淺談土木工程施工中鋼結構技術

文/齊爽 長春黃金設計院有限公司 吉林長春 130000

在城市化建設的大背景下，土木工程數(shù)量增多，鋼結構不僅具有良好的技術性能，而且兼具經(jīng)濟性和環(huán)保性，因此在工程施工中應用廣泛。鋼結構是由型鋼、鋼板組成的鋼柱、鋼梁、鋼桁架等構件，各個構件之間采用螺栓、鉚釘、焊縫連接，常用于場館、大型廠房、高層建筑中。以下結合實踐，探討了鋼結構施工技術的具體應用。

1、鋼結構的技術優(yōu)點和缺點

1.1 優(yōu)點

①抗壓性能高。鋼材具有良好的剛度和延展性，將其制作成鋼結構，能明顯提高抗壓性能，保證工程結構的穩(wěn)定性。在惡劣環(huán)境中，采用鋼結構不僅能抵御自然環(huán)境風險，還能延長使用壽命，提高建筑物的整體安全性。②機械化程度高。鋼構件的制作、拼裝比較簡單，可以在工廠內安裝，也可以在現(xiàn)場安裝。而且，鋼構件的成品精度高，方便利用機械設備進行拼裝，從而提高作業(yè)效率、縮短工期。③自重輕。鋼材的強度、彈性模量大，相比于木材、混凝土，鋼材的密度和屈服強度比值小，在相同的受力條件下，鋼構件的截面更小、自重更輕，能方便運輸和安裝，適用于大跨度工程項目[1]。

1.2 缺點

①負載能力低。和混凝土相比，鋼構件的負載能力低，由于截面積小，會影響建筑結構的穩(wěn)定性。②耐火性差。當溫度處于300-400℃之間，鋼構件的強度、彈性模量均明顯降低；當溫度高于600℃，鋼構件的強度基本為零。③耐腐蝕性差。鋼構件長期處于潮濕環(huán)境中，容易發(fā)生銹蝕，如果防護措施不到位，會降低鋼構件的剛度和韌性，繼而發(fā)生結構損壞。

2、土木工程中鋼結構施工技術要點

2.1 選材連接

目前鋼結構材料主要分為型材、板材、管材、金屬制品4種類型，以碳素鋼為例，在工程施工中的應用普遍，具有較高的強度、硬度、可塑性。從工程項目來看，柱體截面主要是十字形、工字形、箱形；梁體截面主要是箱形、H形。選材時，施工企業(yè)應該以圖紙設計、標準規(guī)范、現(xiàn)場環(huán)境為準，既能保證工程質量，又能降低造價成本。鋼構件在連接時，如果采用高強螺栓連接，要求嚴格檢查螺栓質量，保證連接孔位的精確性；如果采用焊接方式，則要進行焊接試驗，從而確定最佳焊接參數(shù)。

2.2 構件堆放

鋼構件在現(xiàn)場安裝時，實際占地面積要大于結構占地面積。受到運輸、吊裝的影響，如果鋼構件發(fā)生變形，應該及時矯正，以滿足設計要求。吊裝時，一般選擇塔式起重機，要求臂桿長度能覆蓋整個作業(yè)范圍，起重能力滿足實際需要，科學選擇鋼絲繩的長度和強度，合理確定起吊速度等。此外，如果是多臺塔吊協(xié)同作業(yè)，應該選擇好機械安裝地點，通過調整臂桿高差，避免作業(yè)期間發(fā)生碰撞，從而保證施工安全順利進行[2]。

2.3 梁柱安裝

對于多跨門式鋼架工程，安裝梁柱時一般采用中柱、斜梁進行焊接。具體施工中，如此作業(yè)容易偏離施工圖紙的要求，甚至帶來安全隱患。對此，梁柱安裝期間，應該嚴格按照規(guī)范流程操作，分析現(xiàn)場施工環(huán)境，保證圖實相符；如果需要對連接板加寬、加厚，連接時可采用焊接方式。焊接作業(yè)時，施工人員應該控制好焊接寬度、厚度，保證外觀質量。以箱形柱和十字形柱的連接為例，要求十字形柱深入箱形柱的長度，要大于柱寬+200mm；且上、下接頭處均要設置焊接栓釘，過渡段栓釘?shù)拈g距、列距一般控制在150mm。

2.4 螺栓穩(wěn)固

鋼梁、鋼柱在吊裝期間，要求鋼構件完整無損，還要保護柱腳螺栓。實踐證實，柱腳螺栓的位置，直接影響鋼柱的定位，位置不準確會降低鋼結構的整體穩(wěn)定性。因此，預埋螺栓時將位置偏差控制在2mm以內，標高偏差控制在5mm以內；然后由技術人員進行測量復核，確保和設計圖紙保持一致[3]。施工作業(yè)中，保證墊圈方向一致，螺栓的穿入方向一致，重復擰緊超過3次，確保螺栓穩(wěn)定牢靠。

2.5 表面油漆

鋼結構施工完成后，應該及時清理金屬表面的雜質灰塵，除銹后涂刷油漆。如果采用人工手動處理，要求施工人員使用鋼絲刷摩擦鋼構件表面，然后使用紗布精細打磨，保證表面干凈平滑。當水分干燥后，及時涂抹防銹漆，要求涂滿涂勻，且油漆不能污染鉚釘、螺栓等，并對表面缺陷進行處理。涂刷面層油漆時，采用多刷多理方式，確保油漆色澤均勻、不流不墜。油漆涂刷完成后，委派專人進行檢查，避免出現(xiàn)漏刷漏涂的部位。

3、工程案例分析

3.1 工程概況

以國內某高校的體育館工程為例，位于北京市朝陽區(qū)，建筑面積共計約3.44萬m2，設計席位1.5萬個。建筑平面采用橢圓形設計方案，分為熱身館、比賽館兩個部分，其中地上4層、地下局部1層；上部屋蓋采用鋼結構體系，屬于預應力弦支穹頂結構。具體來說，該鋼結構體系包括上部網(wǎng)殼、下部豎桿、徑向拉桿拉索、環(huán)向拉索組成，具有明確的傳力路徑。正常荷載作用下，內力經(jīng)上部網(wǎng)殼傳遞到下部撐桿上，然后傳遞給拉索，繼而拉索對支座產生反向推力，既能減小結構對梁體的橫向推力，又能避免網(wǎng)殼出現(xiàn)變形和位移。

3.2 技術特點

該工程設計期間，采用節(jié)能規(guī)范設計理念，提高鋼結構的保溫隔熱性能，縮短能源系統(tǒng)的運行時間，實現(xiàn)節(jié)能降耗的目標，其技術特點如下：①針對各館傳熱系數(shù)K進行嚴格控制，其中透明屋頂、玻璃幕墻的K值低于2W/m2·℃，非透明屋頂?shù)腒值低于0.7W/m2·℃，外墻、窗戶的K值分別低于0.8、2.5W/m2·℃。②在大面積窗戶和幕墻上，采用可調節(jié)式遮陽板，控制陽光照射量。③館內以自然采光為主，根據(jù)規(guī)范標準控制窗地面積比值。結合體育館的使用功能，部分房間無法自然采光，因此采取調控和強化措施。④館內房間以自然通風為主，將房間的進深、層高比值控制在2.5以內。⑤鋼結構形狀特殊，有較多的曲線段，因此平面位置控制、鋼結構節(jié)點空間位置控制，是測量工作的重難點。

3.3 施工要點

如下圖1，是該鋼結構體系的施工工藝流程圖，施工期間要點總結如下：第一，鋼構件制作。從整個施工流程來看，鋼構件制作可以在準備環(huán)節(jié)完成，即在工廠內生產、加工、拼裝。當鋼構件運輸至現(xiàn)場，首先要查看鋼材標識，確保符合規(guī)格、型號要求。如果出現(xiàn)裂痕、變形等問題，則不能進入場地，應該返廠處理。其次主構件制作時，做好排料處理工作，為了滿足鋼板拼裝要求，要保證主構件的厚度和設計圖紙一致。最后在細節(jié)處理上，可采用光電跟蹤法對誤差進行控制，最好控制在1mm以內[4]。切割材料時，要采用特定形狀，保證表層光滑，以坡口為例，可以輔助利用磨光機，并對氧化層進行徹底清理。

第二，尺寸標高測量。鋼構件在拼裝前，應該進行工序交接，要求技術人員對各個定位點進行測量，獲得準確的尺寸數(shù)據(jù)，為吊裝作業(yè)提供依據(jù)。而在標高、軸線測量上，應該按照標準流程操作，將頂面標高、柱距等作為測量要點，嚴格控制誤差。主構件安裝時，要清理表面的雜質和灰塵，確定基準定位線的位置，促使構件軸線和定位線相重合，以此控制鋼結構的垂直度。豎向鋼構件的附加內力大，容易發(fā)生側向位移，要求技術人員分析地基承載力，要處于鋼結構的承載范圍以內，必要時擴大偏心距離。

第三，高強螺栓安裝。鋼構件安裝完成后，要使用高強螺栓進行固定，首先核查螺栓的規(guī)格、數(shù)量，抽樣檢測螺栓的性能質量，確保滿足設計要求。其次在安裝前，要控制孔位質量，從特定方向穿入螺栓，必要時將墊圈置于螺栓兩側[5]。螺栓緊固后，要使用黃油或塑料包裹起來，避免混凝土施工時造成污染腐蝕。最后形成完整的記錄，包括鋼結構節(jié)點上的螺孔、螺栓、加強板、傾斜標記、基準線等，作為竣工驗收和運營管理的一手資料。

圖1 鋼結構體系施工工藝流程圖

結語：

綜上所述，鋼材的抗壓性能高、機械化程度高、自重輕，因此鋼結構在土木工程中的應用廣泛。本文從選材連接、構件堆放、梁柱安裝、螺栓穩(wěn)固、表面油漆五個方面，介紹了鋼結構施工技術要點，并結合工程案例進行分析。希望為類似工程的施工作業(yè)提供經(jīng)驗借鑒，提高工程質量。