关于土木工程中钢结构的应用浅析

姜正权

摘要：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。

关键词：土木工程；钢结构；特点；施工

前言

如今我们的建筑设计施工过程中，都要求建筑有更好的性能，不仅仅是建筑需要有更高的强度，不仅仅是需要建筑有更好的抗震能力，还需要建筑有更好的延展性，需要建筑在质量上有所减少。所以说，在高层建筑也越来越多的今天，钢结构作为一种有着极佳性能的结构，越来越多的被使用到土木工程当中，并且起到越来越多的作用。

1 钢结构的特点分析

1.1 钢材性能好

通常所说的钢结构是在钢材中掺入锰、钛、硅等元素构成的合金材料。钢结构的强度和刚度都十分高，具有很强的抗压和抗拉能力，防震性能也比较好，使得建筑结构的质量可以得到充分的保证。再者，拥有良好的韧性和延展性，结构具有很好的稳定性和承压能力。同时，由于钢材中可以融合多种其他的元素，可以对钢才的性能进行有针对性的改进，得到具有高韧性、抗疲劳、抗冲击、耐氧化的特种钢材，使建筑物的质量得到充分的保证。

1.2 可塑性高、用途广

钢结构具有很好的耐压性和韧性，自身重量轻，广泛应用于影院、机场、体育馆等传统的土木工程难以做到的大跨度结构中。在大空间大跨度结构中，如果用于支撑的柱子过少，建筑物的质量就得不到保证，柱子过多则会影响空间的平面布置，而钢结构就可以用于不需要柱子支撑的大空间结构体系。同时，钢结构因其具有良好的焊接性能从而具备很高的可塑性，在工程中应用广泛。此外，随着各种轻质钢材的出现，结构自重进一步降低，不仅对地基的要求有所降低，还可以节约建筑的成本。

1.3 施工便利、质量稳定

混凝土结构在施工时极易受到天气等环境的影响，有时候还会影响到工程的正常施工，延长施工的时间。而钢结构的建材可以在工程中直接合成，受天气变化的影响比较小。此外，钢结构构件的施工可以与混凝土结构的施工交叉进行，施工方便且施工的速度快。在同等条件下可以比混凝土结构施工的周期缩短30%左右，同时，钢结构自身的韧性、延展性和抗压性可以确保工程的安全性和质量。

1.4 环保节能

在钢结构建筑的施工过程中，由于施工的作业量不大，产生的噪音比较少，施工中产生的废料可以进行有效的回收利用，对环境的影响较小，再加上钢结构的投入相对较少产生的收益高，拆卸方便等优点使其成为土木工程施工建设中一个重要的组成部分。相对于混凝土结构来说，钢结构用钢材代替了砂石混凝土等材料，在施工过程中不会产生粉尘，对环境的污染较小。同时钢材也便于存放，回收利用率高，不会产生很多的建筑垃圾，减小了环境的压力。

2 土木工程使用钢材的优缺点

2.1 钢材结构使用的优点

（1）钢结构的使用，有一定的价格优势，而且能够节约建筑材料的使用。节约材料的使用，主要就是同样质量的钢结构，和同样质量的混凝土结构，钢结构的各个方面的性能都远远超过普通的混凝土，钢结构的使用能够节约大量的混凝土材料使用，就能从一定程度上节约建筑工程的总体造价，给建筑工程的建造提供便利。

（2）钢结构使用能让我们的建筑重量减轻，尤其是如今高层建筑的施工，就越来越依靠钢结构的施工。因为同样强度的混凝土自重比较大，特别是越高的建筑混凝土的自重就会更大，越是下层的结构需要承受的重量就比较大，甚至对地基的沉降也会造成一些影响，让建筑本身和周围的建筑安全都受到影响。所以说传统的混凝土施工制约着高层建筑的发展，而钢结构的使用，大大的减轻了建筑的重量，减轻了建筑下部结构的压力。

（3）钢结构的使用给建筑的综合性能的提高起到了一定的作用。正是由于钢结构“强度；刚度；延性；韧性”四个方面所拥有的极高的性能，就让钢结构建筑，在建筑的抗震性能，抗风性能，抗破坏的能力都有大幅的提升。

2.2 钢材结构使用的不足

（D耐火性不足，这是钢结构最大的缺点，我们耳熟能详的“911”事件，倒塌的双子塔，高层受到恐怖分子袭击后，导致大楼彻底损毁的原因就是因为火。金属材料在受到高温以后就会融化，或者原本的状态就会受到破坏。这就是钢结构在建筑土木工程中的缺陷，一旦受到火灾就会影响到钢结构的性能，影响到建筑安全。

（2）钢结构在使用的过程中耐腐蚀的能力不足，很多时候都无法避免会受到一些自然物质的侵蚀。就算是采取了一些保护措施，一样会受到破坏，时间长了一些，钢材受到空气氧化，受到一些酸碱物质的破坏，就会导致钢结构的性能受损。

（3）钢结构的使用年限问题，如今的钢结构设计使用年限，和建筑要求的使用年限是不够的，普通的钢结构在如今的使用都是只能保证五十年的使用年限，所以说，钢结构的耐久性，也是制约钢结构大量使用的问题。

（4）钢结构设计的要求比较高，在如今的钢结构使用过程中，同样一个效用构件，钢结构的设计远远比混凝土的设计要复杂得多，整个计算过程比较繁琐，设计也容易出现失误，影响钢结构最终的使用效果，所以说钢结构的设计問题还没有能够很好突破，钢结构的使用还是一个相当小心细致的过程。

（5）钢材市场，也是有一定的问题，如今的钢材市场，价格不是很稳定，而且土木工程使用钢结构，钢材的使用价格相对偏高，建筑使用钢结构虽然能够节约建筑施工成本，但是钢结构大量的使用却是比较昂贵的。

3 钢结构应用的制约因素分析

3.1 专业的技术人员缺乏

钢结构在土木工程中的应用相比于混凝土结构来说还不是很广泛，目前在我国还处于开发阶段，相关的设备和技术还不是很完善，尤其是技术人员的数量还远远满足不了发展的需求。在施工过程中，技术人员的缺乏会使施工的质量得不到充分的保证，造成钢材用量过多、建筑成本增加、工程质量无法保证等一系列问题。同时，相应的施工人员的缺乏会延缓施工的进度，延长施工的工期，降低了建筑的设计效果。

3.2 防火性能差

钢材虽然不是易燃材料，自身的耐火性能也比較好，但是钢材的力学性能随温度变化比较大，在200℃以下时，钢材的力学性能比较稳定，而一旦超过了200℃钢材的性能就会显著下降，而达到600℃时，钢材几乎不再有承载能力，产生巨大的变形。所以，在钢结构建筑发生火灾时，其后果往往比钢筋混凝土结构更加严重，甚至有可能引发整个建筑的崩塌和解体。

3.3 相应的标准和规范还有待完善

目前，钢结构在我国土木工程领域已经有了相应的标准和规范，但是在实际应用的过程中，还存在很多问题。如依据规范设计出的结构用钢量过大，使用强度过高的钢材造成了资源的浪费，而强度过低的钢材又满足不了结构的要求等，因此，还需要不断地对钢结构的标准和规范进行改进，以适应钢结构的发展。

4 钢结构施工的要点分析

钢结构的整体施工流程还是比较复杂的，不同建筑在施工细节上的具体要求也有很大的不同，下面就钢结构施工中的几个要点进行简单的介绍。

4.1 选材与连接

钢材主要由型材、板材、管材以及金属制品等四大类。而土木工程中使用的建筑钢材主要是普通的碳素钢、低合金钢和优质碳素结构钢。碳素钢的塑性比较差，但是强度和硬度十分高。在钢结构中，所用结构柱的截面大多数是工字型截面和箱型截面，此外十字型截面也比较常见；而梁很多是轧制或者焊接而成的“H”型截面，在一些特殊情况下还可以依据需要做成复合截面。在安装前要对焊接接头进行必要的焊接工艺试验，确定出结构的各项参数。

4.2 钢构件的堆放与机械安装地点的选择

一般来说，安装结构的占地面积至少应该在结构占地面积的1.5倍以上，在施工过程中按照施工的顺序将构件从堆放场配套运送至现场，采用装卸设备将构件置于安装机械的作业半径内。在钢构件运输的过程中如果出现了变形，要在施工前进行有效地矫正。钢结构的安装一般采用塔式起重机，其吊臂要有足够的长度，能够覆盖到施工的区域，并且起重能力也要满足要求；钢丝绳的容量要满足构件起吊高度的要求；起吊速度要满足施工进度的要求。在多机共同作业时要避免运转过程中发生碰撞。

4.3 油漆工艺流程

在对钢结构进行油漆粉刷时，第一，要进行基层处理，将金属表面清理干净然后作除锈处理。在手工处理时应先用钢丝刷反复刷磨，然后用纱布进行打磨，使表面平滑光亮。然后再用纱布将锈粉清理干净。如果大面积锈蚀可利用砂轮机来配合清理；第二，要涂刷防锈漆并刮腻子。在涂漆前要检查钢材表面是否干燥，涂漆时要刷满、刷细，并且不能使涂料进入铆孔，等防锈漆干燥后采用与油漆配套的腻子将构件表面刮平，在腻子干燥后打磨平整并作清理；第三，要涂磷化底漆，磷化底漆由磷化液和底漆组成，在涂磷化底漆大约2小时左右就可以涂刷其他的底漆或面漆，24小时后用清水来清理构件表面产生的磷化残留物。在干燥后表面如果形成均匀的褐色磷化膜，说明以达到良好磷化效果；第四，要刷涂面漆。在粉刷过程中要饱满均匀、色泽一致，在粉刷后要检查是否有漏刷现象存在。钢结构通常要刷两遍面漆，其实际厚度应在70微米左右。

5 结语

总而言之，在建筑工程中，我们要对钢结构的优点加以充分的利用，对其不足要采取相应的措施来进行改进，随着施工工艺的不断进步和钢材性能的不断改良，钢结构在未来土木工程建设中会有巨大的发展空间。