土木工程中鋼結構的特點分析

郭帥麗 王碗

（河南省宏巖建設有限公司，河南 周口 466000）

一、鋼結構的材料缺點和市場環境分析

盡管鋼結構的剛度要遠遠大于混凝土，但是對于一個給定的負載，鋼結構的構件截面剛度則要小于與其對比的混凝土結構，這主要是因為鋼的強度優勢導致其構件的尺寸相對較小。因此要提高這些構件的穩定性，就要增加型鋼的尺寸或者采取填充混凝土以及外包混凝土的措施，以提高截面的剛度。并且鋼材的耐火性和耐腐蝕性都相對有欠缺。鋼材長期受到100度的輻射熱時強度的變化不大，表現出一定的耐熱性能，但當溫度達到150 度時，就要采用隔熱層進行保護，并且重要部位的鋼結構一定要涂刷防火涂料。

在設計土木工程建筑結構的時候設計力量較薄弱，有時候結構的功能要求都不屬于鋼結構合理的應用范圍。通常在設計較高承載力需要使用鋼結構時，要考慮用不適合繼續承載的巨大變形為結構設計的極限狀態為準則。鋼結構每個細節的安裝都要事先有精確的計算，而且每個專業要一次性到位。

目前我國的鋼結構生產還沒有形成體系，鋼結構的優越性只有在一定規模生產下才能展現出來，而現在鋼結構的價格普遍比較高，產量雖然有所提高但是質量卻不能得到較好的保證，還沒有相應的監管機制來規范。所以很多的設計師和開發商在鋼結構生產和運營上面都遭遇到了難題。就鋼結構的使用年限來說，混凝土結構的試用期相當長，而鋼結構通常只能保證五十年左右的使用年限。而房屋建筑物通常都是人們終生的居住地，僅僅五十年的鋼結構使用期限顯然不能滿足需求，所以說業主對于鋼結構住宅建筑的購買欲望比較小。由于保險業的發展，住宅壽命問題應該相對容易解決。

二、土木工程中鋼結構的特點

（一）強度

普遍來說，結構構件承受與容納作用效應的能力應由材料的強度來決定。一般是利用有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。目前，建筑用鋼發生了較大的變化，對于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，根據屈服強度其范圍為260～700MPa。但并不是全部的鋼種都有所有的強度級別，對于目前，從整體來說，應用鋼結構能夠減少物料消耗、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。

（二）剛度

剛度的重要性就在于它的大小能夠作為關鍵性的因素影響著振動、變形等適用性參數的大小。而結構體系在實際操作中的剛度大小則主要受結構體系的部件和連接件的分布的影響。簡而言之，結構體系的剛度大小還是取決于其材料的幾何截面性質和材料的彈性模量。大部分的結構鋼的彈性模量為200GPa，這樣的彈性模量相對于混凝土的彈性模量來說是比較大的，因為常見的混凝土彈性模量也只有20-28GPa，就算是抗高壓強度比較好的混凝土來說也不會超過40-45GPa這個范圍。總而言之，混凝土的鋼性遠遠不及鋼結構的好，大概相差十到五倍。所以從剛性的優劣來看，最好還是選擇鋼結構。

（三）延性

在建筑工程施工中延性是非常重要的一項性能，其是指材料的拉伸過程中的變形能力，其對抗震的效果比較重要，具有高強度抗震性的建筑直接以來的就是結構框架經歷大的非彈性變形時的滯后耗能性。目前，在建筑師施工中，鋼結構是相對使用最為廣泛，韌性最好的材料之一。

（四）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。相對來說，低碳鈮鋼比高碳鋼成分鋼更能改善韌性。

（五）整體

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，并且鋼結構可以比較容易建構出有異國風情的建筑形式，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。鋼結構的另一個優點就是：它還是一個理想的懸臂施工體系。適當的應用空腹鋼鐵托架以及構件腹板開孔，可以為管道以及其它供電線路提供通道，不僅降低了樓層的高度，而且增加了審美吸引力。鋼架像在鋼結構中一樣，被用來擴展現有的混凝土建筑結構或者增加樓層。在進行施工時，裝配鋼結構的施工人員要遠遠少于混凝土建筑結構所需要的人數；與混凝土建筑相比，鋼結構的安裝以及制作質量都要更加的可靠和簡便。并且在修改時，鋼結構比混凝土結構更加容易，成本更低，特別是要附加支撐系統時，鋼結構可以更加快施工進度。

三、鋼結構施工安裝要點

整體來說，鋼結構的施工流程比較復雜，并且建筑的要求不同，在細節上也有很大的差異性。鋼材通常分為板材、型材、金屬制品以及管材四大類。土木工程中的建筑鋼材通常采用普通的低合金鋼、優質碳素結構鋼以及普通碳素鋼等，碳鋼的塑性比較低，但是硬度強度比較高。通常情況下安裝結構的用地面積應為結構占地面積的1.5 倍。依照安裝流水的順序，從中轉堆場配套運送至現場的鋼構件要采用裝卸機械把其安置于安裝機械的回轉半徑內。一般鋼結構的安裝采用的是塔式起重機，臂桿長度要有夠的覆蓋面，并且起重能力要相應足夠，從而滿足各種不同部位構件的起吊要求。鋼絲繩容量也要能滿足起吊的高度要求，起吊速度有足夠的檔次才可以滿足安裝要求。