钢材的应用及发展讲诉PPT课件

.,1,钢材料的发展及应用,.,2,钢的前身铁,谈到钢的使用历史，不得不谈到铁。生铁和钢的主要成分都是铁，两者的主要区别是含碳量的不同，生铁一般含碳在24.3%，钢含碳0.032%。人类在发明炼铁之后，才学会了炼钢。约始于公元前1400年人类开始锻造铁器制造工具,历史学家将这段时间称之为铁器时代，它是人类继青铜器时代之后的又一重要时期。左传中的晋国铸铁鼎是中国最早的关于使用铁制工具的文字记载,在春秋时期,中国已经在农业、手工业生产上广泛使用铁器。,.,3,钢冶炼技术的发展,把生铁放到炼钢炉内按一定工艺馆炼，就得到钢。由于钢较之最初的生铁有更好的物理、化学、机械性能,所以很快就得到人们的青睐。而后，西方的第一次工业革命让他们的炼钢技术快速发展,19世纪贝氏炼钢法的发明让钢的制取不再是一项高成本低效率的工作。之后的一系列发明让钢的产量在19世纪下半叶逐步扩大,并在此基础上建立起现代钢铁工业。如今,钢以其低廉的价格、可靠的性能成为世界上使用最多的材料之一,是工业、建筑业、制造业和人们日常生活中不可或缺的成分。,.,4,钢材的早期应用,第一次工业革命出现了新式炼钢法,让钢材的生产成本降低而规模扩大。钢被重新发现和使用,设计师将过去不曾出现过的钢结构形式生动地展现在世人的面前。1851年在伦敦举行了第一届世界博览会,名为万国工业博览会,这场博览会最具特色的建筑非水晶宫莫属,它是历史上第一次以钢铁、玻璃为材料的超大型建筑。展览大厅是由瑟夫伯克斯顿设计的,它最大的价值就在于对新材料(钢、玻璃)的大胆运用。1889年的巴黎世界博览会上,法国工程师埃菲尔设计建造了世界著名的埃菲尔铁塔标志着钢结构从此进入一个光辉的时代。埃菲尔铁塔不仅设计独特,而且建造时间短,费用低,这些都向全世界证明了钢材料性能上的优点,同时让人们感受到钢结构强烈的视觉冲击力。,.,5,伦敦水晶宫,.,6,埃菲尔铁塔,.,7,钢材在景观中的应用,20世纪初期,建筑领域钢筋混凝土结构兴起。又由于钢结构防火能力差等方面的缺陷,钢结构的发展暂时进入低谷。直到20世纪60年代,钢结构才在西方发达国家再度兴起。主要原因是因为第二次大战造成住房紧缺,社会需要在很短的时间修建大量住房以解决这一问题。钢结构因其能进行工业化生产,建造速度快,所以开始迅速地发展。与此同时,现代艺术运动在西方艺术界如火如荼地进行着,它推动了艺术创作的主流在相当短的历史时期内,由具象转为抽象。这一时期景观师开始偏向金属材、无机材料等新兴的材料。而这一时期由于现代钢材加工工艺的发展及结构技术的进步,钢材料呈现出越来越多的表现方式,并为现代景观设计带来更多形式上的创新。20世纪80年代兴建的巴黎拉维莱特公园,是公认的创新性园林作品。由建筑师屈米设计。公园中大量使用了钢的构筑物、桥梁、景观小品。钢材的使用让公园充满了工业化的现代感。,.,8,又比如1991年极简主义大师彼得沃克在加利福尼亚的科斯塔梅沙的广场大厦(PlazaTower)的环境设计中对不锈钢材料的经典应用。这些都反应了现代景观设计中设计师们对钢材多元化应用的发展趋势。钢材的使用从隐藏的结构构件转化为外露的、表达景观设计思想和营造某种景观设计氛围的主要材料。,巴黎拉维拉特公园,.,9,钢材的分类,钢材的分类方法很多,一般来说:1.按品质分类:普通钢、优质钢、高级优质钢2.按化学成份分类:碳素钢和合金钢;3.按不同的用途分类:建筑及工程用钢、工具钢、结构钢和特殊性能钢、专业用钢4.按成形方法分类:锻钢、铸钢、热礼钢、冷拉钢这些分类方法中,以按化学成分分最为普遍,因为钢是以铁和碳为主要成分的合金,碳及其他元素虽然所占的比重不大,但对钢材性能却有着重要的影响。,.,10,钢材的基本性能,每一种材料由于其不同成分及不同的分子结构,有其独特的自然属性,而呈现出不同的表现特征。钢具有很多独特的性质,将它的一些重要的基本特性总结如下:一、力学性能钢材的种类繁多,力学性能差别很大,因此我们需要通过实验获取钢材的一些性能指标为设计提供依据,这些指标包括钢材的强度、伸长率、冷弯性能和冲击初性等。1.强度2.塑性3.冷弯性能4.冲击性能,.,11,二、物理性能1.耐火型2.导热性三、化学性能1.耐腐性四、工艺性能1.铸造性2.锻造性3.切削加工性能4.可焊性,.,12,钢材结构建筑的优势,钢结构建筑与其它建筑结构相比，在设计、施工、使用及综合经济评价中具有突出的优点：1.钢材做为一种节能环保材料，自重轻，是混凝土结构的一半，可以大大减少基础造价。钢材的延性好、塑性变形能力强，具有优良的抗震、抗风性能，大大提高了住宅的安全可靠性。同时，钢结构建筑施工时也大大减少了砂、石、灰的用量，所用的材料主要是绿色，可回收或降解的材料，施工材料可以实现再生利用，这样就减少了大量的建筑垃圾。2.钢结构建筑施工时间短，用于施工的钢结构件采用工厂化生产，现场安装，工期比传统建筑至少缩短三分之一，对一般规模较小的工业厂房仅需45天至2个月即可完工，若采用钢筋混凝土结构则需要812个月左右。,.,13,3.钢结构建筑比传建筑能更好地满足建筑上大开间、灵活分隔的要求，通过减少支撑柱的截面面积和使用轻质墙板，提高建筑面积使用率，户内有效使用面积提高约6%。4.综合经济效益好，施工周期短，可以提前获取投资效益。采用色彩鲜艳的彩色压型钢板，改善了周边环境的动态感。建筑物本身的自重轻，可以节省投资，耐久性也较好。根据目前我国的市场价格，轻钢结构的造价已经低于钢筋混凝土结构。厂房的跨度越大时，钢结构的优势越明显。,.,14,钢材在建筑中的具体应用,1.大跨度钢结构对于大跨度结构.减轻其横梁自重会有明显的经济效果。轻质高强的钢结构能够充分满足这一要求，同时，钢结构在大跨度建筑中的应用，往往能够更好地体现和提升建筑物的自身形象。建筑物中属于大跨度结构的有飞机库、航空港、汽车库、火车站、会议厅、体育馆、展览馆、影剧院等，这些建筑经常采用钢结构。常用的结构体系主要有框架结构、拱式结构、网架结构、悬索结构、悬挂结构、预应力钢结构等等。近年来大跨度结构发展很快，首都机场和上海浦东机场都建有大跨度网架机库.遍布各地的体育馆几乎都是各种结构形式的大跨度钢结构。,.,15,上海浦东机场,.,16,2.高层建筑由于钢结构的承载力大，在承受相同荷载时，构件截面往往更小，可以使建筑物获得更大的使用空间，因此旅馆、饭店、公寓、办公大楼等多层、高层建筑也越来越多地采用钢结构。如北京京伦饭店、上海新锦江宾馆、深圳地王大厦等都是著名的高层钢结构建筑。上海浦东88层的金茂大厦(高420.5m)是目前我国最高的钢结构建筑。不仅高层、超高层建筑采用钢结构.甚至12-16层小高层建筑、6-8层多层建筑也有采用钢结构或薄壁钢管混凝土结构的趋势，钢结构房屋建筑是近年来我国建筑的发展方向之一。有数据显示，使用H型钢制作的钢结构与混凝土结构比较，自重可减轻20%-30%,同时提高使用面积达5%-8%。,.,17,央视电视台,.,18,(3)高耸结构高耸结构包括电视塔、微波塔、通讯塔、输电线路塔、石油化工塔、大气监测塔、火箭发射塔、旅游目奈望塔、钻井塔、排气塔、水塔、烟囱等。许多高耸结构采用钢结构。336m高的黑龙江电视塔是我国目前最高的钢结构多功能电视塔，而同类型200300m的钢塔还有很多。(4)板壳钢结构要求密闭的容器.如大型储油库、煤气库、炉壳等.要求能承受很大内力并有温度急剧变化的高炉结构和大直径高压输油管道都采用板壳钢结构，还有一些大型水工结构的水闸闸门也常常采用钢结构制造。(5)承受重型荷载的结构重型车间。如冶金工厂的平炉车间、初轧车间、冶炼车间。重机厂的铸钢车间、锻压车间。造船厂的船台车间，飞机制造厂的装配车间.以及其他一些车间的屋架、柱、吊车梁等承重体系一般都采用钢结构。我国著名的钢都首钢、鞍钢、武钢、包钢以及上海的宝钢都建有各种规模的钢结构厂房。,.,19,(6)轻型钢结构轻型钢结构是一种以轻型冷弯薄壁型钢、轻型焊接和高频焊接型钢、薄钢板、薄壁钢管、轻型热轧型钢拼接、焊接而成的组合构件为主要受力构件，大量采用轻质围护隔离材料的单层或多层建筑。中小型房屋建筑、体育场看台雨棚、小型仓库等多采用轻型钢结构.近年来.由薄钢板做成的折板结构和拱形波纹屋盖结构推广较快。这种把屋面结构和屋盖承重结构合二为一的钢结构体系，具有很低的用钢量，成为一种新兴的新型轻钢屋盖结构体系。(7)桥梁钢结构桥梁钢结构越来越多，特别是中等跨度和大跨度的针拉桥和悬索桥应用非常广泛。例如.上海著名的大桥南浦大桥、杨浦大桥(主跨602m).江苏的江阴长江大桥(采用悬索桥。跨长1385m).近年建成的铁路公路两用双层九江大桥等.均采用钢结构。(8)移动钢结构由于钢结构强度较高、相对较轻，因此一些经常需要进行拆、装的结构，如装配式房屋、水工闸门、升船机、桥式吊车和各种塔式起重机、龙门起重机、缆索起重机等.都采用钢结构。,.,20,.,21,钢结构的现状,1.钢材的现状。钢材的发展是钢结构建筑发展的关键因素为适应建筑市场的要，成品钢材将朝着品种齐全、材料标准化方向发展。国产建筑钢结构用钢在数量、品种和质量上发展都很快，为钢结构建筑的发展创造了重要条件。其它钢结构中的型钢及涂镀层钢板的产量都有明显增长，产品质量有较大提高。耐火、耐候钢、超薄热轧H型钢等一批新型钢已开始在工程中应用，为钢结构建筑的发展创造了条件。2.钢结构设计及施工方法的现状。纲结构设计规范的不断完善，为我国的钢结构行业设计人员专业素质的提升提供了有力的保障。同时，计算机技术适应于不同形式的钢结构设计软件和技术已被开发出来。近年来，我国钢结构的施工技术也有很大的发展，如大跨度的吊装滑移技术、智能微机液压整体提升技术、在钢结构施工安装方面运用了软件仿真模拟技术等。在已有的钢结构建筑中有很多成功的案例，如广州白云国际机场旅客航站楼双胎架滑移、哈尔滨体育会展中心屋盖滑移等通过三维实时动态仿真，完成各种构件装配、吊装试验和优化施工过程，还能提前发现施工方案中的问题并及时纠正，减少了工地试拼装工序，达到了事半功倍的效果。,.,22,3.我国钢结构建筑的业绩。“鸟巢”以跨度最大、结构奇特震撼人心，它与“水立方”对应，代表了我国建筑钢结构先进技术走向了世界，特别是通过奥运会亮相，已被世人认同，以集新、奇、大于一体，集漂亮、精致、宏伟于一身，向世界证明我国建筑钢结构的辉煌成就。,.,23,建筑结构发展的趋势,结合钢结构的发展历程及现状，可以看到在今后高层及超高层建筑中使用钢结构是必然趋势，除此之外，在重工业、基础设施、大型公共建筑、桥梁上，钢结构都会得到大量推广和使用。另外钢结构在电力、海洋石油等方面都将会有一个相应的发展。这也是其特点形成的不断扩大的市场。在我国“十二五”规划中，钢结构产业被列入战略型新兴产业，从而获得国家部委和有关政策的支持。钢结构的工厂化生产重点突显了它适应量大面广的供应能力，钢结构产业在国民经济建设的成长性，产量、产值比重在行业中地位突出的钢结构住宅、钢结构桥梁及非标、成套设备制造（包括新能源风电、核电、智能电网、三网合一、海洋工程钢结构等）的潜在市场和自主创新技术发展，使我国钢结构产业在国内外占据重要地位，真正成为战略型新兴产业，这些必将使得钢结构建筑取得飞速发展.但钢结构行业的发展也透露出钢结构有关设计标准和规范必须进一步进行修订，这将会提高我国房屋建筑、桥梁、塔桅、容器等用钢标准，提高设计使用寿命和符合环保绿色、低碳排放及循环经济要求，促进自主创新和我国