钢结构在土木工程中的应用阐述

摘要：钢结构是目前广泛采用的土木工程结构形式，用于重型、轻型各类厂房和高层多层民用建筑以及各种大型公共建筑场馆等，有着广阔的发展前景，加强钢结构在土木工程中的应用的研究是十分必要的。本文作者结合多年来的工作经验，对钢结构在土木工程中的应用进行了研究，具有重要的参考意义。

关键词：钢结构；土木工程；刚度；稳定；强度；延性

中图分类号：TU391文献标识码： A 文章编号：

1、钢结构在土木工程应用中的特点

从结构的整体性能来看，钢结构这种新兴的土木工程结构具有很多优点，很好的解决了传统砌筑结构以及钢筋混凝土结构中难以实现大跨度的问题，且钢结构还具有强度大、刚度高、自重轻、应用灵活、延性与韧性良好，整体性好，外观更为美感等诸多优点，因而是一种非常适合当前社会发展的一种土木工程建筑形式。

1.1强度大。由于钢结构完全是由钢材与构件安装而成，而目前我国的钢材强度等级已经相当高，钢材质量也较为良好，因为在进行钢结构施工时，只要能够严格把控钢材质量，就能够保证钢结构的强度达到技术设计的要求。

1，2刚度高。与混凝土构件相比，以钢为材料的构件的刚度是其几倍之多，因而在钢结构的应用中，通过合理科学的构件与连接件的安装与施工，均能使钢结构实现较高的刚度，比混凝土结构更具刚度优势。

1.3延性与韧性良好。延性是衡量土木工程结构稳定性与抗震性能的关键指标参数，在当前的很多以钢筋混凝土为主体结构的工程中，其抗震性能都相对较差，而以钢结构为主体结构的工程则表现出良好的抗震性能，这就是因为钢结构所具有的较好的延性特点，使得钢结构能够化解地震中的作用力，减少其对建筑的影响。而就韧性这一特点来讲，更是钢结构的独特特点，韧性的大小的影响到材料是否易断裂的这个问题，而钢结构恰恰具备了非常良好的韧性性能，这使得其在锻造、焊接、钻孔等工艺加工处理中都不会产生断裂或裂缝现象。这种特点使得钢结构在一些较为寒冷的地区得到了广泛的应用，因为其不会出现因温度变小而出现断裂问题，保证了结构的安全稳定性。

1.4整体性。由于钢结构是由多种不同形式的钢材以一定的连接件安装起来的结构，因此其在整体结构设计上具备了很大的灵活性。另外钢结构因为自重较轻，施工更加方便，钢工程造价更低，这就使得钢结构的整体特性都具有很大的优越性。

2 钢结构的缺点

诚然，钢结构材料还是有不足的地方，这也影响着钢结构的应用和施工，下面就材料缺陷和市场环境两大方面进行简要的分析：

2.1 材料缺点 根据上面对于钢结构的性能分析来看，钢结构确实比混凝土好，只是，就单单针对一个既定的负载来说，混凝土结构的构件截面刚度则相对较好，关键是由于钢的强度优势导致其构件的尺寸相对较小。也就是说，为了确保钢结构的稳定性，要么就是加大型钢的尺寸，要么就是为其加入混凝土和外包混凝土这样才能保证高截面的刚度满足需求。除此之外，钢材的耐热性差，抗腐蚀性比较弱。只要长时间处在温度超过100度的辐射热时甚至达到150度时，它的耐热性能就出现不稳定了，需要使用隔热层来保护钢结构，而且针对关键性的钢结构还需要涂刷相当厚度的防火涂料。

2.2 市场环境 在设计土木工程建筑结构的时候设计力量较薄弱，有时候结构的功能要求都不属于钢结构合理的应用范围。通常在设计较高承载力需要使用钢结构时，要考虑用不适合继续承载的巨大变形为结构设计的极限状态为准则。钢结构每个细节的安装都要事先有精确的计算，而且每个专业要一次性到位。

3、钢结构的结构特点

钢结构的结构特点与材料特性密切相关，主要有：

3.1钢结构必须具有足够的强度和刚度。这一点可以通过材料本身物理特性和截面特性来实现，尤其需要注意的是大跨结构，其刚度往往是控制结构安全的主要因素，因而如何增加截面的惯性矩、回转半径等几何特性显得更加突出，如大跨度的门式刚架，其刚度的增加主要靠截面特性来实现，而采用高强度钢材往往并不起明显效果。

3.2钢结构必须有足够的稳定性。因其轻质高强，截面往往无需做混凝土结构那样大，细长的构件，尤其是拉弯和压弯的细长构件的局部以致整体稳定性对结构起到关键作用，所以支撑系统的设置是一些钢结构，尤其是排架结构、大跨度结构等较柔的结构中尤其重点考虑的，在设置完善配套的支撑系统的同时还要注意荷载的传递的影响，因为一方面因支撑的设置会使得结构的稳定性增强，刚度增加，同时也可能增加了结构体系的附加内力，产生一些不利的影响，这些影响也需要消除。

3.3钢结构必须注意防腐防火。钢结构的耐腐蚀性和防火性能不如混凝土结构，因而包裹混凝土、涂刷防火防腐涂料或采取其他一些措施是必不可少的，要区分构件的重要性根据不同的要求，以确保主体钢结构的绝对安全、附属部分也能正常工作。此外还要注意钢结构的使用维护，以便钢结构达到使用寿命的耐久性要求。

3.4钢结构的连接节点设计要细化和标准化：钢结构的连接节点，无论是柱梁的拼接、支撑的连接和拼接还是柱脚与基础的连接，其通过焊接还是螺栓连接来设计节点或者焊接与螺栓连接混合连接，均应保证连接处能可靠传递荷载，其强度设计不得低于构件的承载能力，使节点设计构造与实际受力情况吻合，传力途径明确、直接，连接可靠，构造合理，避免附加内力的产生，还要便于维护和确保质量，为此采用国家标准化设计和细化节点都是有效的办法。

3.5钢结构应消除荷载内应力，钢结构因受温度影响较大尤其是冬季寒冷夏季炎热以及早晚温差大的地区，其温度应力有时是不容忽视的；再有，在焊接过程中会产生焊接残余应力。因而结构设计中应充分考虑温度应力和焊接残余应力等对结构的不利影响，采取措施消除这些不利因素。

3.6钢结构的其他优势：自重轻，施工周期短。因其自重轻，同钢筋混凝土结构相比，钢结构能较大节省基础造价。另外钢结构中的钢梁腹部的空隙可布置管道等，减少管道占据空间，也使管道更容易布置等。钢结构节能环保，因在钢结构拆除时，不会产生大量建筑垃圾，钢材回收利用价值也较高等等。

4、钢结构的施工特点

4.1构件加工运输吊装要细致，因钢结构的构件的截面厚度较薄，构件的截面尺寸要求严格，因而构件的加工质量至关重要。在运输过程中应保证构件不变形不受损，到现场时，堆放场地要通风且防潮防腐，且一般置于吊装运输等机械的回转半径内，便于运输和吊装。

4.2钢结构既然有防火防腐要求，因而防火防腐涂料本身的质量和涂装就要加强监督和管理，包括金属表面基层的处理、油漆的遍数和涂刷厚度以及检验要求等。

4.3钢结构具有稳定性更高的要求，因而施工顺序要合理，保证施工过程的稳定，必要时增加临时支撑来保障：焊缝、螺栓的孔距等连接部位要有专业人员实施并专项检测。

4.4钢结构施工要尽可能选择合适的季节和温度，或应积极考虑到温差等带来的不利影响以便预先想到预案来采取措施防止，对于焊接残余应力也要充分认识到其对结构的影响，如选择合适的施焊顺序，避免焊缝过于集中等等。

结束语

钢结构是目前广泛采用的土木工程结构形式，用于重型、轻型各类厂房和高层多层民用建筑以及各种大型公共建筑场馆等，有着广阔的发展前景，因构件截面不大，更便于合理布置功能分区，但造价有时偏高，本文仅仅就其材料、结构特点和施工要点谈了一些看法，我们要充分利用钢结构的优点避免其不利的一面，使钢结构更好的造福于社会，丰富建筑形式和提高人民的生产生活质量，实现小康社会。

参考文献：

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