基于土木建筑下的鋼結構工程應用及相關研究

1.鋼結構工程的基本特征

鋼結構主要是指利用各類鋼材，通過鋼材之間的組裝、連接而搭建的工程結構。相較于傳統的鋼筋混凝土結構，鋼結構的突出特點在于對大量鋼材、鋼件、連接件的直接使用。具體來講，和鋼筋混凝土結構相比，鋼結構的強度更高，同時在承載力相同的情況下，鋼結構本身的重量更輕，空間利用率更高。

從穩(wěn)定性和可靠性角度來講，鋼結構工程受到外界因素的影響更小，可以及時發(fā)現存在的質量問題，降低安全隱患。另外，鋼結構工程本身主要的工程材料具有可回收性，在工程拆卸之后，可以投入到再次利用之中[1]。從施工過程的角度來講，鋼結構工程的施工流程更簡便，涉及的工藝更少，施工效率高，同時質量管理難度更低，可以有效提升工程施工建設管理水平。從工程設計的角度來講，隨著時代的不斷發(fā)展，現代社會對各類土木建筑工程的造型有更多樣化的需求。而得益于鋼結構本身良好的穩(wěn)定性和承載力，在結合預應力技術的情況下，可以滿足更多樣化建筑工程設計需求。比如，一些追求大空間、大跨度的商場、體育場、會場等建筑，就特別適合使用鋼結構施工技術。并且，鋼結構工程的塑造能力非常強，可以完成更多建筑造型的打造，優(yōu)化建筑視覺效果，提升藝術感和美感。從成本角度來講，得益于鋼結構工程本身更為簡便的施工方式，以及相對單一的工程材料，這種結構工程的成本相對更低，加以合理利用，可以顯著提高工程效益。

2.影響鋼結構工程質量的因素和處理策略

2.1 工程材料的選擇

顯然，鋼結構工程施工中，基礎工程材料的質量，將直接影響整個工程建設的質量。在現代常見的鋼結構工程中，比較常見的工程材料包括普通合金鋼、碳鋼等。其中合金鋼的適用面更廣，可以滿足更多類型鋼結構工程的建設需要。而碳鋼的強度非常高，但是可塑性相對較差，適合承載力要求較高的常規(guī)建筑工程建設。鋼結構工程用到的核心鋼材、連接件、鋼絲、鋼管等材料的質量、類型，都會影響工程建設質量，所以需要針對性選擇。

2.2 工程設計

鋼結構工程的建設，需要以科學、合理的構造設計為基本前提。這需要設計人員充分掌握鋼結構工程的設計要點，對鋼材力學特性有深入的了解，充分保證鋼結構工程設計方案的合理性。例如，2008 年北京奧運會主會場“鳥巢”作為全世界最知名的鋼結構工程建筑，為了在保證工程結構受力平衡、穩(wěn)定性、安全性的基礎上，實現更具藝術感和美感的建筑造型，設計團隊花費了大量的時間和精力，對多達千百種的鋼材力學性能進行研究分析，再結合大量的模擬試驗，才形成了這一舉世震驚的設計方案[2]。可見，鋼結構工程的設計水平，對工程質量、安全性、藝術美感等都會產生決定性的影響。

2.3 施工過程管理

鋼結構工程的建設和傳統鋼筋混凝土工程的建設有很大的差別，需要施工單位根據設計圖紙及現場情況，做好各方面的管理。就土木建筑工程而言，在其中應用鋼結構工程，本身是一個融合的過程，施工管理面臨的影響因素更多。首先，在工程材料的管控方面，由于鋼結構工程鋼材用量大，現場的管理尤為重要。一方面需要做好工程材料的質量檢測，確保所有鋼材、連接件、輔助材料質量達標；另一方面要根據施工計劃，做好現場的材料管理，避免材料受損或腐蝕。從施工工藝的角度來講，需要做好施工現場技術交底，加強施工人員專業(yè)培訓和考核。另外，做好施工器械的管理，尤其是對現場大型吊裝設備的管控，要做到全面檢查、仔細維護，確保機械設備保持在更好的運行狀態(tài)。

施工過程管理中，鋼結構的吊裝連接是關鍵施工環(huán)節(jié)，關系到施工質量、效率和安全。針對鋼結構的連接施工，主要涉及螺栓固定、焊接施工兩個主要的工藝。螺栓連接固定方面，要按照設計圖紙，將鋼材及構件吊裝到位，安裝好墊片、臨時固定裝置之后，再進行螺栓的固定，確保螺栓緊固到位。在焊接施工方面，要根據鋼材特點，選擇合適的焊接工藝。在此基礎上，做好焊接工藝質量的管理，確保焊接位置平滑、均勻，沒有瑕疵。

2.4 傳統結構和鋼結構之間的關系處理

隨著現代建筑工程施工水平不斷進步，很多土木建筑不再使用單一的工程材料及結構，尤其是很多工程涉及對傳統結構、鋼結構以及更多新型材料結構的應用。在工程設計和施工中，需要處理好不同結構之間的銜接、組合，其中不僅要考慮整體結構的合理性、力學穩(wěn)定性，還要考慮不同材料力學特性、后期維護管理方面的差別。例如，在一些廠房的建設中，基礎工程、圍護結構采用的是傳統的鋼筋混凝土樁柱、砌筑墻體結構，而頂部采用的是鋼結構，屋面采用的是鋁合金、樹脂材料[3]。針對這種類型的建筑，需要做好鋼結構和鋼筋混凝土結構之間的連接固定。一般情況下，鋼結構著力點需要放在鋼筋混凝土承重柱、承重墻上，再結合球形連接點，實現大跨度屋面的設計與施工。

3.土木建筑工程下鋼結構工程的具體應用

3.1 高層重型鋼結構建筑工程

在現代社會持續(xù)發(fā)展的情況下，各個地區(qū)城市建設和工業(yè)發(fā)展水平越來越高，很多高層重型鋼結構建筑工程項目在如火如荼地建設中。這類高層重型鋼結構建筑工程主要采用型鋼材料，使用螺栓連接、基礎錨固及焊接工藝進行施工。例如，著名的上海環(huán)球金融中心作為一種典型的超高層建筑，消耗了六十多萬噸型鋼材料，鋼結構在該建筑中扮演著極其關鍵的角色。在高層重型鋼結構工程的建設中，對工程設計水平的要求非常高，需要將傳統鋼筋混凝土結構和鋼結構工程有機結合起來，充分發(fā)揮兩者本身的優(yōu)勢。在這類工程中，鋼結構有很好的結構強度、穩(wěn)定性和受力均勻性，加上結構輕質的優(yōu)點，可以支持超高層建筑的建造。比如，世界最高樓——哈利法塔中部、上部基本上都是采用的鋼結構，這是該工程能夠達到世界第一高度的關鍵[4]。

3.2 大跨度鋼結構建筑

在社會經濟和人們生活持續(xù)發(fā)展的今天，除了民用建筑以外，以博物館、體育館為代表的各類建筑應用需求也在逐步提升。這類建筑有一個典型的特征，在于內部空間要求較高，意味著需要構建跨度較大的建筑結構。針對空間范圍較大的大跨度建筑，鋼結構施工技術的應用尤為重要。在大跨度土木建筑中，一般使用鋼材作為主要的結構材料，并根據實際情況，合理選用懸索結構、網殼結構等。這類特殊的結構設計方案，結合鋼結構工程本身的優(yōu)勢，可以完成各種大跨度建筑的建設施工。比如，在現代廠房的建造中，可以將鋼結構和合成材料膜工藝結合起來，建成封閉式建筑[5]。這類建筑不僅可以提高施工效率，還能滿足工業(yè)生產對空間范圍的需求。更為關鍵的是，通過將鋼結構和其他材料的組合，可以滿足封閉式施工的需求，對現代環(huán)保事業(yè)的發(fā)展也有重要的價值。

3.3 輕鋼結構建筑

在現代土木建筑工程領域中，一方面大型超高層建筑的建設十分熱門，另一方面相關領域也在往輕量化、靈活化的方向發(fā)展。輕鋼結構建筑主要是利用質量更輕的輕型合金鋼材為基礎材料，打造能夠滿足基本穩(wěn)定性、安全性、耐用性需求的新型建筑。一般情況下，輕鋼建筑結構主要包括主要結構、輔助結構、圍護結構等，在建設中需要進行針對性的管理。從建造類型的角度來講，輕鋼結構建筑的結構可以分為兩種，（1）使用薄鋼板冷軋構成骨架結構，再配以其他材料形成屋面、圍護結構的建筑結構；（2）使用斷面比較小的型鋼做成骨架結構，配合鋼管、連接件形成的建筑結構。輕鋼結構建筑一方面適用于一些臨時性建筑項目的建設，另一方面在一些別墅、民宿、旅游房產項目中，也發(fā)揮著重要的作用，具有良好的適應性和經濟性優(yōu)勢。

4.結束語

綜上所述，在我國建筑工程行業(yè)飛速發(fā)展的背景下，鋼結構工程在土木建筑工程中的應用越來越頻繁。在實際應用中，鋼結構工程質量輕、強度高、施工便捷、經濟性等優(yōu)點被充分發(fā)揮出來。為了進一步提高建筑工程建設施工水平，有必要對鋼結構工藝進行更深入的研究，從鋼材質量控制、工程設計、施工管理等角度，做好每個環(huán)節(jié)的質量控制。只有這樣，才能進一步發(fā)揮鋼結構工程的應用價值，提高土木建筑工程建設水平。