【正文】 結(jié)構(gòu)構(gòu)件為涂刷了鋼結(jié)構(gòu) 防火涂料 的構(gòu)件。由此可見，結(jié)構(gòu)鋼的光亮的銀白色色澤在鋼結(jié)構(gòu)建筑中一般是被完全覆蓋了的。 圖 焊接結(jié)構(gòu)用耐候鋼亦稱耐大氣腐蝕鋼，其生產(chǎn)是在鋼中加入少量的合金元素 (Cu、Cr、 Ni、 Mo、 Nb、 Ti、 Zr、 V等 )，使其在金屬基體表面上形成保護層，以提高鋼材的耐候性能，同時保持鋼材具有良好的焊接性能。高耐候性結(jié)構(gòu)鋼的生產(chǎn)是在鋼中加入少量的合金元素，如 Cu、 P、 Cr和 Ni、 Mo、 Nb、 Ti、 Zr、 V等，使其在金屬基體表面上形成保護層，以提高鋼材的耐候性能。這類鋼的耐候性能比焊接結(jié)構(gòu)用耐候鋼好，所以稱作高耐候性結(jié)構(gòu)鋼。焊接結(jié)構(gòu)用耐候鋼和高耐候性結(jié)構(gòu)鋼都是特殊用途結(jié)構(gòu)鋼，其力學(xué)性能基本與對應(yīng)的低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼的類似，但是通過加入妮、鋁、磷、欽等耐候性元素，使鋼鐵材料在銹層和基體之間形成一層約 50~100卿厚的致密且與基體金屬粘附性好的氧化物層。這一特殊致密氧化層具有穩(wěn)定、均勻的自然銹紅色。 不銹鋼是在鋼冶煉時加入了 12%以上的鉻，從而使表面形成很薄的鉻膜，這 個膜隔離開與鋼內(nèi)侵入的氧氣起耐腐蝕的作用。所有的金屬當與空氣中的氧作用時，在其表面會形成一層氧化膜。在普通鋼上形成的氧化物會繼續(xù)氧化形成生銹的表面。但是由于不銹鋼中含有大于 12%的鉻，因此氧化層的性質(zhì)發(fā)生了改變，可阻止進一步的氧化，并且如果氧化膜偶然被去掉，新的氧化膜又會形成，繼續(xù)起保護作用。 從加工性能方面講，含鉻不銹鋼還集機械強度和 高延伸性于一身，易于部件的加工制造 。從色澤方面講，不銹鋼的表面可以是高反射的或是無光澤的，光面的、拋光的或壓花的，著色的、彩色的或甚至是涂鉛錫合金以產(chǎn)生類似于鉛的外觀的。 由于特殊用途結(jié)構(gòu)鋼和不銹鋼的表面不需要涂刷防腐漆和防火涂料，因此給建筑師在鋼結(jié)構(gòu)建筑中表現(xiàn)材料的美學(xué)帶來了福音。 節(jié)點的美學(xué)表現(xiàn)理論 鋼結(jié)構(gòu)的連接方式 從鋼結(jié)構(gòu)建筑的連接歷史來看，連接方法可分為焊接連接、鉚釘連接、螺栓連接和輕型鋼結(jié)構(gòu)用的緊固件連接等 (圖 )。 (l)焊縫連接 焊接連接是現(xiàn) 代鋼結(jié)構(gòu)最主要的連接方法。其優(yōu)點是 :構(gòu)造簡單，任何形式的構(gòu)件都可直接相連 。用料經(jīng)濟，不削弱截面 。制作加工方便，可實現(xiàn)自動化操作 。連接的密閉性好，結(jié)構(gòu)剛度大。其缺點是 :在焊縫附近的熱影響區(qū)內(nèi)，鋼材的金相組織發(fā)生改變，導(dǎo)致局部材質(zhì)變脆 。焊接殘余應(yīng)力和殘余變形使受壓構(gòu)件承載力降低 。焊接結(jié)構(gòu)對裂紋很敏感，局部裂紋一旦發(fā)生，就容易擴展到整體，低溫冷脆問題較為突出。 (2)鉚釘連接 鉚釘連接的制造有熱鉚和冷鉚二種方法。熱鉚是由燒紅的釘坯插入構(gòu)件的釘孔中，用鉚釘槍或壓鉚機鉚合而成。冷鉚是在常溫下鉚合而成。在建筑結(jié)構(gòu) 中一般都采用熱鉚。如蘭州的中山橋 (圖 )和上海的外白渡橋 (圖 )都是采用熱鉚連接的橋梁。 鉚釘連接的質(zhì)量和受力性能與釘孔的制法有很大關(guān)系。釘孔的制法分為 I、 n兩類。 I類孔是用鉆模鉆成，或先沖成較小的孔，裝配時再擴鉆而成，質(zhì)量較好。 11類孔是沖成或不用鉆模鉆成，雖然制法簡單，但構(gòu)件拼裝時釘孔不易對齊，故質(zhì)量較差。重要的結(jié)構(gòu)應(yīng)該采用 B類孔。 鉚釘 打好后，釘桿由高溫逐漸冷卻而發(fā)生收縮，但被釘頭之間的鋼板阻止住 所以釘桿中產(chǎn)生了收縮拉應(yīng)力，對鋼板則產(chǎn)生壓縮系緊力。這種系緊 力使連接十分緊密。當構(gòu)件受剪力作用時，鋼板接觸面上產(chǎn)生很大的磨擦力，因而能大大提高連接的工作性能。 鉚釘連接由于構(gòu)造復(fù)雜，費鋼費工，現(xiàn)己很少采用。但是鉚釘連接的塑性和韌性較好，傳力可靠，質(zhì)量易于檢查，在一些重型和直接承受動力荷載的結(jié)構(gòu)中，有時仍然采用。 (3)螺栓連接 螺栓連接分普通螺栓連接和高強度螺栓連接兩種。 普通螺栓連接 普通螺栓分為 A、 B、 C三級。 A級與 B級為精制螺栓， C級為粗制螺栓。 C級螺栓材料性能等級為 。 A、 B級精制螺栓是由毛坯在車床上 經(jīng)過切削加工精制而成。表面光滑，尺寸準確，螺桿直徑與螺栓孔徑相同，但螺桿直徑僅允許負公差，螺栓孔直徑僅允 許正公差 對成孔質(zhì)量要求高。由于有較高的精度，因而受剪性能好。但制作和 安裝復(fù)雜，價格較高，已很少在鋼結(jié)構(gòu)中采用。 C級螺栓由未經(jīng)加工的圓鋼壓制而成。由于螺栓表面粗糙，一般采用在單個零件上一次沖成或不用鉆模鉆成的孔 (n類孔 )。螺栓孔的直徑比螺栓桿的直徑大 3~。對于采用 C級螺栓的連接，由于螺桿與栓孔之間有較大的間隙，受剪力作用時，將會產(chǎn)生較大的剪切滑移，連接的變形大。但安裝方便，且能有效地傳遞拉力 ，故一般可用于沿螺栓桿軸受拉的連接中，以及次要結(jié)構(gòu)的抗剪連接或安裝時的臨時固定。 高強度螺栓連接 高強度螺栓分大六角頭型 (圖 )和扭剪型 (圖 )兩種。安裝時通過特別的板手，以較大的扭矩上緊螺帽，使螺桿產(chǎn)生很大的預(yù)拉力。高強螺栓的預(yù)拉力把被連接的部件夾緊，使部件的接觸面間產(chǎn)生很大的磨擦力，外力通過摩擦力來傳遞。這種連接稱為高強度螺栓摩擦型連接。它的優(yōu)點是施工方便，對構(gòu)件的削弱較小，可拆換，能承受動力荷載，耐疲勞，韌性和塑性好，包含了普通螺栓和鉚釘連接的各自優(yōu)點，目前己成為代替鉚 接的優(yōu)良連接形式。另外，高強度螺釘也可同普通螺栓一樣，允許接觸面滑移，依靠螺栓桿和螺栓孔之間的承壓來傳力。這種連接稱為高強度螺栓承壓型連接。 摩擦型連接的栓孔直徑比螺桿的公稱直徑 d大 。承壓型連接的栓孔直徑比螺桿的公稱直徑 d大 。摩擦型連接的剪切變形小，彈性性能好，特別適用于隨動荷載的結(jié)構(gòu)。承壓型連接的承載力高于摩擦型，連接緊湊，但剪切變形大，不得用于承受動力荷載的結(jié)構(gòu)中。 圖 (4)緊固件連接 (輕鋼結(jié)構(gòu) ) 在冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)中經(jīng)常采用自攻螺釘、鋼拉 鉚釘、射釘?shù)葯C械式緊固件連接方式 (圖 )，主要用于壓型鋼板之間和壓型鋼板與冷彎型鋼等支承構(gòu)件之間的連接。 圖 自攻螺釘有兩種類型，一類為一般的自攻螺釘 (圖 )，需先行在被連板件和構(gòu)件上鉆一定大小的孔后，再用電動板子或扭力板子將其擰入連接板的孔中 。一類為自鉆自攻螺釘 (圖 )，無需預(yù)先鉆孔，可直接用電動板子自行鉆孔和攻入被連板件。 拉鉚釘 (圖 )有鋁材和鋼材制作的二類，為防止電化學(xué)反應(yīng)，輕鋼結(jié)構(gòu)均采用鋼制拉鉚釘。射釘 (圖 )由帶有錐桿和固定帽的桿身與下部活動帽 組成，靠射釘槍的動力將射釘穿過被連板件打入母材基體中 (見圖 )。射釘只用于薄板與支承構(gòu)件 (如擦條、墻梁等 )的連接。 剛結(jié)構(gòu)節(jié)點與剛結(jié)構(gòu)連接 鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點作為鋼結(jié)構(gòu)建筑的重要組成部分，在鋼結(jié)構(gòu)建筑中發(fā)揮著極為關(guān)鍵的作用。 鋼結(jié)構(gòu)的節(jié)點通常包含了被連接構(gòu)件 (端部 )、節(jié)點區(qū)、連接件或連接材料 (焊縫、螺栓、錨栓、緊固件、拼接板或其他部件 )等部分，因此鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點是指將 2個或 2個以上鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接起來的部位，或指鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件與基礎(chǔ)或非結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接的部位。由此我們可以看出，鋼結(jié)構(gòu)連接與鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點 是完全不同的兩個概念，連接是一種形成構(gòu)件連續(xù)化的施工方式，而節(jié)點是包含連接方式在內(nèi)的一個區(qū)域。故對于因鋼板長度不夠，將 2塊鋼板采用對接焊縫拼接而產(chǎn)生的拼接處稱為連接接頭 。同樣地，對于 3塊鋼板用焊縫連接成為工字形截面，腹板與翼緣的連接處也不是我們定義中的節(jié)點。 鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點的分類有 : (l)按結(jié)構(gòu)體系區(qū)分的節(jié)點形式 ①平面析架節(jié)點，主要有弦桿與腹桿的連接節(jié)點、析架與柱 (屋架與排架柱、屋架與抗風柱、墻柱 )的連接節(jié)點。當然，在平面析架中也存在著三維節(jié)點，如與水平支撐和豎向支撐連接的節(jié)點，但這種三維節(jié)點 仍可做一些簡化而看做平面節(jié)點。 ②空間析架、網(wǎng)架、網(wǎng)殼等的節(jié)點，主要有空間析架桿件間的連接節(jié)點、交叉精架 (垂直相交的平面管析架 )間的桿件連接節(jié)點、空間網(wǎng)架或網(wǎng)殼桿件間的 連接節(jié) (圖)。這些節(jié)點的特點是本身就是三維節(jié)點，如鑄鋼節(jié)點、加肋章的式柱狀節(jié)點 。但對于單層網(wǎng)殼的節(jié)點，在一定條件下可作為平面節(jié)點處理。 ③框架結(jié)構(gòu)節(jié)點，主要有梁柱節(jié)點 (圖 )、梁一柱一支撐節(jié)點、柱腳節(jié)點。框架結(jié)構(gòu)節(jié)點既有平面的節(jié)點方式也有空間的節(jié)點方式。 (2)按桿件截面形式區(qū)分的節(jié)點形式 ①鋼 管連接節(jié)點 (全圓管桿件、全方管或矩形管桿件、方圓鋼管桿件 )。如直接利用鋼管本身的相貫節(jié)點 (圖 )、螺栓球節(jié)點 (圖 )、焊接球節(jié)點 (圖 )、法蘭節(jié)點等。 ②非鋼管桿件的連接節(jié)點。 ③鋼管與非鋼管的連接節(jié)點。 (3)按連接方式區(qū)分的節(jié)點形式，有焊接節(jié)點、螺栓連接節(jié)點、栓焊混合節(jié)點等。 圖 (4)按材料類別區(qū)分的節(jié)點形式，有鑄鋼節(jié)點 (圖 )、鍛鋼節(jié)點 (圖 )等。(5)按 (5)按構(gòu)造特點區(qū)分的節(jié)點形式，有板式節(jié)點 (析架 )與端板式節(jié)點 (門架 )、相 貫節(jié)點與加勁式節(jié)點 (鋼管結(jié)構(gòu) )、柱貫通式節(jié)點和隔板貫通式節(jié)點 (框架 )。 鋼材與鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件 鋼材的種類是指按使用需求把鋼產(chǎn)品加工成一定形狀的鋼材后根據(jù)鋼材的形狀對其進行分類而得的鋼材的類別。鋼材的種類有鋼軌、型鋼、線材、帶鋼、中厚鋼板、薄鋼板、無縫鋼管、接縫鋼管等，但不包括由鋼錠直接鍛成的鍛鋼件及鋼絲、鋼絲繩、鐵絲等金屬制品。 圖 ，圖 型材 [‘ 4]。無論是熱軋型材還是冷成型材，由于其在不 同體系、類型的建筑中使用不同，因此可以使得建筑美得表現(xiàn)靈活而富有特色，如 H型鋼的兩個主軸方向的慣性矩接近，使構(gòu)件受力更加合理，目前 H型鋼已廣泛應(yīng)用于高層建筑、輕型工業(yè)廠房和大型工業(yè)廠房中，使這些建筑簡潔規(guī)整而富有鋼結(jié)構(gòu)的力度美。 雖然從鋼材的定義我們了解到了其不包括由鋼錠直接鍛成的鍛鋼件及鋼絲、鋼絲繩、鐵絲等金屬制品，但由于新近發(fā)展起來的張弦梁結(jié)構(gòu) (圖 )中因用到柔性拉索，所以本節(jié)也對鋼索做一簡單介紹。 圖 鋼 索這個術(shù)語常常不加區(qū)分地用來指鋼絲、鋼絞線、鋼纜。鋼索 一般采用 強度鋼筋、鋼絲或鋼絞線制作。鋼索種類主要有如下幾種形式 [l5](圖 ): (l)平行鋼筋索 (2)平行鋼絲索 (3)鋼絞線索 (4)單股鋼絞纜 (5)封閉式鋼纜 鋼索在拉索構(gòu)造中承受拉力，鋼索類型的選擇取決于要求的力學(xué)特性 (彈性模量、極限抗拉強度、耐久性等 )，以及施工和經(jīng)濟條件 (安裝，錨具設(shè)計等 )。 圖 圖 圖 前己述及，鋼材的種類是指按使用需求把鋼產(chǎn)品加工成一定形狀的鋼材后根據(jù)鋼材的形狀對其進行分類而得的鋼材的類別。鋼材的種類有鋼軌、型鋼、材、帶鋼、中厚鋼板、薄鋼板、無縫鋼管、接縫鋼管等，但不包括由鋼錠直接鍛成的鍛鋼件及鋼絲、鋼絲繩、鐵絲等金屬制品。因此，鋼材是工業(yè)產(chǎn)品，對于某具體鋼材種類，其具有一定的長度，橫截面具有一定的厚度、高度等幾何參數(shù)的要求。 鋼材一般不可以直接在施工現(xiàn)場進行安裝，這是因為為了保證形成整體性能好的結(jié)構(gòu)，必須在根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)受力特點及建筑美學(xué)表現(xiàn)的要求，對鋼材進行切割、焊接、沖孔等加工，形成可以通過焊接、栓接、鉚接等連接方式形成結(jié)構(gòu)整體的基本