以看出,美国的建筑用金属年销售额增长很快,估计目前已经超过25亿美元,年加工量也已经达到200万吨以上。
1931年建成的102层、高381m的美国纽约帝国大厦;1969年建成的110层、高417m的美国纽约世界贸易中心(南北两座);1970年建成的110层、高443m的美国芝加哥西尔斯大厦;1996年建成的高450m的马来西亚双塔石油大厦等。
巨型钢结构为高层或超高层建筑的一种崭新体系,它是为了满足特殊功能或综合功能而产生的。它具有良好的建筑适应性和潜在的结构性能,是一种很有发展的结构。
隐患之一——失稳
钢结构的失稳分两类:整体失稳和局部失稳。整体失稳大多数是由局部失稳造成的,当受压部位或受弯部位的长细比超过允许值时,会失去稳定。它受很多客观因素影响,如荷载变化、钢材的初始缺陷、支承情况的不同等。支撑往往被设计者或施工者所忽视,这也是造成整体失稳的原因之一。在吊装中由于吊点位置的不同,桁架或网架的杆件受力可能,造成失稳;脚手架倾覆、坍塌或变形大多是因为连杆不足、没有支撑造成的。
很多可能发生荷载变化的重要结构如桥梁、桁架、水工闸门、发射架等,多采用超静定结构,因它有赘余杆件,可预防因一个杆件失稳而造成整体失稳。又如钢组合梁中由于腹板高而薄或翼缘宽而薄也会造成局部失稳。
回顾历史,值得我们警惕的是,随着钢结构的出现,就伴随着失稳事故的发生,所以无论设计或施工,保证结构稳定应铭刻在心。