土建工程鋼結構的問題及解決措施

文／范偉鋒 浙江稠城建筑工程有限公司 浙江義烏 322000

引言：

鋼結構作為一種新興的建筑形式，具備以下多個優點：自重比較輕、安裝簡便、施工時間短、抗震能力強、經濟效益高、對環境的影響小等，同時鋼結構在“高、大、輕”三個方向上的發展更具優勢。因此，近些年來，鋼結構逐漸取代了混凝土結構，在許多施工企業中都得到了廣泛的應用。然而，在此過程中，鋼結構的質量問題也日益受到關注。在此背景下，如何處理鋼結構工程中容易發生的品質問題，加強鋼構施工安全管理，從而使其更好地發揮其自身的作用，已經成為施工企業的第一要務。

1.在建筑施工中常用的鋼結構形式

1.1 高層鋼結構

在土建工程的施工現場，由于高層鋼結構可以為承重墻體和支撐梁、柱結構提供不同方向的支撐，中、高層建筑的內壁和側面都主要采用了高層鋼結構，但一般情況下，高層鋼結構的重量都比較輕，因此，它也可以精確地與組裝結構相結合。（如圖1）然而，由于高層鋼結構的剪力系數存在較大的不確定性，必須對其進行多維固定，同時要適當地使用防火漆，以有效地減少其熱傳導，并盡可能地增加其耐火極限值。在土建工程工地上，采用高層鋼結構及其相應的施工工藝的同時，也對相關單位的工程設計質量提出了更高的要求，因此，這也是極易出現矛盾和質量問題的重要環節。在土木工程建設工地上，如果采用高層鋼結構的施工工藝，則應由施工、監理等有關部門對其進行全面的檢查，尤其是鋼架的受力狀況，避免對其它建筑的室內空間穩定度和資源使用狀況產生影響。高層鋼結構可以精確地連接到組裝部件和模板材料，但必須嚴格地控制起重過程和焊接過程，否則會影響到整個結構的穩定和承載能力[1]。

圖1 高層鋼結構

1.2 空間鋼結構

在施工現場，空間鋼結構的使用也較為普遍，它可以精確地控制鋼的外形，有效地減少了施工費用，使建筑的擴展特性更為突出。由于鋼結構的重量一般都比較輕，因此想要達到特定的支撐作用，就必須要準備其它的固定和保護措施。這不僅需要大量的時間和精力，還需要對空間鋼結構的抗剪強度進行評估。在建筑工程的建設階段采用索膜結構和大跨度懸索橋的施工程序，這樣既可以保證施工過程的穩定性，又可以保證工程符合圖紙中的相關規定。然而，在進行大中型建筑結構的結構構造與加深式設計時，相關單位必須模擬分析該結構的受力狀況，以進一步判斷是否有其它工程技術的風險。同時，必須對結構等進行全面的受力分析，以最大限度地降低工程造價和安全風險?？臻g鋼結構在建筑工地上的應用主要是在一些環境相對穩定的土建工程中，它的建造速度相對較快，建造質量相對較高。

1.3 輕型鋼結構

在土建工程的工地上，輕鋼結構的使用范圍很廣，主要用于低層建筑，因為它的重量比較輕，可以在短時間內完成組裝，而且安裝過程比較簡單，不會浪費太多的材料。然而，在實際使用時，建筑單位必須對其尺寸、結構強度、性能等方面進行嚴格的評定，以便更好地決定地面工程與地下工程的配合程度與精度。輕型鋼結構作為建設項目的重要技術資源，已廣泛應用于眾多企業。與此同時，隨著輕型鋼結構的廣泛應用，人們對其質量監控和安全監控也提出了越來越高的要求。在使用輕型鋼結構時，必須著重評估其隔熱、熱傳導特性，以防止出現大量的安全風險和工程質量問題。同時，還需要對輕鋼結構材料的抗剪切能力、壓縮強度指數等指標進行詳盡的統計和分析，這樣就可以避免由于不符合標準所帶來的不利后果。

2.土木工程施工中鋼結構的優點

2.1 有很好的抗壓能力

鋼結構在建筑中使用的主要材料是鋼筋，在土建工程中，一般也會將鋼結構與混凝土相結合，從而使鋼結構的強度得到了進一步的提高，抗壓能力也得到了極大的提高，而且還增強了其的耐腐蝕性。因此，鋼結構本身具有很高的抗壓強度，并且可以通過焊接等手段整體成型。同時，鋼結構部件的組裝工藝也相對簡便、快捷，能有效地提高輕裝配式鋼結構的建設效益，進一步加速建設進度[2]。

2.2 經濟效益高

以往的土建工程在工程建設過程中一般采用的是磚石混合結構，盡管它具有較好的穩定性能，但是面對大面積的土建工程，要使用大量的磚塊、石塊以及混凝土，因此在某種程度上不利于土建工程經濟效益的增加。另外，在以往的土建工程中，建筑材料往往由于不易循環利用，易產生原料的浪費。而采用鋼結構則可以有效地解決這個問題，因為鋼結構本身具有良好的經濟性能，其原材料不僅可以實現循環利用，而且價格低廉，從而可以通過為建筑單位節約材料費用使建筑工程的經濟效益得到進一步提高。

2.3 對環境的污染較小

在傳統的混凝土結構中，由于存在著大量的粉塵，會對周圍環境造成一定的污染，因此必須采取相應的降塵措施。在鋼結構工程中，主要采用的是焊接工藝，它不會產生類似于混凝土結構的問題，也不會對周圍的環境造成較大的污染。而且，鋼鐵建筑通常都是在廠房里進行組裝，然后將零件運送到工地進行組裝，從而將對周圍的環境造成的負面影響降到最低。

2.4 穩定度高

傳統的混凝土結構在外部環境的作用下，易產生變形、開裂等問題。以北方的氣候為例，北方地區冬季和夏天的溫差比較大，這樣的變化導致混凝土結構很容易出現裂縫等問題。與之相比，裝配式鋼結構具有更好的力學性能、更高的彈性和延展性，從而提高了鋼結構的耐震特性，并使鋼結構具有比普通混凝土結構更高的穩定性和安全性。

3.建筑工程中品質問題的本質特征

3.1 復雜性

在鋼結構工程中，質量問題的復雜程度在建筑設計中表現得尤為突出。比如，在施工過程中，焊接裂紋可以發生在焊縫和母材的熱效應中，可以在焊接表面上產生，也有可能是在焊接處；裂紋還可以分成與焊道平行或與焊道垂直的方向；裂紋也可分為冷焊和熱焊；造成這種現象的原因有很多，如材料的選擇、焊接前或后加熱不正確等。從這個細節可以看出，引起鋼結構質量問題的原因是多種多樣的，并且同樣的問題起因和處理方式也不盡相同，這就給分析、判斷和處理質量問題帶來了困難。

3.2 嚴重性

在鋼結構工程中，若有質量問題，不僅會影響工程進度，還會造成資源的浪費，增加工程造價。如果問題嚴重，可能會出現房屋倒塌，甚至危及居民生命的情況。

3.3 可變性

外部環境的改變和時間的長短都會影響到鋼結構的施工質量。鋼結構在不同的環境、不同的時間下，都會產生不同的質量問題。比如出現了焊縫：在焊接過程中，因為氧氣的存在，導致了焊縫的延長，但當應力發生改變后，這些缺陷就會變成一個巨大的隱患，而有的零件在長時間的擠壓下，會發生彎曲，從而影響到建筑的安全。

4.淺析土木工程鋼結構存在的主要問題

4.1 在施工之前沒有進行細致的技術準備，導致了工程困難與安全問題

有些建筑公司粗制濫造，不對工程負責，在施工過程中忽視了對軸線、標高、地腳螺栓的定位，不對施工過程中使用的混凝土質量進行檢查就直接進行下一步的操作，這些做法容易造成嚴重的誤差。如果出現誤差，不僅會給后續的工程建設造成極大的麻煩，而且還會給工程帶來相關的安全問題。

4.2 建筑工程中使用的鋼材存在質量問題

在工程建設中，構件的質量是影響工程質量的重要因素。在工程建設中，一些微小的構件很容易對整個工程的安全產生不利的影響。工程中使用的構件，即使在出廠時已進行了質量檢驗，但仍然有發生疏漏的可能，而且在運輸中的一些因素的影響下，也有可能出現部件損傷的情況。（如圖2）因此，若不能及時處理好這些問題，導致工程建設中使用的構件存在紕漏，必然會造成相應的品質問題，從而阻礙工程的順利進行。

圖2 鋼材腐蝕問題

4.3 鋼柱安裝豎直度超差及安裝高度超差

鋼柱安裝垂直度超差是指鋼柱垂直度的誤差超出了設計和規范的規定。而安裝高度的誤差是指立柱的高度或相對位置的標高尺寸過大。產生垂直度超差的原因如下：鋼柱在制作過程中沒有采取有效的控制變形措施；鋼柱易發生彈性變形和塑性變形；由于采用外力強行連接，使鋼柱的垂直度發生偏移，從而影響到承載力和穩定性。產生安裝高度超差原因如下：地基高度不準確或造成偏差；在生產過程中，鋼柱的長度尺寸出現了誤差。這些原因在一定程度上都增加了施工的難度[3]。

4.4 在安裝鋼屋架之前，不對預埋件進行檢驗和驗收

在施工的過程中，進行鋼屋架安裝前，必須對預埋式地腳螺栓進行檢驗，以保證預埋地腳螺栓與設計圖紙及鋼屋架兩端預留的安裝尺寸相符。但是由于一些建筑單位沒有重視相關的規定，不按照規范的要求進行操作，造成位置、尺寸、高度的偏差，從而對鋼框架的安裝產生影響。此外，后期在處理這一問題時，會耗費大量的人力和物力，這樣不僅浪費了時間，還增加了工程的成本。

4.5 鋼屋架跨距過大，與立柱端接縫不緊密

造成鋼屋架跨度尺寸超差的成因如下：鋼屋架制作工藝不夠科學，在沒有糾正的情況下，就對產生的取拱度過大、過小等問題進行后續的安裝。造成柱端部節點板不密合的成因如下：由于鋼柱安裝垂直度過高，屋架制造跨度過大，因此，柱子的豎直性和平行性都會受到影響，從而也會對房屋和柱子的力學行為產生一定的影響。

5.解決以上問題的方法

5.1 在建造之前做好充分的準備工作

在施工中，對鋼結構進行事前質量管理，是指在工程開工前，對工程施工過程中的安全風險進行及時排查，以防止其發生安全事故和意外情況。在排查和檢驗的過程中，通常要做到以下幾點：（1）在鋼結構工程中，施工單位應依據工程項目需求、施工進度等因素，選用與鋼材品質相符的材料，并對不合理的施工計劃進行及時調整，從而建立完善的工程質量管理制度，達到提高工程質量和效率的目的；（2）建筑鋼結構的鋼結構質量和鋼結構的性能之間有著密切的聯系，所以在開工前，必須對鋼結構的材質進行嚴格的檢驗，并對其進行檢驗和校準，確保鋼的材質達到要求后再進行后續的操作；（3）以鋼結構的穩定為主要內容。在選定焊接材料、焊接特性調節、焊區應用等方面和環節中，調整起重機梁的施工工藝，從而為以后的工程施工提供技術支撐[4]。

5.2 對部件的品質進行仔細地檢驗

在建筑鋼結構工程中使用的材料種類往往比較多，并且不僅所用材料的總體質量及強度要符合建筑的要求，而且其規格、型號、尺寸等方面的數據也要符合相關的規范，從而符合建造的需要，進一步確保工程的質量和安全問題。因此，在材料開始被運用之前，要組織有關專家進行相關的測試和模擬，并利用 BIM 技術建立三維可視化的三維模型，將整個工程的施工過程和細節都展示出來，指出其中的缺陷，從而能夠根據實際需要，制定相應的開發方案。另外，在對鋼結構的基本組成、構件進行分析的同時，還需要對其潛在的危險和隱患進行分析，并事先準備好對策，做好安全仿真，這樣可以有效地處理施工中潛在的部分安全隱患，并準備好相關的處理措施，以便有效地解決這些問題。建筑單位在挑選采購所需材料時，必須以已有的建筑設計規范為主要基礎，事先了解物料市場的運作管理狀況，從而挑選出符合要求的商家和物美價廉的優質原料；在物料搬運過程中，必須采取有效的運輸以及保護措施，從而減少物料之間可能發生的運輸問題，避免出現物料變形等情況，從而保證材料的規范，避免施工過程受到影響；在將材料運到工地后，還要進行一次相關的檢查，檢查后符合規范的材料才能進入工地；進入工地后，要認真仔細地存放各種材料，并將各種不同種類的材料按照相關規定存放起來，從而盡量避免材料出現問題，確保施工的質量和安全[5]。

5.3 鋼結構施工過程中實時監測操作系統的優化

通過大量查閱相關的實際案例資料，很多自然環境因素都會極大地影響到建筑的實際效果，從而對工程的質量產生一定的影響。例如，高層建筑與一般建筑物不同，其最大的特點就是高度問題，由于其工程規模龐大，本身重量也比較輕，因此需要精確到每個細節，以便使整個空間結構得到持續的優化。因此，在實際運行中，必須全面監控鋼結構的施工工藝，掌握其整個施工過程，并及時發現和解決已存在的問題，從而確保工程質量，加快工程進度。此外，還要及時采集、存儲現場監測數據，及時修正工程設計中的缺陷，從而為今后同類工程的建設工作提供寶貴的經驗和可靠的參考。隨著時代的不斷發展，科學技術的不斷進步，計算機與大數據技術在我國的普及，為了保證系統的準確性和正確性，現場監測系統的軟硬件功能都進行了更新與創新。這一變化對于建筑工程而言，有利于其本身的應用價值的提升。

5.4 對主要質量問題的防范措施

5.4.1 防止鋼柱安裝的豎直度超差及安裝高度超差

針對第一個問題，應采取以下措施：（1）在生產過程中，對焊接、拼接等都采取防止變形的措施，并對產生的變形及時糾正。此外，在搬運和堆放鋼柱時，要正確地選擇支撐位置，才能有效地避免因自身重量造成的變形；（2）在將鋼柱吊起至基礎平面位置后，應將立柱基板上方的縱軸與基線對齊，避免跨距偏差，有效地控制立柱的撓曲變形。針對第二個問題，需要采取以下措施：根據要求進行大小的調整，以保證每根立柱總高度、牛腿處高度的誤差值均能達到相同的標準，保證工程質量[6]。

5.4.2 在安裝鋼屋架之前，先檢查支架的預埋件

在鋼結構房屋的基礎上，有關部門應重視相關規范的要求，對施工立柱進行檢查，以保證螺栓尺寸、標高、螺距、螺紋露出的長度等符合標準，并確保其符合鋼結構尺寸和圖紙的規定。只有符合以上各項條件，方可進行下一步的施工安排。

5.4.3 避免鋼結構框架跨徑過大

鋼屋架跨徑超差會對結構的承載能力產生一定的影響。要解決這一問題，必須做到以下幾點：（1）用相同的模板做鋼板；（2）使用隔板，保證正確的拱度和跨徑。采用以上方法，以解決這一問題，提高安裝過程的精確度。

結語：

綜上所述，在建筑施工技術不斷發展的影響下，鋼結構在施工企業中得到了越來越廣泛的應用，同時其安全性問題也日益受到關注。此外，保證鋼結構施工的質量和安全也是我國鋼鐵結構技術發展的重要內容。要做到這一點，必須從設計、制作、安裝、驗收、維護等各個環節進行嚴格的檢查，以確保工程的施工質量。