基于土木建筑下的鋼結(jié)構(gòu)工程應(yīng)用及相關(guān)研究

1.鋼結(jié)構(gòu)工程的基本特征

鋼結(jié)構(gòu)主要是指利用各類鋼材，通過鋼材之間的組裝、連接而搭建的工程結(jié)構(gòu)。相較于傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)的突出特點在于對大量鋼材、鋼件、連接件的直接使用。具體來講，和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，鋼結(jié)構(gòu)的強度更高，同時在承載力相同的情況下，鋼結(jié)構(gòu)本身的重量更輕，空間利用率更高。

從穩(wěn)定性和可靠性角度來講，鋼結(jié)構(gòu)工程受到外界因素的影響更小，可以及時發(fā)現(xiàn)存在的質(zhì)量問題，降低安全隱患。另外，鋼結(jié)構(gòu)工程本身主要的工程材料具有可回收性，在工程拆卸之后，可以投入到再次利用之中[1]。從施工過程的角度來講，鋼結(jié)構(gòu)工程的施工流程更簡便，涉及的工藝更少，施工效率高，同時質(zhì)量管理難度更低，可以有效提升工程施工建設(shè)管理水平。從工程設(shè)計的角度來講，隨著時代的不斷發(fā)展，現(xiàn)代社會對各類土木建筑工程的造型有更多樣化的需求。而得益于鋼結(jié)構(gòu)本身良好的穩(wěn)定性和承載力，在結(jié)合預(yù)應(yīng)力技術(shù)的情況下，可以滿足更多樣化建筑工程設(shè)計需求。比如，一些追求大空間、大跨度的商場、體育場、會場等建筑，就特別適合使用鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)。并且，鋼結(jié)構(gòu)工程的塑造能力非常強，可以完成更多建筑造型的打造，優(yōu)化建筑視覺效果，提升藝術(shù)感和美感。從成本角度來講，得益于鋼結(jié)構(gòu)工程本身更為簡便的施工方式，以及相對單一的工程材料，這種結(jié)構(gòu)工程的成本相對更低，加以合理利用，可以顯著提高工程效益。

2.影響鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量的因素和處理策略

2.1 工程材料的選擇

顯然，鋼結(jié)構(gòu)工程施工中，基礎(chǔ)工程材料的質(zhì)量，將直接影響整個工程建設(shè)的質(zhì)量。在現(xiàn)代常見的鋼結(jié)構(gòu)工程中，比較常見的工程材料包括普通合金鋼、碳鋼等。其中合金鋼的適用面更廣，可以滿足更多類型鋼結(jié)構(gòu)工程的建設(shè)需要。而碳鋼的強度非常高，但是可塑性相對較差，適合承載力要求較高的常規(guī)建筑工程建設(shè)。鋼結(jié)構(gòu)工程用到的核心鋼材、連接件、鋼絲、鋼管等材料的質(zhì)量、類型，都會影響工程建設(shè)質(zhì)量，所以需要針對性選擇。

2.2 工程設(shè)計

鋼結(jié)構(gòu)工程的建設(shè)，需要以科學(xué)、合理的構(gòu)造設(shè)計為基本前提。這需要設(shè)計人員充分掌握鋼結(jié)構(gòu)工程的設(shè)計要點，對鋼材力學(xué)特性有深入的了解，充分保證鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計方案的合理性。例如，2008 年北京奧運會主會場“鳥巢”作為全世界最知名的鋼結(jié)構(gòu)工程建筑，為了在保證工程結(jié)構(gòu)受力平衡、穩(wěn)定性、安全性的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)更具藝術(shù)感和美感的建筑造型，設(shè)計團(tuán)隊花費了大量的時間和精力，對多達(dá)千百種的鋼材力學(xué)性能進(jìn)行研究分析，再結(jié)合大量的模擬試驗，才形成了這一舉世震驚的設(shè)計方案[2]。可見，鋼結(jié)構(gòu)工程的設(shè)計水平，對工程質(zhì)量、安全性、藝術(shù)美感等都會產(chǎn)生決定性的影響。

2.3 施工過程管理

鋼結(jié)構(gòu)工程的建設(shè)和傳統(tǒng)鋼筋混凝土工程的建設(shè)有很大的差別，需要施工單位根據(jù)設(shè)計圖紙及現(xiàn)場情況，做好各方面的管理。就土木建筑工程而言，在其中應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)工程，本身是一個融合的過程，施工管理面臨的影響因素更多。首先，在工程材料的管控方面，由于鋼結(jié)構(gòu)工程鋼材用量大，現(xiàn)場的管理尤為重要。一方面需要做好工程材料的質(zhì)量檢測，確保所有鋼材、連接件、輔助材料質(zhì)量達(dá)標(biāo)；另一方面要根據(jù)施工計劃，做好現(xiàn)場的材料管理，避免材料受損或腐蝕。從施工工藝的角度來講，需要做好施工現(xiàn)場技術(shù)交底，加強施工人員專業(yè)培訓(xùn)和考核。另外，做好施工器械的管理，尤其是對現(xiàn)場大型吊裝設(shè)備的管控，要做到全面檢查、仔細(xì)維護(hù)，確保機(jī)械設(shè)備保持在更好的運行狀態(tài)。

施工過程管理中，鋼結(jié)構(gòu)的吊裝連接是關(guān)鍵施工環(huán)節(jié)，關(guān)系到施工質(zhì)量、效率和安全。針對鋼結(jié)構(gòu)的連接施工，主要涉及螺栓固定、焊接施工兩個主要的工藝。螺栓連接固定方面，要按照設(shè)計圖紙，將鋼材及構(gòu)件吊裝到位，安裝好墊片、臨時固定裝置之后，再進(jìn)行螺栓的固定，確保螺栓緊固到位。在焊接施工方面，要根據(jù)鋼材特點，選擇合適的焊接工藝。在此基礎(chǔ)上，做好焊接工藝質(zhì)量的管理，確保焊接位置平滑、均勻，沒有瑕疵。

2.4 傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系處理

隨著現(xiàn)代建筑工程施工水平不斷進(jìn)步，很多土木建筑不再使用單一的工程材料及結(jié)構(gòu)，尤其是很多工程涉及對傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)以及更多新型材料結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。在工程設(shè)計和施工中，需要處理好不同結(jié)構(gòu)之間的銜接、組合，其中不僅要考慮整體結(jié)構(gòu)的合理性、力學(xué)穩(wěn)定性，還要考慮不同材料力學(xué)特性、后期維護(hù)管理方面的差別。例如，在一些廠房的建設(shè)中，基礎(chǔ)工程、圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用的是傳統(tǒng)的鋼筋混凝土樁柱、砌筑墻體結(jié)構(gòu)，而頂部采用的是鋼結(jié)構(gòu)，屋面采用的是鋁合金、樹脂材料[3]。針對這種類型的建筑，需要做好鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)之間的連接固定。一般情況下，鋼結(jié)構(gòu)著力點需要放在鋼筋混凝土承重柱、承重墻上，再結(jié)合球形連接點，實現(xiàn)大跨度屋面的設(shè)計與施工。

3.土木建筑工程下鋼結(jié)構(gòu)工程的具體應(yīng)用

3.1 高層重型鋼結(jié)構(gòu)建筑工程

在現(xiàn)代社會持續(xù)發(fā)展的情況下，各個地區(qū)城市建設(shè)和工業(yè)發(fā)展水平越來越高，很多高層重型鋼結(jié)構(gòu)建筑工程項目在如火如荼地建設(shè)中。這類高層重型鋼結(jié)構(gòu)建筑工程主要采用型鋼材料，使用螺栓連接、基礎(chǔ)錨固及焊接工藝進(jìn)行施工。例如，著名的上海環(huán)球金融中心作為一種典型的超高層建筑，消耗了六十多萬噸型鋼材料，鋼結(jié)構(gòu)在該建筑中扮演著極其關(guān)鍵的角色。在高層重型鋼結(jié)構(gòu)工程的建設(shè)中，對工程設(shè)計水平的要求非常高，需要將傳統(tǒng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)工程有機(jī)結(jié)合起來，充分發(fā)揮兩者本身的優(yōu)勢。在這類工程中，鋼結(jié)構(gòu)有很好的結(jié)構(gòu)強度、穩(wěn)定性和受力均勻性，加上結(jié)構(gòu)輕質(zhì)的優(yōu)點，可以支持超高層建筑的建造。比如，世界最高樓——哈利法塔中部、上部基本上都是采用的鋼結(jié)構(gòu)，這是該工程能夠達(dá)到世界第一高度的關(guān)鍵[4]。

3.2 大跨度鋼結(jié)構(gòu)建筑

在社會經(jīng)濟(jì)和人們生活持續(xù)發(fā)展的今天，除了民用建筑以外，以博物館、體育館為代表的各類建筑應(yīng)用需求也在逐步提升。這類建筑有一個典型的特征，在于內(nèi)部空間要求較高，意味著需要構(gòu)建跨度較大的建筑結(jié)構(gòu)。針對空間范圍較大的大跨度建筑，鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的應(yīng)用尤為重要。在大跨度土木建筑中，一般使用鋼材作為主要的結(jié)構(gòu)材料，并根據(jù)實際情況，合理選用懸索結(jié)構(gòu)、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)等。這類特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)工程本身的優(yōu)勢，可以完成各種大跨度建筑的建設(shè)施工。比如，在現(xiàn)代廠房的建造中，可以將鋼結(jié)構(gòu)和合成材料膜工藝結(jié)合起來，建成封閉式建筑[5]。這類建筑不僅可以提高施工效率，還能滿足工業(yè)生產(chǎn)對空間范圍的需求。更為關(guān)鍵的是，通過將鋼結(jié)構(gòu)和其他材料的組合，可以滿足封閉式施工的需求，對現(xiàn)代環(huán)保事業(yè)的發(fā)展也有重要的價值。

3.3 輕鋼結(jié)構(gòu)建筑

在現(xiàn)代土木建筑工程領(lǐng)域中，一方面大型超高層建筑的建設(shè)十分熱門，另一方面相關(guān)領(lǐng)域也在往輕量化、靈活化的方向發(fā)展。輕鋼結(jié)構(gòu)建筑主要是利用質(zhì)量更輕的輕型合金鋼材為基礎(chǔ)材料，打造能夠滿足基本穩(wěn)定性、安全性、耐用性需求的新型建筑。一般情況下，輕鋼建筑結(jié)構(gòu)主要包括主要結(jié)構(gòu)、輔助結(jié)構(gòu)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)等，在建設(shè)中需要進(jìn)行針對性的管理。從建造類型的角度來講，輕鋼結(jié)構(gòu)建筑的結(jié)構(gòu)可以分為兩種，（1）使用薄鋼板冷軋構(gòu)成骨架結(jié)構(gòu)，再配以其他材料形成屋面、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的建筑結(jié)構(gòu)；（2）使用斷面比較小的型鋼做成骨架結(jié)構(gòu)，配合鋼管、連接件形成的建筑結(jié)構(gòu)。輕鋼結(jié)構(gòu)建筑一方面適用于一些臨時性建筑項目的建設(shè)，另一方面在一些別墅、民宿、旅游房產(chǎn)項目中，也發(fā)揮著重要的作用，具有良好的適應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢。

4.結(jié)束語

綜上所述，在我國建筑工程行業(yè)飛速發(fā)展的背景下，鋼結(jié)構(gòu)工程在土木建筑工程中的應(yīng)用越來越頻繁。在實際應(yīng)用中，鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量輕、強度高、施工便捷、經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)點被充分發(fā)揮出來。為了進(jìn)一步提高建筑工程建設(shè)施工水平，有必要對鋼結(jié)構(gòu)工藝進(jìn)行更深入的研究，從鋼材質(zhì)量控制、工程設(shè)計、施工管理等角度，做好每個環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制。只有這樣，才能進(jìn)一步發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)工程的應(yīng)用價值，提高土木建筑工程建設(shè)水平。