摘要：土木工程結構常用到兩種材料，即鋼筋混凝土以及結構鋼，對于土木工程來(lái)說(shuō)，不僅要從結構特性的角度考慮，還要考慮施工的成本有效性以及施工有效性。本文就分析了鋼結構在土木工程中的特點(diǎn)，并簡(jiǎn)單闡述鋼結構的施工要點(diǎn)。

　　關(guān)鍵詞：鋼結構；土木工程

　　1土木工程中鋼結構的特點(diǎn)

　　1.1強度

　　一般來(lái)說(shuō)，結構構件承受或者容納作用效應的能力是由材料的強度來(lái)決定的�？梢岳�用有關(guān)的國家標準來(lái)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，比如建筑結構鋼要滿(mǎn)足CSA標準ASTM standardA992/A992M或者CAN/CSA G40.20/C40.21等相關(guān)標準的要求。近幾年來(lái)，建筑用鋼發(fā)生了很大的變化，過(guò)去的建筑結構所用的抗拉強度以及屈服強度相關(guān)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(gè)鋼種和8個(gè)強度級別。根據屈服強度其范圍為260～700Mpa.不過(guò)并不是全部的鋼種都有所有的強度級別，因此如果是一個(gè)特定的建筑鋼結構設計，那么對鋼種類(lèi)型和強度級別的選擇就非常重要。從整體來(lái)說(shuō)，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(gè)建筑的結構成本。

　　1.2剛度

　　振動(dòng)、變形等適用性參數由構件的剛度來(lái)決定，進(jìn)而由結構體系的剛度來(lái)決定。結構體系的實(shí)際剛度又由其構件和連接件的分布來(lái)決定。不過(guò)簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái)，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(lái)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(lái)說(shuō)，其彈性模量也不過(guò)在40-45GPa之間，由此可見(jiàn)，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(zhù)顯著(zhù)的優(yōu)勢。

　　1.3延性

　　延性指的是某種材料拉伸的過(guò)程中無(wú)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(lài)于主要結構框架經(jīng)歷大的非彈性變形時(shí)的滯后耗能性。鋼結構可以說(shuō)是目前使用最廣泛的、韌性最好的工程材料之一。不過(guò)材料內在的延性并不一定都會(huì )轉化為建筑結構的內在延性，因此要充分認識到這一點(diǎn)，采取適當的設計策略和可靠、穩定的滯消機制。通常一個(gè)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(guò)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(jīng)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(guò)程中可以承受比較大的工業(yè)變形，是鋼結構一個(gè)很重要的特點(diǎn)。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(guò)程中降低了產(chǎn)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(lái)說(shuō)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(zhù)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(lái)說(shuō)，低碳鈮鋼比高碳鋼成分鋼更能改善韌性。

　　1.5整體

　　由上可知，無(wú)論是從剛度、強度還是在延性方面，鋼結構都要優(yōu)于鋼筋混凝土，并且鋼結構可以比較容易建構出有異國風(fēng)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(gè)優(yōu)點(diǎn)就是：它還是一個(gè)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(kāi)孔，可以為管道以及其它供電線(xiàn)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(lái)擴展現有的混凝土建筑結構或者增加樓層。在進(jìn)行施工時(shí)，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(zhì)量都要更加的可靠和簡(jiǎn)便。并且在修改時(shí)，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(shí)，鋼結構可以更加快施工進(jìn)度。

　　2鋼結構的缺點(diǎn)

　　當然，每種材料都不是完美的，所以鋼結構的應用和施工也存在著(zhù)一定的缺點(diǎn)，其主要表現為以下幾個(gè)方而：

　　2.1材料缺點(diǎn)

　　盡管鋼結構的剛度要遠遠大于混凝土，但是對于一個(gè)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(yōu)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(cháng)期受到100度的輻射熱時(shí)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(shí)，就要采用隔熱層進(jìn)行保護，并且重要部位的鋼結構一定要涂刷防火涂料。

　　2.2市場(chǎng)環(huán)境

　　2.2.1設計力量較薄弱

　　在設計建筑結構時(shí)要注意結構的功能要求是不是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(shí)，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(tài)為準則。鋼結構有很多節點(diǎn)，要對每個(gè)螺絲、墊板以及焊縫進(jìn)行精確的計算，而且每個(gè)專(zhuān)業(yè)要一次性到位，所以鋼結構的設計要比混凝土結構的設計更復雜，并且圖紙也遠遠多于混凝土結構。

　　2.2.2鋼結構生產(chǎn)未形成體系

　　只有在大規模生產(chǎn)的情況下才可以體現出鋼結構的優(yōu)越性。并且目前鋼結構的生產(chǎn)標準、價(jià)格標準以及質(zhì)量標準都沒(méi)有統一，國家標準以及監管機制方面也都有一定的欠缺，因此很多設計師以及開(kāi)發(fā)商都相對比較茫然。

　　2.2.3價(jià)格問(wèn)題

　　由于鋼結構的生產(chǎn)未形成體系，因此鋼結構的價(jià)格比較高。雖然鋼產(chǎn)量近年有大幅度的提高，但是人均產(chǎn)量仍然相對較低，鋼材仍是我國國民經(jīng)濟中比較貴重的材料，而混凝土的價(jià)格優(yōu)勢就體現出來(lái)了。

　　2.2.4鋼結構的使用年限

　　混凝土結構號稱(chēng)永不損壞，但是鋼結構一般的使用壽命只有五十年，如果鋼結構用在住宅建筑中，那么人們想到自己花費終身積蓄而購買(mǎi)的房子只能住五十年，會(huì )讓很多人喪失購買(mǎi)的欲望。不過(guò)隨著(zhù)保險業(yè)的發(fā)展，住宅壽命問(wèn)題應該相對容易解決。

　　3鋼結構施工安裝要點(diǎn)

　　整體來(lái)說(shuō)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。此處列舉三點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)單說(shuō)明。

　　3.1選材與連接

　　鋼材通常分為板材、型材、金屬制品以及管材四大類(lèi)。土木工程中的建筑鋼材通常采用普通的低合金鋼、優(yōu)質(zhì)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。在鋼結構中，柱子截面一般多為箱形截面或者寬翼緣“工”字形，另外還有“十”字形截面等等；梁多數是焊接或者軋制的“H”型鋼梁，如果要求特殊也可以符合截面，在安裝前要對主要的焊接接頭做焊接工藝的試驗，定出焊接的格料和各項參數。梁與梁之間、梁與柱之間的連接，可以采取焊接連接或者高強螺栓連接，要注意高強螺栓的連接孔位的精度。制孔主要有兩種，一種是精度較高的數控鉆孔，另外一種則是精度相對較低的模板制孔。在技術(shù)條件允許時(shí)比較適合采用多軸數控鉆孔。在運到工地以后要對螺栓參數進(jìn)行檢驗，安裝時(shí)不能用扳手強行擰入或者用榔頭強行打入，擰入的步驟要經(jīng)過(guò)初擰、復擰以及終擰。

　　3.2鋼構件的堆放以及選擇安裝機械地點(diǎn)

　　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(chǎng)配套運送至現場(chǎng)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。如果因為運輸的原因造成了構件的變形，則在施工現場(chǎng)就要加以矯正。一般鋼結構的安裝采用的是塔式起重機，臂桿長(cháng)度要有夠的覆蓋面，并且起重能力要相應足夠，從而滿(mǎn)足各種不同部位構件的起吊要求。鋼絲繩容量也要能滿(mǎn)足起吊的高度要求；起吊速度有足夠的檔次可以滿(mǎn)足安裝要求。在多機作業(yè)的情況下，臂桿的高差要足夠，以避免不安全的碰撞，保證安全運轉。各個(gè)塔式起重機之間要有相應的安全距離，以保證臂桿與塔身不相碰撞。鋼結構比較適用于規整、勻稱(chēng)以及較平的建筑平面，所以安裝流水線(xiàn)的布置要因地制宜。

　　3.3油漆工藝流程

　　3.3.1基層處理

　　首先把金屬的表面清理干凈，然后再做除銹。手工處理先用鋼絲刷反復刷打，再用精砂布打磨，使得表面光亮、平滑，然后再用棉紗或者紗布把打磨下的銹粉和浮灰清理干凈。如果表面腐蝕嚴重，則用鋼絲刷和鏟刀處理，大面積的銹蝕則可以用砂輪機來(lái)配合清理。

　　3.3.2涂防銹漆、刮膩子

　　在涂漆前要保證金屬表面的干燥，如果有水份則要立即擦干。施涂時(shí)要刷細、刷滿(mǎn)、涂刷到位，并且要注意鉚孔內不能有涂料涂入。待到防銹漆干燥后，采用和油漆配套的膩子把構件的表面缺陷刮平�？梢栽谀佔又屑尤脒m量的紅丹粉或者厚漆，從而增加其干硬性。在膩子干燥后要打磨平整，并清理干凈。如果堆放的時(shí)間太長(cháng)，則要再做一次涂刷。

　　3.3.3涂磷化底漆

　　磷化底漆包括底漆和磷化液兩部分。在涂刷磷化底漆兩個(gè)小時(shí)以后就可以涂刷其它面漆或底漆。通常情況下，二十四個(gè)小時(shí)后可以用清水或者毛刷清理表面的磷化殘留物。干燥后如果表面形成了均勻的灰褐色的磷化膜，則代表已經(jīng)達到了磷化的要求。

　　3.3.4刷涂面漆

　　刷涂面漆時(shí)要多理多刷，油要不流不墜、飽滿(mǎn)均勻、色澤光亮一致。涂刷后要及時(shí)檢查避免漏刷。鋼結構的面漆通常需要刷兩遍以上，厚度達70微米。

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