淺議鋼結(jié)構(gòu)在土木工程中的應(yīng)用

孫勝楠

【摘要】土木工程作為一個(gè)重要的基礎(chǔ)學(xué)科，其重要的屬性為綜合性，社會(huì)性，實(shí)踐性，統(tǒng)一性。鋼結(jié)構(gòu)工程作為土木工程的一個(gè)重要分支，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活的改善方面起到到了重要的作用。同時(shí)，對(duì)眾多產(chǎn)業(yè)的振興發(fā)揮了促進(jìn)作用。鋼結(jié)構(gòu)工程的發(fā)展與經(jīng)濟(jì)繁榮和科技進(jìn)步是密不可分的。

【關(guān)鍵詞】特點(diǎn)；不足；施工方法

On the steel used in civil engineering

Sun Sheng-nan

（Chengde City Bureau of Housing and Urban Development Property Management Office Chengde Hebei 067000）

【Abstract】Civil engineering disciplines as an important foundation， its important attributes for a comprehensive， social， practical， unity. Steel works as an important branch of civil engineering， in improving the national economy development and people's lives to play an important role. Meanwhile， many industries have played a role in promoting revitalization. Development and scientific and technological progress and economic prosperity are inextricably linked steel works.

【Key words】Features；Inadequate；Construction method

1. 土木工程中鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

1.1 強(qiáng)度。一般來(lái)說(shuō)，材料的強(qiáng)度決定結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受或容納作用效應(yīng)的能力。利用相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確定結(jié)構(gòu)鋼的構(gòu)件性能，這些標(biāo)準(zhǔn)中列出了鋼結(jié)構(gòu)可使用的材料，比如建筑結(jié)構(gòu)鋼需要滿足CSASTMstandardA992/A992M或者CAN/CSAG40.20/C40.21等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。近些年來(lái)，建筑用鋼發(fā)生了很大的變化，過(guò)去的建筑結(jié)構(gòu)所用的抗拉強(qiáng)度以及屈服強(qiáng)度相關(guān)數(shù)據(jù)均摘自于CISC（2006）歷史記錄，而目前加拿大對(duì)于工程結(jié)構(gòu)鋼以及普通建筑結(jié)構(gòu)鋼的標(biāo)準(zhǔn)定出7個(gè)鋼種和8個(gè)強(qiáng)度級(jí)別，屈服強(qiáng)度范圍為260～700MPa。不過(guò)并不是全部的鋼種都有所有的強(qiáng)度級(jí)別，因此如果是一個(gè)特定的建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，那么對(duì)鋼種類型和強(qiáng)度級(jí)別的選擇就非常重要。從整體來(lái)說(shuō)，采用鋼結(jié)構(gòu)可以減少物料消耗、減輕結(jié)構(gòu)自重、降低支撐部件與地基的尺寸，最終降低整個(gè)建筑的結(jié)構(gòu)成本。

1.2 剛度。剛度決定構(gòu)件的振動(dòng)、變形等適用性參數(shù)，進(jìn)而決定結(jié)構(gòu)體系的剛度。其構(gòu)件和連接件的分布又決定了結(jié)構(gòu)體系的實(shí)際剛度。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，構(gòu)件的剛度由材料的幾何截面特性以及材料的彈性模量來(lái)決定，結(jié)構(gòu)鋼的彈性模量通常為200GPa。而普通密度抗壓強(qiáng)度在20～40GPa范圍內(nèi)的混凝土其彈性模量通常在20～28GPa范圍內(nèi)；即使對(duì)于高強(qiáng)度混凝土來(lái)說(shuō)，其彈性模量也不過(guò)在40～45GPa之間，由此可見(jiàn)，鋼結(jié)構(gòu)的鋼性是混凝土的十倍及五倍左右，所以鋼結(jié)構(gòu)的剛性有著顯著的優(yōu)勢(shì)。

1.3 延性。延性指的是某種材料拉伸的過(guò)程中無(wú)斷裂的塑性變形能力。一般情況下延性是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，特別是抗震設(shè)計(jì)中比較重要的特性參數(shù)，地震中幸存的建筑物直接依賴于主要結(jié)構(gòu)框架經(jīng)歷大的非彈性變形時(shí)的滯后耗能性。鋼結(jié)構(gòu)可以說(shuō)是目前使用最廣泛的、韌性最好的工程材料之一。不過(guò)材料內(nèi)在的延性并不一定都會(huì)轉(zhuǎn)化為建筑結(jié)構(gòu)的內(nèi)在延性，因此要充分認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)，采取適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)策略和可靠、穩(wěn)定的滯消機(jī)制。通常一個(gè)設(shè)計(jì)具有延性響應(yīng)就要有足夠的材料截面、材料延性以及結(jié)構(gòu)延性和構(gòu)件延性。延性值的能力和需求要與變延性水平、曲率延性（構(gòu)件延性）以及位移延性（結(jié)構(gòu)延性）所匹配。不過(guò)雖然鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)變延性比較高，但是因?yàn)槭軓潣?gòu)件的受力不穩(wěn)定，所以構(gòu)件的曲率延性經(jīng)常不足。

1.4 韌性。衡量材料斷裂前吸收能量以及塑性變形的能力的指標(biāo)就是韌性。它可以抵抗缺口部位的不穩(wěn)定裂紋的擴(kuò)展。韌性通常表示鋼結(jié)構(gòu)在制造、安裝以及使用過(guò)程中可以承受比較大的工業(yè)變形，是鋼結(jié)構(gòu)一個(gè)很重要的特點(diǎn)。正是因?yàn)殇摌?gòu)件的韌性才使其在彎曲、剪切、沖孔、鍛造、鉆孔等制作過(guò)程中降低了產(chǎn)生裂紋的可能性。鋼結(jié)構(gòu)足夠的斷裂韌性是必須具備的，特別對(duì)受到交變荷載以及沖擊荷載的建筑結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)更要具備此特性。鋼結(jié)構(gòu)的斷裂韌性對(duì)于溫度條件很敏感，并且隨著溫度的減小而降低。所以在天氣寒冷的地區(qū)設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)，首先要考慮韌性。

由上可知，無(wú)論是從剛度、強(qiáng)度還是在延性方面，鋼結(jié)構(gòu)都要優(yōu)于鋼筋混凝土，通常鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可以提供最佳的設(shè)計(jì)靈活性以及最大的空間利用率。

2. 土木工程中鋼結(jié)構(gòu)的不足

2.1 使用年限比較短。

鋼結(jié)構(gòu)的一個(gè)致命的缺點(diǎn)就是使用年限比較短，但通常壽命僅有5～10年，然而混凝土結(jié)構(gòu)最大的優(yōu)勢(shì)就是可以永久使用。假如，住宅建筑采用鋼結(jié)構(gòu)，那么很多人就會(huì)放棄購(gòu)買，這就必然影響了建筑物的銷售，因此，我們必須要引起高度的重視。

2.2 價(jià)格較高。

受多種因素的影響，當(dāng)前，我國(guó)的鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)一直未形成體系，所以說(shuō)，其價(jià)格依舊是國(guó)民考慮的關(guān)鍵問(wèn)題。

2.3 生產(chǎn)體系未形成。

鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)的優(yōu)越性務(wù)必要進(jìn)行大規(guī)模的生產(chǎn)才能得以體現(xiàn)。當(dāng)前，我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)、價(jià)格標(biāo)準(zhǔn)都尚未成形，國(guó)家監(jiān)管的力度也比較弱，使得開(kāi)發(fā)人員與設(shè)計(jì)人員都很茫然。endprint

2.4 設(shè)計(jì)復(fù)雜。

建筑結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)的時(shí)候，要到充分的注意到其使用的范圍，在設(shè)計(jì)較高承載力的時(shí)候就需要采用鋼結(jié)構(gòu)，要兼顧到不適合繼續(xù)承載的巨大變形為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的極限。其中鋼結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)多，計(jì)算一定要精確而且還得盡量做到一次就位，因此鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)就更加的復(fù)雜化，圖紙也會(huì)更多。

2.5 材料的不足。

鋼結(jié)構(gòu)的剛度大于混凝土，但對(duì)于負(fù)載而確定的情況，鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件則小于與其對(duì)比的混凝土結(jié)構(gòu)，主要是因?yàn)殇摰膹?qiáng)度使構(gòu)件的尺寸較小。假如我們要想提高構(gòu)件的穩(wěn)定就需要增加鋼的尺寸，使得其成本增加。且鋼的腐蝕性與耐火性均有待提高，一旦溫度超過(guò)所能承受的限度，就得需要采用隔熱層來(lái)進(jìn)行保護(hù)，其中重要的部位必須要做防火處理。

3. 土木工程鋼結(jié)構(gòu)施工中的一些方法

3.1 鋼結(jié)構(gòu)安裝要點(diǎn)。

根據(jù)土木工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)的不同，對(duì)剛結(jié)構(gòu)施工安裝的要求也不盡相同，總的來(lái)看，該過(guò)程較為復(fù)雜，此處只作一些簡(jiǎn)要的說(shuō)明。

（1）選材與連接。

一般情況，我們把平時(shí)使用的鋼材劃分為四類，即板材、型材、金屬制品和管材。土木工程中的建筑鋼材常常首選普通的碳素鋼和低合金鋼，如有一定需要，也會(huì)考慮優(yōu)質(zhì)的碳素結(jié)構(gòu)鋼。在鋼結(jié)構(gòu)為主的土木工程項(xiàng)目中，柱截面較為常見(jiàn)的是寬翼緣“工”字形，“十”字形截面等等；梁多數(shù)是“H”型鋼梁。在安裝以前，就要明確的計(jì)算出所需各項(xiàng)鋼材的參數(shù)，梁與梁之間、梁與柱之間的連接，可以采取焊接連接或高強(qiáng)螺栓連接，特別要注意高強(qiáng)螺栓的連接孔位的精度。

（2）油漆工藝流程。

首先，要處理掉鋼材表而的污垢，第二步就是去銹。這兩個(gè)步驟我們要根據(jù)實(shí)際情況采取不同的處理方法，如果鋼材表面銹蝕較小，我們可以采用手工刷打、打磨的方法；如果銹蝕較為嚴(yán)重，我們需要采取機(jī)器先行處理，然后進(jìn)行手工輔助，總之，做好鋼材的基層處理就是要使鋼材的表而光亮、平滑、煥然一新。在基層處理的基礎(chǔ)上，我們需要保證鋼材表面的干燥，涂防銹漆和刮膩?zhàn)拥倪^(guò)程中一定要細(xì)致到位，不能使涂料填蓋鉚孔。確保刮平、干燥以后，不宜將材料堆放時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。如有特殊原因，不能及時(shí)使用已處理的鋼材，我們要對(duì)材料進(jìn)行再加工。

3.2 鋼結(jié)構(gòu)的施工特點(diǎn)。

構(gòu)件加工運(yùn)輸?shù)跹b要細(xì)致。鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面尺寸要求嚴(yán)格，而鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件的截面厚度又較薄，因此構(gòu)件的加工質(zhì)量至關(guān)重要。在運(yùn)輸過(guò)程中應(yīng)保證構(gòu)件不變形不受損，到現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，堆放場(chǎng)地要通風(fēng)且防潮防腐，且一般置于吊裝運(yùn)輸?shù)葯C(jī)械的回轉(zhuǎn)半徑內(nèi)，便于運(yùn)輸和吊裝。鋼結(jié)構(gòu)既然有防火防腐要求，因而防火防腐涂料本身的質(zhì)量和涂裝就要加強(qiáng)監(jiān)督和管理，包括金屬表面基層的處理、油漆的遍數(shù)和涂刷厚度以及檢驗(yàn)要求等。

4. 結(jié)語(yǔ)

隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)建筑的質(zhì)量、美觀要求更高，鋼結(jié)構(gòu)不斷普遍運(yùn)用到建筑工程中，這是符合建筑發(fā)展趨勢(shì)的。其在質(zhì)量、施工、成本上都具有很大的優(yōu)勢(shì)。因此，在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)我們要不斷的提高設(shè)計(jì)理念和行業(yè)認(rèn)知，提高專業(yè)人士的技術(shù)能力，還要不斷的培養(yǎng)專業(yè)人才，為鋼結(jié)構(gòu)施工提供強(qiáng)有力的保障，也促進(jìn)我國(guó)建筑行業(yè)的健康發(fā)展。

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