鋼結(jié)構(gòu)在土木工程施工技術(shù)中的應(yīng)用研究

李英杰

(陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西 渭南 714000)

近年來，隨著人們生活水平的不斷提高，對(duì)建筑物需求量呈現(xiàn)逐年遞增的趨勢(shì)，工作人員要提高對(duì)施工質(zhì)量的重視程度，合理應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)抗震性能好、可回收等特點(diǎn)，全面提高建筑物的安全性，給人們提供良好的生活與工作環(huán)境。但從目前土木工程鋼結(jié)構(gòu)施工情況來看，其很容易受到空間因素影響，出現(xiàn)銹蝕、火災(zāi)、噪聲等情況，給土木工程應(yīng)用效果帶來嚴(yán)重影響。因此，在土木工程施工環(huán)節(jié)應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)，采用新型聚氨酯材料、發(fā)泡陶瓷材料、新型輕質(zhì)高強(qiáng)材料等，從根本上提高建筑物整體穩(wěn)定性和安全性。因此，可將其作為裝配式建筑物使用的常用材料，嚴(yán)格遵循鋼結(jié)構(gòu)施工標(biāo)準(zhǔn)，購買高韌性鋼結(jié)構(gòu)，避免施工中鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)斷裂問題，影響到整個(gè)鋼框架結(jié)構(gòu)總支撐能力。

1 鋼結(jié)構(gòu)建筑特征

1.1 優(yōu)越的性能

工作人員通過分析鋼結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)其具有鋼材高彈性、高強(qiáng)度等特點(diǎn)，與傳統(tǒng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，能提高建筑物的施工質(zhì)量。從鋼結(jié)構(gòu)性能來看，硬度是鋼結(jié)構(gòu)最突出的特征，不僅能給土木工程提供高結(jié)構(gòu)承載性能和抗地震性能，而且還能通過利用鋼框架體實(shí)施承重工作，充分發(fā)揮墻體的空間分割和圍護(hù)作用，為土木工程室內(nèi)營造高凈空、大空間、室內(nèi)無柱的效果，讓人們能有足夠的空間學(xué)習(xí)各種知識(shí)。同時(shí)，由于鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面尺寸較小，僅為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件50%左右，能給工作人員提供大量使用面積，通過分析土木工程實(shí)際運(yùn)行情況來看，其鋼結(jié)構(gòu)使用面積要高于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)3%。另外，鋼結(jié)構(gòu)憑借自身組裝便捷、重量較輕等優(yōu)勢(shì)，塑造建筑工程空間，回收利用建筑材料，全面提高土木工程施工材料利用率[1]。

1.2 具有較強(qiáng)的可塑性

由于鋼結(jié)構(gòu)自身具有較強(qiáng)的延性，能解決地震問題產(chǎn)生的負(fù)面能量，合理控制脆性破壞帶來的影響程度，進(jìn)一步提高土木工程的抗震性能和安全度，抗震等級(jí)高于其他結(jié)構(gòu)體系。從國內(nèi)外地震調(diào)查結(jié)果發(fā)現(xiàn)，鋼結(jié)構(gòu)建筑倒塌數(shù)量最低，尤其是在高等級(jí)震區(qū)，使用鋼結(jié)構(gòu)最佳。從鋼結(jié)構(gòu)可塑性特征來看，鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力在超過屈服點(diǎn)后，鋼結(jié)構(gòu)表面易出現(xiàn)不塑性形變，但不會(huì)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)斷裂問題。在判斷鋼結(jié)構(gòu)可塑性時(shí)，分析鋼結(jié)構(gòu)的伸長(zhǎng)率和收縮率，判斷其收縮率、伸長(zhǎng)率是否符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。另外，鋼材抗剪、抗壓、抗拉強(qiáng)度要超過其他材料，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面尺寸小。利用鋼管混凝土柱框架作為混凝土核心筒結(jié)構(gòu)體系，每平米自重僅有1.2 T，和鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)相比，要輕30%左右，能合理控制基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和地基處理的資金[2]。

1.3 節(jié)能環(huán)保

隨著建筑行業(yè)不斷發(fā)展，環(huán)境和生態(tài)問題愈發(fā)嚴(yán)重，在傳統(tǒng)土木工程施工中需要大量木材原料，降低森林覆蓋率。目前，我國政府部門積極倡導(dǎo)可持續(xù)發(fā)展理念，給土木工程施工環(huán)境帶來不同程度的變化，必須提高土木工程施工的節(jié)能環(huán)保性能。而鋼結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件是通過工廠進(jìn)行生產(chǎn)，如墻板、鋼柱、鋼梁等，再由工作人員運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組裝，具有較高的工業(yè)化程度，能滿足產(chǎn)業(yè)化要求。同時(shí)，其具有較高的施工機(jī)械化程度，提高了施工速度，據(jù)有關(guān)人員統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，同一面積的建筑物，鋼結(jié)構(gòu)施工工期要比混凝土結(jié)構(gòu)工期少30%以上，并且整個(gè)施工現(xiàn)場(chǎng)非常干凈、整潔，不會(huì)給周圍環(huán)境帶來嚴(yán)重污染，符合施工階段的環(huán)保要求[3]。

2 土木工程中最常見的鋼結(jié)構(gòu)

2.1 高層鋼結(jié)構(gòu)

高層鋼結(jié)構(gòu)適用于高層建筑物結(jié)構(gòu)內(nèi)部和側(cè)面，能給建筑關(guān)鍵結(jié)構(gòu)提供各方向支撐力，加上高層鋼結(jié)構(gòu)自重較輕，能和裝配式結(jié)構(gòu)進(jìn)行相互銜接。但從目前高層建筑施工情況來看，高層鋼結(jié)構(gòu)框架剪力系數(shù)穩(wěn)定性不足，工作人員要在結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行多維度加固，合理應(yīng)用環(huán)保防火涂料，全面控制其導(dǎo)熱系數(shù)，保障材料耐火性能達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)。因此，在土木工程施工環(huán)節(jié)要合理應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)，在選擇科普館裝配式建筑物時(shí)，工作人員可采用新型材料，充分發(fā)揮材料防火、抗震、強(qiáng)度高等特征，提高建筑物整體穩(wěn)定性。同時(shí)，在土木建筑物施工階段高層鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)應(yīng)用方面，對(duì)設(shè)計(jì)單位施工圖設(shè)計(jì)質(zhì)量提出更高要求，導(dǎo)致在施工現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)各種矛盾，相關(guān)單位人員要提前檢測(cè)鋼結(jié)構(gòu)框架的受力狀態(tài)，避免給其他建筑物結(jié)構(gòu)空間穩(wěn)定性造成嚴(yán)影響。但值得注意的是，要規(guī)范吊裝和焊接流程，避免焊接質(zhì)量無法達(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，影響到建筑物整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

2.2 空間鋼結(jié)構(gòu)

空間鋼結(jié)構(gòu)作為土木工程施工的重要環(huán)節(jié)，能合理控制鋼材外部線形，降低施工成本，提高土木工程項(xiàng)目施工效益。同時(shí)，雖然鋼結(jié)構(gòu)材料自重普遍較輕，但也要做好必要的防護(hù)措施和固定措施，全面分析空間鋼結(jié)構(gòu)的抗剪切性能，只有這樣才能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的支撐功能。在土木工程施工時(shí)，大跨懸索結(jié)構(gòu)和索膜結(jié)構(gòu)應(yīng)用效果較佳，能滿足設(shè)計(jì)圖紙規(guī)范要求。但在設(shè)計(jì)大中型建筑物結(jié)構(gòu)時(shí)，相關(guān)單位要真實(shí)模擬空間鋼結(jié)構(gòu)實(shí)際受力情況，進(jìn)一步確定是否存在其他施工技術(shù)應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)因素，全面分析空間結(jié)構(gòu)類建筑物的力學(xué)性能，降低建筑物整體施工成本，避免其受到安全隱患因素影響。目前，空間鋼結(jié)構(gòu)適應(yīng)于高穩(wěn)定性環(huán)境中，保障工程施工質(zhì)量達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)[4]。

2.3 輕型鋼結(jié)構(gòu)

輕型鋼結(jié)構(gòu)通常應(yīng)用在低樓層建筑物方面，具有自重輕、安裝流程簡(jiǎn)單、裝配施工速度快等特征，能有效控制材料資源消耗量。但值得注意的是，在輕型鋼結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用過程中，施工單位要嚴(yán)格評(píng)估材料尺寸規(guī)格和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度性能指標(biāo)，才能保證施工內(nèi)容的精準(zhǔn)度和適配度。目前，輕型鋼結(jié)構(gòu)普遍應(yīng)用到工業(yè)廠房，作為土木工程的核心施工技術(shù)，全面控制鋼板材料的軋制和焊接操作過程，保證施工質(zhì)量能達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，在應(yīng)用輕型鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，要注重分析其保溫性能和導(dǎo)熱性能，避免其受到各種外在因素影響，出現(xiàn)嚴(yán)重的施工質(zhì)量問題；要詳細(xì)記錄輕型鋼結(jié)構(gòu)材料的抗壓強(qiáng)度和抗剪性能，增強(qiáng)土木工程施工技術(shù)資源調(diào)配的合理性[5]。

3 鋼結(jié)構(gòu)在土木工程施工技術(shù)中的應(yīng)用要點(diǎn)

3.1 選材和吊裝技術(shù)要點(diǎn)

在土木工程項(xiàng)目施工技術(shù)中，鋼結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用范圍最廣，工作人員要嚴(yán)格控制材料選擇過程和吊裝過程。主結(jié)構(gòu)用鋼通常采用Q235和Q345B鋼材，由于部分廠家Q345B 鋼材加工難度系數(shù)較高，更傾向于用Q235B 鋼材。站在技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)方面來看，Q345B 鋼材要高于Q235鋼材，在建筑物中不適合應(yīng)用兩種不同鋼材，鋼構(gòu)件運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)后不容易進(jìn)行取樣鑒定，無法第一時(shí)間確定其是哪種鋼材。由于鋼材具有焊接特征要求，在焊接結(jié)構(gòu)中通常要采用B 級(jí)鋼材。在次結(jié)構(gòu)施工過程中，因?yàn)槲覈鳴345 鋼材冷彎性能較差，工作人員經(jīng)常使用Q235 鋼材。高強(qiáng)螺栓作為結(jié)構(gòu)施工中最主要零部件，雖然其具有良好的變形性能，一旦某節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)嚴(yán)重破壞，很容易導(dǎo)致整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)嚴(yán)重脆性破壞。因此，在選擇高強(qiáng)螺栓時(shí)，最常用10.9S 級(jí)承壓型，但由于鋼結(jié)構(gòu)在連接時(shí)一般采用法蘭連接方式，無形中影響到摩擦型高強(qiáng)螺栓的應(yīng)用效果，所以均采用承壓型高強(qiáng)螺栓，在使用非法蘭式連接時(shí)則用摩擦型。同時(shí)，在土木工程施工過程中，施工人員要全面控制吊裝操作過程，利用物聯(lián)網(wǎng)傳感器和無人機(jī)設(shè)備，統(tǒng)計(jì)吊裝機(jī)械設(shè)備操作過程，采用BIM 技術(shù)平臺(tái)軟件真實(shí)模擬不同類別鋼結(jié)構(gòu)材料的吊裝效果和安裝連接效果[6]。

3.2 焊接要點(diǎn)

在土木工程施工環(huán)節(jié)中，鋼結(jié)構(gòu)材料焊接操作過程受到各種因素影響，如環(huán)境、機(jī)械設(shè)備、人為因素等，導(dǎo)致焊接質(zhì)量無法達(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。因此，工作人員在鋼結(jié)構(gòu)焊接時(shí)，要從中間向兩邊進(jìn)行焊接，實(shí)現(xiàn)妥帖焊接平面，且嚴(yán)格遵循焊接流程，保證節(jié)點(diǎn)對(duì)稱性，全面提高鋼結(jié)構(gòu)平衡性。同時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)在土木工程施工中最常見異形鋼板，對(duì)于這種類型板材焊接，要按照先下后上施工順序進(jìn)行操作。工作人員在焊接平臺(tái)、處理焊縫時(shí)，要全面評(píng)估鋼板結(jié)構(gòu)材料實(shí)際受力情況，準(zhǔn)確控制焊接基準(zhǔn)點(diǎn)位。另外，在鋼板焊接過程中，要構(gòu)建健全的安全保障機(jī)制，規(guī)范熱熔溫度，選擇合理的操作流程和焊縫連接方法，根據(jù)不同焊接角度和焊接方向，要嚴(yán)格檢驗(yàn)鋼板是否存在咬邊、氣孔等問題，避免次品數(shù)量較多，給建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性造成嚴(yán)重影響。

3.3 螺栓連接要點(diǎn)

在普通螺栓和高強(qiáng)度螺栓應(yīng)用時(shí)，要檢測(cè)螺栓螺母緊固環(huán)節(jié)，避免外在因素給打孔精度造成嚴(yán)重影響，甚至影響到結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。因此，要按照螺栓容許間距，精準(zhǔn)測(cè)量構(gòu)件邊緣間距，真實(shí)模擬不同受力方向，以螺栓孔徑和外層較薄板件厚度為量化評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。在固定加固操作和螺栓連接時(shí)，施工人員經(jīng)常出現(xiàn)忽略普通螺栓和高強(qiáng)度螺栓連接操作的差異性，導(dǎo)致其出現(xiàn)嚴(yán)重的鋼結(jié)構(gòu)材料浪費(fèi)問題。同時(shí)，在人工加固操作環(huán)節(jié)，利用高精密檢測(cè)儀器對(duì)比普通螺栓和高強(qiáng)度螺栓的標(biāo)高控制結(jié)果，掌握螺栓施工技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，優(yōu)化拆裝流程，但要在鋼材表面開孔，很容易影響到結(jié)構(gòu)自身質(zhì)量，降低鋼結(jié)構(gòu)精密度，給后期孔拼裝造成嚴(yán)重影響[7]，具體如圖1所示。

圖1 螺栓連接技術(shù)

3.4 鉚釘連接要點(diǎn)

在將鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用到土木建筑工程施工時(shí)，工作人員要統(tǒng)計(jì)分析鉚釘連接操作過程，計(jì)算其夾緊力和收縮應(yīng)力，判斷其是否滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。但從鉚釘應(yīng)用情況來看，雖然其具有可塑性好、連接質(zhì)量高、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等特征，但其操作流程過于復(fù)雜，需要消耗大量鋼材，在普通施工中通常采用螺栓連接和焊接方式替代，只有在大跨度結(jié)構(gòu)和重型結(jié)構(gòu)中才能見到鉚釘連接方法。因此，建筑企業(yè)可以將該種施工技術(shù)作為備選方案，對(duì)比勘察設(shè)計(jì)指標(biāo)，全面分析鋼結(jié)構(gòu)各環(huán)節(jié)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)參數(shù)，如箱梁穩(wěn)定性、鋼結(jié)構(gòu)跨度等，避免外在因素影響到其他施工工序的安全性[8]。另外，在利用該技術(shù)進(jìn)行工程施工時(shí)，相關(guān)人員要注重評(píng)估鋼結(jié)構(gòu)材料表面張力和內(nèi)部應(yīng)力，科學(xué)設(shè)置鉚釘材料的空間排布形式，避免影響到鋼結(jié)構(gòu)材料的利用率，具體如圖2所示。

圖2 鉚釘連接技術(shù)

3.5 鋼材防腐要點(diǎn)

濕度和溫度作為影響鋼結(jié)構(gòu)材料內(nèi)部分子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的重要因素，一旦工作人員處理不及時(shí)，很容易出現(xiàn)嚴(yán)重的裂縫問題和腐蝕問題。因此，工作人員要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)際情況，加強(qiáng)防腐措施應(yīng)用范圍，通過涂料保護(hù)法、電化學(xué)保護(hù)法，全面保護(hù)鋼結(jié)構(gòu)材料表面。但值得注意的是，在應(yīng)用各種防腐措施時(shí)，要提前調(diào)查工廠生產(chǎn)條件和制造條件，在進(jìn)場(chǎng)質(zhì)量檢驗(yàn)前審核鋼結(jié)構(gòu)材料質(zhì)量。同時(shí)，土木建筑工程項(xiàng)目相關(guān)單位要對(duì)比分析鋼結(jié)構(gòu)材料金屬特征和含碳量，合理應(yīng)用表面質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)，集中處理鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部裂縫問題。工作人員要購買專業(yè)噴涂設(shè)備，隔離防護(hù)鋼結(jié)構(gòu)材料表面，通風(fēng)處理鋼板鋼材堆放位置，通過傳感器設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境質(zhì)量，避免影響到鋼結(jié)構(gòu)材料內(nèi)部分子和功能性能指標(biāo)[9-10]。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)逐漸普及到土木建筑工程項(xiàng)目施工中，全面提高了土木工程項(xiàng)目施工質(zhì)量。但從目前鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用情況來看，很多方面需要改進(jìn)，工作人員要結(jié)合工程施工實(shí)際情況，優(yōu)化鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)，充分發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)特征，加強(qiáng)土木工程建設(shè)質(zhì)量，促進(jìn)施工技術(shù)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。