不锈钢在结构上的应用

不锈钢板因其外观具有吸引力且经久耐用，已广泛用于外墙，屋面和电梯等装饰性用途。而现在，不锈钢越来越多地在苛刻的环境中被用作承重结构。如果从结构的整个生命周期来看，多数情况下，不锈钢具有较好的成本效益。

每年全球钢产量的一半以上用于建筑结构领域。建筑和桥梁中的工字梁，板和钢筋通常由经济实惠的碳钢或低合金结构钢制成。遗憾的是，这些钢容易生锈，对全球的基础设施造成巨大的经济和环境影响，影响道路、桥梁、建筑及油气、水和废水输送系统。

大量的研究显示，工业化国家每年因腐蚀造成的损失占GDP的3％-4％。这仅仅包括了受损材料和部件更换所带来的直接损失，而间接损失如生产损失、环境影响、交通运输中断、人身伤害和死亡带来的损失估计也达到了同等的数量。

标准的结构用钢必须涂漆或喷涂金属涂层来最大程度地减少腐蚀。涂层钢除了涂漆保护所带来的初始成本之外，在整个使用寿命期间，还将产生昂贵的检查，维护，或更换费用。间接的维护成本，如生产和收入的损失也可能很高。甚至有时因条件所限，根本不可能对结构部件进行检查和维护。

生命周期成本比较

设计师现在开始越来越多地考虑结构在整个寿命周期中的成本，而不仅仅是其初始投资。当考虑生命周期成本时，尤其是对于那些要求良好耐久性，或检查和维护无法进行或费用非常昂贵的结构，即便不锈钢比碳钢贵得多，不锈钢也成为切实可行的方案。

何况还有一些方法可以缩小材料成本的差距。免除涂层即降低了安装成本。当采用更高强度的双相不锈钢时，可以减小断面尺寸和重量，进一步降低了初始成本。

就结构使用寿命期间的维护成本而言，采用不锈钢，可省去涂层维护和由于腐蚀导致的部件更换费用。不锈钢结构也是一个可持续性更好的解决方案，有助于降低排放，减少资源消耗和浪费。

结构设计采用不锈钢

传统碳钢结构的设计标准和规范不能用于不锈钢，因为两种材料的力学性能（特别是应力-应变行为）有本质的区别。因此，不锈钢需要有自己的一套设计规则。

在欧洲，EN1993-1-4: 2006 欧洲规范3 钢结构设计第1.4部分：一般规则 不锈钢补充规则，于2006年出版。它基于世界各地多年的研究，涵盖了热轧、焊接和冷成型结构型材。

在美国，轻型不锈钢型材的设计指南已存在多年（美国土木工程师学会（2003）冷成型不锈钢结构构件设计规范，SEI/ASCE 8-02，Reston，VA ），但设计规范没有涵盖热轧和焊接不锈钢结构型材。设计人员需要从基础工作开始，或者采用碳钢的设计标准再加上额外的安全考虑因素，这对于不锈钢的使用是一个明显的障碍。此外，由于缺乏设计标准，建筑执法官员还必须对每个应用案例进行单独批准。

不锈钢牌号的选择至关重要。奥氏体不锈钢316（含2％Mo）或双相不锈钢2205（含3％Mo）由于含钼，耐腐蚀性能更佳，因此常常用于腐蚀性较强的环境如沿海地区，或者存在融雪盐，重污染或化学品的地方。 双相不锈钢如2205的强度是大多数奥氏体不锈钢的两倍，这是它们用于承重用途的又一个优势。

不锈钢在结构上的应用

不锈钢在承重应用中的主要优点包括：良好的耐腐蚀性能，因此即使在腐蚀性环境中也具有优良的耐久性；较高的抗冲击性能；在火灾中保持强度的能力优于碳钢；良好的清洁性和令人愉悦的外观。

最具标志性的结构应用包括阿灵顿空军纪念碑，都柏林的尖塔或圣路易斯大拱门等纪念碑，以及芝加哥的云门雕塑（被称为“芝加哥豆”）及马赛令人印象深刻的Ombrière天蓬等雕塑。新加坡的双螺旋桥和圣地亚哥的Harbour Drive 桥等人行桥也有很高的知名度。

不锈钢结构部件常用于商业建筑中支撑玻璃幕墙。例如，纽约第五大道苹果立方体中最小的连接部件几乎是看不可见的，视线几乎没有遮挡。不锈钢构件和不锈钢天棚、扶手和街道设施一样，几乎不需要维护。固定木材，石材和砖石的紧固件，锚固系统和支撑角钢通常难以维护或更换，将受益于结构用不锈钢良好的耐腐蚀性能。木材和砖石本身可以腐蚀其他金属，并且随着时间的推移可能会吸收水分和腐蚀性化学物质。

位于法国里昂Confluence的Passerelle 移动式人行桥由PCCP和ALTO设计，采用2205双相不锈钢结构构件。因为双相不锈钢强度大，结构断面尺寸和厚度以及桥梁的重量均可减小。。ALTO和PCCP

对于材料而言，公路隧道是较为恶劣的使用环境。其维护成本高昂，并且一旦发生结构损坏或火灾，可能产生严重后果。因此，在隧道结构中，采用不锈钢做衬砌及支撑框架，维护走道，固定件和紧固件，照明和标牌支撑以及地面支撑的岩石锚杆。位于布里斯班河下的CLEM7隧道是澳大利亚最长的公路隧道，具有许多先进的安全功能。在发生火灾或爆炸的情况下，装有100个射流风机的高科技通风系统可迅速将烟雾抽吸到路面以上的纵向通风管道。在这种高腐蚀性的环境中，隧道通道的大型混凝土板由双相不锈钢2205制造的悬挂系统支撑着。

不锈钢还用于防爆和抗冲击结构，如防爆墙和安全墙、大门、安全屏障和护柱。由于其优异的延展性和应变硬化特性，它可以吸收相当大的冲击力而不发生断裂。

在海上平台结构中，要求设置爆炸和火灾情况下的人员逃生路线。它们可以是半开放式通道，或是完全封闭高度集成的防火和防爆隧道，例如，悬挂在Skarv 浮式生产储油卸油船侧面的逃生通道。隧道长200多米，内层碳钢桁架，外面是2205双相不锈钢外壳。

海上浮式生产储油卸油船(FPSO)上的2205双相不锈钢逃生通道 BP p.l.c.

水处理、纸浆和造纸、核电、生物质、化工、制药以及食品和饮料行业在平台、屏障、大门、梯子、楼梯、电缆桥架和设备支架中广泛使用不锈钢。

工程师越来越多地选择不锈钢作为承重应用，这些用途受益于不锈钢良好的耐用性、强度、延展性、韧性、成形性及吸引人的外观。推行不锈钢结构设计指南，有助于那些要求耐用，弹性和可持续的结构选用不锈钢。