鋼結構在土木工程中的應用研究

【摘 要】 鋼結構工程由于其造價低、結構性能好、施工速度快，在高層建筑領域被廣泛應用，對于土木工程來說，不僅要從結構特性的角度考慮，還要考慮施工的成本有效性。本文分析了鋼結構在土木工程中的特點，并簡單講述鋼結構的施工要點。

【關鍵詞】 鋼結構；土木工程 施工要點

1、土木工程中鋼結構的特點

1.1 強度

一般來說，結構構件承受或者容納作用效應的能力是由材料的強度來決定的?？梢岳糜嘘P的國家標準來確定結構鋼的構件性能，這些標準中列出了鋼結構可使用的材料，比如建筑結構鋼要滿足CSA標準ASTM standardA992/A992M或者CAN/CSA G40.20/C40.21等相關標準的要求。

1.2 剛度

振動、變形等適用性參數由構件的剛度來決定，進而由結構體系的剛度來決定。結構體系的實際剛度又由其構件和連接件的分布來決定。不過簡單說來，構件的剛度由材料的幾何截面特性以及材料的彈性模量來決定，結構鋼的彈性模量通常為200GPa。而普通密度抗壓強度在20-40Gpa范圍內的混凝土其彈性模量通常在20-28GPa范圍內；即使對于高強度混凝土來說，其彈性模量也不過在40-45GPa之間，由此可見，鋼結構的鋼性是混凝土的十倍及五倍左右，所以鋼結構的剛性有著顯著的優勢。

1.3 延性

延性指的是某種材料拉伸的過程中無斷裂的塑性變形能力。一般情況下延性是結構設計中，特別是抗震設計中比較重要的特性參數，地震中幸存的建筑物直接依賴于主要結構框架經歷大的非彈性變形時的滯后耗能性。鋼結構可以說是目前使用最廣泛的、韌性最好的工程材料之一。不過材料內在的延性并不一定都會轉化為建筑結構的內在延性，因此要充分認識到這一點，采取適當的設計策略和可靠、穩定的滯消機制。通常一個設計具有延性響應就要有足夠的材料截面、材料延性以及結構延性和構件延性。

1.4 抗震性

相比傳統的住宅結構，鋼結構住宅結構屬于柔性結構，自重較輕，因此，在相同設防烈度、相同場地的建筑物承受的地震力較小，帶來的地震災害相應減弱，在地震區應用鋼結構住宅將減少人員傷亡和財產損失，具有可觀的綜合效益。

1.5 靈活性

采用鋼結構，在截面不至太大的前提下可以實現大跨度，這使得建筑功能具有很強的靈活性，可以根據住戶的需要靈活布置，有利于滿足現代居家的需求，適應現代住宅市場的需要。而且采用鋼結構，梁柱截面較小，同時增加了住戶的使用面積。

2、鋼結構的缺點

2.1 材料缺點

盡管鋼結構的剛度要遠遠大于混凝土，但是對于一個給定的負載，鋼結構的構件截面剛度則要小于與其對比的混凝土結構，這主要是因為鋼的強度優勢導致其構件的尺寸相對較小。因此要提高這些構件的穩定性，就要增加型鋼的尺寸或者采取填充混凝土以及外包混凝土的措施，以提高截面的剛度。并且鋼材的耐火性和耐腐蝕性都相對有欠缺。鋼材長期受到100度的輻射熱時強度的變化不大，表現出一定的耐熱性能，但當溫度達到150度時，就要采用隔熱層進行保護，并且重要部位的鋼結構一定要涂刷防火涂料。

2.2 市場環境

2.2.1 設計力量較薄弱。在設計建筑結構時要注意結構的功能要求是不是屬于鋼結構合理的應用范圍。通常在設計較高承載力需要使用鋼結構時，要考慮用不適合繼續承載的巨大變形為結構設計的極限狀態為準則。鋼結構有很多節點，要對每個螺絲、墊板以及焊縫進行精確的計算，而且每個專業要一次性到位，所以鋼結構的設計要比混凝土結構的設計更復雜，并且圖紙也遠遠多于混凝土結構。

2.2.2 鋼結構生產未形成體系。只有在大規模生產的情況下才可以體現出鋼結構的優越性。并且目前鋼結構的生產標準、價格標準以及質量標準都沒有統一，國家標準以及監管機制方面也都有一定的欠缺，因此很多設計師以及開發商都相對比較茫然。

3、鋼結構施工安裝要點

整體來說鋼結構的施工流程比較復雜，并且建筑的要求不同，在細節上也有很大的差異性。此處列舉三點進行簡單說明。

3.1 選材與連接。鋼材通常分為板材、型材、金屬制品以及管材四大類。土木工程中的建筑鋼材通常采用普通的低合金鋼、優質碳素結構鋼以及普通碳素鋼等，碳鋼的塑性比較低，但是硬度強度比較高。在鋼結構中，柱子截面一般多為箱形截面或者寬翼緣“工”字形，另外還有“十”字形截面等等；梁多數是焊接或者軋制的“H”型鋼梁，如果要求特殊也可以符合截面，在安裝前要對主要的焊接接頭做焊接工藝的試驗，定出焊接的格料和各項參數。梁與梁之間、梁與柱之間的連接，可以采取焊接連接或者高強螺栓連接，要注意高強螺栓的連接孔位的精度。

3.2 鋼構件的堆放以及選擇安裝機械地點。通常情況下安裝結構的用地面積應為結構占地面積的1.5倍。依照安裝流水的順序，從中轉堆場配套運送至現場的鋼構件要采用裝卸機械把其安置于安裝機械的回轉半徑內。如果因為運輸的原因造成了構件的變形，則在施工現場就要加以矯正。一般鋼結構的安裝采用的是塔式起重機，臂桿長度要有夠的覆蓋面，并且起重能力要相應足夠，從而滿足各種不同部位構件的起吊要求。鋼絲繩容量也要能滿足起吊的高度要求；起吊速度有足夠的檔次可以滿足安裝要求。在多機作業的情況下，臂桿的高差要足夠，以避免不安全的碰撞，保證安全運轉。各個塔式起重機之間要有相應的安全距離，以保證臂桿與塔身不相碰撞。

4、如何作好鋼結構施工的質量控制

4.1 做好工程開工前準備工作

（1）強化施工圖紙的會審工作。圖紙是工程施工的依據，工程開工前項目控制機構要組織控制人員熟悉工程圖紙與項目有關的規范標準、工藝技術條件，充分領會設計意圖。

（2）認真審查鋼結構安裝施工組織設計。施工組織設計是施工單位全面指導工程實施的技術性文件，施工組織設計的完善程度直接影響工程的質量、進度。因此，鋼結構安裝工程施工組織設計審查要針對性和重點。審查的重點內容有：a.質量保證體系和技術管理體系的建立；b.特殊工種的培訓合格證和上崗證；c.新工藝的應用；d.對工程項目的針對性；e.質量、進度控制的措施和方法；f.施工計劃（工期）的安排。

4.2 加強現場施工過程中的質量控制

（1）作好鋼結構基礎工程的質量控制。鋼結構工程的基礎一般都采用混凝土獨立柱基礎，基礎的混凝土及鋼筋、模板的施工與其他工程的施工工序及方法相同，而基礎獨立柱中預埋的螺栓是質量控制的重點，單個螺栓及每組螺栓之間的間距、高低的偏差，直接影響鋼結構工程的安裝質量，我們在控制質量控制過程中，要求施工單位必須嚴格控制好。

（2）鋼結構主體工程的質量控制。a.鋼構件的質量驗收。鋼構件的加工已實行工廠化生產，鋼構件的進場質量驗收就非常重要。b.鋼構件安裝質量控制。柱、梁安裝時，主要檢查柱底版下的墊鐵是否墊實、墊平，柱是否垂直和位移，梁的垂直、平直、側向彎曲、螺栓的擰緊程度以及摩擦面清理，驗收合格后，方可起吊。當鋼結構安裝形成空間固定單元，并進行驗收合格后，要求施工單位將柱底板和基礎頂面的空間用膨脹混凝土二次澆筑密實。c.螺栓安裝質量的控制。鋼結構工程中螺栓連接一般用高強螺栓和普通螺栓，普通螺栓連接，每個螺栓一端不得墊2個以上墊片，螺栓孔不得用氣割擴孔，螺栓擰緊后外露螺紋不得少于2個螺距；高強螺栓使用前我們檢查螺栓的合格證和復試單，安裝過程中板疊接觸面應平整，接觸面必須大于75%，邊緣縫隙不得大于0.8mm，高強螺栓應自由穿入，不得敲打和擴孔。

（3）門窗工程安裝質量的控制。鋼窗安裝質量的控制重點有兩點，一是，鋼窗進場合格證、產品試驗報告及外觀的檢查。二是，鋼窗和固定鋼窗的立柱之間的間隙控制。先施工固定鋼窗的立柱，有可能出現鋼窗與立柱之間縫隙過大或鋼窗安不上。我們在控制過程中，要求施工單位先固定鋼窗一邊的立柱，待鋼窗完全固定就位后，再焊接另一邊的立柱，這樣保證鋼窗與立柱之間無縫隙。

參考文獻：

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