试析钢结构在土木工程中的特点及施工要点

陈书爱

【摘要】钢结构在强度、刚度、延性等面要优于钢筋混凝士，钢结构系统可以很容易地构造出具有异国情调的建筑形式，钢结构系统可提供最大的空间利用率和最佳的设计灵活性。在考虑施工方面，钢的装配需要的施工人员要比钢筋混凝土建筑大幅度减少，实施成本更低，尤其当附加的支撑系统是必要的时候，使用钢材可较容易地加快施工进度。本文分析了钢结构在土木工程中的特点，并简单阐述钢结构的施工要点。

【关键词】钢结构；土木工程；应用

0 引言

随着我国钢产量突飞猛进的增长，国家也同时推出了合理利用钢材、积极采用钢结构的政策，钢结构行业在我国取得了长足的发展，钢结构已被广泛地应用于土木工程。土木工程结构常用到两种材料，即钢筋混凝土以及结构钢，对于土木工程来说，不仅要从结构特性的角度考虑，还要考虑施工的成本有效性以及施工有效性。钢结构体系另一个优点是它是一个理想的悬臂施工体系。构件腹板开孔和空腹钢铁托架的适当使用能为管道和其它供电线路提供通道，从而增强其审美吸引力，同时降低楼层高度。由于钢材高的重量一强度比，钢架已被用来增加楼层或扩展现有的混凝七建筑结构。

1 土木工程中钢结构的特点

1.1 强度

一般来说，结构构件承受或者容纳作用效应的能力是由材料的强度来决定的。可以利用有关的国家标准来确定结构钢的构件性能，这些标准中列出了钢结构可使用的材料。不过并不是全部的钢种都有所有的强度级别，因此如果是一个特定的建筑钢结构设计，那么对钢种类型和强度级别的选择就非常重要。

1.2 刚度

振动、变形等适用性参数由构件的刚度来决定，进而由结构体系的刚度来决定。结构体系的实际刚度又由其构件和连接件的分布来决定。不过简单说来，构件的刚度由材料的几何截面特性以及材料的弹性模量来决定，结构钢的弹性模量通常为200GPa。而普通密度抗压强度在20-40Gpa范围内的混凝土其弹性模量通常在20-28GPa范围内；即使对于高强度混凝土来说，其弹性模量也不过在40-45GPa之间，由此可见，钢结构的钢性是混凝土的十倍及五倍左右，所以钢结构的刚性有着显着的优势。

1.3 延性

延性指的是某种材料拉伸的过程中无断裂的塑性变形能力。一般情况下延性是结构设计中，特别是抗震设计中比较重要的特性参数，地震中幸存的建筑物直接依赖于主要结构框架经历大的非弹性变形时的滞后耗能性。钢结构可以说是目前使用最广泛的、韧性最好的工程材料之一。

1.4 韧性

衡量材料断裂前吸收能量以及塑性变形的能力的指标就是韧性。它可以抵抗缺口部位的不稳定裂纹的扩展。韧性通常表示钢结构在制造、安装以及使用过程中可以承受比较大的工业变形，是钢结构一个很重要的特点。正是因为钢构件的韧性才使其在弯曲、剪切、冲孔、锻造、钻孔等制作过程中降低了产生裂纹的可能性。钢结构足够的断裂韧性是必须具备的，特别对受到交变荷载以及冲击荷载的建筑结构来说更要具备此特性。钢结构的断裂韧性对于温度条件很敏感，并且随着温度的减小而降低。

整体由上可知，无论是从刚度、强度还是在延性方面，钢结构都要优于钢筋混凝土，并且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。

2 钢结构的缺点

当然，每种材料都不是完美的，所以钢结构的应用和施工也存在着一定的缺点，其主要表现为以下几个方而：

2.1 材料缺点

尽管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。因此要提高这些构件的稳定性，就要增加型钢的尺寸或者采取填充混凝土以及外包混凝土的措施，以提高截面的刚度。

2.2 市场环境

2.2.1 设计力量较薄弱。在设计建筑结构时要注意结构的功能要求是不是属于钢结构合理的应用范围。通常在设计较高承载力需要使用钢结构时，要考虑用不适合继续承载的巨大变形为结构设计的极限状态为准则。

2.2.2 钢结构生产未形成体系。只有在大规模生产的情况下才可以体现出钢结构的优越性。并且目前钢结构的生产标准、价格标准以及质量标准都没有统一，国家标准以及监管机制方面也都有一定的欠缺，因此很多设计师以及开发商都相对比较茫然。

2.2.3 价格问题。由于钢结构的生产未形成体系，因此钢结构的价格比较高。虽然钢产量近年有大幅度的提高，但是人均产量仍然相对较低，钢材仍是我国国民经济中比较贵重的材料，而混凝土的价格优势就体现出来了。

2.2.4 钢结构的使用年限。混凝土结构号称永不损坏，但是钢结构一般的使用寿命只有五十年，如果钢结构用在住宅建筑中，那么人们想到自己花费终身积蓄而购买的房子只能住五十年，会让很多人丧失购买的欲望。不过随着保险业的发展，住宅寿命问题应该相对容易解决。

3 钢结构施工安装要点

3.1 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，碳钢的塑性比较低，但是硬度强度比较高。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，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。

3.2 钢构件的堆放以及选择安装机械地点

通常情况下安装结构的用地面积应为结构占地面积的1.5倍。依照安装流水的顺序，从中转堆场配套运送至现场的钢构件要采用装卸机械把其安置于安装机械的回转半径内。如果因为运输的原因造成了构件的变形，则在施工现场就要加以矫正。一般钢结构的安装采用的是塔式起重机，臂杆长度要有够的覆盖面，并且起重能力要相应足够，从而满足各种不同部位构件的起吊要求。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，臂杆的高差要足够，以避免不安全的碰撞，保证安全运转。

3.3基层处理

首先把金属的表面清理干净，然后再做除锈。手工处理先用钢丝刷反复刷打，再用精砂布打磨，使得表面光亮、平滑，然后再用棉纱或者纱布把打磨下的锈粉和浮灰清理干净。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。

3.4 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。可以在腻子中加入适量的红丹粉或者厚漆，从而增加其干硬性。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。

4 结语

对于土木工程的结构来说，不仅要从结构方面还要从经济效益方面考虑，钢结构的使用，使建筑构件和性能完整结合，可以抵抗一些不良因素的影响，确保了建筑物的安全。

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