關(guān)于土木工程中鋼結(jié)構(gòu)的應用淺析

姜正權(quán)

摘要：土木工程結(jié)構(gòu)常用到兩種材料，即鋼筋混凝土以及結(jié)構(gòu)鋼，對于土木工程來說，不僅要從結(jié)構(gòu)特性的角度考慮，還要考慮施工的成本有效性以及施工有效性。

關(guān)鍵詞：土木工程；鋼結(jié)構(gòu)；特點；施工

前言

如今我們的建筑設(shè)計施工過程中，都要求建筑有更好的性能，不僅僅是建筑需要有更高的強度，不僅僅是需要建筑有更好的抗震能力，還需要建筑有更好的延展性，需要建筑在質(zhì)量上有所減少。所以說，在高層建筑也越來越多的今天，鋼結(jié)構(gòu)作為一種有著極佳性能的結(jié)構(gòu)，越來越多的被使用到土木工程當中，并且起到越來越多的作用。

1 鋼結(jié)構(gòu)的特點分析

1.1 鋼材性能好

通常所說的鋼結(jié)構(gòu)是在鋼材中摻入錳、鈦、硅等元素構(gòu)成的合金材料。鋼結(jié)構(gòu)的強度和剛度都十分高，具有很強的抗壓和抗拉能力，防震性能也比較好，使得建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量可以得到充分的保證。再者，擁有良好的韌性和延展性，結(jié)構(gòu)具有很好的穩(wěn)定性和承壓能力。同時，由于鋼材中可以融合多種其他的元素，可以對鋼才的性能進行有針對性的改進，得到具有高韌性、抗疲勞、抗沖擊、耐氧化的特種鋼材，使建筑物的質(zhì)量得到充分的保證。

1.2 可塑性高、用途廣

鋼結(jié)構(gòu)具有很好的耐壓性和韌性，自身重量輕，廣泛應用于影院、機場、體育館等傳統(tǒng)的土木工程難以做到的大跨度結(jié)構(gòu)中。在大空間大跨度結(jié)構(gòu)中，如果用于支撐的柱子過少，建筑物的質(zhì)量就得不到保證，柱子過多則會影響空間的平面布置，而鋼結(jié)構(gòu)就可以用于不需要柱子支撐的大空間結(jié)構(gòu)體系。同時，鋼結(jié)構(gòu)因其具有良好的焊接性能從而具備很高的可塑性，在工程中應用廣泛。此外，隨著各種輕質(zhì)鋼材的出現(xiàn)，結(jié)構(gòu)自重進一步降低，不僅對地基的要求有所降低，還可以節(jié)約建筑的成本。

1.3 施工便利、質(zhì)量穩(wěn)定

混凝土結(jié)構(gòu)在施工時極易受到天氣等環(huán)境的影響，有時候還會影響到工程的正常施工，延長施工的時間。而鋼結(jié)構(gòu)的建材可以在工程中直接合成，受天氣變化的影響比較小。此外，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的施工可以與混凝土結(jié)構(gòu)的施工交叉進行，施工方便且施工的速度快。在同等條件下可以比混凝土結(jié)構(gòu)施工的周期縮短30%左右，同時，鋼結(jié)構(gòu)自身的韌性、延展性和抗壓性可以確保工程的安全性和質(zhì)量。

1.4 環(huán)保節(jié)能

在鋼結(jié)構(gòu)建筑的施工過程中，由于施工的作業(yè)量不大，產(chǎn)生的噪音比較少，施工中產(chǎn)生的廢料可以進行有效的回收利用，對環(huán)境的影響較小，再加上鋼結(jié)構(gòu)的投入相對較少產(chǎn)生的收益高，拆卸方便等優(yōu)點使其成為土木工程施工建設(shè)中一個重要的組成部分。相對于混凝土結(jié)構(gòu)來說，鋼結(jié)構(gòu)用鋼材代替了砂石混凝土等材料，在施工過程中不會產(chǎn)生粉塵，對環(huán)境的污染較小。同時鋼材也便于存放，回收利用率高，不會產(chǎn)生很多的建筑垃圾，減小了環(huán)境的壓力。

2 土木工程使用鋼材的優(yōu)缺點

2.1 鋼材結(jié)構(gòu)使用的優(yōu)點

（1）鋼結(jié)構(gòu)的使用，有一定的價格優(yōu)勢，而且能夠節(jié)約建筑材料的使用。節(jié)約材料的使用，主要就是同樣質(zhì)量的鋼結(jié)構(gòu)，和同樣質(zhì)量的混凝土結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)的各個方面的性能都遠遠超過普通的混凝土，鋼結(jié)構(gòu)的使用能夠節(jié)約大量的混凝土材料使用，就能從一定程度上節(jié)約建筑工程的總體造價，給建筑工程的建造提供便利。

（2）鋼結(jié)構(gòu)使用能讓我們的建筑重量減輕，尤其是如今高層建筑的施工，就越來越依靠鋼結(jié)構(gòu)的施工。因為同樣強度的混凝土自重比較大，特別是越高的建筑混凝土的自重就會更大，越是下層的結(jié)構(gòu)需要承受的重量就比較大，甚至對地基的沉降也會造成一些影響，讓建筑本身和周圍的建筑安全都受到影響。所以說傳統(tǒng)的混凝土施工制約著高層建筑的發(fā)展，而鋼結(jié)構(gòu)的使用，大大的減輕了建筑的重量，減輕了建筑下部結(jié)構(gòu)的壓力。

（3）鋼結(jié)構(gòu)的使用給建筑的綜合性能的提高起到了一定的作用。正是由于鋼結(jié)構(gòu)“強度；剛度；延性；韌性”四個方面所擁有的極高的性能，就讓鋼結(jié)構(gòu)建筑，在建筑的抗震性能，抗風性能，抗破壞的能力都有大幅的提升。

2.2 鋼材結(jié)構(gòu)使用的不足

（D耐火性不足，這是鋼結(jié)構(gòu)最大的缺點，我們耳熟能詳?shù)摹?11”事件，倒塌的雙子塔，高層受到恐怖分子襲擊后，導致大樓徹底損毀的原因就是因為火。金屬材料在受到高溫以后就會融化，或者原本的狀態(tài)就會受到破壞。這就是鋼結(jié)構(gòu)在建筑土木工程中的缺陷，一旦受到火災就會影響到鋼結(jié)構(gòu)的性能，影響到建筑安全。

（2）鋼結(jié)構(gòu)在使用的過程中耐腐蝕的能力不足，很多時候都無法避免會受到一些自然物質(zhì)的侵蝕。就算是采取了一些保護措施，一樣會受到破壞，時間長了一些，鋼材受到空氣氧化，受到一些酸堿物質(zhì)的破壞，就會導致鋼結(jié)構(gòu)的性能受損。

（3）鋼結(jié)構(gòu)的使用年限問題，如今的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限，和建筑要求的使用年限是不夠的，普通的鋼結(jié)構(gòu)在如今的使用都是只能保證五十年的使用年限，所以說，鋼結(jié)構(gòu)的耐久性，也是制約鋼結(jié)構(gòu)大量使用的問題。

（4）鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求比較高，在如今的鋼結(jié)構(gòu)使用過程中，同樣一個效用構(gòu)件，鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計遠遠比混凝土的設(shè)計要復雜得多，整個計算過程比較繁瑣，設(shè)計也容易出現(xiàn)失誤，影響鋼結(jié)構(gòu)最終的使用效果，所以說鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計問題還沒有能夠很好突破，鋼結(jié)構(gòu)的使用還是一個相當小心細致的過程。

（5）鋼材市場，也是有一定的問題，如今的鋼材市場，價格不是很穩(wěn)定，而且土木工程使用鋼結(jié)構(gòu)，鋼材的使用價格相對偏高，建筑使用鋼結(jié)構(gòu)雖然能夠節(jié)約建筑施工成本，但是鋼結(jié)構(gòu)大量的使用卻是比較昂貴的。

3 鋼結(jié)構(gòu)應用的制約因素分析

3.1 專業(yè)的技術(shù)人員缺乏

鋼結(jié)構(gòu)在土木工程中的應用相比于混凝土結(jié)構(gòu)來說還不是很廣泛，目前在我國還處于開發(fā)階段，相關(guān)的設(shè)備和技術(shù)還不是很完善，尤其是技術(shù)人員的數(shù)量還遠遠滿足不了發(fā)展的需求。在施工過程中，技術(shù)人員的缺乏會使施工的質(zhì)量得不到充分的保證，造成鋼材用量過多、建筑成本增加、工程質(zhì)量無法保證等一系列問題。同時，相應的施工人員的缺乏會延緩施工的進度，延長施工的工期，降低了建筑的設(shè)計效果。

3.2 防火性能差

鋼材雖然不是易燃材料，自身的耐火性能也比較好，但是鋼材的力學性能隨溫度變化比較大，在200℃以下時，鋼材的力學性能比較穩(wěn)定，而一旦超過了200℃鋼材的性能就會顯著下降，而達到600℃時，鋼材幾乎不再有承載能力，產(chǎn)生巨大的變形。所以，在鋼結(jié)構(gòu)建筑發(fā)生火災時，其后果往往比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)更加嚴重，甚至有可能引發(fā)整個建筑的崩塌和解體。

3.3 相應的標準和規(guī)范還有待完善

目前，鋼結(jié)構(gòu)在我國土木工程領(lǐng)域已經(jīng)有了相應的標準和規(guī)范，但是在實際應用的過程中，還存在很多問題。如依據(jù)規(guī)范設(shè)計出的結(jié)構(gòu)用鋼量過大，使用強度過高的鋼材造成了資源的浪費，而強度過低的鋼材又滿足不了結(jié)構(gòu)的要求等，因此，還需要不斷地對鋼結(jié)構(gòu)的標準和規(guī)范進行改進，以適應鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展。

4 鋼結(jié)構(gòu)施工的要點分析

鋼結(jié)構(gòu)的整體施工流程還是比較復雜的，不同建筑在施工細節(jié)上的具體要求也有很大的不同，下面就鋼結(jié)構(gòu)施工中的幾個要點進行簡單的介紹。

4.1 選材與連接

鋼材主要由型材、板材、管材以及金屬制品等四大類。而土木工程中使用的建筑鋼材主要是普通的碳素鋼、低合金鋼和優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。碳素鋼的塑性比較差，但是強度和硬度十分高。在鋼結(jié)構(gòu)中，所用結(jié)構(gòu)柱的截面大多數(shù)是工字型截面和箱型截面，此外十字型截面也比較常見；而梁很多是軋制或者焊接而成的“H”型截面，在一些特殊情況下還可以依據(jù)需要做成復合截面。在安裝前要對焊接接頭進行必要的焊接工藝試驗，確定出結(jié)構(gòu)的各項參數(shù)。

4.2 鋼構(gòu)件的堆放與機械安裝地點的選擇

一般來說，安裝結(jié)構(gòu)的占地面積至少應該在結(jié)構(gòu)占地面積的1.5倍以上，在施工過程中按照施工的順序?qū)?gòu)件從堆放場配套運送至現(xiàn)場，采用裝卸設(shè)備將構(gòu)件置于安裝機械的作業(yè)半徑內(nèi)。在鋼構(gòu)件運輸?shù)倪^程中如果出現(xiàn)了變形，要在施工前進行有效地矯正。鋼結(jié)構(gòu)的安裝一般采用塔式起重機，其吊臂要有足夠的長度，能夠覆蓋到施工的區(qū)域，并且起重能力也要滿足要求；鋼絲繩的容量要滿足構(gòu)件起吊高度的要求；起吊速度要滿足施工進度的要求。在多機共同作業(yè)時要避免運轉(zhuǎn)過程中發(fā)生碰撞。

4.3 油漆工藝流程

在對鋼結(jié)構(gòu)進行油漆粉刷時，第一，要進行基層處理，將金屬表面清理干凈然后作除銹處理。在手工處理時應先用鋼絲刷反復刷磨，然后用紗布進行打磨，使表面平滑光亮。然后再用紗布將銹粉清理干凈。如果大面積銹蝕可利用砂輪機來配合清理；第二，要涂刷防銹漆并刮膩子。在涂漆前要檢查鋼材表面是否干燥，涂漆時要刷滿、刷細，并且不能使涂料進入鉚孔，等防銹漆干燥后采用與油漆配套的膩子將構(gòu)件表面刮平，在膩子干燥后打磨平整并作清理；第三，要涂磷化底漆，磷化底漆由磷化液和底漆組成，在涂磷化底漆大約2小時左右就可以涂刷其他的底漆或面漆，24小時后用清水來清理構(gòu)件表面產(chǎn)生的磷化殘留物。在干燥后表面如果形成均勻的褐色磷化膜，說明以達到良好磷化效果；第四，要刷涂面漆。在粉刷過程中要飽滿均勻、色澤一致，在粉刷后要檢查是否有漏刷現(xiàn)象存在。鋼結(jié)構(gòu)通常要刷兩遍面漆，其實際厚度應在70微米左右。

5 結(jié)語

總而言之，在建筑工程中，我們要對鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點加以充分的利用，對其不足要采取相應的措施來進行改進，隨著施工工藝的不斷進步和鋼材性能的不斷改良，鋼結(jié)構(gòu)在未來土木工程建設(shè)中會有巨大的發(fā)展空間。