淺議鋼結構在土木工程中的應用

孫勝楠

【摘要】土木工程作為一個重要的基礎學科，其重要的屬性為綜合性，社會性，實踐性，統一性。鋼結構工程作為土木工程的一個重要分支，在國民經濟的發展和人民生活的改善方面起到到了重要的作用。同時，對眾多產業的振興發揮了促進作用。鋼結構工程的發展與經濟繁榮和科技進步是密不可分的。

【關鍵詞】特點；不足；施工方法

On the steel used in civil engineering

Sun Sheng-nan

（Chengde City Bureau of Housing and Urban Development Property Management Office Chengde Hebei 067000）

【Abstract】Civil engineering disciplines as an important foundation， its important attributes for a comprehensive， social， practical， unity. Steel works as an important branch of civil engineering， in improving the national economy development and people's lives to play an important role. Meanwhile， many industries have played a role in promoting revitalization. Development and scientific and technological progress and economic prosperity are inextricably linked steel works.

【Key words】Features；Inadequate；Construction method

1. 土木工程中鋼結構的特點

1.1 強度。一般來說，材料的強度決定結構構件承受或容納作用效應的能力。利用相關的國家標準來確定結構鋼的構件性能，這些標準中列出了鋼結構可使用的材料，比如建筑結構鋼需要滿足CSASTMstandardA992/A992M或者CAN/CSAG40.20/C40.21等相關標準的要求。近些年來，建筑用鋼發生了很大的變化，過去的建筑結構所用的抗拉強度以及屈服強度相關數據均摘自于CISC（2006）歷史記錄，而目前加拿大對于工程結構鋼以及普通建筑結構鋼的標準定出7個鋼種和8個強度級別，屈服強度范圍為260～700MPa。不過并不是全部的鋼種都有所有的強度級別，因此如果是一個特定的建筑鋼結構設計，那么對鋼種類型和強度級別的選擇就非常重要。從整體來說，采用鋼結構可以減少物料消耗、減輕結構自重、降低支撐部件與地基的尺寸，最終降低整個建筑的結構成本。

1.2 剛度。剛度決定構件的振動、變形等適用性參數，進而決定結構體系的剛度。其構件和連接件的分布又決定了結構體系的實際剛度。簡單來說，構件的剛度由材料的幾何截面特性以及材料的彈性模量來決定，結構鋼的彈性模量通常為200GPa。而普通密度抗壓強度在20～40GPa范圍內的混凝土其彈性模量通常在20～28GPa范圍內；即使對于高強度混凝土來說，其彈性模量也不過在40～45GPa之間，由此可見，鋼結構的鋼性是混凝土的十倍及五倍左右，所以鋼結構的剛性有著顯著的優勢。

1.3 延性。延性指的是某種材料拉伸的過程中無斷裂的塑性變形能力。一般情況下延性是結構設計中，特別是抗震設計中比較重要的特性參數，地震中幸存的建筑物直接依賴于主要結構框架經歷大的非彈性變形時的滯后耗能性。鋼結構可以說是目前使用最廣泛的、韌性最好的工程材料之一。不過材料內在的延性并不一定都會轉化為建筑結構的內在延性，因此要充分認識到這一點，采取適當的設計策略和可靠、穩定的滯消機制。通常一個設計具有延性響應就要有足夠的材料截面、材料延性以及結構延性和構件延性。延性值的能力和需求要與變延性水平、曲率延性（構件延性）以及位移延性（結構延性）所匹配。不過雖然鋼結構的應變延性比較高，但是因為受彎構件的受力不穩定，所以構件的曲率延性經常不足。

1.4 韌性。衡量材料斷裂前吸收能量以及塑性變形的能力的指標就是韌性。它可以抵抗缺口部位的不穩定裂紋的擴展。韌性通常表示鋼結構在制造、安裝以及使用過程中可以承受比較大的工業變形，是鋼結構一個很重要的特點。正是因為鋼構件的韌性才使其在彎曲、剪切、沖孔、鍛造、鉆孔等制作過程中降低了產生裂紋的可能性。鋼結構足夠的斷裂韌性是必須具備的，特別對受到交變荷載以及沖擊荷載的建筑結構來說更要具備此特性。鋼結構的斷裂韌性對于溫度條件很敏感，并且隨著溫度的減小而降低。所以在天氣寒冷的地區設計鋼結構，首先要考慮韌性。

由上可知，無論是從剛度、強度還是在延性方面，鋼結構都要優于鋼筋混凝土，通常鋼結構系統可以提供最佳的設計靈活性以及最大的空間利用率。

2. 土木工程中鋼結構的不足

2.1 使用年限比較短。

鋼結構的一個致命的缺點就是使用年限比較短，但通常壽命僅有5～10年，然而混凝土結構最大的優勢就是可以永久使用。假如，住宅建筑采用鋼結構，那么很多人就會放棄購買，這就必然影響了建筑物的銷售，因此，我們必須要引起高度的重視。

2.2 價格較高。

受多種因素的影響，當前，我國的鋼結構生產一直未形成體系，所以說，其價格依舊是國民考慮的關鍵問題。

2.3 生產體系未形成。

鋼結構生產的優越性務必要進行大規模的生產才能得以體現。當前，我國鋼結構質量標準、生產標準、價格標準都尚未成形，國家監管的力度也比較弱，使得開發人員與設計人員都很茫然。endprint

2.4 設計復雜。

建筑結構在設計的時候，要到充分的注意到其使用的范圍，在設計較高承載力的時候就需要采用鋼結構，要兼顧到不適合繼續承載的巨大變形為結構設計的極限。其中鋼結構的節點多，計算一定要精確而且還得盡量做到一次就位，因此鋼結構的設計就更加的復雜化，圖紙也會更多。

2.5 材料的不足。

鋼結構的剛度大于混凝土，但對于負載而確定的情況，鋼結構的構件則小于與其對比的混凝土結構，主要是因為鋼的強度使構件的尺寸較小。假如我們要想提高構件的穩定就需要增加鋼的尺寸，使得其成本增加。且鋼的腐蝕性與耐火性均有待提高，一旦溫度超過所能承受的限度，就得需要采用隔熱層來進行保護，其中重要的部位必須要做防火處理。

3. 土木工程鋼結構施工中的一些方法

3.1 鋼結構安裝要點。

根據土木工程項目設計的不同，對剛結構施工安裝的要求也不盡相同，總的來看，該過程較為復雜，此處只作一些簡要的說明。

（1）選材與連接。

一般情況，我們把平時使用的鋼材劃分為四類，即板材、型材、金屬制品和管材。土木工程中的建筑鋼材常常首選普通的碳素鋼和低合金鋼，如有一定需要，也會考慮優質的碳素結構鋼。在鋼結構為主的土木工程項目中，柱截面較為常見的是寬翼緣“工”字形，“十”字形截面等等；梁多數是“H”型鋼梁。在安裝以前，就要明確的計算出所需各項鋼材的參數，梁與梁之間、梁與柱之間的連接，可以采取焊接連接或高強螺栓連接，特別要注意高強螺栓的連接孔位的精度。

（2）油漆工藝流程。

首先，要處理掉鋼材表而的污垢，第二步就是去銹。這兩個步驟我們要根據實際情況采取不同的處理方法，如果鋼材表面銹蝕較小，我們可以采用手工刷打、打磨的方法；如果銹蝕較為嚴重，我們需要采取機器先行處理，然后進行手工輔助，總之，做好鋼材的基層處理就是要使鋼材的表而光亮、平滑、煥然一新。在基層處理的基礎上，我們需要保證鋼材表面的干燥，涂防銹漆和刮膩子的過程中一定要細致到位，不能使涂料填蓋鉚孔。確保刮平、干燥以后，不宜將材料堆放時間過長。如有特殊原因，不能及時使用已處理的鋼材，我們要對材料進行再加工。

3.2 鋼結構的施工特點。

構件加工運輸吊裝要細致。鋼結構構件的截面尺寸要求嚴格，而鋼結構的構件的截面厚度又較薄，因此構件的加工質量至關重要。在運輸過程中應保證構件不變形不受損，到現場時，堆放場地要通風且防潮防腐，且一般置于吊裝運輸等機械的回轉半徑內，便于運輸和吊裝。鋼結構既然有防火防腐要求，因而防火防腐涂料本身的質量和涂裝就要加強監督和管理，包括金屬表面基層的處理、油漆的遍數和涂刷厚度以及檢驗要求等。

4. 結語

隨著社會的發展，人們對建筑的質量、美觀要求更高，鋼結構不斷普遍運用到建筑工程中，這是符合建筑發展趨勢的。其在質量、施工、成本上都具有很大的優勢。因此，在鋼結構設計時我們要不斷的提高設計理念和行業認知，提高專業人士的技術能力，還要不斷的培養專業人才，為鋼結構施工提供強有力的保障，也促進我國建筑行業的健康發展。

參考文獻

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