淺析鋼結(jié)構(gòu)在土木工程施工技術(shù)中的應(yīng)用

張 豹，吳 兵，仝 露

(中國建筑第二工程局有限公司華東分公司，上海 200135)

1 鋼結(jié)構(gòu)在土木工程施工中的優(yōu)勢

1.1 高性能

在土木工程施工過程中，鋼結(jié)構(gòu)中含有的元素種類繁多，不僅有普通的鐵、鈦等，而且有錳、硅等。從鋼結(jié)構(gòu)本身的特點來看，其最明顯的優(yōu)勢就是強(qiáng)度和硬度高。因此，鋼結(jié)構(gòu)本身具有更強(qiáng)的支撐和圍護(hù)功能以及具有很高的抗震特性。隨著科技發(fā)展的加速，我國的鋼鐵生產(chǎn)技術(shù)也在不斷發(fā)展，可以以現(xiàn)代建筑為基礎(chǔ)根據(jù)項目建設(shè)過程中的實際需要，有目的地對具有一定功能的鋼材進(jìn)行改良。例如，不銹鋼和耐熱鋼都是建設(shè)項目開發(fā)中常用的特種鋼，廣泛用于橋梁和房屋的建設(shè)，在其他類型的工程建設(shè)中也得到了認(rèn)可。

1.2 可塑性強(qiáng)

在鋼結(jié)構(gòu)的實際承載過程中，當(dāng)應(yīng)力超過屈服點時，由于鋼結(jié)構(gòu)本身具有很強(qiáng)的延展性，首先會出現(xiàn)變形而不是斷裂。在衡量鋼材延展性的過程中，斷裂面積和延伸率是兩個最重要的指標(biāo)。由于碳是鋼結(jié)構(gòu)中最重要的成分，因此碳元素有助于鋼結(jié)構(gòu)的整體延展性和強(qiáng)度，對改進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)具有重要的現(xiàn)實意義。土木工程中鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用過程中，連接件可用螺栓或鉚接。與其他類型的建筑結(jié)構(gòu)相比具有更易于操作的特點。此外，鋼結(jié)構(gòu)具有運輸難度低、強(qiáng)度高、經(jīng)久耐用、重量輕等優(yōu)點。近年來，鋼結(jié)構(gòu)在土木工程中的使用比例也有所增加。尤其是在一些大跨度難以搭建的建筑物的施工過程中，如果采用傳統(tǒng)的內(nèi)支柱支撐方式，需要在建筑物內(nèi)部安裝大量的內(nèi)支柱，則造成建筑物內(nèi)部空間不足。在土木工程中使用鋼結(jié)構(gòu)可以有效地解決這個問題。在施工過程中，可根據(jù)實際需要對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊接，以有效提高鋼結(jié)構(gòu)本身的反擠壓性能。

1.3 節(jié)能環(huán)保

鋼結(jié)構(gòu)在土木工程施工中的應(yīng)用，不僅可以減少粉塵和噪聲污染，而且可以減少工作量。此外，鋼結(jié)構(gòu)施工周期短，施工過程不需要大量資金投入，鋼結(jié)構(gòu)具有可重復(fù)使用的優(yōu)點，這受到建筑商的廣泛歡迎。鋼結(jié)構(gòu)在土木工程中的使用，不僅可以有效提升建筑單位的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，而且可以有效地為我國環(huán)保事業(yè)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。表1為某工程鋼結(jié)構(gòu)與磚混結(jié)構(gòu)的對比。

表1 某工程鋼結(jié)構(gòu)與磚混結(jié)構(gòu)對比

2 鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用中的限制因素

通過以上分析，可以發(fā)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)有很多優(yōu)點，但同時也需要意識到鋼結(jié)構(gòu)在具體應(yīng)用中的不足，然后有針對性地采取措施加以控制。主要有以下限制因素：①耐火性差，當(dāng)位于200℃以下的環(huán)境中時，鋼結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定，但當(dāng)環(huán)境溫度超過200℃時，鋼結(jié)構(gòu)的性能會大大降低，溫度超過600℃則會變形，此時，鋼結(jié)構(gòu)幾乎沒有承載力；②鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)不完善，盡管我國建筑市場已經(jīng)通過了有關(guān)鋼結(jié)構(gòu)在民用建筑中的使用標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定，但現(xiàn)階段，實際上由于各種因素，鋼結(jié)構(gòu)的使用并不理想；③專業(yè)技術(shù)人員不足，鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)行業(yè)還很不發(fā)達(dá)，尤其技術(shù)人才還有很大的不足，這導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)的應(yīng)用難以滿足現(xiàn)代建筑的發(fā)展需要。

3 鋼結(jié)構(gòu)在土木工程中的應(yīng)用方向

1)大跨度鋼結(jié)構(gòu)：大空間建筑包括網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)、膜結(jié)構(gòu)和薄殼結(jié)構(gòu)。近年來在這些大型建筑形式中大跨度鋼結(jié)構(gòu)越來越多地應(yīng)用于土木工程，尤其是體育場館、機(jī)場等大型工程。由于大跨度鋼結(jié)構(gòu)具有極強(qiáng)的可塑性，因此其形態(tài)多樣，形成了非常具有現(xiàn)代特色的建筑結(jié)構(gòu)，也成為了多個城市的地標(biāo)性建筑。

2)高層重型鋼結(jié)構(gòu)：主要是使用大型高強(qiáng)度鋼板焊接成大型鋼結(jié)構(gòu)體系。建筑中多采用尺寸小于6 mm的冷軋薄鋼板組成的鋼結(jié)構(gòu)，或用較小型鋼材制作基架然后形成整個鋼結(jié)構(gòu)，或使用以上兩種的混合方法。

3)輕鋼結(jié)構(gòu)建筑：主要是使用輕質(zhì)材料通過焊接等工藝形成簡單的鋼結(jié)構(gòu)體系。輕鋼結(jié)構(gòu)建筑必須先在工廠加工好，再到現(xiàn)場安裝。由于輕鋼結(jié)構(gòu)的特點和便利性，輕鋼結(jié)構(gòu)在我國得到了廣泛的應(yīng)用，如倉庫、貿(mào)易市場等。圖1為某倉庫鋼結(jié)構(gòu)組成。

圖1 某倉庫鋼結(jié)構(gòu)組成

4 鋼結(jié)構(gòu)在土木工程施工技術(shù)中的應(yīng)用

4.1 鋼結(jié)構(gòu)施工前的準(zhǔn)備工作

在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)施工之前，要做好相關(guān)的準(zhǔn)備工作。準(zhǔn)備工作主要包括詳細(xì)明確施工流程、施工圖紙，并對工程要點與問題進(jìn)行分析，針對性地提出對策。監(jiān)理人員必須認(rèn)真審閱圖紙，防止出現(xiàn)錯誤和遺漏，發(fā)現(xiàn)問題及時解決，以免造成嚴(yán)重?fù)p失。完成后，針對性進(jìn)行技術(shù)交底，并制定相關(guān)方案，確保所有人員明確技術(shù)方案并進(jìn)行具體實施。

4.2 吊裝技術(shù)的應(yīng)用

吊裝技術(shù)是鋼結(jié)構(gòu)在土木工程領(lǐng)域應(yīng)用中極為常見的技術(shù)之一。吊裝設(shè)備也是土木工程領(lǐng)域中重要的工程器械，通過合理應(yīng)用可以有效提高施工效率和施工質(zhì)量。事實上，在鋼結(jié)構(gòu)施工中，最常用的方法之一就是吊裝設(shè)備。配合合適的吊裝設(shè)備，可以起吊各種重量和強(qiáng)度的鋼結(jié)構(gòu)。吊裝過程中必須在確保安全的前提下，確保吊裝設(shè)備符合標(biāo)準(zhǔn)。并立足建筑效益，做好施工安全事故防范工作，確保相關(guān)施工工作按時完成。

4.3 塔吊施工技術(shù)應(yīng)用

塔式吊裝機(jī)是鋼結(jié)構(gòu)施工中最常用的施工設(shè)備。與塔吊施工機(jī)械配合，可有效提高施工效率。塔吊設(shè)備不僅可以滿足施工時不同重量的需要，而且可以有效保證工期，具有較高的實用價值。但是在實際建設(shè)過程中需要注意的是，在現(xiàn)代城市建筑中，為有效提高土地利用率，超高層建筑的數(shù)量不斷增加。為了提高超高層建筑的施工效率，傳統(tǒng)中常用的附著式塔式吊裝機(jī)難以適應(yīng)新形勢的需要。因此，現(xiàn)階段對于高層建筑的施工，盡量選擇內(nèi)趴式塔吊，不僅可以控制塔式吊裝機(jī)的使用成本，而且可以有效保證施工安全和施工效益。

4.4 焊接技術(shù)的應(yīng)用

在金屬結(jié)構(gòu)的施工中，焊接技術(shù)的使用也是需要注意的問題。通常情況下，鋼結(jié)構(gòu)的焊接應(yīng)按以下順序進(jìn)行：首先，平面的焊接應(yīng)從中間逐漸向周圍擴(kuò)散，并按節(jié)點對稱的順序進(jìn)行。在對異型鋼板進(jìn)行焊接時，一般是從下翼緣板逐漸移動到上翼緣板。此外，在大型建筑物中后鋼板較為常用，但在應(yīng)用時需要全面考慮施工現(xiàn)場的條件和技術(shù)情況，然后針對性選擇合適的焊接方式。

5 土木工程鋼結(jié)構(gòu)施工中需要注意的問題

5.1 保證材料的合理選擇，提高焊接標(biāo)準(zhǔn)化

現(xiàn)階段，我國市場上銷售的鋼材大致可分為金屬制品、板材、型材和管材四大類。土木工程領(lǐng)域主要使用碳鋼和低合金鋼，與其他鋼種相比，碳鋼在強(qiáng)度和硬度上具有明顯的優(yōu)勢，但這種鋼缺乏延展性。從目前的情況來看，土木工程中使用的鋼結(jié)構(gòu)在立柱設(shè)計過程中大多采用工字形或箱形截面，部分建筑也采用了截面。在建筑結(jié)構(gòu)的梁柱焊接過程中，在大多數(shù)情況下，H型材是支撐。在某些特殊情況下，考慮到技術(shù)特性，可以制造組合橫截面生產(chǎn)。鋼結(jié)構(gòu)的大規(guī)模應(yīng)用使得鋼結(jié)構(gòu)在土木工程中的作用越來越大，鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量的重要性也越來越強(qiáng)。因此，在鋼結(jié)構(gòu)的的焊接與應(yīng)用過程中，一定要確?？茖W(xué)性，在焊接前制定完整的焊接計劃并選擇合理的焊接工藝，確保焊接質(zhì)量。

5.2 建立健全監(jiān)督機(jī)制

在土木工程施工中，安全尤為重要。近年來，在大環(huán)境的下，安全較以前更為受到重視。但在實際執(zhí)行過程中仍存在一些缺陷，導(dǎo)致安全隱患。因此，施工企業(yè)應(yīng)定期組織工程施工人員進(jìn)行學(xué)習(xí)研討，同時可以邀請知名的高水平行業(yè)專家進(jìn)行現(xiàn)場培訓(xùn)，并制定鋼結(jié)構(gòu)施工應(yīng)急預(yù)案，可以有效地及時預(yù)防突發(fā)事件的發(fā)生，在一定程度上減少施工損失，從而確保施工進(jìn)度，保證施工的整體質(zhì)量。

5.3 鋼結(jié)構(gòu)防腐處理

與其他類型的建筑結(jié)構(gòu)相比，鋼結(jié)構(gòu)的一個非常重要的缺點是容易腐蝕。因此，為了確保鋼結(jié)構(gòu)建筑可以具備較長的使用壽命，必須加強(qiáng)對鋼結(jié)構(gòu)的防腐處理。對鋼結(jié)構(gòu)防腐處理主要是噴漆工藝，噴漆處理時要先將金屬表面清理，尤其是銹點進(jìn)行重點處理。主要是：①將鋼結(jié)構(gòu)表面打磨成光滑、有光澤的表面；②使用鋼絲刷對鋼結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行多次清潔和拋光。如果鋼材本身有大面積腐蝕，可以結(jié)合清洗工藝使用研磨機(jī)，確保油漆涂在干燥的鋼表面上。在使用過程中，刷子不僅要細(xì)，而且要刷滿，還要避免油漆進(jìn)入鉚釘孔。油漆干燥后，需要用膩子將鋼結(jié)構(gòu)表面抹平，然后打磨膩子。完成上述操作后，需要繼續(xù)對鋼結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行磷化底漆的施工。使用磷酸鹽底漆24 h后，確保磷酸鹽底漆完全干燥，然后去除殘留物。如圖2為某工程鋼結(jié)構(gòu)防腐處理。

圖2 鋼結(jié)構(gòu)防腐處理

5.4 保證安裝的科學(xué)性

必須重視鋼材的貯存，貯存方法必須科學(xué)，鋼材的存放位置也應(yīng)合理。在安裝鋼結(jié)構(gòu)時，塔式吊裝機(jī)是最常用的設(shè)備。應(yīng)根據(jù)實際施工要求選擇塔吊型號，如果施工過程中需要多臺機(jī)器設(shè)備同時運行，則需要注意良好的協(xié)調(diào)性，避免工作時不同類型的設(shè)備發(fā)生碰撞。

6 結(jié)束語

在我國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的背景下，建筑業(yè)的發(fā)展極為迅速。同時，鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用也越來越廣泛，鋼結(jié)構(gòu)的大規(guī)模應(yīng)用極大地提高了施工效率和施工質(zhì)量，同時有效降低了施工成本，極大地促進(jìn)了現(xiàn)代建筑業(yè)的高速發(fā)展。因此，為了確保在土木工程施工技術(shù)中鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)得到高質(zhì)量應(yīng)用，需要對鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)進(jìn)行深入研究，確保施工質(zhì)量。

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