关于钢结构在土木工程中的应用

　　摘要：土木工程最常用的两种材料就是钢筋混凝土和结构钢。其中钢结构被越来越广泛的应用于土木工程建设中，如建造住宅和桥梁，建造超高层及大悬挑结构的建筑等。建筑物改变了过去外墙单一的水泥粘贴工艺，从而在观感品质、安全性能上都有很大的提高。建筑物的结构模式也由单一走向交叉化、多元化。本文就针对钢结构在土木工程中的特点及其施工要点进行简单阐述。
　　关键字：土木工程，钢结构，施工特点
　　一、 土木工程中钢结构的特点
　　1、 强度
　　一般来说，材料的强度决定了结构构件承受或容纳的能力。建筑中采用结构钢可以减少物料消耗、减轻结构自重、降低支撑部件与地基的尺寸，从而降低整个建筑的结构成本。我国为结构钢的构件性能确定了相关的标准，同时在这些标准中还列出了钢结构可使用的材料。比如建筑结构钢要满足CSA标准ASTMstandardA992/A992M或者CAN/CSAG40.20/C40.21等相关标准的要求。但这些标准也不是一成不变的。如过去的建筑结构所用的抗拉强度以及屈服强度的相关数据均摘自于CISC（2006）历史记录，而现在加拿大又针对工程结构钢以及普通建筑结构钢的标准定出7个钢种和8个强度级别。但并不是所有的钢种都具备全部的强度级别，因此对某一特定钢结构建筑而言，选择它适合的钢种类型和强度级别就显得尤为重要了。
　　2、 刚度
　　构件的刚度决定了振动、变形等适用性参数。而构件的刚度又是由材料的几何截面特性及材料的弹性膜量决定。结构钢的弹性模量通常为200GPa。而普通密度抗压强度在20-40Gpa范围内的混凝土的弹性模量通常在20-28GPa之间。即使是高强度混凝土，它的弹性模量也不过在40-45GPa的范围内。由此可见，钢结构的钢性是混凝土刚性的五倍到十倍左右。所以说钢结构的刚性有着显著的优势。
　　3、 延性
　　所谓延性是指某种材料拉伸的过程中无断裂的塑性变形能力。延性是结构设计中，尤其是抗震设计中比较重要的特性参数。但材料内在的延性并不一定都会转化为建筑结构的内在延性，因此要采取适当的设计策略和可靠稳定的滞销机制。延性值的能力和需求要与变延性水平、曲率延性（构件延性）以及位移延性（结构延性）相匹配。而钢结构可以说是目前使用最为广泛的，韧性最好的工程材料之一。但也同样存在着不足。例如钢结构的应变延性虽然比较高，但由于受弯构件的受力不稳定，经常导致构件的曲率延性不足。
　　4、 韧性
　　韧性是衡量材料断裂前吸收能量以及塑性变形的能力的指标。韧性是钢结构的一个很重要的特点。正是由于钢构件存在着韧性，才降低了其在弯曲、剪切、冲孔、锻造、钻孔等制作过程中产生裂纹的可能性。但是钢结构的断裂韧性与温度有很大的关系。它会随着温度的降低而减小。所以，在天气比较寒冷的地区设计钢结构时，首先要考虑的因素就是韧性。
　　所以我们不难发现钢结构的优势所在：
　　1） 钢结构的强度高，因此特别适用于建造跨度大、荷载重的结构。其安全可靠性及抗震、抗风性优越。
　　2） 钢结构的延性强、塑性好。因此承受静力荷载时吸收变形的能力强，不会由于偶然超载而忽然断裂，它只会增大变形，故而易于被发现。
　　3） 钢结构的韧性好。它具有良好的动力工作性能，适合在动力荷载下工作。
　　4） 钢结构体系较钢筋混凝土施工时间短，可以提高资金的投资效益。
　　5） 钢结构可以比较容易建构出有异国风情的建筑形式，通常钢结构系统可以提供最佳的设计灵活性以及最大的空间利用率。
　　6） 钢结构是一个理想的悬臂施工体系。适当的应用空腹钢铁托架以及构件腹板开孔，可以为管道以及其它供电线路提供通道，不仅降低了楼层的高度，而且增加了审美吸引力。
　　7） 钢结构比混凝土结构更加简单，成本也更低，特别在需要附加支撑系统时，钢结构可以更加地快施工进度。
　　当然钢结构也不尽然全是优点，它也存在着不足：
　　1） 材料缺点
　　虽然钢结构的刚度要远远大于混凝土，但是对于一个给定的负载，钢结构的构件截面刚度则要小于与其对比的混凝土结构，这主要是因为钢的强度优势导致其构件的尺寸相对较小影响的。另外，钢材的耐火性和耐腐蚀性都相对有欠缺。如钢材长期受到100度的辐射热时强度并没有多大的变化，并且表现出一定的耐热性能，但当温度达到150度时，就需要采用隔热层对其进行保护，对于重要部位的钢结构一定要涂刷防火涂料。
　　2）市场环境
　　钢结构的设计复杂，设计力量相对薄弱；钢结构的生产标准、价格标准及质量标准都没有统一，钢结构的生产尚未形成体系；钢结构的生产没能形成体系，因此价格较高；钢结构50年使用年限的限制，降低了其使用量。这就是限制钢结构4大缺点，从而在一定程度上限制了其发展。
　　二、 钢结构的施工与安装要点
　　1、 钢结构的选材与连接
　　钢材通常分为板材、型材、金属制品以及管材四大类。土木工程中的建筑钢材通常采用普通的低合金钢、优质碳素结构钢以及普通碳素钢等，碳钢的塑性虽然比较低，但是硬度、强度却比较高。在钢结构中，柱子截面一般多为箱形截面或者宽翼缘“工”字形截面，另外还有十字形截面等等；梁多数是焊接或者轧制的“H”型钢梁，如果要求特殊也可以符合截面，在安装前要对主要的焊接接头做焊接工艺的试验，定出焊接的格料和各项参数。梁与梁之间、梁与柱之间的连接，可以采取焊接连接或者高强螺栓连接，要注意高强螺栓的连接孔位的精度。
　　在采用高强螺栓连接时，孔位的精度十分重要。目前，制孔主要分为两种：一种是精度较低的模板制孔；一种是精度较高的数控钻孔，在技术允许的情况下，采用多轴数控钻孔为宜。在运到工地以后，要对螺栓参数进行检验，安装时不能用扳手强行拧入或者用榔头强行打入，而是要经过初拧、复拧以及终拧，来达到拧紧的目的。
　　2、钢构件的堆放以及安装机械地点的选择
　　通常情况下，安装结构安装的用地面积应为结构占地面积的1.5倍。按照安装流水顺序，由中转堆场配套运至现场的钢构件，要利用现场的装卸机械将其就位到安装机械的回转半径内。在施工现场必须对由于运输导致的构件变形加以矫正。

　　高层钢结构安装皆使用塔式起重机。它的臂杆长度要有够的覆盖面，并且起重能力要相应足够，这样才能够满足各种不同部位构件的起吊要求。另外，。钢丝绳容量也要能满足起吊的高度要求；起吊速度有足够的档次可以满足安装要求。在多机作业的情况下，臂杆的高差一定要足够，从而避免不安全的碰撞。钢结构比较适合在规整、匀称、平坦的建筑平面进行安装，所以安装流水线的布置也需要要因地制宜。
　　2、 钢结构的油漆工艺流程
　　1） 基层处理。也就是要先把金属的表面清理干净，然后再做除锈。可以先用手工处理。反复用钢丝刷刷，用粗纱布打磨，再用旧布或棉纱将打磨下的浮灰及锈擦干净。如果表面腐蚀严重，则用钢丝刷和铲刀处理，大面积的锈蚀则可以用砂轮机来配合清理。
　　2） 涂防锈漆、刮腻子。在涂漆前要保证金属表面的干燥，如果有水份则要立即擦干。施涂时要刷细、刷满、涂刷到位，并且要注意铆孔内不能有涂料涂入。待到防锈漆干燥后，采用和油漆配套的腻子把构件的表面缺陷刮平。在腻子干燥后要打磨平整，并清理干净。如果堆放的时间太长，则要再做一次涂刷。
　　3） 涂磷化底漆。磷化底漆包括底漆和磷化液两部分。在涂刷磷化底漆两个小时以后就可以涂刷其它面漆或底漆。通常情况下，二十四个小时后可以用清水或者毛刷清理表面的磷化残留物。干燥后如果表面形成了均匀的灰褐色的磷化膜，则代表已经达到了磷化的要求。
　　4） 刷涂面漆。刷涂面漆时要多理多刷，油要不流不坠、饱满均匀、色泽光亮一致。
　　总结：
　　随着国家节能环保大力提倡，钢结构的建筑不仅体现在交通工程上，还体现在钢结构住宅的增加上。由于我国钢材价格、劳动力成本都比国际价格低，而钢结构的制作和施工又比较优良，所以在国际市场上有很强的竞争力。所以说，我国钢结构在土木工程方面存在着非常巨大的潜力和发展空间。但在设计理念及行业认知上还有待加强，要想开拓市场、培养专业人才还有较长的路要走。
　　
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