钢结构特点全解析，强度高自重轻，施工快密封性好

第一章 概述

（讲课版·零基础易懂）

现在来讲第一章 概述。

这一章，属于整本《钢结构（上册）》的开篇首个讲授内容，不讲述繁杂的计算，不讲解难以记忆的公式，其核心之所在，乃是引领我们去认知钢结构，它究竟是什么，具备哪些优缺点，是怎样构建起来的，基本的原理是什么，后续将会学到什么，以及应当如何去学习。

1.1 钢结构的特点和应用

首先我们讲第一节：钢结构的特点和应用。

先来把最基础的概念讲得明白些，钢结构，即是要用到钢板，还有型钢，像是H型钢、工字钢、槽钢、角钢之类的，另外是借助焊接，以及螺栓连接起来所形成的结构。

咱们平常所见到的厂房，乃为钢结构，其中大桥亦为钢结构，还有高层楼也是钢结构，电视塔同样是钢结构，体育馆屋顶亦是钢结构。

先讲钢结构的优点，都是最实在、最好记的特点：

1. 强度高、自重轻

钢材的强度相较于混凝土、砖头要高得多，在具有同样承重能力的情形下，钢结构能够做得更为细巧、更为轻盈，格外适宜用于盖造高楼、跨越宽阔大河以及建造大跨度的房屋。

2. 塑性、韧性好

钢材并非是脆的，一旦受力增大，它会先出现变形情况，进而先发出预警，不会如同玻璃那般突然破碎，钢材的抗震性能相当出色，在地震中不容易突然坍塌。

3. 工业化程度高

构件都通过工厂之中的机器予以生产，其具备着精度较高的特性，质量较为稳定，与混凝土那种需要在现场进行搅拌以及养护的情况并不相同。

4. 施工速度快

工厂将构件制作完成，在现场如同搭建积木那般拧螺栓、进行焊接，只需几个月便可完工，相较于混凝土结构要快出许多。

5. 密封性好

焊接焊好之后，不漏气、不漏水，能做水箱、油罐、管道、船体。

6. 绿色可回收

钢材拆除之后具备回炉重炼的特性，产生的建筑垃圾数量极少，当下国家正在大力进行推广。

再讲钢结构的缺点，也是咱们后面章节要解决的问题：

1. 容易腐蚀生锈

害怕水，畏惧潮湿，惧怕酸碱，要是不做防护，几年时间就会生锈，而这是第十章需要去解决的。

2. 耐火性能差

钢材不会燃烧，然而一旦被烧就会变软，在达到600℃时其强度几乎完全丧失，这同样属于第十章关于防火的相关内容。

3. 刚度相对较小

钢材，其质地较轻，如此一来，结构便易于出现变形情况，也容易产生振动现象，第六章所讲述变形以及振动的相关内容，正是针对这种情况进行管理的。

4. 造价相对偏高

钢材自身相较混凝土、砖头而言价格更高，然而其在进行施工时速度较快，能够节省工期，并且从整体综合成本方面考量也是能够令人接受的。

然后讲钢结构的应用场景，你一看就能对应上：

- 工业厂房：吊车厂房、轻型厂房，最常见；

- 大跨度建筑：体育馆、展览馆、机场航站楼、火车站；

- 高层建筑：超高层写字楼、酒店，自重轻、抗震好；

- 桥梁：跨河大桥、跨海大桥、铁路桥；

- 塔架结构：电视塔、输电塔、广播塔；

- 轻型钢结构：活动板房、仓库、屋面、天窗。

这一节记住一句话：

钢结构具备强度高这一特性，其施工速度快，抗震性能良好，然而它惧怕生锈，害怕火灾，极容易产生变形，在厂房之中使用较为频繁，于桥梁之上应用颇多，在高楼里面应用不少，在大跨度建筑当中使用数量至多。

1.2 钢结构的建造过程和内在缺陷

第二节我们讲：钢结构是怎么建出来的，以及它天生自带的“小毛病”。

先讲钢结构的建造全过程，一共四步，非常清晰：

1. 设计

工程师画图，算好构件大小、连接方式、荷载、稳定，出施工图。

2. 工厂制作

依据图纸，于工厂之中，对钢材进行切割，开展焊接工作，完成打孔操作，实施除锈处理，涂刷防腐漆，将一根根梁做好，把柱子做好，把杆件做好。

3. 运输

把做好的构件运到工地现场。

4. 现场安装

首先，拿吊车把构件给吊起来，接着，用螺栓进行临时方面的固定，随后，开展焊接达成永久连接这项工作，并且，最终做防火、防腐收尾工作。

接下来讲钢结构的内在缺陷。

留意：此处所讲的“缺陷”，并非工人操作失误导致的结果，而是钢结构本就与生俱来的、无法规避的特性，是我们后续设计时务必予以考量、务必加以解决的难题：

1. 残余应力

钢材在经历焊接之后，又历经切割，随后进行轧制，内在存在着难以看见的内应力将其憋在内部，这种情况会对稳定产生影响，也会影响疲劳，关于此第四章会讲解，第八章同样会进行讲述。

2. 残余变形

焊接后构件会弯、扭、翘，不直，第七章焊接会讲怎么控制。

3. 初始弯曲、初始偏心

柱子，杆件，它们天生就存在着些许的弯度，压力的作用点无法做到完全处于正中心位置，这将会对稳定产生影响，第四章会对此进行讲解。

4. 截面削弱

螺栓钻的孔，焊缝切割形成的切口，会致使钢材的截面尺寸变小，用于牵拉的杆件在计算强度时要扣除孔的部分，第三章将会讲解这方面内容。

5. 焊接缺陷

气孔、夹渣、裂纹，会导致脆断、疲劳，第八章、第七章会讲。

这般一些“天生小毛病”并非是祸事而是给出提示，提示诸如设计钢结构不可单单着眼于强度，还得将这些缺陷纳入考量范围，而这正是整本教材所要传授给你的关键核心所在。

1.3 钢结构的组成原理

第三节讲：钢结构是由什么拼起来的，基本道理是什么。

钢结构再复杂，拆开来就两样东西：构件 + 连接。

第一，基本构件，就是我们后面几章重点讲的：

- 轴心受力构件：只受拉、只受压，比如桁架杆件、小柱子；

- 受弯构件：就是梁，楼面梁、屋面梁、吊车梁；

- 压弯构件：又受压又受弯，最常见的就是框架柱；

所有构件的受力，跑不出这三类。

第二，连接和节点，就是第七章讲的内容：

- 焊接连接：把钢材熔成一体；

- 螺栓连接：普通螺栓、高强度螺栓；

节点属于钢结构的“关节”，一旦关节出现损坏，那么结构便会散开，因而节点极其重要。

第三，结构体系，就是构件怎么搭成整体：

- 排架结构：单层厂房最常用；

- 框架结构：多层、高层最常用；

- 桁架结构：天窗、屋面、桥梁；

- 网架、悬索：大跨度体育馆、机场。

最后记住一个核心原理：

钢结构传力要清晰明确，力需从面板传导，传导至檩条，再由檩条传导至梁，接着梁传导至柱，最后柱传导至基础，按这样一步步依次传下去，绝不能出现混乱情况。

1.4 钢结构的极限状态

第四节这乃第一章里，极度关键的概念，还是整本教材的总体纲要，后续所有章节皆围绕其予以展开，你务必得听懂。

什么叫极限状态？

简述之，结构于“能用、安全”之状，转变至“不能用、不安全”之临界情形。

钢结构只分两种极限状态，整本教材就按这两类来讲：

第一种：承载能力极限状态（管“死活”）

就是结构快要塌、快要坏的状态，是最危险的状态，包括：

- 强度破坏：拉断、压坏、剪坏；

- 稳定破坏：失稳、弯掉、扭掉、鼓包；

- 疲劳破坏、脆性断裂：突然断裂；

- 连接破坏：焊缝裂、螺栓断。

咱们教材的第三章，讲的全都跟这个有关，第四章如此，第五章同样这样，第七章也是，第八章呢，亦是如此，其要点在于，要确证结构不会坍塌，不会断裂，不会出现失效的状况。

第二种：正常使用极限状态（管“好不好用”）

该结构既没有出现坍塌的情况，也不存在损坏的现象，然而其变形程度过大，振动幅度极为剧烈，以至于无法正常投入使用，举例如下：

- 梁弯太大，屋顶漏水、吊顶开裂；

- 柱子太细，风一吹就晃；

- 楼面振动，人走上去发慌；

- 结构侧移太大，门窗关不上。

这就是第六章讲的内容，核心是：保证结构好用、舒服、耐用。

我给你总结成最直白的一句话：

承载能力极限状态关乎安全，不可坍塌等现象出现，正常使用极限状态涉及好用问题，不会有过于明显的变形以及剧烈摇晃震荡等情况发生。此处提及钢结构的发展阶段处于1.5相关阶段。

第五节简单讲钢结构的过去和现在，帮你建立整体认识。

钢结构发展就三个方向：

1. 材料越来越好

最初是普通低碳钢，而后有了高强度钢，还有耐候钢，以及耐火钢，这些钢材相比普通低碳钢，强度方面更高出许多，耐腐蚀性能更优，耐火性能也更为突出。

2. 结构形式越来越大、越来越轻

从规模较小的厂房开始，进而发展到跨度达几百米的体育馆，以及长度为几千米的跨海大桥，甚至于高达几百米的超高层。

3. 施工和设计越来越先进

生产采用工厂全自动化方式，安装运用现场装配式手段，其设计借助计算机精确进行计算，规范呈现出愈发完善的态势。

4. 越来越绿色环保

目前国家大力主推的“装配式建筑”主力，具备可回收材料的特性，施工进展速度较快，且对环境造成的污染较少。

换句话讲：钢结构在强度方面持续增强，在重量方面不断减轻，在环保特性方面愈发突出，在应用范围方面日益广泛。

1.6 钢结构课程的特点和学习建议

下面这一节，要给你讲这门课程具体用怎样的方式去学习，是专门面向基础不太好的同学的，相当实用呢。

先讲课程特点：

1. 前后联系特别紧

第一章为奠定基础，第二章涉及材料，三至五章关乎构件，六章讲的是变形，七章是连接方面，八章有关破坏情况，九章列举实例，十章阐述防护内容，前边部分让人无法理解，后边部分全然使人迷糊。

2. 概念比公式重要

切莫去死算那些难题，首先要明白“是什么、为什么、怎么防”，像稳定，像长细比，也像疲劳，还有防腐，这些都是以概念优先。

3. 和工程实际贴得近

每一个知识要点，皆可以关联至厂房方面、桥梁之上、柱子那里、梁之中，多多去联想实际存在的事物，便不会觉得困难。

4. 构造和计算一样重要

不光会算，还要懂怎么做、怎么连接、怎么防缺陷。

再给你最简单、最有效的学习建议：

1. 先抓概念，再记结论

比如说，稳定代表的意思是“别弯”，长细比所指的是“细长程度”，不需要先去钻研复杂的公式。

2. 把前后串起来学

学习第四章时注重稳定，之后回过头去思索第一章的极限状态；学习第十章时考量防腐，随后回过头去回想第二章的材料缺点。

3. 多联想工程实物

思及柱子便念厂房，念及梁便思楼面，念及桁架便想天窗，一思便明晰了。

4. 重视构造和防护

在考试当中，连接、防腐、防火以及稳定构造，这些都是必考内容吧。在工程里面，连接、防腐、防火以及稳定构造，这些都是必用事项呢。

5. 别怕慢，就怕跳

一步一步听，一个概念一个概念啃，基础弱也能完全学会。

第一章 终极大白话总结（基础弱必背）

1. 钢结构强度高、施工快，但怕锈、怕火、易变形；

2. 生产步骤是，进行设计，而后在工厂开展制作，接着实施运输，最后于现场予以安装，存有生来就有的残余应力、以及呈现出变形等方面的缺陷。

3. 钢结构=构件+连接，传力要明确；

4. 承载能力，也就是不塌的那种极限状态，还有正常使用，即好用的那种极限状态，这两种极限状态，是整本教材的总纲。

5. 课程前后联系紧，先懂概念、多联工程，一步一步学就能学会。

这一章是入门基础，没有难点，主要是建立认识。