玻璃钢结构型材与钢材:各自的优势在哪里

简要回答。在腐蚀、用电安全或搬运重量起决定作用的场合,玻璃钢结构型材胜过钢材;在刚度、跨度、防火等级或最低初始成本起决定作用的场合,钢材更有优势。大多数实际项目属于其中一类,使用环境会告诉您答案。

玻璃钢(FRP,纤维增强塑料)型材与钢型材并不能一对一互换:玻璃钢重量约为钢的四分之一且不会生锈,但刚度低得多,破坏时呈脆性,需要采用专门的设计方法。本页逐项对比两者的性能,并以一份简短的选型清单收尾。

灰色拉挤玻璃钢U形槽型材
一根拉挤玻璃钢槽型材。
性能 拉挤玻璃钢型材 结构钢 含义
密度 约 1.8–2.0 g/cm³ 约 7.85 g/cm³ 按体积计,玻璃钢重量约为钢的四分之一。
弹性模量 约 17–30 GPa(沿纤维方向) 约 200 GPa 同样截面的玻璃钢挠度约为钢的 7–12 倍:应按挠度确定尺寸。
耐腐蚀 不生锈;耐化学性取决于树脂 需要涂层或镀锌 在化学品、盐雾和冲洗环境中,玻璃钢更有优势。
电气性能 不导电 导电 玻璃钢免去了接地和触电方面的顾虑。
导热性 很低 高 无冷桥;散热能力差。
破坏形式 脆性(无屈服) 延性(会屈服) 玻璃钢需要更大的安全系数,且不能依赖塑性内力重分布。
防火 额定用途需采用阻燃树脂或酚醛树脂 不燃烧,高温下会软化 请核对项目所需的防火等级。
连接 螺栓连接或粘接;不能焊接 焊接或螺栓连接 从一开始就按玻璃钢的特点设计连接节点。
初始成本 每米通常更高 通常更低 应比较全生命周期成本,而不是初始成本(见下方的成本文章)。

如何选择

出现以下情况时选择玻璃钢

  • 结构处于化学品、盐雾、潮湿或冲洗区域,使用钢材需要反复涂装;
  • 电气或磁中性很重要(变电站、核磁共振室、电缆支撑);
  • 安装重量或作业条件限制了施工人员能够搬运的重量;
  • 跨度和荷载适中,因此可以接受略深一些的截面。

出现以下情况时选择钢材

  • 长跨度或重荷载使刚度成为限制因素;
  • 无需特殊系统即可达到较高的防火等级;
  • 环境干燥温和,且最低初始成本最为重要。

公平的比较应按相同的挠度限值来确定两种材料的尺寸,而不是采用相同的截面:参见玻璃钢梁与钢梁中的计算示例。所选树脂会改变耐化学性和防火性能:玻璃钢树脂指南。关于成本,请阅读玻璃钢的全生命周期成本。

常见问题

玻璃钢和钢一样强吗?

沿纤维方向受拉时,拉挤型材按自重计可以达到很高的强度,但它的刚度低得多,而且破坏时没有屈服阶段。请使用供应商的检测数据,并优先按挠度进行设计。

玻璃钢型材可以焊接吗?

不可以。请使用螺栓和结构胶,并按玻璃钢的要求绘制连接节点(边距、承压面积、不锈钢紧固件)。

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