鋼結(jié)構(gòu)是當(dāng)今建筑的主要結(jié)構(gòu)，本文簡要介紹當(dāng)今正蓬勃發(fā)展的鋼結(jié)構(gòu)的概況，針對鋼結(jié)構(gòu)耐火性與穩(wěn)定性，著重對鋼結(jié)構(gòu)耐火保護方法與可靠性進行探討。

　　《智能建筑》(月刊)創(chuàng)刊于2003年，由中國建筑業(yè)協(xié)會主辦。主要內(nèi)容有宣傳智能建筑行業(yè)的產(chǎn)業(yè)政策、報道智能建筑行業(yè)的科研成果、交流智能建筑行業(yè)和工程設(shè)計與施工經(jīng)驗、傳播智能建筑行業(yè)的動態(tài)信息、推廣智能建筑行業(yè)的成功技術(shù)和先進產(chǎn)品。

　　一、鋼結(jié)構(gòu)概述

　　1、鋼結(jié)構(gòu)的特點。在施工時間方面：用于施工的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件可以是工廠化生產(chǎn)、工業(yè)化程度高，現(xiàn)場安裝快捷，大大縮短施工的時間;在施工空間方面：鋼材抗壓、抗側(cè)彎強度大，一般鋼材的性能均為混凝土的1.5 倍，特別是其抗拉、彎性能遠優(yōu)于混凝土結(jié)構(gòu)。因此在等同強度的條件下可以縮小截面從而增大了有效的空間;在利用率方面：鋼結(jié)構(gòu)建筑的施工材料可以實現(xiàn)再生利用，這樣就減少了大量的建筑垃圾，符合環(huán)保建筑施工和可持續(xù)發(fā)展的要求。

　　此外鋼結(jié)構(gòu)抗震性能優(yōu)良，又有柔性結(jié)構(gòu)、自重輕，能有效地降低地震及災(zāi)害的影響程度，可大大提高住宅的安全性。

　　2、鋼結(jié)構(gòu)的不足。鋼結(jié)構(gòu)因其優(yōu)勢而得到廣泛應(yīng)用，近年來產(chǎn)生的鋼結(jié)構(gòu)住宅也促進了住宅產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展進程。但鋼材也存在其固有不足。比如鋼材的耐腐蝕性和耐火性較差，其防護費用高過混凝土材料。鋼材雖有一定的耐熱性，但在溫度達150℃以上時，鋼結(jié)構(gòu)需要加隔熱層加以保護。鋼材的強度高，所做構(gòu)件多數(shù)壁薄且截面較小，受壓時為了在強度與穩(wěn)定之間取得最優(yōu)，往往滿足了穩(wěn)定的要求，而使得強度不能充分發(fā)揮等。

　　二、鋼結(jié)構(gòu)的耐火保護方法

　　由于鋼結(jié)構(gòu)耐火能差，在火災(zāi)高溫作用下很快失效倒塌，耐火極限僅15分鐘，若采取措施，對鋼結(jié)構(gòu)進行保護，使其在火災(zāi)時溫度升高不超過臨界溫度，鋼結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中就能保持穩(wěn)定性，對鋼結(jié)構(gòu)采取的保護措施，從原理上來講，主要可劃分為兩種：截流法和疏導(dǎo)法。

　　1、截流法。原理是截斷或阻滯火災(zāi)產(chǎn)生的熱流量向構(gòu)件的傳輸，從而使構(gòu)件在規(guī)定的時間內(nèi)溫升不超過其臨界溫度。其作法是構(gòu)件表面設(shè)置一層保護材料，火災(zāi)產(chǎn)生的高溫首先傳給這些保護材料，再由保護材料使給構(gòu)件。由于所選材料的導(dǎo)熱系數(shù)較小，而熱容又較大，所以能很好地阻滯熱流向構(gòu)件的傳輸，從而起到保護作用。截流法又分為噴涂法、包封法、屏蔽法和水噴淋法。

　　2、噴涂法。用噴涂機具將防火涂料直接噴在構(gòu)件表面，形成保護層。鋼結(jié)構(gòu)防火涂料按所使用的膠粘劑的不同可分為有機防火涂料和無機防火涂料兩類，按涂層厚度分為薄涂型和厚涂型兩類，薄涂型鋼結(jié)構(gòu)涂料涂層厚度一般為2～7mm，有一定裝飾效果，高溫時涂層膨脹增厚，具有耐火隔熱作用，耐火極限可達0.5～1.5小時，這種涂料又稱綱結(jié)構(gòu)膨脹防火涂料。厚涂型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料厚度一般為8～20mm，粒狀表面，密度較小，導(dǎo)熱系數(shù)低，耐火極限可達0.5～3.0小時，這種涂料又稱鋼結(jié)構(gòu)防火隔熱涂料。

　　3、包封法。在鋼結(jié)構(gòu)表面做耐火保護層，將構(gòu)件包封起來，其具體做法有：

　　(1)用現(xiàn)澆混凝土作耐火保護層。所使用的材料有混凝土、輕質(zhì)混凝土及加氣混凝土等。這些材料既有不燃性，又有較大的熱容量，用作耐火保護層能使構(gòu)件的升溫減緩。由于混凝土的表層在火災(zāi)高溫下易于剝落，可在鋼材表面加敷鋼絲網(wǎng)，進一步提高其耐火的性能。

　　(2)用砂漿或灰膠泥作耐火保護層。所使用的材料一般有砂漿、輕質(zhì)巖漿、珍珠巖砂漿或灰膠泥、蛭石砂漿或石灰膠泥等。上術(shù)材料均有良好的耐火性能，其施工方法常為金屬網(wǎng)上涂抹上述材料。

　　(3)用礦物纖維。其材料有石棉、巖棉及礦渣棉等。具體施工方法是將礦物纖維與水泥混合，再用特殊噴槍與水的噴霧同時向底子噴涂，構(gòu)成海綿狀的覆蓋層，然后抹平或任其呈凹凸狀。上述方式可直接噴在鋼構(gòu)件上，也可以向其上的金屬網(wǎng)噴涂，且以后者效果較好。

　　(4)用輕質(zhì)預(yù)制板作耐火保護層。所用材料有輕質(zhì)混凝土板、泡沫混凝土板、硅酸鈣成型板及石棉成型板等等，其做法是以上述預(yù)制板包覆構(gòu)件，板間連接可采用釘合及粘合。這種構(gòu)造方式施工簡便而工期較短，并有利工業(yè)化。同時，承重(鋼結(jié)構(gòu))與防火(預(yù)制板)的功能劃分明確，火災(zāi)后修復(fù)簡便且不影響主體結(jié)構(gòu)的功能，因而具有良好的復(fù)原性。

　　3、屏蔽法。屏蔽法是把鋼結(jié)構(gòu)包藏在耐火材料組成的墻體或吊頂內(nèi)，在鋼梁、鋼屋架下作耐火吊頂，火災(zāi)時可以使鋼梁、鋼屋架的升溫大為延緩，大大提高鋼結(jié)構(gòu)的耐火能力，而且這種方法還能增加室內(nèi)的美觀，但要注意吊頂?shù)慕涌p、孔洞處應(yīng)嚴密，防止竄火。

　　4、疏導(dǎo)法。與截流法不同，疏導(dǎo)法允許熱量傳到構(gòu)件上，然后設(shè)法把熱量導(dǎo)走或消耗掉，同樣可使構(gòu)件溫度不至升高到臨界溫度，從而起到保護作用。

　　疏導(dǎo)法目前主要是充水冷卻保護這一種方法。該方法是在空心封閉截面中(主要是柱)充滿水，火災(zāi)時構(gòu)件把從火場中吸收的熱量傳給水，依靠水的蒸發(fā)消耗熱量或通過循環(huán)把熱量導(dǎo)走，構(gòu)件溫度便可保持在100℃左右。從理論上講，這是鋼結(jié)構(gòu)保護最有效的方法。該系統(tǒng)工作時，構(gòu)件相當(dāng)于盛滿水被加熱的容器，象燒水鍋一樣工作。只要補充水源，維持足夠水位，而水的比熱和氣化熱又較大，構(gòu)件吸收的熱量將源源不斷地被耗掉或?qū)ё�。冷卻水可由高位水箱或供水管網(wǎng)或消防車來補充。蒸氣由排氣口排出。當(dāng)柱高度過大時，可分為幾個循環(huán)系統(tǒng)，以防止柱底水壓過大，為防止銹蝕或水的冰結(jié)，水中應(yīng)摻加阻銹劑和防凍劑。水冷卻法既可單根柱自成系統(tǒng)，又可多根柱聯(lián)通。前者僅依靠水的蒸發(fā)耗熱，后者既能蒸發(fā)散熱，還能借水的溫差形成循環(huán)，把熱量導(dǎo)向非火災(zāi)區(qū)溫度較低的柱。

　　三、鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的可靠性研究

　　1、結(jié)構(gòu)分析中的不確定性因素來源。影響剛結(jié)構(gòu)體系穩(wěn)定性的不確定性的基本變量許多是隨機的，一般分為三類：

　　(1)物理、幾何不確定性：如材料(彈性模量，屈服應(yīng)力，泊松比等)、桿件尺寸、截面積、殘余應(yīng)力、初始變形等。

　　(2)統(tǒng)計的不確定性：在統(tǒng)計與穩(wěn)定性有關(guān)的物理量和幾何量時，總是根據(jù)有限樣本來選擇概率密度分布函數(shù)，因此帶來一定的經(jīng)驗性。這種不確定性稱為統(tǒng)計的不確定性，是由于缺乏信息造成的。

　　(3)模型的不確定性：為了對結(jié)構(gòu)進行分析，所提的假設(shè)、數(shù)學(xué)模型、邊界條件以及目前技術(shù)水平難以在計算中反映的種種因素，所導(dǎo)致的理論值與實際承載力的差異，都歸結(jié)為模型的不確定性。

　　2、結(jié)構(gòu)的可靠性研究。國內(nèi)外學(xué)者對結(jié)構(gòu)可靠度理論已經(jīng)進行了較為深入的研究，在可靠度計算方法及復(fù)雜結(jié)構(gòu)可靠度分析方面取得了很多研究成果。

　　任何工程分析和設(shè)計的最終目的是使設(shè)計的結(jié)構(gòu)在不同要求下滿足不同的功能-安全性、使用性、耐久性由 于不確定性的存在，就需要把這些不確定性加入工程設(shè)計中，從而產(chǎn)生了很多可靠度方法。為了估計結(jié)構(gòu)可 靠度，首先要解決相關(guān)荷載和抵抗力參數(shù)以及它們之間的函數(shù)關(guān)系，這種關(guān)系(又稱功能函數(shù))記作式中X1，X2，…，Xn 是隨機變量。

　　把極限狀態(tài)(或失效面)定義為Z 0，則描述可靠度的參數(shù)可靠性指標定義為坐標原點到失效面的最小距離 目前用于可靠性指標 計算一般有兩種方法：一次可靠度方法(FORM)和二次可靠度方法(SORM)。

　　3、目前用于結(jié)構(gòu)可靠度分析的數(shù)值方法評述

　　對于復(fù)雜結(jié)構(gòu)， 功能函數(shù)g(x)通常不能明確表達為輸入隨機變量的函數(shù)，結(jié)構(gòu)的響應(yīng)通常通過數(shù)值方法(如有限元)來計算。這些數(shù)值方法為：蒙特卡羅模擬法(包括高效的取樣法和方差縮減技術(shù));響應(yīng)面法基于敏感性的分析方法。

　　4、鋼結(jié)構(gòu)體系穩(wěn)定性的可靠性研究方法

　　隨機有限元法為剛結(jié)構(gòu)體系穩(wěn)定性的可靠性研究提供了強有力的分析手段，由于隨機有限元能夠考慮實際結(jié)構(gòu)存在各種各樣的隨機性因素的影響，所以可以預(yù)計隨機有限元法在這一研究領(lǐng)域?qū)�會有良好的�?yīng)用前景。

　　四、結(jié)束語

　　近年來，我國正在大力發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)建筑，我們應(yīng)及時組織考察總結(jié)已建成的鋼結(jié)構(gòu)工程的經(jīng)驗，滿足建筑在適用性能、環(huán)境性能、經(jīng)濟性能、安全性能、耐久性能方面的綜合要求，形成完善的建筑體系。但愿我國的鋼結(jié)構(gòu)建筑能夠經(jīng)得住歷史的考驗。