不锈钢在建筑业中的应用（二）

（二）建筑不锈钢品种的选用

　　不锈钢不仅仅是单纯指一种不锈钢，而是表示一百多种工业不锈钢，所开发的每种不锈钢都在其特定的应用领域内具有良好的性能。成功的关键是首先要弄清用途，然后再确定正确的钢种，由于选用不锈钢品种不当而造成不能达到预期效果的情况很多。

　　建筑应用领域里有关的钢种通常只有六种，它们都含有17-22%的铬，较好的钢种还含有镍。添加钼可进一步改善大气腐蚀性，特别是耐含氯化物大气的腐蚀。

　　大多数的使用要求是长期保持建筑物的原有外貌。在确定要选用的不锈钢类型时，主要考虑的是所在地的大气的腐蚀性以及要采用的清理制度。在进行选择时，还需要考虑是否还有当地的因素影响及使用现场环境。

　　然而，其它方面的应用越来越多的只是寻求结构的完整性或不透水性。例如：工业建筑的屋顶和侧墙，在这些应用中，建筑物的建造成本可能比审美更为重要，表面不很干净也可以。

　　在干燥的室内环境中使用430不锈钢的效果相当好。但是，在乡村和城市要想在户外保持其外观，就需经常进行清洗。在污染严重的工业区和沿海地区，不锈钢表面会非常脏，甚至产生锈蚀。但要获得户外环境中的审美效果，就需采用含镍不锈钢。所以，304不锈钢广泛用于幕墙、侧墙、屋顶及其它建筑用途，但在侵蚀性严重的工业或海洋大气中，最好采用316不锈钢。双相不锈钢2205因两相兼有，且强度高于高强度碳钢，这种材料已成功地用于海上石油平台。

（三）不锈钢的设计标准

　　不锈钢用作建造新的建筑物和用作修复历史名胜古迹的结构材料已有70多年了。1974年出版的“冷成型结构设计手册”是许多年来结构设计人员唯一的一本关于不锈钢应用的资料。美国土木工程师学会的标准ANSI/ASCE-8-90“冷成型不锈钢结构件设计规范”和NiDi与Euro lnox联合出版的“结构不锈钢设计手册”已简化了使用寿命长、完整性好的建筑用结构件的设计。新的ANSI/ASCE标准是利用极限状态设计原则制定的，不过允许应力的设计方法仍在使用。因为这两份文献都是现行的，采用哪种方法取决于设计人员。

　　ANSI/ASCE标准中包括的材料有：铁索体钢种：409、430和439，奥氏体钢种有：201、301、304和316。英国的设计手册中只包括了三种奥氏体不锈钢钢种，即：奥氏体钢种：304L、316L和铁素体/奥氏体双相2205。

　　选择少量钢种的原因很简单，因为目前可使用的碳结钢总共只有三种。使用L编号是因为这些低碳钢种能够焊接，不会出现晶间腐蚀有关的问题。因为“双相”不锈钢2205已把良好的耐大气腐蚀性能和高抗拉强度及弹限强度融为一体，所以欧洲准则中也包括了这种钢。

　　为什么不锈钢不能沿用碳素结构钢的设计规则？碳钢的设计规则不能用于不锈钢是因为碳钢与不锈钢之间有着根本的区别：

1.不锈钢没有屈服点，通常以σ_0．2来表示的该屈服应力被认为是当量值。

2.应力/应变曲线形状不同，不锈钢的弹性极限大约是屈服应力的50%，就标准中所规定的最小值而论，该屈服应力值低于中碳钢的屈服应力值。

3.冷加工时不锈钢产生加工硬化，例如，弯曲时具有各向异性，即：横向和纵向性能不同。

　　不锈钢的设计程序大体上是从现有结构工程设计的各个方面的原则派生出来的。但是由于通常使用的不锈钢是薄规格型钢，所以，它的设计过程比碳钢薄规格材料复杂得多。

　　为了防止构件受力部分出现局部弯曲和变形，关键的因素是材料的宽度和厚度之比的极限值。还有一点值得一提，即：材料标准规定了σ_0．2的最小值，对于建筑物所用的奥氏体不锈钢，该值大约是240N/mm²，但是，材料的特征强度一般要比该值高出15%，设计人员应将这一强度系数考虑在内。

　　作为装饰用的不锈钢小品网架、网壳已开始在国内较多采用。由于造价问题，目前大多数采用的是用普通碳素钢或低合金钢作为受力构件，外包不锈钢加强装饰效果的复合不锈钢构件，基本上不涉及不锈钢的受力问题。

　　我国目前还没有相关的不锈钢设计规范可供设计人员使用，在一定程度上影响了不锈钢在建筑结构上的应用。目前，我国的设计人员在遇到不锈钢作为受力构件的设计问题时都是参考国外标准换算进行的，存在缺陷。

　　不锈钢另一个优于碳钢的性能是其耐高温性。由于不锈钢的导熟值较低，不锈钢不仅承受载荷能力的时间比碳钢长，而且不会通过导热使火情扩大。这对钢结构来说是一个相当不错的性能。

三、不锈钢在建筑领域的应用前景

　　由于不锈钢已具备建筑材料所要求的许多理想性能，它在金属中可以说是独一无二的，而其发展仍在继续。为使不锈钢在传统的应用中性能更好，其改型一直在进行，而且，为了满足高级建筑应用的严格要求，新的不锈钢也正在开发。由于生产效率不断提高，质量不断改进，不锈钢已成为建筑师们选择的最具有成本效益的材料之一也将是世界上最佳的建筑材料之一。

　　当然使用不锈钢也有其不利的方面――价格高，但这一点因加工技术的提高、特别是复合不锈钢材料生产技术的发展而有所减弱。将0.4-0.5mm不锈钢薄板材复合在普通碳钢板上，经特殊粘接方法在坯料上复合，然后再进行轧制成不锈钢复合板，具有不锈钢板相同的耐腐蚀性能和相同的导热系数，价格可比纯不锈钢便宜38-50%左右，而且使用性能比纯不锈钢还优越。

　　建筑行业是不锈钢使用领域的一个新的亮点，不锈钢将逐渐成为建筑行业原料的一个重要组成部分。西方发达国家不锈钢在建筑领域占到了12%，而我国在这方面的应用比例非常的低，当然这与我国目前的生产能力低、品种少、加工水平低有关，但随着我国近来新上马和即将上马的不锈钢生产线的投产，这种状况会有质的改变。

　　不锈钢因为具有优异的强度和耐腐蚀性及表面光亮，已越来越多地被建筑设计师采用，并且有取代其它材料的趋势。（王东）