基于土木建筑下的钢结构工程应用及相关研究

1.钢结构工程的基本特征

钢结构主要是指利用各类钢材，通过钢材之间的组装、连接而搭建的工程结构。相较于传统的钢筋混凝土结构，钢结构的突出特点在于对大量钢材、钢件、连接件的直接使用。具体来讲，和钢筋混凝土结构相比，钢结构的强度更高，同时在承载力相同的情况下，钢结构本身的重量更轻，空间利用率更高。

从稳定性和可靠性角度来讲，钢结构工程受到外界因素的影响更小，可以及时发现存在的质量问题，降低安全隐患。另外，钢结构工程本身主要的工程材料具有可回收性，在工程拆卸之后，可以投入到再次利用之中[1]。从施工过程的角度来讲，钢结构工程的施工流程更简便，涉及的工艺更少，施工效率高，同时质量管理难度更低，可以有效提升工程施工建设管理水平。从工程设计的角度来讲，随着时代的不断发展，现代社会对各类土木建筑工程的造型有更多样化的需求。而得益于钢结构本身良好的稳定性和承载力，在结合预应力技术的情况下，可以满足更多样化建筑工程设计需求。比如，一些追求大空间、大跨度的商场、体育场、会场等建筑，就特别适合使用钢结构施工技术。并且，钢结构工程的塑造能力非常强，可以完成更多建筑造型的打造，优化建筑视觉效果，提升艺术感和美感。从成本角度来讲，得益于钢结构工程本身更为简便的施工方式，以及相对单一的工程材料，这种结构工程的成本相对更低，加以合理利用，可以显著提高工程效益。

2.影响钢结构工程质量的因素和处理策略

2.1 工程材料的选择

显然，钢结构工程施工中，基础工程材料的质量，将直接影响整个工程建设的质量。在现代常见的钢结构工程中，比较常见的工程材料包括普通合金钢、碳钢等。其中合金钢的适用面更广，可以满足更多类型钢结构工程的建设需要。而碳钢的强度非常高，但是可塑性相对较差，适合承载力要求较高的常规建筑工程建设。钢结构工程用到的核心钢材、连接件、钢丝、钢管等材料的质量、类型，都会影响工程建设质量，所以需要针对性选择。

2.2 工程设计

钢结构工程的建设，需要以科学、合理的构造设计为基本前提。这需要设计人员充分掌握钢结构工程的设计要点，对钢材力学特性有深入的了解，充分保证钢结构工程设计方案的合理性。例如，2008 年北京奥运会主会场“鸟巢”作为全世界最知名的钢结构工程建筑，为了在保证工程结构受力平衡、稳定性、安全性的基础上，实现更具艺术感和美感的建筑造型，设计团队花费了大量的时间和精力，对多达千百种的钢材力学性能进行研究分析，再结合大量的模拟试验，才形成了这一举世震惊的设计方案[2]。可见，钢结构工程的设计水平，对工程质量、安全性、艺术美感等都会产生决定性的影响。

2.3 施工过程管理

钢结构工程的建设和传统钢筋混凝土工程的建设有很大的差别，需要施工单位根据设计图纸及现场情况，做好各方面的管理。就土木建筑工程而言，在其中应用钢结构工程，本身是一个融合的过程，施工管理面临的影响因素更多。首先，在工程材料的管控方面，由于钢结构工程钢材用量大，现场的管理尤为重要。一方面需要做好工程材料的质量检测，确保所有钢材、连接件、辅助材料质量达标；另一方面要根据施工计划，做好现场的材料管理，避免材料受损或腐蚀。从施工工艺的角度来讲，需要做好施工现场技术交底，加强施工人员专业培训和考核。另外，做好施工器械的管理，尤其是对现场大型吊装设备的管控，要做到全面检查、仔细维护，确保机械设备保持在更好的运行状态。

施工过程管理中，钢结构的吊装连接是关键施工环节，关系到施工质量、效率和安全。针对钢结构的连接施工，主要涉及螺栓固定、焊接施工两个主要的工艺。螺栓连接固定方面，要按照设计图纸，将钢材及构件吊装到位，安装好垫片、临时固定装置之后，再进行螺栓的固定，确保螺栓紧固到位。在焊接施工方面，要根据钢材特点，选择合适的焊接工艺。在此基础上，做好焊接工艺质量的管理，确保焊接位置平滑、均匀，没有瑕疵。

2.4 传统结构和钢结构之间的关系处理

随着现代建筑工程施工水平不断进步，很多土木建筑不再使用单一的工程材料及结构，尤其是很多工程涉及对传统结构、钢结构以及更多新型材料结构的应用。在工程设计和施工中，需要处理好不同结构之间的衔接、组合，其中不仅要考虑整体结构的合理性、力学稳定性，还要考虑不同材料力学特性、后期维护管理方面的差别。例如，在一些厂房的建设中，基础工程、围护结构采用的是传统的钢筋混凝土桩柱、砌筑墙体结构，而顶部采用的是钢结构，屋面采用的是铝合金、树脂材料[3]。针对这种类型的建筑，需要做好钢结构和钢筋混凝土结构之间的连接固定。一般情况下，钢结构着力点需要放在钢筋混凝土承重柱、承重墙上，再结合球形连接点，实现大跨度屋面的设计与施工。

3.土木建筑工程下钢结构工程的具体应用

3.1 高层重型钢结构建筑工程

在现代社会持续发展的情况下，各个地区城市建设和工业发展水平越来越高，很多高层重型钢结构建筑工程项目在如火如荼地建设中。这类高层重型钢结构建筑工程主要采用型钢材料，使用螺栓连接、基础锚固及焊接工艺进行施工。例如，著名的上海环球金融中心作为一种典型的超高层建筑，消耗了六十多万吨型钢材料，钢结构在该建筑中扮演着极其关键的角色。在高层重型钢结构工程的建设中，对工程设计水平的要求非常高，需要将传统钢筋混凝土结构和钢结构工程有机结合起来，充分发挥两者本身的优势。在这类工程中，钢结构有很好的结构强度、稳定性和受力均匀性，加上结构轻质的优点，可以支持超高层建筑的建造。比如，世界最高楼——哈利法塔中部、上部基本上都是采用的钢结构，这是该工程能够达到世界第一高度的关键[4]。

3.2 大跨度钢结构建筑

在社会经济和人们生活持续发展的今天，除了民用建筑以外，以博物馆、体育馆为代表的各类建筑应用需求也在逐步提升。这类建筑有一个典型的特征，在于内部空间要求较高，意味着需要构建跨度较大的建筑结构。针对空间范围较大的大跨度建筑，钢结构施工技术的应用尤为重要。在大跨度土木建筑中，一般使用钢材作为主要的结构材料，并根据实际情况，合理选用悬索结构、网壳结构等。这类特殊的结构设计方案，结合钢结构工程本身的优势，可以完成各种大跨度建筑的建设施工。比如，在现代厂房的建造中，可以将钢结构和合成材料膜工艺结合起来，建成封闭式建筑[5]。这类建筑不仅可以提高施工效率，还能满足工业生产对空间范围的需求。更为关键的是，通过将钢结构和其他材料的组合，可以满足封闭式施工的需求，对现代环保事业的发展也有重要的价值。

3.3 轻钢结构建筑

在现代土木建筑工程领域中，一方面大型超高层建筑的建设十分热门，另一方面相关领域也在往轻量化、灵活化的方向发展。轻钢结构建筑主要是利用质量更轻的轻型合金钢材为基础材料，打造能够满足基本稳定性、安全性、耐用性需求的新型建筑。一般情况下，轻钢建筑结构主要包括主要结构、辅助结构、围护结构等，在建设中需要进行针对性的管理。从建造类型的角度来讲，轻钢结构建筑的结构可以分为两种，（1）使用薄钢板冷轧构成骨架结构，再配以其他材料形成屋面、围护结构的建筑结构；（2）使用断面比较小的型钢做成骨架结构，配合钢管、连接件形成的建筑结构。轻钢结构建筑一方面适用于一些临时性建筑项目的建设，另一方面在一些别墅、民宿、旅游房产项目中，也发挥着重要的作用，具有良好的适应性和经济性优势。

4.结束语

综上所述，在我国建筑工程行业飞速发展的背景下，钢结构工程在土木建筑工程中的应用越来越频繁。在实际应用中，钢结构工程质量轻、强度高、施工便捷、经济性等优点被充分发挥出来。为了进一步提高建筑工程建设施工水平，有必要对钢结构工艺进行更深入的研究，从钢材质量控制、工程设计、施工管理等角度，做好每个环节的质量控制。只有这样，才能进一步发挥钢结构工程的应用价值，提高土木建筑工程建设水平。