鋼結構在土木工程施工中的應用研究

梁 榮

（蘭州石化職業技術大學，甘肅 蘭州 730060）

0 引言

鋼結構是現代建筑工程中普遍應用的結構形式之一，在強度、剛度、延性、韌性上都有著十分優勢的表現，相應的環保性能、安全性能和經濟性能也十分突出。隨著現代建筑工程不斷向高層和大面積的方向發展，傳統的土木工程結構難以滿足更高層次的施工需求，因此，在大跨度建筑以及超高、超重建筑施工過程中鋼結構發揮著非常重要的作用。隨著鋼結構在土木工程施工中的應用比例逐漸增大，掌握管理要點、明確施工中的應用要點，才能夠保證鋼結構有效服務于土木工程建設，保證施工效率的同時提升施工質量。

1 鋼結構的特點與應用優勢

1.1 鋼結構的特點

1.1.1 強度和剛度大

土木工程施工中鋼筋混凝土結構是常用的建筑結構形式，相比較而言，鋼結構在強度和剛度上表現更為突出。諸多大跨度、高強度的土木工程建筑，對結構構件的適用性參數要求較高。這種參數由材料本身的強度和剛度來決定，本質上而言，材料的截面特性以及彈性模量是保證材料本身剛度和強度的重要指標。鋼結構的彈性模量為200GPa，遠遠超出高強度混凝土的40～45GPa，甚至是普通混凝土彈性模量的十倍，因此優勢異常明顯。

1.1.2 延性和韌性好

延性和韌性是衡量材料塑性變形能力的重要指標，其中延性是保證抗震設計當中的重要特征參數。調查研究表明，鋼結構在經歷巨大的非彈性變形后依舊能保持良好的滯后耗能性，常常成為地震發生后建筑物能夠保持較好穩定性的結構。而良好的韌性能夠抵抗缺口部位不穩定裂紋的擴展，安裝使用過程當中不僅能夠承受較大的變形，同時降低了因剪切、沖孔以及鍛造等施工流程中裂紋產生的可能性。對于受到交變荷載以及沖擊荷載的建筑結構來說有著十分突出的優勢。

1.2 鋼結構的應用優勢

1.2.1 環保性優越

環境問題的日益凸顯，促使各行業加大了環境保護的控制力度。建筑污染一直是建筑領域需要重點解決的難題之一，鋼結構憑借良好的環保性能被廣泛應用于現代土木工程建筑施工中。首先，鋼結構本身性能較為優越，在施工過程當中能夠完全代替傳統混凝土結構，避免了建筑施工垃圾的產生，同時也避免了混凝土施工過程中產生的粉塵污染。其次，鋼結構安裝施工較為簡便，能夠完成批量處理，不僅減輕了勞動強度，同時也減輕了施工過程當中的噪聲污染。最后，我國鋼結構產業發展速度較快，隨著技術的升級以及融合技術的應用，鋼結構本身的承受能力、抗壓能力以及韌性、耐性均有所提升，這樣在使用過程中不會產生巨大的變形和損傷。即便拆遷之后依舊能夠展現出較高的回收利用率，實現了資源的節約，同時也避免了拆解過程當中產生的二次環境污染。

1.2.2 安全性突出

土木工程施工過程中安全保證是建設單位管理的重中之重，安全保證包括施工安全和質量安全兩個層次。施工安全層面，土木工程施工本身具備一定的復雜性，并且施工過程處于不穩定的環境中，諸多風險的存在對于施工流程提出了更為嚴苛的要求。鋼結構的運用憑借施工簡單、安裝方便的特征能夠有效地縮短工期，減輕施工強度，在安全性能方面表現得較為突出。就質量安全而言，傳統的混凝土工程經常會出現裂縫與沉降的現象，該種現象會影響整個建筑的安全性；而鋼結構的延性和韌性表現都十分突出，即便在惡劣環境之下依舊能夠展現較好的穩定性，從本質上促進了土木工程的施工水平和施工質量的提升[1]，保證了土木工程建設項目的安全。

1.2.3 經濟性優越

土木工程施工通常以混凝土結構為主，施工過程當中對混凝土的性能有著極為嚴苛的要求，不僅需要采用大量的原材料，同時也要耗費較大的成本保障其施工質量，無形之中增大了資金的投入量。鋼結構的預裝性在成本方面的優勢體現較為明顯，且系統設計的靈活性和空間利用率也較為突出，能夠滿足多種結構形式需求。另外，安裝的便捷性、環保性和可回收性，能將投資成本降至最低。

2 鋼結構的應用范圍

2.1 高層建筑

高層建筑實現了空間的合理利用，有效地降低了土地占有率，是目前建筑行業的發展趨勢之一。不過隨著建筑高度的增加，受到的風載荷和地震作用的影響更為明顯。因此高層建筑建設過程中必須要提高結構抗側力以及抗震性能。相對比而言，傳統高層建筑施工過程中混凝土結構在抗震、抗風等方面具有一定的劣勢；但鋼結構憑有著較輕的構件質量和較高的延展性，結構的承受能力較大，空間的占用較小，能夠根據國家相關標準來完成高層建筑性能的提升，尤其是軋制輕鋼或者焊接輕鋼的使用，更能展現出鋼結構的優勢。

2.2 大跨度建筑

人們對現代建筑的需求不僅要滿足日常使用同時要更要具備一定的時尚感和藝術感，因此許多薄殼建筑、網架建筑等空間跨度較大的建筑成為當前建筑的主流。此類大跨度建筑對于跨度、強度以及自重等方面有著極高的需求，且施工難度較大。鋼結構的運用不僅能夠有效地提升大跨度建筑的剛度，同時在減少自身鋼材用量上也有著十分顯著的效果，諸多球面、雙曲拋物面等鋼結構的應用，相對于網架混凝土建筑而言具有明顯的優勢。

2.3 輕鋼型建筑

輕鋼型建筑不僅自重輕、強度高，且有著占地面積小、安裝搬運方便的優勢。輕鋼型建筑在使用之后可以全部完成回收利用，不僅不會造成環境污染，同時也符合節能減排、可持續發展的基本戰略。輕鋼型建筑被廣泛應用于低層建筑以及開闊空間建筑領域，如農貿市場、工業廠房、倉庫等。此類建筑結構憑借輕鋼結構的設計和加裝技術能夠有效縮短工期同時提升空間利用率，成為當前我國廣泛應用的建筑結構類型[2]。

3 鋼結構的應用要點

3.1 施工管理方面

3.1.1 建立科學合理的監督機制

鋼結構在土木工程施工過程中最重要的就是保證質量、保證安全，應用過程當中需要根據工程實際情況建立健全科學管理監督機制，保證形成有效的約束。監督管理機制建立的過程中應嚴格遵循國家相關管理規章制度以及土木建筑工程建筑施工標準，整個監督機制的建立應該從多方位、多角度出發，保證相關細則覆蓋施工全過程。需要管理層能夠克忠職守，嚴格履行監督管理義務；需要施工層嚴格執行施工標準，按流程操作，按技術標準操作，與此同時加強安全意識與責任意識，切實提升整體施工技術水平。

3.1.2 加強員工的培訓管理

鋼結構在土木工程施工中的應用決定著施工的質量，施工過程中，除了材料本身的性能和工藝流程以外，施工人員的素質和業務能力也是十分的關鍵。為此，整個管理過程中需要加強對施工人員的培訓和篩選，保證人員的整體素質得到提升。在此過程中要保證技術人員具備良好的專業技能和職業素養，能夠有效地對施工現場進行指導，結合工程參數指標要求對工程質量進行高效控制。同時也要保證相關施工人員完成技術交底，具備扎實的施工技能和實踐經驗，在嚴格的施工要求中進行熟練操作，保證施工質量得以達標的同時有效提高施工效率。另外，進行定期的安全學習培訓也能夠有效督促，保證施工人員的整體技術素養得以提升[3]。

3.2 施工技術方面

3.2.1 做好施工準備

鋼結構在土木工程施工中的應用，做好前期準備工作是后續工作順利開展的基礎。整個準備過程當中，首先要根據施工圖紙完成技術交底，同時根據設計內容進行嚴格的考察和審核，保證施工圖紙符合施工現場的實際條件。其次，根據整個設計施工方案制定應急方案，保證整個技術應用過程當中達到最優化效果，同時完成整個施工期間吊裝技術、連接技術的分析，結合施工環境有序開展機械設備進場工作。最后，鋼結構構件進場的質量檢驗一定不能夠忽視，整體鋼結構構件的質量決定著工程的質量，所以在材料進場過程當要保證所采購的結構構件具有自檢合格書以及質保書，保證其在運行過程當中并未產生變形以及破損，對其制作材料的幾何尺寸、構件編號和標記進行確認后，根據施工進度確定鋼結構構件分批次、分工序有序進場和存放。值得注意的是，鋼結構構件對于存放環境有著極高的要求，因此不得存放于潮濕低溫的地點，同時要做好防雨、防腐蝕措施，盡量將鋼結構構件置于枕木之上。

3.2.2 合理選擇連接方式

鋼結構的連接有焊接以及高強螺栓連接兩種方式。焊接技術施工的要點在于根據現場鋼結構的焊接節點形式、類型和規格選用適當的焊接方法，并完成相關的工藝評定指導書的制定。同時根據鋼結構實際情況選擇焊條并保證引出板、焊接口、預熱以及鋼墊板等所有準備工作實施到位。焊接的過程中要滿足邊焊接邊清理的施工原則，保證事前準備、施焊過程以及成品檢驗各個過程皆能夠執行嚴格的質量控制規定[4]。

高強度螺栓安裝是除焊接之外鋼結構安裝的重要連接方式之一。其安裝過程中不僅要做到防潮防腐，避免造成物理損傷，同時也要注重安裝復檢。采用高強螺栓進行連接，關鍵的控制點在于扭矩，若安裝過程中扭矩值過高會導致高強螺旋超負荷運行，很容易造成螺栓斷裂；反之，扭矩值過小，難以達到預定的緊固作用，在連接緊固上也難以滿足實際的設計需求，久而久之出現松動脫落。因此，在完成高強螺栓安裝過程中需要通過嚴格的計算和恰到好處的控制來保證連接強度。

3.2.3 注重防腐防銹工作

鋼結構應用過程中最大的弊端就是容易腐蝕生銹，因此防腐工作一定要得到足夠的重視，為后期的保養和維護奠定基礎。當前涂抹油漆是最為常見的防銹方式，整個刷涂過程中為了保證涂刷效果，首先應對鋼結構進行除銹打磨處理，利用鋼絲刷反復打磨直至平整光滑，若鋼結構表面所產生的銹蝕面積較大則需要通過砂輪機來輔助完成清理操作。打磨處理完成之后，油漆涂抹工作進行之前必須要保證鋼結構表面的干燥整潔，遵循洗刷到滿刷的涂抹流程，待涂抹工序完成之后進行膩子刮平，再次完成打磨清理工作涂刷磷化底漆。整個涂抹過程刷細、刷滿是基本要求。

3.2.4 重視吊裝施工

鋼結構在土木工程中通常應用于大跨度或者是高層建筑，因此吊裝施工是必要步驟，安全性和可行性是吊裝的宗旨。為減少二次運輸成本，吊裝工作的進行需結合工程實際遵循就近原則，按照施工方案詳細檢查相關設備以及原材料的配備情況。另外，吊裝工作進行過程中起吊點的正確選擇能夠保證物體在吊運過程中維持足夠的穩定性，避免傾斜翻轉以及變形損壞等事故的發生，最大限度地提升了吊裝工作的安全性。吊點選擇的過程當中重要的參考指標包括物體的形狀特點以及重心位置，當然也包括起重機的性能，整個吊裝過程要保證均速進行以避免高空墜物的風險發生[5]。

4 結束語

傳統土木工程項目施工過程中混凝土結構得到廣泛應用，但隨著建筑行業的不斷升級，混凝土結構難以滿足更高的建筑要求。鋼結構具備良好的環保性、經濟性以及安全性，同時就結構本身而言也有著十分突出的綜合性能，克服了諸多混凝土結構的弊端，發揮出良好的應用優勢，已成為當前土木工程施工的主流方向之一。隨著鋼結構施工技術的不斷提升，以及建筑行業的迅速發展，鋼結構在土木工程施工中也必定會朝向更為方便、快捷、高效的方向發展，持續推進建筑領域的發展。