基于鋼結(jié)構(gòu)在土木工程中的應(yīng)用研究

陳明舉

【摘 要】鋼結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)度高、負(fù)荷強(qiáng)且質(zhì)量輕的特點(diǎn)，這些特性在土木工程建設(shè)中具有優(yōu)越的使用價(jià)值，但其也有一些不足之處，因此在選用鋼結(jié)構(gòu)作為材料時(shí)必須要進(jìn)行合理的處理，以滿足工程的要求。

【關(guān)鍵詞】鋼結(jié)構(gòu)；特性；施工；土木工程

0.前言

通常情況下土木工程的建設(shè)會(huì)選用混凝土和鋼結(jié)構(gòu)兩種材料，這就需要對(duì)選材的特性以及缺陷是否能滿足工程需要來(lái)考慮，同時(shí)還要考慮選材的施工成本以及對(duì)工期的影響，必須要充分考慮多方因素后，再進(jìn)行合理的使用，這在土木工程建設(shè)中也是極其重要的。本文對(duì)鋼結(jié)構(gòu)在土木建筑中的運(yùn)用進(jìn)行的探討，并對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的特性及不足進(jìn)行了分析。

1.鋼結(jié)構(gòu)的特性

（1）韌性。建筑材料的韌性主要表現(xiàn)為材質(zhì)的變性能力，鋼結(jié)構(gòu)的韌性是鋼件的重要特點(diǎn)，一般表現(xiàn)為在安裝過(guò)程中所能承受的最大工業(yè)變形。鋼材的韌性決定了其在剪切、鍛造、沖孔、彎曲等使用過(guò)程中出現(xiàn)裂痕的概率，因此鋼結(jié)構(gòu)必須要有一定的斷裂特性，以保證鋼結(jié)構(gòu)承受沖擊負(fù)荷或狡辯負(fù)荷時(shí)，不容易出現(xiàn)斷裂[1]。溫度很大程度上會(huì)影響鋼材的韌性，溫度降低會(huì)減小鋼材的韌性，因此在一些氣候寒冷的地區(qū)，要著重考慮韌性因素，設(shè)計(jì)出合理的鋼結(jié)構(gòu)。

（2）強(qiáng)度。在施工中，工程不同的部位需要使用不同強(qiáng)度的材料，而鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度可根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)來(lái)鑒定，對(duì)于特定的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部位，必須要仔細(xì)的選擇鋼種的類型和強(qiáng)度級(jí)別。土木工程選用鋼結(jié)構(gòu)作為材料，其主要的優(yōu)點(diǎn)是能減少物料的使用，并且由于鋼結(jié)構(gòu)相較于混凝土，質(zhì)量也交情，能有效減輕結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，減小支撐部件的尺度，降低整體成本。

（3）延性。延性及材料的拉伸性能，在土木工程建筑中，延性是決定建筑抗震能力的重要參數(shù)，大部分地震中幸存的建筑，其主架構(gòu)的延性及非彈性形變能力都相對(duì)較高[2]。鋼結(jié)構(gòu)的延性和韌性是目前比較好的材料，相比混凝土等其他材料，要優(yōu)質(zhì)得多，但材料的延性不一定能完全轉(zhuǎn)化為建筑的特性，因此必須要合理的設(shè)計(jì)，以確保建筑的穩(wěn)定性和可靠性。

（4）剛度。結(jié)構(gòu)的剛度決定了其變形和振動(dòng)的程度，并且直接影響整個(gè)結(jié)構(gòu)體系剛度。鋼結(jié)構(gòu)在剛度上要明顯強(qiáng)于混凝土，鋼結(jié)構(gòu)的剛度一般為200GPa，而普通的混凝土唐星只有20-28GPa，鋼結(jié)構(gòu)明顯要由于混凝土，因此在土木建筑中，選用鋼結(jié)構(gòu)能顯著的提高整體建筑的質(zhì)量。

2.鋼結(jié)構(gòu)的不足

鋼結(jié)構(gòu)具有與很多優(yōu)良的性能，被運(yùn)用于多種不同的土木建筑當(dāng)中，但鋼結(jié)構(gòu)不適用于所有情況，在某些特定情況下，可能并不適合，其主要不足表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）鋼材設(shè)計(jì)薄弱。鋼材設(shè)計(jì)要以鋼件的使用功能為主要原則，所設(shè)計(jì)的鋼件首先必須要滿足實(shí)際運(yùn)用的要求，根據(jù)部件的要求設(shè)計(jì)特定功能的部件，例如設(shè)計(jì)一些承載量大的部件，設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的承重能力，排除可能出現(xiàn)變形的不適合結(jié)構(gòu)，同時(shí)還要考慮外觀等因素進(jìn)行綜合的設(shè)計(jì)[3]。進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)連接時(shí)，由于鋼結(jié)構(gòu)通常會(huì)有很多的節(jié)點(diǎn)，因此在焊接時(shí)一定要對(duì)每一處螺絲、焊縫以及墊板進(jìn)行精準(zhǔn)度計(jì)算，且在制造時(shí)要一步到位。這樣使得鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)變得復(fù)雜得多，相比混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要的圖紙較多，對(duì)設(shè)計(jì)人員的素質(zhì)要求也比較高。

（2）無(wú)完善的價(jià)格標(biāo)準(zhǔn)。受鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)體系不完整的影響，鋼結(jié)構(gòu)的市場(chǎng)價(jià)格通常比較高，近年鋼鐵行業(yè)雖然有所發(fā)展，產(chǎn)量也大幅提高了，但價(jià)格依舊相對(duì)較高，屬于建筑中較貴的材料。因此，為了鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展，建立完整的價(jià)格標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)顯得很有必要。

（3）材質(zhì)的不足。鋼結(jié)構(gòu)的剛性、韌性、延展性以及強(qiáng)度都要遠(yuǎn)勝于混凝土，但在某些已經(jīng)給定了固定負(fù)載的建筑情況中，由于鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度高、體積小，就使得其截面要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于同等功能的混凝土，這就使得其承受面受到了限制，通常情況下，這時(shí)候?yàn)榱吮ＷC建筑的穩(wěn)定性和可靠性，只能選用大尺寸的鋼材進(jìn)行安裝，或者使用混凝土進(jìn)行空缺的填充和外包混凝土的方式來(lái)解決，以此來(lái)提高鋼結(jié)構(gòu)截面不足的缺陷[4]。另外，鋼材容易受腐蝕，且溫度對(duì)其影響較大，通常情況下鋼材在100攝氏度下不會(huì)發(fā)生明顯變形，但當(dāng)溫度上升到150攝氏度時(shí)則會(huì)發(fā)生一定的變化，因此在鋼材的使用過(guò)程中，要注意在表面涂上防火隔熱材料，對(duì)鋼材進(jìn)行保護(hù)，尤其重點(diǎn)部位必須涂上防火、防銹蝕等外漆材料。

（4）鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)體系不完整。鋼結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)規(guī)模有限，只有在大規(guī)模生產(chǎn)時(shí)才能體現(xiàn)它的優(yōu)越性，而我國(guó)目前對(duì)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)沒(méi)有統(tǒng)一的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)以及價(jià)格標(biāo)準(zhǔn)，監(jiān)管單位的監(jiān)督管理也比較欠缺，這就為鋼結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)造成了混亂。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)也會(huì)越來(lái)越多，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)將是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)，建立起鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、價(jià)格等一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的市場(chǎng)。

3.鋼結(jié)構(gòu)施工中的注意事項(xiàng)

3.1油漆工藝流程

（1）基層處理。油漆工作前要先清理金屬表面，包括油漬、銹跡、塵土等，如果表面有比較嚴(yán)重的腐蝕，則要用鋼絲刷和鏟刀清理干凈，如果面積過(guò)大，則可使用砂輪機(jī)清理。（2）涂防銹漆、刮膩?zhàn)?。油漆的進(jìn)行必須要保持金屬表面的干燥，涂漆時(shí)，要注意油漆的飽和度以及細(xì)節(jié)的處理，要注意的是鉚釘內(nèi)不可涂料。防銹漆變干后，使用膩?zhàn)訉?duì)表面進(jìn)行刮平，膩?zhàn)幼兏珊筮€要打磨，并且將表面清理干凈。（3）涂磷化底漆。涂上磷化底漆兩小時(shí)后，將磷化殘留清理干凈，干燥后表面會(huì)生成灰褐色的磷化膜，之后再涂底漆。（4）涂刷面漆。鋼材表面的涂刷要注意油漆的飽和度和均勻，并且盡量無(wú)色差，通常要刷兩次以上，保證油漆厚度在70μm以上，避免漏油和凹凸不平的現(xiàn)象發(fā)生。

3.2鋼材的選用和連接

鋼材一般分為型材、板材、管材以及金屬制品，土木建筑中常用的鋼材一般為普通碳素鋼、優(yōu)質(zhì)碳素鋼以及低合金鋼，碳鋼是具有有講好的硬度和強(qiáng)度，但是其可塑性相對(duì)要差。建筑鋼結(jié)構(gòu)中，梁多為軋制和焊接的H型鋼梁，而柱子截面一般采用十字形截面、寬翼緣工字形、箱型截面等，某些特殊的情況也可以采用符合截面。在安裝前，需要對(duì)焊接口進(jìn)行焊接試驗(yàn)，以準(zhǔn)確獲得焊接參數(shù)?？捎酶邚?qiáng)螺栓或者焊接法來(lái)連接建筑梁和柱，注意使用高強(qiáng)螺旋連接法時(shí)，要準(zhǔn)確的進(jìn)行鉆孔。鉆孔通常由兩種方式，一種是模板鉆孔，這種方式的精度性對(duì)要低；另一種是數(shù)控鉆孔，精確度要高一些，建議在施工過(guò)程中，盡量選用數(shù)控鉆孔為好。

3.3鋼構(gòu)件的存儲(chǔ)與安裝點(diǎn)的選擇

在安裝過(guò)程中，安裝用地通常是結(jié)構(gòu)用地的1.5倍，鋼結(jié)構(gòu)運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)后，應(yīng)該安置在機(jī)械的回轉(zhuǎn)半徑以內(nèi)。若果鋼結(jié)構(gòu)在運(yùn)輸過(guò)程中出現(xiàn)變形等問(wèn)題，在安裝前要加以矯正，以保證安裝后不厚造成不利影響。安裝過(guò)程需要使用到起重機(jī)，起重機(jī)應(yīng)選擇臂桿足夠長(zhǎng)的，起重能力較強(qiáng)的，以滿足多種構(gòu)件的需要。對(duì)于需要多機(jī)共同操作的，必須要有充足的高度，不同起重機(jī)之間的距離也要調(diào)整好，以避免相互碰撞。

4.結(jié)束語(yǔ)

鋼結(jié)構(gòu)由于本身的強(qiáng)度、韌性。延展性等優(yōu)良的特性，被土木工程建筑所青睞，越來(lái)越多的被應(yīng)用于各種建設(shè)當(dāng)中，其穩(wěn)定性與可靠性得到了用戶的肯定。聯(lián)合混凝土的使用，能適應(yīng)多種不同建筑工程的要求，鋼結(jié)構(gòu)的運(yùn)用范圍不斷擴(kuò)大，逐漸向多元化的方（下轉(zhuǎn)第217頁(yè)）（上接第214頁(yè)）向發(fā)展，具有很大的發(fā)展空間。 [科]

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