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土木工程钢结构的应用探讨

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摘要:

随着时代的进步,我国的土木工程建设逐渐得到重视,正因为如此,该工程中应用的材料以及结构也得到相应的更新。本文主要论述的是土木工程中钢结构的应用情况,希望通过全文的论述能够给相关部门提供有价值的参考,最重要的是可以通过详细分析得出有效的建筑应用建议,从而完善我国土木工程建设。

关键词:

土木工程;钢结构;特点;施工

人们的需求越高,对于社会上各行各业的建设要求就会越多,对于土木工程建设就是如此,只有利用性能更好的材料和结构,保证建筑物的强度以及抗震性,才能够为人们提供安全而舒适的居住或者办公环境。今天的城市建设中土木工程不容忽视,而利用良好的结构更是成为该工程值得重视的部分。钢结构的应用能够提升强度的同时,对于建筑抗震性能的改善也是有极大帮助的。因此我国相关部门一定要重视土木工程中钢结构的应用。

1钢结构的特点分析

1.1钢材性能好

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。

1.2可塑性高、用途广

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。此外,随着各种轻质钢材的出现,结构自重进一步降低,不仅对地基的要求有所降低,还可以节约建筑的成本。

1.3施工便利、质量稳定

混凝土结构在施工时极易受到天气等环境的影响,有时候还会影响到工程的正常施工,延长施工的时间。而钢结构的建材可以在工程中直接合成,受天气变化的影响比较小。此外,钢结构构件的施工可以与混凝土结构的施工交叉进行,施工方便且施工的速度快。在同等条件下可以比混凝土结构施工的周期缩短30%左右,同时,钢结构自身的韧性、延展性和抗压性可以确保工程的安全性和质量。

2土木工程使用钢材的优缺点

2.1钢材结构使用的优点

(1)钢结构的使用,有一定的价格优势,而且能够节约建筑材料的使用。节约材料的使用,主要就是同样质量的钢结构,和同样质量的混凝土结构,钢结构的各个方面的性能都远远超过普通的混凝土,钢结构的使用能够节约大量的混凝土材料使用,就能从一定程度上节约建筑工程的总体造价,给建筑工程的建造提供便利。

(2)钢结构使用能让我们的建筑重量减轻,尤其是如今高层建筑的施工,就越来越依靠钢结构的施工。因为同样强度的混凝土自重比较大,特别是越高的建筑混凝土的自重就会更大,越是下层的结构需要承受的重量就比较大,甚至对地基的沉降也会造成一些影响,让建筑本身和周围的建筑安全都受到影响。所以说传统的混凝土施工制约着高层建筑的发展,而钢结构的使用,大大的减轻了建筑的重量,减轻了建筑下部结构的压力。

2.2钢材结构使用的不足

(1)耐火性不足,这是钢结构最大的缺点,我们耳熟能详的“911”事件,倒塌的双子塔,高层受到恐怖分子袭击后,导致大楼彻底损毁的原因就是因为火。金属材料在受到高温以后就会融化,或者原本的状态就会受到破坏。这就是钢结构在建筑土木工程中的缺陷,一旦受到火灾就会影响到钢结构的性能,影响到建筑安全。

(2)钢结构在使用的过程中耐腐蚀的能力不足,很多时候都无法避免会受到一些自然物质的侵蚀。就算是采取了一些保护措施,一样会受到破坏,时间长了一些,钢材受到空气氧化,受到一些酸碱物质的破坏,就会导致钢结构的性能受损。

(3)钢结构的使用年限问题,如今的钢结构设计使用年限,和建筑要求的使用年限是不够的,普通的钢结构在如今的使用都是只能保证五十年的使用年限,所以说,钢结构的耐久性,也是制约钢结构大量使用的问题。

(4)钢结构设计的要求比较高,在如今的钢结构使用过程中,同样一个效用构件,钢结构的设计远远比混凝土的设计要复杂得多,整个计算过程比较繁琐,设计也容易出现失误,影响钢结构最终的使用效果,所以说钢结构的设计问题还没有能够很好突破,钢结构的使用还是一个相当小心细致的过程。

3钢结构应用的制约因素分析

3.1专业的技术人员缺乏

钢结构在土木工程中的应用相比于混凝土结构来说还不是很广泛,目前在我国还处于开发阶段,相关的设备和技术还不是很完善,尤其是技术人员的数量还远远满足不了发展的需求。在施工过程中,技术人员的缺乏会使施工的质量得不到充分的保证,造成钢材用量过多、建筑成本增加、工程质量无法保证等一系列问题。同时,相应的施工人员的缺乏会延缓施工的进度,延长施工的工期,降低了建筑的设计效果。

3.2防火性能差

钢材虽然不是易燃材料,自身的耐火性能也比较好,但是钢材的力学性能随温度变化比较大,在200℃以下时,钢材的力学性能比较稳定,而一旦超过了200℃钢材的性能就会显著下降,而达到600℃时,钢材几乎不再有承载能力,产生巨大的变形。所以,在钢结构建筑发生火灾时,其后果往往比钢筋混凝土结构更加严重,甚至有可能引发整个建筑的崩塌和解体。

4钢结构施工的要点分析

4.1选材与连接

钢材主要由型材、板材、管材以及金属制品等四大类。而土木工程中使用的建筑钢材主要是普通的碳素钢、低合金钢和优质碳素结构钢。碳素钢的塑性比较差,但是强度和硬度十分高。在钢结构中,所用结构柱的截面大多数是工字型截面和箱型截面,此外十字型截面也比较常见;而梁很多是轧制或者焊接而成的“H”型截面,在一些特殊情况下还可以依据需要做成复合截面。在安装前要对焊接接头进行必要的焊接工艺试验,确定出结构的各项参数。

4.2钢构件的堆放与机械安装地点的选择

一般来说,安装结构的占地面积至少应该在结构占地面积的1.5倍以上,在施工过程中按照施工的顺序将构件从堆放场配套运送至现场,采用装卸设备将构件置于安装机械的作业半径内。在钢构件运输的过程中如果出现了变形,要在施工前进行有效地矫正。钢结构的安装一般采用塔式起重机,其吊臂要有足够的长度,能够覆盖到施工的区域,并且起重能力也要满足要求;钢丝绳的容量要满足构件起吊高度的要求;起吊速度要满足施工进度的要求。

5结论

总而言之,在建筑工程中,我们要对钢结构的优点加以充分的利用,对其不足要采取相应的措施来进行改进,随着施工工艺的不断进步和钢材性能的不断改良,钢结构在未来土木工程建设中会有巨大的发展空间。

作者:白冰洋 姜雯 单位:黑龙江省农垦北安建筑安装总公司 黑龙江省水利工程建设监理公司

土木工程钢结构的应用探讨责任编辑:冯紫嫣    阅读:人次