钢结构在土木工程中的应用分析

摘要：钢结构作为土木工程常用到的重要材料，具有极其广泛的应用范围。对于土木工程来说，需要从结构特性、施工成本等方面对钢结构进行考虑。笔者在本文分析了钢结构在土木工程应用中的特点，并简略阐述其施工要点。

关键字：土木工程；特点；缺点

一、土木工程中钢结构的特点

1.1刚度

结构构件的刚度决定了振动、变形等相关适用性参数。钢结构体系的刚度是由构件与连接件的来决定的。简单来说，构件的刚度与材料的几何截面特性、材料的弹性模量有直接关系。钢结构的弹性模量通常为200GPa。通常情况下，混凝土其普通密度抗压强度在20-40Gpa范围内，它的弹性模量的范围是20-28GPa。即使是高强度混凝土，其弹性模量也保持在40-45GPa之间。由此我们可以看出，钢结构的钢性相对于混凝土有绝对的优势，其钢性是混凝土的五倍至十倍左右。钢结构的刚性具有显著优势。

1.2强度

一般情况下，结构构件材料的强度决定了构件承受或可容纳作用效力的能力。在相关的国家标准中，我们可以查到钢结构可使用的材料。例如建筑结构钢需要满足CSA标准ASTM standardA992/A922M或者N/CSAG40.20/C40.21等相关标准的要求。随着社会经济的不断发展，建筑技术的不断进步，建筑用钢较以前发生了很大的变化。以往的土木工程中所用的抗拉强度与屈服强度等相关数据均摘自CISC（2006）。而加拿大目前对土木工程结构钢及普通建筑结构钢的标准定出了7个钢种和8个强度级别。其屈服强度范围为260~7

00Mpa。当然并不是所有的钢种都有所属的强度级别。土木工程中的钢结构设计需要选择合理正确的钢种类型和强度级别。对于整个土木工程而言，运用钢结构可以适当减少物料消耗、减轻结构自重等等，最终可以降低土木工程的结构成本。从另一方面说，钢结构也增强了土木工程的强度。

1.3韧性

韧性是衡量材料断裂前洗手能量以及塑性变形的能力。韧性可以用来抵抗缺口部位的不稳定裂纹的进一步扩展。韧性是钢结构的一个重要特点，它具有重要意义，其可表示钢结构在制造、安装与使用过程中可以承受较大的工业变形。钢结构的韧性也是取决于钢结构的材料。韧性降低了钢结构材料在弯曲、剪切、冲孔、钻孔等相关制作过程中产生裂纹的可能性。足够的断裂韧性是钢结构必备的特性。尤其是对于受到交变荷载与冲击荷载的土木结构来说尤其重要。钢结构的断裂韧性的最大环境影响因素是温度。随着温度的降低，钢结构的韧性也会降低。对于寒带地区来说，钢结构的首要设计要素是韧性。钢结构中，低碳铌钢比高碳钢成分具有更佳改善韧性。

1.4延性

钢结构的延展性是指钢结构材料在拉伸过程中无断裂的塑性变形能力。延性是土木工程抗震设计中非常重要的特性参数。地震中幸存的建筑物主要依赖于建筑主要结构框架经历大的非弹性变形时的滞后耗能性。钢结构是目前建筑行业中应用范围最广、韧性最好的工程材料之一。但是我们不能认为材料内在的延性都会转换为土木工程结构的内在延性。认识到这点后，我们可以采取适当的设计策略和可靠、稳定的滞消机制。一个设计要具有延性响应，就需要有足够的材料截面、材料延性、结合延性与构件延性。钢结构延性值是与变延性水平、曲率延性及位移延性相匹配的。钢结构具有较高的应变延性，但是由于其受弯构件的受力不稳定以加速，导致构件的曲率延性常呈现不足现象。

通过上文，我们不难发现钢结构在刚度、强度、延性、韧性方面都优越于钢筋混凝土。钢结构常用于构件有异国风情的建筑物中。钢结构为建筑物提供最大的空间利用率。

二、钢结构的缺点

任何事物都具有两面性。钢结构具有许多优点，也有自身的缺点。

2.1材料缺点

钢结构刚度远大于混凝土，在相同负载环境下，其构件截面刚度小于混凝土结构。钢结构的强度优势导致构件尺寸相对混凝土较小。所以我们要想提高构件的稳定性，需要适当增加型钢的尺寸或采用填充混凝土或外包混凝土的方法，达到提高截面刚度的目的。钢结构材料的耐火性、耐腐蚀性都有一定的欠缺。钢材受到150度的辐射热时，其强度就会发生相应的改变，需要采用隔热层进行相应保护。位于重要部位的钢结构上一定要涂刷防火涂料。再者钢结构寿命较混凝土结构短。

2.2其他环境缺点

设计师在设计建筑结构的时候需要注意结构的功能要求是否在钢结构合理的应用范围内。通常情况下，设计较高承载力结构时，需要以不适合继续承载的巨大变形为结构设计的捐献状态准则。

国家在钢结构的生产标准、价格标准、合格标准等方面都没有建立统一的监督管理机制，在此漏洞下，部分生产商生产的钢结构可能会具有一定的缺陷，无法满足土木工程的要求。我国还未形成全面的钢结构生产体系。

三、钢结构施工安装要点

3.1选材与连接

钢材材料一般分为板材、型材、金属制品及管材四类。土木工程中钢材常采用普通的低合金钢及普通碳素钢等等。碳素钢塑性较低，但是具有较高的硬度。钢结构的柱子截面多为箱形、宽翼缘“工”字形等。钢结构安装前需要确定焊接接头做焊接工艺，确定焊接的格料和各项参数。

3.2油漆工艺流程

首先需要清理干净金属表面，再做除锈工作。可运用钢丝刷、精砂布、棉纱等工具。刷漆后需要保证金属表面的干燥。涂漆过程中需要保证刷细、刷满、涂刷到位。尤其需要注意铆钉内不得有涂料涂入。等待防锈漆干燥后，用配套腻子刮平构件表面的缺陷。可适当加入红丹粉等物质，增加腻子的干净性。腻子干燥之后，需要将表面再次打磨平整，且清理干净。

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