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0 引言
钢结构作为新兴施工技术在现代工程中受到广泛的重视和应用，自1779年第一座铸铁拱桥，英格兰Coalbrookdake大桥在塞文河上建成至今已有二百多年历史。1889年，法国世博会上设计的“埃菲尔铁塔”和420m长、跨度达115m的“机械馆”更是钢结构建筑史上的里程碑。
近年来,随着我国钢产量、品种及质量的提高以及建筑钢结构应用技术的迅速发展,钢结构已广泛用于国民经济的各个部门。建设部在修订我国《建筑业推广应用10项新技术》中，列入了钢结构新技术，完成了在建筑业从“限制使用钢结构”到“大力发展钢结构”的政策转变。在“大力发展钢结构”政策的指导下, 钢结构以其抗灾性能强、强度高、白重轻、制造周期短、施工速度快造型美观，可塑性强等优越性, 在建筑业被越来越广泛的重视和应用。
1工程案例
东荣一矿准备间至原煤仓栈桥长127m、度3.2米，倾角为16.5度，内部安装215上煤皮带，负责准备车间到原煤仓的运输任务。栈桥主体由两个25m钢桁架和一个42m钢桁架组成，其余部分为钢筋混凝土底板结合钢龙骨结构。为减轻钢结构栈桥重量，底板采用了钢骨架轻质楼板，外围护采用彩钢岩棉保温板以减轻钢结构骨架的荷载。
42米钢桁架自重达17吨，主要由角钢和工字钢组成，断面尺寸有：110×10、100×10160×88×6、75×45×10等，其中大量的是110×10和100×10，节点采用手工坡口电焊连接, 单坡口焊缝深度为板厚的1/3, 变截面处的单坡口焊缝深度为板厚的1/2。桁架两端的立柱采用32a工字钢，两侧支座分别为固定支座和滑动支座。
2、钢结构部分应力分析
在建筑结构中，桁架结构是一种应用较为广泛的结构形式，在建筑工程、桥梁工程、船舶工程、机械工程等工程领域均普遍采用这种结构形式[1]。在我国古代建筑屋架的局部构造中就可见到析架的应用，近代由于铁路的发展以及冶金技术的进步，木质桁架逐渐被金属桁架所代替，桁架结构也被更广泛的应用于现代建筑中。
桁架结构一般是由直杆组成的平面或空间结构体系。在理论上假定桁架杆件为等截面直杆，所有杆件均是光滑铰节点相交，所有的外荷载均为节点荷载，由此桁架杆件只承受轴向力，具有这样受力状态的桁架结构称之为理想桁架。在跨度较大时采用桁架结构可比采用实腹梁节省材料，减轻结构自重和增大结构刚度。
东荣一矿栈桥平面钢桁架采用warren结构，与另一种平面桁架Pratt相比，warren桁架只有它一半数量的腹杆与节点，这样可极大地节省材料与工时。在图1一1(a)中增加竖杆的修正从恤订en桁架，可以满足弦杆上所有的加载点都需要支承要求。此外从warren桁架较容易使用有间隙的接头，这种接头容易布置。规则形状的warren桁架具有更大的空间去满足放置机械、电气及其他设备的需要[2]。
在实际工程中，理想桁架是不存在的，实际桁架结构杆件受力并非仅有轴力，由于焊接在节点上连续不断、节点板和刚性连接的影响等原因，桁架杆件在节点处受到了很大的嵌固作用。这就使得在荷载作用，的桁架杆件不仅有轴向变形，还有剪切变形和弯曲变形，也就是说实际桁架杆件不仅有轴力，还有弯矩和剪力，这些即是所谓的次内力，由次内力产生的应力称为次应力[3]。
文献[4]对三种不同类型裕架的次应力及次弯矩进行了计算，得到结论:
(l)由双角钢(或T型钢)组成的桁架杆件次应力影响一般小于10%，对杆件的线刚度不必限制;(2)对于弦杆由H型钢组成的析架，次应力影响一般在10%一20%之间;(3)全由H型钢等组合截面组成的桁架，当弦杆的线刚度(或M)较大时，其次应力的影响可能超过20%，文中所有次应力的影响都在1%一27%之间，并通过试验进行了验证。在文献[5]中建议，当次应力不超过主应力20%时可以不考虑。
本栈桥主要采用角钢，T型钢及H型钢做主材，上下弦均采用双角钢形式，由于刚性连接和材料不均匀而引起的次应力在20%之内，可按理想桁架施工。
根据简支梁剪力弯矩图判断，最大弯矩处在中间部位，在施工中严禁上下弦角钢接头出现在桁架中间部位。桁架与两端立柱相接部位为剪力最大，施工中做加固处理。
3、钢结构防腐措施
钢结构耐腐蚀性差，裸露的钢结构在大气作用下会产生锈蚀。腐蚀不仅造成自身的经济损失，并且使结构构件截面减小，承载力降低，影响结构的安全。因此，防止结构过早腐蚀，提高其使用寿命，是具有重要意义的，也是设计、制造和使用单位共同关心的问题。
①钢结构腐蚀原理
钢结构的腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀两种。化学腐蚀是干燥气体及非电解质液体作用于金属表面而产生，腐蚀性气，及空气中的C02、S02都可造成化学腐蚀，产生FeC或FeS。
电化学腐蚀是钢材表面与电解质溶液中产生电流，形成腐蚀电池，使钢材产生腐蚀的现象。以大气腐蚀中最常见的吸氧腐蚀为例，其腐蚀电池可表示为：
(阳极)Fe2+；日20／c(阴极)
电化反应最终产物Fe2O3即是钢结构构件表面常见的红锈的主要成分。
②促进腐蚀的外因
钢结构的腐蚀与相对湿度及大气中侵蚀性物质的含量有密切的关系。通常相对湿度在60％以下时，钢材的大气腐蚀是微弱的。在干燥的亚热带气候或在温带气候的建筑物室内，钢材的腐蚀只可能在极有限的范围内发生。但当相对湿度增加到某一数值时，钢材的腐蚀速度将突然升高，这一数值即为临界湿度。在常温下，一般钢材腐蚀的临界湿度为60％-70％。井下采煤含水量大，栈桥内湿度超过60%，对于钢结构应做细致防腐处理。
③钢材的防腐方法主要有以下几种：
物理屏蔽作用的防锈漆:例如铁红底漆、云母氧化铁底漆、铝粉漆等。这类防锈漆的防锈颜料有良好的屏蔽作用，能阻挡水分等化学介质渗到钢铁表面，因而减缓电化学反应的速度延迟发生锈蚀的时间。
依靠化学钝化作用，使钢材表面形成一层钝化膜:如磷化膜或具有阻蚀性的络合物，这些在钢材表面形成的钝化膜或络合物的标准电极电位较铁为正，从而能延缓钢材的腐蚀过程。这类防锈漆主要有红丹漆，铅酸钙漆、含磷酸盐防锈颜料的油漆等。这类防锈漆防锈性能好，价格便宜，但铅系防锈漆和铅酸盐防锈漆的毒性大。
阴极保护型防锈漆一富锌底漆:当防锈漆整层漆膜的电极电位比铁元素更负时，钢结构中的铁成分便变成阴极，受到电化学保护不会腐蚀。富锌漆就是利用锌的电极电位是．0．76V，比铁的电极电位．0．44V更低，当富锌漆底漆中的锌足量时，即在钢材表面形成一层锌粉膜，并与底层钢材紧密接触，这样，锌作为阳极被腐蚀，而铁作为阴极受到保护。
金属镀层保护:在钢材表面施加金属保护层，以提高钢材表面的抗腐蚀能力。最常用的是镀锌。镀锌主要是通过形成致密的保护膜和锌置换作用来防腐蚀。镀锌包括热浸镀锌和常温镀锌。
根据栈桥的实际环境，采用两遍物理屏蔽作用的防锈漆，两层面漆的防腐方式，确保钢结构栈桥经久耐用。
4工艺流程
(1)钢结构节点细化设计
可应用绘图软件对钢结构框架節点结构按平、立、剖面进行1∶1绘图放样。施工图纸细化设计,达到构件制作与整体安装的质量标准。利用CAD图形设计平台对复杂连接节点和复杂构件放大样,建立钢结构符号节点库,实现图形信息化。
放样后须经检验员检验，以确保零件、部件、构件的加工尺寸形位公差、角度、安装接触面的准确无误。
(2)加工制作钢结构构件：
除滚动支座外，钢结构构件全部采用现场加工。在加工过程中要做好质量控制, 并按照设计施工图和DB23—2003钢结构施工工程施工及验收规范的规定进行验收。
(3)安装与校正：
在钢梁吊装前, 应于柱子牛腿处检查标高和柱子间距。桁架吊装前, 应在梁上装好扶手杆和扶手绳, 待吊装就位后, 将扶手绳与钢柱系牢, 以保证施工人员的安全。
桁架起吊就位后, 在对其进行安装的过程中, 应预留经试验确定的焊缝收缩量, 并用经纬仪跟踪检查柱垂直度和倾斜度, 然后调整构件的准确位置, 确保埋件全部对正, 并临时固定, 待位置校正完毕后, 进行完全固定
5做好维护安全措施
设立管理组织体系, 委派专人负责工程项目及有关安全防火工作, 专人了解各工种的安全操作规程, 设立各级安全生产岗位责任和定期安全检查制度、安全教育制度等。施工前对管理人员、施工人员进行现场教育, 介绍有关安全生产管理制度及规定和要求。
施工人员进入施工现场, 必须佩戴安全帽, 高空作业要有安全带。冬季构件表面结霜, 在构件上行走应系好安全带, 穿防滑鞋。拆除的临时螺栓、手头工具应拿稳当或装人工具袋, 严禁随意乱扔。穿着防护用品, 如电焊手套、护目面罩、绝缘胶鞋。吊装前检查起重设备、吊具是否符合安全要求, 否则不得使用。吊装现场地面平整坚实, 松软的土层要务实或加垫木以保证吊装机器稳定作业。
6结语
当前, 我国钢结构发展的形势很好, 长期以来, 由混凝土结构、砌体结构一统天下的格局将被打破,随着钢材产量的不断增长，政府对建筑钢结构应用的鼓励和扶持，特别是我国经济持续高速增长，大批工程建设项目待建，为钢结构的应用和发展提供了广阔的天地和持续增长空间。
目前我国是一个产钢大国，但却不是一个钢结构“强国”。 发展建筑钢结构首先必须树立科学的发展观，即主要要依靠科学技术的进步和生产效率的提高，保证建筑钢结构产业发展的健康性，避免无序的发展及恶性的价格竞争。要通过国家科技战略、科研单位、设计及施工企业相互合作，通过前瞻性，自主创新、集成创新和管理刨新，来实现行业整体科技进步，提高生产及工作效率，从而提高企业的竞争力，形成有规模、有实力、管理高效的现代化先进产业。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
钢结构作为新兴施工技术在现代工程中受到广泛的重视和应用，自1779年第一座铸铁拱桥，英格兰Coalbrookdake大桥在塞文河上建成至今已有二百多年历史。1889年，法国世博会上设计的“埃菲尔铁塔”和420m长、跨度达115m的“机械馆”更是钢结构建筑史上的里程碑。
近年来,随着我国钢产量、品种及质量的提高以及建筑钢结构应用技术的迅速发展,钢结构已广泛用于国民经济的各个部门。建设部在修订我国《建筑业推广应用10项新技术》中，列入了钢结构新技术，完成了在建筑业从“限制使用钢结构”到“大力发展钢结构”的政策转变。在“大力发展钢结构”政策的指导下, 钢结构以其抗灾性能强、强度高、白重轻、制造周期短、施工速度快造型美观，可塑性强等优越性, 在建筑业被越来越广泛的重视和应用。
1工程案例
东荣一矿准备间至原煤仓栈桥长127m、度3.2米，倾角为16.5度，内部安装215上煤皮带，负责准备车间到原煤仓的运输任务。栈桥主体由两个25m钢桁架和一个42m钢桁架组成，其余部分为钢筋混凝土底板结合钢龙骨结构。为减轻钢结构栈桥重量，底板采用了钢骨架轻质楼板，外围护采用彩钢岩棉保温板以减轻钢结构骨架的荷载。
42米钢桁架自重达17吨，主要由角钢和工字钢组成，断面尺寸有：110×10、100×10160×88×6、75×45×10等，其中大量的是110×10和100×10，节点采用手工坡口电焊连接, 单坡口焊缝深度为板厚的1/3, 变截面处的单坡口焊缝深度为板厚的1/2。桁架两端的立柱采用32a工字钢，两侧支座分别为固定支座和滑动支座。
2、钢结构部分应力分析
在建筑结构中，桁架结构是一种应用较为广泛的结构形式，在建筑工程、桥梁工程、船舶工程、机械工程等工程领域均普遍采用这种结构形式[1]。在我国古代建筑屋架的局部构造中就可见到析架的应用，近代由于铁路的发展以及冶金技术的进步，木质桁架逐渐被金属桁架所代替，桁架结构也被更广泛的应用于现代建筑中。
桁架结构一般是由直杆组成的平面或空间结构体系。在理论上假定桁架杆件为等截面直杆，所有杆件均是光滑铰节点相交，所有的外荷载均为节点荷载，由此桁架杆件只承受轴向力，具有这样受力状态的桁架结构称之为理想桁架。在跨度较大时采用桁架结构可比采用实腹梁节省材料，减轻结构自重和增大结构刚度。
东荣一矿栈桥平面钢桁架采用warren结构，与另一种平面桁架Pratt相比，warren桁架只有它一半数量的腹杆与节点，这样可极大地节省材料与工时。在图1一1(a)中增加竖杆的修正从恤订en桁架，可以满足弦杆上所有的加载点都需要支承要求。此外从warren桁架较容易使用有间隙的接头，这种接头容易布置。规则形状的warren桁架具有更大的空间去满足放置机械、电气及其他设备的需要[2]。
在实际工程中，理想桁架是不存在的，实际桁架结构杆件受力并非仅有轴力，由于焊接在节点上连续不断、节点板和刚性连接的影响等原因，桁架杆件在节点处受到了很大的嵌固作用。这就使得在荷载作用，的桁架杆件不仅有轴向变形，还有剪切变形和弯曲变形，也就是说实际桁架杆件不仅有轴力，还有弯矩和剪力，这些即是所谓的次内力，由次内力产生的应力称为次应力[3]。
文献[4]对三种不同类型裕架的次应力及次弯矩进行了计算，得到结论:
(l)由双角钢(或T型钢)组成的桁架杆件次应力影响一般小于10%，对杆件的线刚度不必限制;(2)对于弦杆由H型钢组成的析架，次应力影响一般在10%一20%之间;(3)全由H型钢等组合截面组成的桁架，当弦杆的线刚度(或M)较大时，其次应力的影响可能超过20%，文中所有次应力的影响都在1%一27%之间，并通过试验进行了验证。在文献[5]中建议，当次应力不超过主应力20%时可以不考虑。
本栈桥主要采用角钢，T型钢及H型钢做主材，上下弦均采用双角钢形式，由于刚性连接和材料不均匀而引起的次应力在20%之内，可按理想桁架施工。
根据简支梁剪力弯矩图判断，最大弯矩处在中间部位，在施工中严禁上下弦角钢接头出现在桁架中间部位。桁架与两端立柱相接部位为剪力最大，施工中做加固处理。
3、钢结构防腐措施
钢结构耐腐蚀性差，裸露的钢结构在大气作用下会产生锈蚀。腐蚀不仅造成自身的经济损失，并且使结构构件截面减小，承载力降低，影响结构的安全。因此，防止结构过早腐蚀，提高其使用寿命，是具有重要意义的，也是设计、制造和使用单位共同关心的问题。
①钢结构腐蚀原理
钢结构的腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀两种。化学腐蚀是干燥气体及非电解质液体作用于金属表面而产生，腐蚀性气，及空气中的C02、S02都可造成化学腐蚀，产生FeC或FeS。
电化学腐蚀是钢材表面与电解质溶液中产生电流，形成腐蚀电池，使钢材产生腐蚀的现象。以大气腐蚀中最常见的吸氧腐蚀为例，其腐蚀电池可表示为：
(阳极)Fe2+；日20／c(阴极)
电化反应最终产物Fe2O3即是钢结构构件表面常见的红锈的主要成分。
②促进腐蚀的外因
钢结构的腐蚀与相对湿度及大气中侵蚀性物质的含量有密切的关系。通常相对湿度在60％以下时，钢材的大气腐蚀是微弱的。在干燥的亚热带气候或在温带气候的建筑物室内，钢材的腐蚀只可能在极有限的范围内发生。但当相对湿度增加到某一数值时，钢材的腐蚀速度将突然升高，这一数值即为临界湿度。在常温下，一般钢材腐蚀的临界湿度为60％-70％。井下采煤含水量大，栈桥内湿度超过60%，对于钢结构应做细致防腐处理。
③钢材的防腐方法主要有以下几种：
物理屏蔽作用的防锈漆:例如铁红底漆、云母氧化铁底漆、铝粉漆等。这类防锈漆的防锈颜料有良好的屏蔽作用，能阻挡水分等化学介质渗到钢铁表面，因而减缓电化学反应的速度延迟发生锈蚀的时间。
依靠化学钝化作用，使钢材表面形成一层钝化膜:如磷化膜或具有阻蚀性的络合物，这些在钢材表面形成的钝化膜或络合物的标准电极电位较铁为正，从而能延缓钢材的腐蚀过程。这类防锈漆主要有红丹漆，铅酸钙漆、含磷酸盐防锈颜料的油漆等。这类防锈漆防锈性能好，价格便宜，但铅系防锈漆和铅酸盐防锈漆的毒性大。
阴极保护型防锈漆一富锌底漆:当防锈漆整层漆膜的电极电位比铁元素更负时，钢结构中的铁成分便变成阴极，受到电化学保护不会腐蚀。富锌漆就是利用锌的电极电位是．0．76V，比铁的电极电位．0．44V更低，当富锌漆底漆中的锌足量时，即在钢材表面形成一层锌粉膜，并与底层钢材紧密接触，这样，锌作为阳极被腐蚀，而铁作为阴极受到保护。
金属镀层保护:在钢材表面施加金属保护层，以提高钢材表面的抗腐蚀能力。最常用的是镀锌。镀锌主要是通过形成致密的保护膜和锌置换作用来防腐蚀。镀锌包括热浸镀锌和常温镀锌。
根据栈桥的实际环境，采用两遍物理屏蔽作用的防锈漆，两层面漆的防腐方式，确保钢结构栈桥经久耐用。
4工艺流程
(1)钢结构节点细化设计
可应用绘图软件对钢结构框架節点结构按平、立、剖面进行1∶1绘图放样。施工图纸细化设计,达到构件制作与整体安装的质量标准。利用CAD图形设计平台对复杂连接节点和复杂构件放大样,建立钢结构符号节点库,实现图形信息化。
放样后须经检验员检验，以确保零件、部件、构件的加工尺寸形位公差、角度、安装接触面的准确无误。
(2)加工制作钢结构构件：
除滚动支座外，钢结构构件全部采用现场加工。在加工过程中要做好质量控制, 并按照设计施工图和DB23—2003钢结构施工工程施工及验收规范的规定进行验收。
(3)安装与校正：
在钢梁吊装前, 应于柱子牛腿处检查标高和柱子间距。桁架吊装前, 应在梁上装好扶手杆和扶手绳, 待吊装就位后, 将扶手绳与钢柱系牢, 以保证施工人员的安全。
桁架起吊就位后, 在对其进行安装的过程中, 应预留经试验确定的焊缝收缩量, 并用经纬仪跟踪检查柱垂直度和倾斜度, 然后调整构件的准确位置, 确保埋件全部对正, 并临时固定, 待位置校正完毕后, 进行完全固定
5做好维护安全措施
设立管理组织体系, 委派专人负责工程项目及有关安全防火工作, 专人了解各工种的安全操作规程, 设立各级安全生产岗位责任和定期安全检查制度、安全教育制度等。施工前对管理人员、施工人员进行现场教育, 介绍有关安全生产管理制度及规定和要求。
施工人员进入施工现场, 必须佩戴安全帽, 高空作业要有安全带。冬季构件表面结霜, 在构件上行走应系好安全带, 穿防滑鞋。拆除的临时螺栓、手头工具应拿稳当或装人工具袋, 严禁随意乱扔。穿着防护用品, 如电焊手套、护目面罩、绝缘胶鞋。吊装前检查起重设备、吊具是否符合安全要求, 否则不得使用。吊装现场地面平整坚实, 松软的土层要务实或加垫木以保证吊装机器稳定作业。
6结语
当前, 我国钢结构发展的形势很好, 长期以来, 由混凝土结构、砌体结构一统天下的格局将被打破,随着钢材产量的不断增长，政府对建筑钢结构应用的鼓励和扶持，特别是我国经济持续高速增长，大批工程建设项目待建，为钢结构的应用和发展提供了广阔的天地和持续增长空间。
目前我国是一个产钢大国，但却不是一个钢结构“强国”。 发展建筑钢结构首先必须树立科学的发展观，即主要要依靠科学技术的进步和生产效率的提高，保证建筑钢结构产业发展的健康性，避免无序的发展及恶性的价格竞争。要通过国家科技战略、科研单位、设计及施工企业相互合作，通过前瞻性，自主创新、集成创新和管理刨新，来实现行业整体科技进步，提高生产及工作效率，从而提高企业的竞争力，形成有规模、有实力、管理高效的现代化先进产业。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。