钢结构在土木工程施工中的应用研究

梁 荣

（兰州石化职业技术大学，甘肃 兰州 730060）

0 引言

钢结构是现代建筑工程中普遍应用的结构形式之一，在强度、刚度、延性、韧性上都有着十分优势的表现，相应的环保性能、安全性能和经济性能也十分突出。随着现代建筑工程不断向高层和大面积的方向发展，传统的土木工程结构难以满足更高层次的施工需求，因此，在大跨度建筑以及超高、超重建筑施工过程中钢结构发挥着非常重要的作用。随着钢结构在土木工程施工中的应用比例逐渐增大，掌握管理要点、明确施工中的应用要点，才能够保证钢结构有效服务于土木工程建设，保证施工效率的同时提升施工质量。

1 钢结构的特点与应用优势

1.1 钢结构的特点

1.1.1 强度和刚度大

土木工程施工中钢筋混凝土结构是常用的建筑结构形式，相比较而言，钢结构在强度和刚度上表现更为突出。诸多大跨度、高强度的土木工程建筑，对结构构件的适用性参数要求较高。这种参数由材料本身的强度和刚度来决定，本质上而言，材料的截面特性以及弹性模量是保证材料本身刚度和强度的重要指标。钢结构的弹性模量为200GPa，远远超出高强度混凝土的40～45GPa，甚至是普通混凝土弹性模量的十倍，因此优势异常明显。

1.1.2 延性和韧性好

延性和韧性是衡量材料塑性变形能力的重要指标，其中延性是保证抗震设计当中的重要特征参数。调查研究表明，钢结构在经历巨大的非弹性变形后依旧能保持良好的滞后耗能性，常常成为地震发生后建筑物能够保持较好稳定性的结构。而良好的韧性能够抵抗缺口部位不稳定裂纹的扩展，安装使用过程当中不仅能够承受较大的变形，同时降低了因剪切、冲孔以及锻造等施工流程中裂纹产生的可能性。对于受到交变荷载以及冲击荷载的建筑结构来说有着十分突出的优势。

1.2 钢结构的应用优势

1.2.1 环保性优越

环境问题的日益凸显，促使各行业加大了环境保护的控制力度。建筑污染一直是建筑领域需要重点解决的难题之一，钢结构凭借良好的环保性能被广泛应用于现代土木工程建筑施工中。首先，钢结构本身性能较为优越，在施工过程当中能够完全代替传统混凝土结构，避免了建筑施工垃圾的产生，同时也避免了混凝土施工过程中产生的粉尘污染。其次，钢结构安装施工较为简便，能够完成批量处理，不仅减轻了劳动强度，同时也减轻了施工过程当中的噪声污染。最后，我国钢结构产业发展速度较快，随着技术的升级以及融合技术的应用，钢结构本身的承受能力、抗压能力以及韧性、耐性均有所提升，这样在使用过程中不会产生巨大的变形和损伤。即便拆迁之后依旧能够展现出较高的回收利用率，实现了资源的节约，同时也避免了拆解过程当中产生的二次环境污染。

1.2.2 安全性突出

土木工程施工过程中安全保证是建设单位管理的重中之重，安全保证包括施工安全和质量安全两个层次。施工安全层面，土木工程施工本身具备一定的复杂性，并且施工过程处于不稳定的环境中，诸多风险的存在对于施工流程提出了更为严苛的要求。钢结构的运用凭借施工简单、安装方便的特征能够有效地缩短工期，减轻施工强度，在安全性能方面表现得较为突出。就质量安全而言，传统的混凝土工程经常会出现裂缝与沉降的现象，该种现象会影响整个建筑的安全性；而钢结构的延性和韧性表现都十分突出，即便在恶劣环境之下依旧能够展现较好的稳定性，从本质上促进了土木工程的施工水平和施工质量的提升[1]，保证了土木工程建设项目的安全。

1.2.3 经济性优越

土木工程施工通常以混凝土结构为主，施工过程当中对混凝土的性能有着极为严苛的要求，不仅需要采用大量的原材料，同时也要耗费较大的成本保障其施工质量，无形之中增大了资金的投入量。钢结构的预装性在成本方面的优势体现较为明显，且系统设计的灵活性和空间利用率也较为突出，能够满足多种结构形式需求。另外，安装的便捷性、环保性和可回收性，能将投资成本降至最低。

2 钢结构的应用范围

2.1 高层建筑

高层建筑实现了空间的合理利用，有效地降低了土地占有率，是目前建筑行业的发展趋势之一。不过随着建筑高度的增加，受到的风载荷和地震作用的影响更为明显。因此高层建筑建设过程中必须要提高结构抗侧力以及抗震性能。相对比而言，传统高层建筑施工过程中混凝土结构在抗震、抗风等方面具有一定的劣势；但钢结构凭有着较轻的构件质量和较高的延展性，结构的承受能力较大，空间的占用较小，能够根据国家相关标准来完成高层建筑性能的提升，尤其是轧制轻钢或者焊接轻钢的使用，更能展现出钢结构的优势。

2.2 大跨度建筑

人们对现代建筑的需求不仅要满足日常使用同时要更要具备一定的时尚感和艺术感，因此许多薄壳建筑、网架建筑等空间跨度较大的建筑成为当前建筑的主流。此类大跨度建筑对于跨度、强度以及自重等方面有着极高的需求，且施工难度较大。钢结构的运用不仅能够有效地提升大跨度建筑的刚度，同时在减少自身钢材用量上也有着十分显著的效果，诸多球面、双曲抛物面等钢结构的应用，相对于网架混凝土建筑而言具有明显的优势。

2.3 轻钢型建筑

轻钢型建筑不仅自重轻、强度高，且有着占地面积小、安装搬运方便的优势。轻钢型建筑在使用之后可以全部完成回收利用，不仅不会造成环境污染，同时也符合节能减排、可持续发展的基本战略。轻钢型建筑被广泛应用于低层建筑以及开阔空间建筑领域，如农贸市场、工业厂房、仓库等。此类建筑结构凭借轻钢结构的设计和加装技术能够有效缩短工期同时提升空间利用率，成为当前我国广泛应用的建筑结构类型[2]。

3 钢结构的应用要点

3.1 施工管理方面

3.1.1 建立科学合理的监督机制

钢结构在土木工程施工过程中最重要的就是保证质量、保证安全，应用过程当中需要根据工程实际情况建立健全科学管理监督机制，保证形成有效的约束。监督管理机制建立的过程中应严格遵循国家相关管理规章制度以及土木建筑工程建筑施工标准，整个监督机制的建立应该从多方位、多角度出发，保证相关细则覆盖施工全过程。需要管理层能够克忠职守，严格履行监督管理义务；需要施工层严格执行施工标准，按流程操作，按技术标准操作，与此同时加强安全意识与责任意识，切实提升整体施工技术水平。

3.1.2 加强员工的培训管理

钢结构在土木工程施工中的应用决定着施工的质量，施工过程中，除了材料本身的性能和工艺流程以外，施工人员的素质和业务能力也是十分的关键。为此，整个管理过程中需要加强对施工人员的培训和筛选，保证人员的整体素质得到提升。在此过程中要保证技术人员具备良好的专业技能和职业素养，能够有效地对施工现场进行指导，结合工程参数指标要求对工程质量进行高效控制。同时也要保证相关施工人员完成技术交底，具备扎实的施工技能和实践经验，在严格的施工要求中进行熟练操作，保证施工质量得以达标的同时有效提高施工效率。另外，进行定期的安全学习培训也能够有效督促，保证施工人员的整体技术素养得以提升[3]。

3.2 施工技术方面

3.2.1 做好施工准备

钢结构在土木工程施工中的应用，做好前期准备工作是后续工作顺利开展的基础。整个准备过程当中，首先要根据施工图纸完成技术交底，同时根据设计内容进行严格的考察和审核，保证施工图纸符合施工现场的实际条件。其次，根据整个设计施工方案制定应急方案，保证整个技术应用过程当中达到最优化效果，同时完成整个施工期间吊装技术、连接技术的分析，结合施工环境有序开展机械设备进场工作。最后，钢结构构件进场的质量检验一定不能够忽视，整体钢结构构件的质量决定着工程的质量，所以在材料进场过程当要保证所采购的结构构件具有自检合格书以及质保书，保证其在运行过程当中并未产生变形以及破损，对其制作材料的几何尺寸、构件编号和标记进行确认后，根据施工进度确定钢结构构件分批次、分工序有序进场和存放。值得注意的是，钢结构构件对于存放环境有着极高的要求，因此不得存放于潮湿低温的地点，同时要做好防雨、防腐蚀措施，尽量将钢结构构件置于枕木之上。

3.2.2 合理选择连接方式

钢结构的连接有焊接以及高强螺栓连接两种方式。焊接技术施工的要点在于根据现场钢结构的焊接节点形式、类型和规格选用适当的焊接方法，并完成相关的工艺评定指导书的制定。同时根据钢结构实际情况选择焊条并保证引出板、焊接口、预热以及钢垫板等所有准备工作实施到位。焊接的过程中要满足边焊接边清理的施工原则，保证事前准备、施焊过程以及成品检验各个过程皆能够执行严格的质量控制规定[4]。

高强度螺栓安装是除焊接之外钢结构安装的重要连接方式之一。其安装过程中不仅要做到防潮防腐，避免造成物理损伤，同时也要注重安装复检。采用高强螺栓进行连接，关键的控制点在于扭矩，若安装过程中扭矩值过高会导致高强螺旋超负荷运行，很容易造成螺栓断裂；反之，扭矩值过小，难以达到预定的紧固作用，在连接紧固上也难以满足实际的设计需求，久而久之出现松动脱落。因此，在完成高强螺栓安装过程中需要通过严格的计算和恰到好处的控制来保证连接强度。

3.2.3 注重防腐防锈工作

钢结构应用过程中最大的弊端就是容易腐蚀生锈，因此防腐工作一定要得到足够的重视，为后期的保养和维护奠定基础。当前涂抹油漆是最为常见的防锈方式，整个刷涂过程中为了保证涂刷效果，首先应对钢结构进行除锈打磨处理，利用钢丝刷反复打磨直至平整光滑，若钢结构表面所产生的锈蚀面积较大则需要通过砂轮机来辅助完成清理操作。打磨处理完成之后，油漆涂抹工作进行之前必须要保证钢结构表面的干燥整洁，遵循洗刷到满刷的涂抹流程，待涂抹工序完成之后进行腻子刮平，再次完成打磨清理工作涂刷磷化底漆。整个涂抹过程刷细、刷满是基本要求。

3.2.4 重视吊装施工

钢结构在土木工程中通常应用于大跨度或者是高层建筑，因此吊装施工是必要步骤，安全性和可行性是吊装的宗旨。为减少二次运输成本，吊装工作的进行需结合工程实际遵循就近原则，按照施工方案详细检查相关设备以及原材料的配备情况。另外，吊装工作进行过程中起吊点的正确选择能够保证物体在吊运过程中维持足够的稳定性，避免倾斜翻转以及变形损坏等事故的发生，最大限度地提升了吊装工作的安全性。吊点选择的过程当中重要的参考指标包括物体的形状特点以及重心位置，当然也包括起重机的性能，整个吊装过程要保证均速进行以避免高空坠物的风险发生[5]。

4 结束语

传统土木工程项目施工过程中混凝土结构得到广泛应用，但随着建筑行业的不断升级，混凝土结构难以满足更高的建筑要求。钢结构具备良好的环保性、经济性以及安全性，同时就结构本身而言也有着十分突出的综合性能，克服了诸多混凝土结构的弊端，发挥出良好的应用优势，已成为当前土木工程施工的主流方向之一。随着钢结构施工技术的不断提升，以及建筑行业的迅速发展，钢结构在土木工程施工中也必定会朝向更为方便、快捷、高效的方向发展，持续推进建筑领域的发展。