讨论钢结构在土木工程中的应用
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摘要：钢结构具有自重轻、强度高等多种优点使其越来越多的应用于建筑住宅、桥梁、超高层建筑、工业厂房、大跨度结构以及大悬挑结构之中，自身的优点得到了充分的发挥。本文根据笔者实践经验，对钢结构的性能特点、钢结构安装连接、钢结构施工中常见问题及其对策进行了分析和探讨。
关键词：钢结构 施工 问题 对策
中图分类号： TU391 文献标识码： A
近年来，以钢结构为主的设计空间形式是当前时展的潮流，并且与传统的砌体设计、钢筋混凝土设计以及木结构设计相比都有着较大的差别。通常的情况之下钢结构主要是由钢板、钢管以及型钢等共同的组成，而其中钢柱、钢架、钢梁等，是主要的构件，在实践的施工操作当中还需要借助钢丝绳以及钢绞线等工具，来加强整个设计的稳固性与可靠性。
一、钢结构的性能特点
1.可塑性强
钢结构具有很好的耐压性和韧性，自身重量轻，广泛应用于影院、机场、体育馆等传统的土木工程难以做到的大跨度结构中。在大空间大跨度结构中，如果用于支撑的柱子过少，建筑物的质量就得不到保证，柱子过多则会影响空间的平面布置，而钢结构就可以用于不需要柱子支撑的大空间结构体系。同时，钢结构因其具有良好的焊接性能从而具备很高的可塑性，在工程中应用广泛。
2.结构性能好
通常所说的钢结构是在钢材中掺入锰、钛、硅等元素构成的合金材料。钢结构的强度和刚度都十分高，具有很强的抗压和抗拉能力，防震性能也比较好，使得建筑结构的质量可以得到充分的保证。再者，拥有良好的韧性和延展性，结构具有很好的稳定性和承压能力。同时，由于钢材中可以融合多种其他的元素，可以对钢才的性能进行有针对性的改进，得到具有高韧性、抗疲劳、抗冲击、耐氧化的特种钢材，使建筑物的质量得到充分的保证。
3.环保节能
在钢结构建筑的施工过程中，由于施工的作业量不大，产生的噪音比较少，施工中产生的废料可以进行有效的回收利用，对环境的影响较小，再加上钢结构的投入相对较少产生的收益高，拆卸方便等优点使其成为土木工程施工建设中一个重要的组成部分。相对于混凝土结构来说，钢结构用钢材代替了砂石混凝土等材料，在施工过程中不会产生粉尘，对环境的污染较小。同时钢材也便于存放，回收利用率高，不会产生很多的建筑垃圾，减小了环境的压力。
二、钢结构安装连接
1. 钢结构柱梁的安装
钢结构柱梁的安装主要分为两个方面: 1) 钢柱吊装; 2) 钢梁吊装。钢柱的吊装需要采用专用的吊索按照设计的安装顺序对钢柱逐件进行安装，吊点的位置应设在柱连接耳板螺栓孔处。在安装过程中，要注意控制每节钢柱之间连接的垂直度，主要从建筑竖向的水平标高与建筑结构平面位置与轴线之间的偏差进行有效控制，从而保证钢结构的安装。同时，在柱柱临时接头处要采用高强度螺栓并在调整标高和垂直度之后加以紧固。钢梁的吊装首先要将核心筒周边的外架提升到待施工楼层，通过相应的测量，按照各层钢梁的吊装顺序进行吊装，在吊装完成后，一般通过初拧和终拧对高强度螺栓进行多次矫正，以此对钢梁与梁柱连接点的轴线位置与垂直度实现有效控制。
2. 高强度螺栓安装
高强度螺栓的安装，首先要做好准备工作。对于高强度螺栓摩擦面要采用喷砂法进行处理，同时对抗滑移系数试件加以加工处理，在安装前需复检抗滑移系数。其次在高强度螺栓的安装的终拧过程中，要按照一定的顺序进行施工，先拧上层梁，再拧下层梁，最后拧中层梁，对于节点处的高强度螺栓，要按照由中央向四周的顺序进行终拧。在终拧时，必须用专用扳手，并使螺母处于转动的状态，从而达到控制终拧扭矩的效果，若在初拧扭矩时就超过或者达到扭断扭矩，则会使螺母在终拧时不再转动，进而造成不必要的安全隐患。
3. 钢结构现场焊接技术
在高层建筑钢结构安装过程中，很多钢构件都需要用强焊接的技术进行连接，比如柱与柱、梁与柱、梁与梁之间的焊接，焊接的质量很大程度上决定了钢结构安装工程的质量，因此，钢结构对现场焊接技术的要求很高，主要体现在以下几方面:1) 对焊接环境以及温度的选择，焊接环境温度不得低于0 ℃ ，若低于 0 ℃ ，则必须进行焊前预热以及焊后热处理。另外，若在雨天或风力大于 5 m/s 时进行焊接施工，则必须设置防雨防风设施。2) 对钢构件的焊接必须按照一定的顺序进行。例如，焊接上层的顺序为: 主梁到压型钢板支托，然后是压型钢板点焊。3) 焊接过程工艺技术严格控制，比如，在柱与柱的接头焊缝时要由两个焊工同时在对面进行焊接，需要设立专人随时调整电流以保证不同位置的焊缝和不同直径的焊条焊接顺利完成。4) 焊缝完成 24 h后，需对焊接工程进行检验，利用超声波对焊缝进行探伤检验，若检验不合格，则需及时制定返修工艺直到返修合格为止。
4.预变性技术
在高层建筑钢结构安装过程中常常会出现因为内应力而导致结构变形的情况，这是由于在高层建筑钢结构的设计中，偶尔会设计不规则平面的钢结构。所以，为保证钢结构安装的质量以及整体效果，避免钢结构的安全与功能受到损坏，钢结构安装施工单位在安装过程中必须加强质量控制，全面思考安装工程过程，对可能出现的影响因素进行预测并提出相应的预防措施，做到防患于未然。
三、钢结构施工中常见问题及其对策
1 施工前不做精细的技术准备，认为造成施工难度和安全隐患
一些施工企业由于偷工减料、马虎大意、盲目自信等原因，在钢柱安装施工前不认真或根本就不对基础的轴线、标高、地脚螺栓的位置、标高以及基础的混凝土质量等进行预先检查，而是直接进行安装。 这样，就有可能出现超差未进行修整，将会为接下来的结构安装造成意想不到的困难，直接影响安装精度，埋下质量隐患。
对策：钢柱安装之前，施工技术人员应认真对建筑物的定位控制线、基础轴线、标高、地脚螺栓位置、标高以及基础的混凝土质量等实施预检。 在预检中如果发现超差，必须采取措施将此调整到技术规范允许偏差范围内。对于标高的检查，施工技术人员应将实测数据与钢柱尺寸、 标高的预检实测数据认真地进行一一对照，并通过在支承座浆垫板或地脚螺栓螺母调整等程序将误差消除。同时，基础支承面、地脚螺栓位置及座浆垫板等部位的偏差，都要符合技术规范。基础混凝土质量问题应按有关规定进行处理。
2 安装施工前，要认真检查钢构件外形尺寸，妥善处理变形及质量缺陷
施工中的钢构件在出厂前虽已经过质量检验，但也存在质量瑕疵被漏检的可能，而且构件在出厂运输、堆放中也有可能产生变形、损伤等，如果在安装前不进行复查，这些问题在安装前得不到及时处理，将会影响钢结构安装质量，造成安装困难或永久性质量缺陷。
对策：钢构件安装前，应对钢构件进行认真预先检查，检查内容必须包括如下要点：认真核对钢结构构件的型号、数量，认真核对钢结构构件的外形尺寸以及各支承面、安装孔位之间的尺寸，标出构件轴线的基准线。仔细检查钢结构构件有无变形、损伤，如有这些问题则必须严格予以矫正和修复。同时，比照相关技术文件检验钢结构连接板、夹板和其他附件是否齐全，检验相应的位置、尺寸是否准确，检验焊接区的表面质量，检验高强螺栓连接磨擦面质量，检验构件节点齐全与否，检验主要构件是否标出了重心位置，检验构件表面有无污染、油漆脱落等问题。在对构件预检的过程中，要作好记录。对于变形、缺陷超过允许偏差的构件，应在安装前进行矫正、修理，合格后方可安装。
四、结语
实践证明，钢结构本身的质量固然重要，但工程施工质量的优劣也直接影响工程结构的安全， 好的施工质量可以纠正构件本身存在的某些问题；差的施工质量，则会引来诸多意想不到的质量隐患、安全隐患。 所以，要减少和预防钢结构安装过程中的质量问题和质量缺陷， 施工方必须高度重视施工过程中的质量控制和督察，按照规范科学、严格地进行施工管理。
参考文献
[1] 范鹏飞 . 钢结构住宅的特点、结构体系与发展应用 [D]. 浙江工业大学，2011.