鋼結(jié)構(gòu)在土木工程施工中的應(yīng)用研究

梁 榮

（蘭州石化職業(yè)技術(shù)大學(xué)，甘肅 蘭州 730060）

0 引言

鋼結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代建筑工程中普遍應(yīng)用的結(jié)構(gòu)形式之一，在強(qiáng)度、剛度、延性、韌性上都有著十分優(yōu)勢(shì)的表現(xiàn)，相應(yīng)的環(huán)保性能、安全性能和經(jīng)濟(jì)性能也十分突出。隨著現(xiàn)代建筑工程不斷向高層和大面積的方向發(fā)展，傳統(tǒng)的土木工程結(jié)構(gòu)難以滿足更高層次的施工需求，因此，在大跨度建筑以及超高、超重建筑施工過(guò)程中鋼結(jié)構(gòu)發(fā)揮著非常重要的作用。隨著鋼結(jié)構(gòu)在土木工程施工中的應(yīng)用比例逐漸增大，掌握管理要點(diǎn)、明確施工中的應(yīng)用要點(diǎn)，才能夠保證鋼結(jié)構(gòu)有效服務(wù)于土木工程建設(shè)，保證施工效率的同時(shí)提升施工質(zhì)量。

1 鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)與應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

1.1 鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

1.1.1 強(qiáng)度和剛度大

土木工程施工中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是常用的建筑結(jié)構(gòu)形式，相比較而言，鋼結(jié)構(gòu)在強(qiáng)度和剛度上表現(xiàn)更為突出。諸多大跨度、高強(qiáng)度的土木工程建筑，對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的適用性參數(shù)要求較高。這種參數(shù)由材料本身的強(qiáng)度和剛度來(lái)決定，本質(zhì)上而言，材料的截面特性以及彈性模量是保證材料本身剛度和強(qiáng)度的重要指標(biāo)。鋼結(jié)構(gòu)的彈性模量為200GPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出高強(qiáng)度混凝土的40～45GPa，甚至是普通混凝土彈性模量的十倍，因此優(yōu)勢(shì)異常明顯。

1.1.2 延性和韌性好

延性和韌性是衡量材料塑性變形能力的重要指標(biāo)，其中延性是保證抗震設(shè)計(jì)當(dāng)中的重要特征參數(shù)。調(diào)查研究表明，鋼結(jié)構(gòu)在經(jīng)歷巨大的非彈性變形后依舊能保持良好的滯后耗能性，常常成為地震發(fā)生后建筑物能夠保持較好穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)。而良好的韌性能夠抵抗缺口部位不穩(wěn)定裂紋的擴(kuò)展，安裝使用過(guò)程當(dāng)中不僅能夠承受較大的變形，同時(shí)降低了因剪切、沖孔以及鍛造等施工流程中裂紋產(chǎn)生的可能性。對(duì)于受到交變荷載以及沖擊荷載的建筑結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)有著十分突出的優(yōu)勢(shì)。

1.2 鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

1.2.1 環(huán)保性優(yōu)越

環(huán)境問(wèn)題的日益凸顯，促使各行業(yè)加大了環(huán)境保護(hù)的控制力度。建筑污染一直是建筑領(lǐng)域需要重點(diǎn)解決的難題之一，鋼結(jié)構(gòu)憑借良好的環(huán)保性能被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代土木工程建筑施工中。首先，鋼結(jié)構(gòu)本身性能較為優(yōu)越，在施工過(guò)程當(dāng)中能夠完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)混凝土結(jié)構(gòu)，避免了建筑施工垃圾的產(chǎn)生，同時(shí)也避免了混凝土施工過(guò)程中產(chǎn)生的粉塵污染。其次，鋼結(jié)構(gòu)安裝施工較為簡(jiǎn)便，能夠完成批量處理，不僅減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)也減輕了施工過(guò)程當(dāng)中的噪聲污染。最后，我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度較快，隨著技術(shù)的升級(jí)以及融合技術(shù)的應(yīng)用，鋼結(jié)構(gòu)本身的承受能力、抗壓能力以及韌性、耐性均有所提升，這樣在使用過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生巨大的變形和損傷。即便拆遷之后依舊能夠展現(xiàn)出較高的回收利用率，實(shí)現(xiàn)了資源的節(jié)約，同時(shí)也避免了拆解過(guò)程當(dāng)中產(chǎn)生的二次環(huán)境污染。

1.2.2 安全性突出

土木工程施工過(guò)程中安全保證是建設(shè)單位管理的重中之重，安全保證包括施工安全和質(zhì)量安全兩個(gè)層次。施工安全層面，土木工程施工本身具備一定的復(fù)雜性，并且施工過(guò)程處于不穩(wěn)定的環(huán)境中，諸多風(fēng)險(xiǎn)的存在對(duì)于施工流程提出了更為嚴(yán)苛的要求。鋼結(jié)構(gòu)的運(yùn)用憑借施工簡(jiǎn)單、安裝方便的特征能夠有效地縮短工期，減輕施工強(qiáng)度，在安全性能方面表現(xiàn)得較為突出。就質(zhì)量安全而言，傳統(tǒng)的混凝土工程經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)裂縫與沉降的現(xiàn)象，該種現(xiàn)象會(huì)影響整個(gè)建筑的安全性；而鋼結(jié)構(gòu)的延性和韌性表現(xiàn)都十分突出，即便在惡劣環(huán)境之下依舊能夠展現(xiàn)較好的穩(wěn)定性，從本質(zhì)上促進(jìn)了土木工程的施工水平和施工質(zhì)量的提升[1]，保證了土木工程建設(shè)項(xiàng)目的安全。

1.2.3 經(jīng)濟(jì)性優(yōu)越

土木工程施工通常以混凝土結(jié)構(gòu)為主，施工過(guò)程當(dāng)中對(duì)混凝土的性能有著極為嚴(yán)苛的要求，不僅需要采用大量的原材料，同時(shí)也要耗費(fèi)較大的成本保障其施工質(zhì)量，無(wú)形之中增大了資金的投入量。鋼結(jié)構(gòu)的預(yù)裝性在成本方面的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)較為明顯，且系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性和空間利用率也較為突出，能夠滿足多種結(jié)構(gòu)形式需求。另外，安裝的便捷性、環(huán)保性和可回收性，能將投資成本降至最低。

2 鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍

2.1 高層建筑

高層建筑實(shí)現(xiàn)了空間的合理利用，有效地降低了土地占有率，是目前建筑行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)之一。不過(guò)隨著建筑高度的增加，受到的風(fēng)載荷和地震作用的影響更為明顯。因此高層建筑建設(shè)過(guò)程中必須要提高結(jié)構(gòu)抗側(cè)力以及抗震性能。相對(duì)比而言，傳統(tǒng)高層建筑施工過(guò)程中混凝土結(jié)構(gòu)在抗震、抗風(fēng)等方面具有一定的劣勢(shì)；但鋼結(jié)構(gòu)憑有著較輕的構(gòu)件質(zhì)量和較高的延展性，結(jié)構(gòu)的承受能力較大，空間的占用較小，能夠根據(jù)國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)完成高層建筑性能的提升，尤其是軋制輕鋼或者焊接輕鋼的使用，更能展現(xiàn)出鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)。

2.2 大跨度建筑

人們對(duì)現(xiàn)代建筑的需求不僅要滿足日常使用同時(shí)要更要具備一定的時(shí)尚感和藝術(shù)感，因此許多薄殼建筑、網(wǎng)架建筑等空間跨度較大的建筑成為當(dāng)前建筑的主流。此類大跨度建筑對(duì)于跨度、強(qiáng)度以及自重等方面有著極高的需求，且施工難度較大。鋼結(jié)構(gòu)的運(yùn)用不僅能夠有效地提升大跨度建筑的剛度，同時(shí)在減少自身鋼材用量上也有著十分顯著的效果，諸多球面、雙曲拋物面等鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，相對(duì)于網(wǎng)架混凝土建筑而言具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

2.3 輕鋼型建筑

輕鋼型建筑不僅自重輕、強(qiáng)度高，且有著占地面積小、安裝搬運(yùn)方便的優(yōu)勢(shì)。輕鋼型建筑在使用之后可以全部完成回收利用，不僅不會(huì)造成環(huán)境污染，同時(shí)也符合節(jié)能減排、可持續(xù)發(fā)展的基本戰(zhàn)略。輕鋼型建筑被廣泛應(yīng)用于低層建筑以及開(kāi)闊空間建筑領(lǐng)域，如農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)、工業(yè)廠房、倉(cāng)庫(kù)等。此類建筑結(jié)構(gòu)憑借輕鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和加裝技術(shù)能夠有效縮短工期同時(shí)提升空間利用率，成為當(dāng)前我國(guó)廣泛應(yīng)用的建筑結(jié)構(gòu)類型[2]。

3 鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用要點(diǎn)

3.1 施工管理方面

3.1.1 建立科學(xué)合理的監(jiān)督機(jī)制

鋼結(jié)構(gòu)在土木工程施工過(guò)程中最重要的就是保證質(zhì)量、保證安全，應(yīng)用過(guò)程當(dāng)中需要根據(jù)工程實(shí)際情況建立健全科學(xué)管理監(jiān)督機(jī)制，保證形成有效的約束。監(jiān)督管理機(jī)制建立的過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格遵循國(guó)家相關(guān)管理規(guī)章制度以及土木建筑工程建筑施工標(biāo)準(zhǔn)，整個(gè)監(jiān)督機(jī)制的建立應(yīng)該從多方位、多角度出發(fā)，保證相關(guān)細(xì)則覆蓋施工全過(guò)程。需要管理層能夠克忠職守，嚴(yán)格履行監(jiān)督管理義務(wù)；需要施工層嚴(yán)格執(zhí)行施工標(biāo)準(zhǔn)，按流程操作，按技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)操作，與此同時(shí)加強(qiáng)安全意識(shí)與責(zé)任意識(shí)，切實(shí)提升整體施工技術(shù)水平。

3.1.2 加強(qiáng)員工的培訓(xùn)管理

鋼結(jié)構(gòu)在土木工程施工中的應(yīng)用決定著施工的質(zhì)量，施工過(guò)程中，除了材料本身的性能和工藝流程以外，施工人員的素質(zhì)和業(yè)務(wù)能力也是十分的關(guān)鍵。為此，整個(gè)管理過(guò)程中需要加強(qiáng)對(duì)施工人員的培訓(xùn)和篩選，保證人員的整體素質(zhì)得到提升。在此過(guò)程中要保證技術(shù)人員具備良好的專業(yè)技能和職業(yè)素養(yǎng)，能夠有效地對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行指導(dǎo)，結(jié)合工程參數(shù)指標(biāo)要求對(duì)工程質(zhì)量進(jìn)行高效控制。同時(shí)也要保證相關(guān)施工人員完成技術(shù)交底，具備扎實(shí)的施工技能和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在嚴(yán)格的施工要求中進(jìn)行熟練操作，保證施工質(zhì)量得以達(dá)標(biāo)的同時(shí)有效提高施工效率。另外，進(jìn)行定期的安全學(xué)習(xí)培訓(xùn)也能夠有效督促，保證施工人員的整體技術(shù)素養(yǎng)得以提升[3]。

3.2 施工技術(shù)方面

3.2.1 做好施工準(zhǔn)備

鋼結(jié)構(gòu)在土木工程施工中的應(yīng)用，做好前期準(zhǔn)備工作是后續(xù)工作順利開(kāi)展的基礎(chǔ)。整個(gè)準(zhǔn)備過(guò)程當(dāng)中，首先要根據(jù)施工圖紙完成技術(shù)交底，同時(shí)根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行嚴(yán)格的考察和審核，保證施工圖紙符合施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際條件。其次，根據(jù)整個(gè)設(shè)計(jì)施工方案制定應(yīng)急方案，保證整個(gè)技術(shù)應(yīng)用過(guò)程當(dāng)中達(dá)到最優(yōu)化效果，同時(shí)完成整個(gè)施工期間吊裝技術(shù)、連接技術(shù)的分析，結(jié)合施工環(huán)境有序開(kāi)展機(jī)械設(shè)備進(jìn)場(chǎng)工作。最后，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)場(chǎng)的質(zhì)量檢驗(yàn)一定不能夠忽視，整體鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的質(zhì)量決定著工程的質(zhì)量，所以在材料進(jìn)場(chǎng)過(guò)程當(dāng)要保證所采購(gòu)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件具有自檢合格書(shū)以及質(zhì)保書(shū)，保證其在運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中并未產(chǎn)生變形以及破損，對(duì)其制作材料的幾何尺寸、構(gòu)件編號(hào)和標(biāo)記進(jìn)行確認(rèn)后，根據(jù)施工進(jìn)度確定鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件分批次、分工序有序進(jìn)場(chǎng)和存放。值得注意的是，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件對(duì)于存放環(huán)境有著極高的要求，因此不得存放于潮濕低溫的地點(diǎn)，同時(shí)要做好防雨、防腐蝕措施，盡量將鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件置于枕木之上。

3.2.2 合理選擇連接方式

鋼結(jié)構(gòu)的連接有焊接以及高強(qiáng)螺栓連接兩種方式。焊接技術(shù)施工的要點(diǎn)在于根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)的焊接節(jié)點(diǎn)形式、類型和規(guī)格選用適當(dāng)?shù)暮附臃椒?，并完成相關(guān)的工藝評(píng)定指導(dǎo)書(shū)的制定。同時(shí)根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)實(shí)際情況選擇焊條并保證引出板、焊接口、預(yù)熱以及鋼墊板等所有準(zhǔn)備工作實(shí)施到位。焊接的過(guò)程中要滿足邊焊接邊清理的施工原則，保證事前準(zhǔn)備、施焊過(guò)程以及成品檢驗(yàn)各個(gè)過(guò)程皆能夠執(zhí)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制規(guī)定[4]。

高強(qiáng)度螺栓安裝是除焊接之外鋼結(jié)構(gòu)安裝的重要連接方式之一。其安裝過(guò)程中不僅要做到防潮防腐，避免造成物理?yè)p傷，同時(shí)也要注重安裝復(fù)檢。采用高強(qiáng)螺栓進(jìn)行連接，關(guān)鍵的控制點(diǎn)在于扭矩，若安裝過(guò)程中扭矩值過(guò)高會(huì)導(dǎo)致高強(qiáng)螺旋超負(fù)荷運(yùn)行，很容易造成螺栓斷裂；反之，扭矩值過(guò)小，難以達(dá)到預(yù)定的緊固作用，在連接緊固上也難以滿足實(shí)際的設(shè)計(jì)需求，久而久之出現(xiàn)松動(dòng)脫落。因此，在完成高強(qiáng)螺栓安裝過(guò)程中需要通過(guò)嚴(yán)格的計(jì)算和恰到好處的控制來(lái)保證連接強(qiáng)度。

3.2.3 注重防腐防銹工作

鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用過(guò)程中最大的弊端就是容易腐蝕生銹，因此防腐工作一定要得到足夠的重視，為后期的保養(yǎng)和維護(hù)奠定基礎(chǔ)。當(dāng)前涂抹油漆是最為常見(jiàn)的防銹方式，整個(gè)刷涂過(guò)程中為了保證涂刷效果，首先應(yīng)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行除銹打磨處理，利用鋼絲刷反復(fù)打磨直至平整光滑，若鋼結(jié)構(gòu)表面所產(chǎn)生的銹蝕面積較大則需要通過(guò)砂輪機(jī)來(lái)輔助完成清理操作。打磨處理完成之后，油漆涂抹工作進(jìn)行之前必須要保證鋼結(jié)構(gòu)表面的干燥整潔，遵循洗刷到滿刷的涂抹流程，待涂抹工序完成之后進(jìn)行膩?zhàn)庸纹?，再次完成打磨清理工作涂刷磷化底漆。整個(gè)涂抹過(guò)程刷細(xì)、刷滿是基本要求。

3.2.4 重視吊裝施工

鋼結(jié)構(gòu)在土木工程中通常應(yīng)用于大跨度或者是高層建筑，因此吊裝施工是必要步驟，安全性和可行性是吊裝的宗旨。為減少二次運(yùn)輸成本，吊裝工作的進(jìn)行需結(jié)合工程實(shí)際遵循就近原則，按照施工方案詳細(xì)檢查相關(guān)設(shè)備以及原材料的配備情況。另外，吊裝工作進(jìn)行過(guò)程中起吊點(diǎn)的正確選擇能夠保證物體在吊運(yùn)過(guò)程中維持足夠的穩(wěn)定性，避免傾斜翻轉(zhuǎn)以及變形損壞等事故的發(fā)生，最大限度地提升了吊裝工作的安全性。吊點(diǎn)選擇的過(guò)程當(dāng)中重要的參考指標(biāo)包括物體的形狀特點(diǎn)以及重心位置，當(dāng)然也包括起重機(jī)的性能，整個(gè)吊裝過(guò)程要保證均速進(jìn)行以避免高空墜物的風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生[5]。

4 結(jié)束語(yǔ)

傳統(tǒng)土木工程項(xiàng)目施工過(guò)程中混凝土結(jié)構(gòu)得到廣泛應(yīng)用，但隨著建筑行業(yè)的不斷升級(jí)，混凝土結(jié)構(gòu)難以滿足更高的建筑要求。鋼結(jié)構(gòu)具備良好的環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)性以及安全性，同時(shí)就結(jié)構(gòu)本身而言也有著十分突出的綜合性能，克服了諸多混凝土結(jié)構(gòu)的弊端，發(fā)揮出良好的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，已成為當(dāng)前土木工程施工的主流方向之一。隨著鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的不斷提升，以及建筑行業(yè)的迅速發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)在土木工程施工中也必定會(huì)朝向更為方便、快捷、高效的方向發(fā)展，持續(xù)推進(jìn)建筑領(lǐng)域的發(fā)展。