钢结构在土木工程施工技术中的应用研究

2023-10-24李英杰

科技资讯 2023年19期

李英杰

(陕西铁路工程职业技术学院陕西渭南 714000)

近年来，随着人们生活水平的不断提高，对建筑物需求量呈现逐年递增的趋势，工作人员要提高对施工质量的重视程度，合理应用钢结构抗震性能好、可回收等特点，全面提高建筑物的安全性，给人们提供良好的生活与工作环境。但从目前土木工程钢结构施工情况来看，其很容易受到空间因素影响，出现锈蚀、火灾、噪声等情况，给土木工程应用效果带来严重影响。因此，在土木工程施工环节应用钢结构，采用新型聚氨酯材料、发泡陶瓷材料、新型轻质高强材料等，从根本上提高建筑物整体稳定性和安全性。因此，可将其作为装配式建筑物使用的常用材料，严格遵循钢结构施工标准，购买高韧性钢结构，避免施工中钢结构出现断裂问题，影响到整个钢框架结构总支撑能力。

1 钢结构建筑特征

1.1 优越的性能

工作人员通过分析钢结构，发现其具有钢材高弹性、高强度等特点，与传统钢筋混凝土结构相比，能提高建筑物的施工质量。从钢结构性能来看，硬度是钢结构最突出的特征，不仅能给土木工程提供高结构承载性能和抗地震性能，而且还能通过利用钢框架体实施承重工作，充分发挥墙体的空间分割和围护作用，为土木工程室内营造高净空、大空间、室内无柱的效果，让人们能有足够的空间学习各种知识。同时，由于钢结构构件截面尺寸较小，仅为钢筋混凝土结构构件50%左右，能给工作人员提供大量使用面积，通过分析土木工程实际运行情况来看，其钢结构使用面积要高于钢筋混凝土结构3%。另外，钢结构凭借自身组装便捷、重量较轻等优势，塑造建筑工程空间，回收利用建筑材料，全面提高土木工程施工材料利用率[1]。

1.2 具有较强的可塑性

由于钢结构自身具有较强的延性，能解决地震问题产生的负面能量，合理控制脆性破坏带来的影响程度，进一步提高土木工程的抗震性能和安全度，抗震等级高于其他结构体系。从国内外地震调查结果发现，钢结构建筑倒塌数量最低，尤其是在高等级震区，使用钢结构最佳。从钢结构可塑性特征来看，钢结构应力在超过屈服点后，钢结构表面易出现不塑性形变，但不会出现结构断裂问题。在判断钢结构可塑性时，分析钢结构的伸长率和收缩率，判断其收缩率、伸长率是否符合行业标准。另外，钢材抗剪、抗压、抗拉强度要超过其他材料，钢结构构件截面尺寸小。利用钢管混凝土柱框架作为混凝土核心筒结构体系，每平米自重仅有1.2 T，和钢筋混凝土剪力墙结构相比，要轻30%左右，能合理控制基础设计和地基处理的资金[2]。

1.3 节能环保

随着建筑行业不断发展，环境和生态问题愈发严重，在传统土木工程施工中需要大量木材原料，降低森林覆盖率。目前，我国政府部门积极倡导可持续发展理念，给土木工程施工环境带来不同程度的变化，必须提高土木工程施工的节能环保性能。而钢结构主要构件是通过工厂进行生产，如墙板、钢柱、钢梁等，再由工作人员运输到施工现场进行组装，具有较高的工业化程度，能满足产业化要求。同时，其具有较高的施工机械化程度，提高了施工速度，据有关人员统计发现，同一面积的建筑物，钢结构施工工期要比混凝土结构工期少30%以上，并且整个施工现场非常干净、整洁，不会给周围环境带来严重污染，符合施工阶段的环保要求[3]。

2 土木工程中最常见的钢结构

2.1 高层钢结构

高层钢结构适用于高层建筑物结构内部和侧面，能给建筑关键结构提供各方向支撑力，加上高层钢结构自重较轻，能和装配式结构进行相互衔接。但从目前高层建筑施工情况来看，高层钢结构框架剪力系数稳定性不足，工作人员要在结构表面进行多维度加固，合理应用环保防火涂料，全面控制其导热系数，保障材料耐火性能达到预期标准。因此，在土木工程施工环节要合理应用钢结构，在选择科普馆装配式建筑物时，工作人员可采用新型材料，充分发挥材料防火、抗震、强度高等特征，提高建筑物整体稳定性。同时，在土木建筑物施工阶段高层钢结构技术应用方面，对设计单位施工图设计质量提出更高要求，导致在施工现场出现各种矛盾，相关单位人员要提前检测钢结构框架的受力状态，避免给其他建筑物结构空间稳定性造成严影响。但值得注意的是，要规范吊装和焊接流程，避免焊接质量无法达到行业标准，影响到建筑物整体结构的稳定性。

2.2 空间钢结构

空间钢结构作为土木工程施工的重要环节，能合理控制钢材外部线形，降低施工成本，提高土木工程项目施工效益。同时，虽然钢结构材料自重普遍较轻，但也要做好必要的防护措施和固定措施，全面分析空间钢结构的抗剪切性能，只有这样才能实现预期的支撑功能。在土木工程施工时，大跨悬索结构和索膜结构应用效果较佳，能满足设计图纸规范要求。但在设计大中型建筑物结构时，相关单位要真实模拟空间钢结构实际受力情况，进一步确定是否存在其他施工技术应用风险因素，全面分析空间结构类建筑物的力学性能，降低建筑物整体施工成本，避免其受到安全隐患因素影响。目前，空间钢结构适应于高稳定性环境中，保障工程施工质量达到预期标准[4]。

2.3 轻型钢结构

轻型钢结构通常应用在低楼层建筑物方面，具有自重轻、安装流程简单、装配施工速度快等特征，能有效控制材料资源消耗量。但值得注意的是，在轻型钢结构材料应用过程中，施工单位要严格评估材料尺寸规格和结构强度性能指标，才能保证施工内容的精准度和适配度。目前，轻型钢结构普遍应用到工业厂房，作为土木工程的核心施工技术，全面控制钢板材料的轧制和焊接操作过程，保证施工质量能达到预期标准。同时，在应用轻型钢结构时，要注重分析其保温性能和导热性能，避免其受到各种外在因素影响，出现严重的施工质量问题；要详细记录轻型钢结构材料的抗压强度和抗剪性能，增强土木工程施工技术资源调配的合理性[5]。

3 钢结构在土木工程施工技术中的应用要点

3.1 选材和吊装技术要点

在土木工程项目施工技术中，钢结构材料应用范围最广，工作人员要严格控制材料选择过程和吊装过程。主结构用钢通常采用Q235和Q345B钢材，由于部分厂家Q345B 钢材加工难度系数较高，更倾向于用Q235B 钢材。站在技术经济指标方面来看，Q345B 钢材要高于Q235钢材，在建筑物中不适合应用两种不同钢材，钢构件运输到现场后不容易进行取样鉴定，无法第一时间确定其是哪种钢材。由于钢材具有焊接特征要求，在焊接结构中通常要采用B 级钢材。在次结构施工过程中，因为我国Q345 钢材冷弯性能较差，工作人员经常使用Q235 钢材。高强螺栓作为结构施工中最主要零部件，虽然其具有良好的变形性能，一旦某节点出现严重破坏，很容易导致整个钢结构出现严重脆性破坏。因此，在选择高强螺栓时，最常用10.9S 级承压型，但由于钢结构在连接时一般采用法兰连接方式，无形中影响到摩擦型高强螺栓的应用效果，所以均采用承压型高强螺栓，在使用非法兰式连接时则用摩擦型。同时，在土木工程施工过程中，施工人员要全面控制吊装操作过程，利用物联网传感器和无人机设备，统计吊装机械设备操作过程，采用BIM 技术平台软件真实模拟不同类别钢结构材料的吊装效果和安装连接效果[6]。

3.2 焊接要点

在土木工程施工环节中，钢结构材料焊接操作过程受到各种因素影响，如环境、机械设备、人为因素等，导致焊接质量无法达到行业标准。因此，工作人员在钢结构焊接时，要从中间向两边进行焊接，实现妥帖焊接平面，且严格遵循焊接流程，保证节点对称性，全面提高钢结构平衡性。同时，钢结构在土木工程施工中最常见异形钢板，对于这种类型板材焊接，要按照先下后上施工顺序进行操作。工作人员在焊接平台、处理焊缝时，要全面评估钢板结构材料实际受力情况，准确控制焊接基准点位。另外，在钢板焊接过程中，要构建健全的安全保障机制，规范热熔温度，选择合理的操作流程和焊缝连接方法，根据不同焊接角度和焊接方向，要严格检验钢板是否存在咬边、气孔等问题，避免次品数量较多，给建筑结构稳定性造成严重影响。

3.3 螺栓连接要点

在普通螺栓和高强度螺栓应用时，要检测螺栓螺母紧固环节，避免外在因素给打孔精度造成严重影响，甚至影响到结构稳定性。因此，要按照螺栓容许间距，精准测量构件边缘间距，真实模拟不同受力方向，以螺栓孔径和外层较薄板件厚度为量化评估标准。在固定加固操作和螺栓连接时，施工人员经常出现忽略普通螺栓和高强度螺栓连接操作的差异性，导致其出现严重的钢结构材料浪费问题。同时，在人工加固操作环节，利用高精密检测仪器对比普通螺栓和高强度螺栓的标高控制结果，掌握螺栓施工技术的应用优势，优化拆装流程，但要在钢材表面开孔，很容易影响到结构自身质量，降低钢结构精密度，给后期孔拼装造成严重影响[7]，具体如图1所示。

图1 螺栓连接技术

3.4 铆钉连接要点

在将钢结构应用到土木建筑工程施工时，工作人员要统计分析铆钉连接操作过程，计算其夹紧力和收缩应力，判断其是否满足行业标准。但从铆钉应用情况来看，虽然其具有可塑性好、连接质量高、结构稳定等特征，但其操作流程过于复杂，需要消耗大量钢材，在普通施工中通常采用螺栓连接和焊接方式替代，只有在大跨度结构和重型结构中才能见到铆钉连接方法。因此，建筑企业可以将该种施工技术作为备选方案，对比勘察设计指标，全面分析钢结构各环节的关键数据参数，如箱梁稳定性、钢结构跨度等，避免外在因素影响到其他施工工序的安全性[8]。另外，在利用该技术进行工程施工时，相关人员要注重评估钢结构材料表面张力和内部应力，科学设置铆钉材料的空间排布形式，避免影响到钢结构材料的利用率，具体如图2所示。

图2 铆钉连接技术

3.5 钢材防腐要点

湿度和温度作为影响钢结构材料内部分子运动规律的重要因素，一旦工作人员处理不及时，很容易出现严重的裂缝问题和腐蚀问题。因此，工作人员要根据现场施工实际情况，加强防腐措施应用范围，通过涂料保护法、电化学保护法，全面保护钢结构材料表面。但值得注意的是，在应用各种防腐措施时，要提前调查工厂生产条件和制造条件，在进场质量检验前审核钢结构材料质量。同时，土木建筑工程项目相关单位要对比分析钢结构材料金属特征和含碳量，合理应用表面质量检测技术，集中处理钢结构内部裂缝问题。工作人员要购买专业喷涂设备，隔离防护钢结构材料表面，通风处理钢板钢材堆放位置，通过传感器设备实时监测环境质量，避免影响到钢结构材料内部分子和功能性能指标[9-10]。