浅析钢结构在土木工程施工技术中的应用

2022-07-25张豹，吴兵，仝露

四川建材 2022年7期

张豹，吴兵，仝露

(中国建筑第二工程局有限公司华东分公司，上海 200135)

1 钢结构在土木工程施工中的优势

1.1 高性能

在土木工程施工过程中，钢结构中含有的元素种类繁多，不仅有普通的铁、钛等，而且有锰、硅等。从钢结构本身的特点来看，其最明显的优势就是强度和硬度高。因此，钢结构本身具有更强的支撑和围护功能以及具有很高的抗震特性。随着科技发展的加速，我国的钢铁生产技术也在不断发展，可以以现代建筑为基础根据项目建设过程中的实际需要，有目的地对具有一定功能的钢材进行改良。例如，不锈钢和耐热钢都是建设项目开发中常用的特种钢，广泛用于桥梁和房屋的建设，在其他类型的工程建设中也得到了认可。

1.2 可塑性强

在钢结构的实际承载过程中，当应力超过屈服点时，由于钢结构本身具有很强的延展性，首先会出现变形而不是断裂。在衡量钢材延展性的过程中，断裂面积和延伸率是两个最重要的指标。由于碳是钢结构中最重要的成分，因此碳元素有助于钢结构的整体延展性和强度，对改进钢结构具有重要的现实意义。土木工程中钢结构的应用过程中，连接件可用螺栓或铆接。与其他类型的建筑结构相比具有更易于操作的特点。此外，钢结构具有运输难度低、强度高、经久耐用、重量轻等优点。近年来，钢结构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难以搭建的建筑物的施工过程中，如果采用传统的内支柱支撑方式，需要在建筑物内部安装大量的内支柱，则造成建筑物内部空间不足。在土木工程中使用钢结构可以有效地解决这个问题。在施工过程中，可根据实际需要对钢结构进行焊接，以有效提高钢结构本身的反挤压性能。

1.3 节能环保

钢结构在土木工程施工中的应用，不仅可以减少粉尘和噪声污染，而且可以减少工作量。此外，钢结构施工周期短，施工过程不需要大量资金投入，钢结构具有可重复使用的优点，这受到建筑商的广泛欢迎。钢结构在土木工程中的使用，不仅可以有效提升建筑单位的经济优势，而且可以有效地为我国环保事业的发展做出贡献。表1为某工程钢结构与砖混结构的对比。

表1 某工程钢结构与砖混结构对比

2 钢结构应用中的限制因素

通过以上分析，可以发现钢结构有很多优点，但同时也需要意识到钢结构在具体应用中的不足，然后有针对性地采取措施加以控制。主要有以下限制因素：①耐火性差，当位于200℃以下的环境中时，钢结构相对稳定，但当环境温度超过200℃时，钢结构的性能会大大降低，温度超过600℃则会变形，此时，钢结构几乎没有承载力；②钢结构应用标准不完善，尽管我国建筑市场已经通过了有关钢结构在民用建筑中的使用标准的相关规定，但现阶段，实际上由于各种因素，钢结构的使用并不理想；③专业技术人员不足，钢结构技术行业还很不发达，尤其技术人才还有很大的不足，这导致钢结构技术的应用难以满足现代建筑的发展需要。

3 钢结构在土木工程中的应用方向

1)大跨度钢结构：大空间建筑包括网架结构、网壳结构、膜结构和薄壳结构。近年来在这些大型建筑形式中大跨度钢结构越来越多地应用于土木工程，尤其是体育场馆、机场等大型工程。由于大跨度钢结构具有极强的可塑性，因此其形态多样，形成了非常具有现代特色的建筑结构，也成为了多个城市的地标性建筑。

2)高层重型钢结构：主要是使用大型高强度钢板焊接成大型钢结构体系。建筑中多采用尺寸小于6 mm的冷轧薄钢板组成的钢结构，或用较小型钢材制作基架然后形成整个钢结构，或使用以上两种的混合方法。

3)轻钢结构建筑：主要是使用轻质材料通过焊接等工艺形成简单的钢结构体系。轻钢结构建筑必须先在工厂加工好，再到现场安装。由于轻钢结构的特点和便利性，轻钢结构在我国得到了广泛的应用，如仓库、贸易市场等。图1为某仓库钢结构组成。

图1 某仓库钢结构组成

4 钢结构在土木工程施工技术中的应用

4.1 钢结构施工前的准备工作

在进行钢结构施工之前，要做好相关的准备工作。准备工作主要包括详细明确施工流程、施工图纸，并对工程要点与问题进行分析，针对性地提出对策。监理人员必须认真审阅图纸，防止出现错误和遗漏，发现问题及时解决，以免造成严重损失。完成后，针对性进行技术交底，并制定相关方案，确保所有人员明确技术方案并进行具体实施。

4.2 吊装技术的应用

吊装技术是钢结构在土木工程领域应用中极为常见的技术之一。吊装设备也是土木工程领域中重要的工程器械，通过合理应用可以有效提高施工效率和施工质量。事实上，在钢结构施工中，最常用的方法之一就是吊装设备。配合合适的吊装设备，可以起吊各种重量和强度的钢结构。吊装过程中必须在确保安全的前提下，确保吊装设备符合标准。并立足建筑效益，做好施工安全事故防范工作，确保相关施工工作按时完成。

4.3 塔吊施工技术应用

塔式吊装机是钢结构施工中最常用的施工设备。与塔吊施工机械配合，可有效提高施工效率。塔吊设备不仅可以满足施工时不同重量的需要，而且可以有效保证工期，具有较高的实用价值。但是在实际建设过程中需要注意的是，在现代城市建筑中，为有效提高土地利用率，超高层建筑的数量不断增加。为了提高超高层建筑的施工效率，传统中常用的附着式塔式吊装机难以适应新形势的需要。因此，现阶段对于高层建筑的施工，尽量选择内趴式塔吊，不仅可以控制塔式吊装机的使用成本，而且可以有效保证施工安全和施工效益。

4.4 焊接技术的应用

在金属结构的施工中，焊接技术的使用也是需要注意的问题。通常情况下，钢结构的焊接应按以下顺序进行：首先，平面的焊接应从中间逐渐向周围扩散，并按节点对称的顺序进行。在对异型钢板进行焊接时，一般是从下翼缘板逐渐移动到上翼缘板。此外，在大型建筑物中后钢板较为常用，但在应用时需要全面考虑施工现场的条件和技术情况，然后针对性选择合适的焊接方式。

5 土木工程钢结构施工中需要注意的问题

5.1 保证材料的合理选择，提高焊接标准化

现阶段，我国市场上销售的钢材大致可分为金属制品、板材、型材和管材四大类。土木工程领域主要使用碳钢和低合金钢，与其他钢种相比，碳钢在强度和硬度上具有明显的优势，但这种钢缺乏延展性。从目前的情况来看，土木工程中使用的钢结构在立柱设计过程中大多采用工字形或箱形截面，部分建筑也采用了截面。在建筑结构的梁柱焊接过程中，在大多数情况下，H型材是支撑。在某些特殊情况下，考虑到技术特性，可以制造组合横截面生产。钢结构的大规模应用使得钢结构在土木工程中的作用越来越大，钢结构质量的重要性也越来越强。因此，在钢结构的的焊接与应用过程中，一定要确保科学性，在焊接前制定完整的焊接计划并选择合理的焊接工艺，确保焊接质量。

5.2 建立健全监督机制

在土木工程施工中，安全尤为重要。近年来，在大环境的下，安全较以前更为受到重视。但在实际执行过程中仍存在一些缺陷，导致安全隐患。因此，施工企业应定期组织工程施工人员进行学习研讨，同时可以邀请知名的高水平行业专家进行现场培训，并制定钢结构施工应急预案，可以有效地及时预防突发事件的发生，在一定程度上减少施工损失，从而确保施工进度，保证施工的整体质量。

5.3 钢结构防腐处理

与其他类型的建筑结构相比，钢结构的一个非常重要的缺点是容易腐蚀。因此，为了确保钢结构建筑可以具备较长的使用寿命，必须加强对钢结构的防腐处理。对钢结构防腐处理主要是喷漆工艺，喷漆处理时要先将金属表面清理，尤其是锈点进行重点处理。主要是：①将钢结构表面打磨成光滑、有光泽的表面；②使用钢丝刷对钢结构表面进行多次清洁和抛光。如果钢材本身有大面积腐蚀，可以结合清洗工艺使用研磨机，确保油漆涂在干燥的钢表面上。在使用过程中，刷子不仅要细，而且要刷满，还要避免油漆进入铆钉孔。油漆干燥后，需要用腻子将钢结构表面抹平，然后打磨腻子。完成上述操作后，需要继续对钢结构表面进行磷化底漆的施工。使用磷酸盐底漆24 h后，确保磷酸盐底漆完全干燥，然后去除残留物。如图2为某工程钢结构防腐处理。