土木建筑下钢结构工程应用及研究
时间:2022-03-12 11:28:51
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【摘要】随着我国建筑工程行业飞速发展,钢结构作为一种新型的工程结构,在一些土木建筑工程中得到了大量的应用。本文探讨了钢结构工程的主要特点,分析了影响钢结构工程施工质量的主要因素,对钢结构工程在高层建筑、大跨度建筑、轻钢结构建筑中的应用进行分析,希望能给相关从业单位提供参考。
【关键词】土木工程;建筑;钢结构工程
1.钢结构工程的基本特征
钢结构主要是指利用各类钢材,通过钢材之间的组装、连接而搭建的工程结构。相较于传统的钢筋混凝土结构,钢结构的突出特点在于对大量钢材、钢件、连接件的直接使用。具体来讲,和钢筋混凝土结构相比,钢结构的强度更高,同时在承载力相同的情况下,钢结构本身的重量更轻,空间利用率更高。从稳定性和可靠性角度来讲,钢结构工程受到外界因素的影响更小,可以及时发现存在的质量问题,降低安全隐患。另外,钢结构工程本身主要的工程材料具有可回收性,在工程拆卸之后,可以投入到再次利用之中[1]。从施工过程的角度来讲,钢结构工程的施工流程更简便,涉及的工艺更少,施工效率高,同时质量管理难度更低,可以有效提升工程施工建设管理水平。从工程设计的角度来讲,随着时代的不断发展,现代社会对各类土木建筑工程的造型有更多样化的需求。而得益于钢结构本身良好的稳定性和承载力,在结合预应力技术的情况下,可以满足更多样化建筑工程设计需求。比如,一些追求大空间、大跨度的商场、体育场、会场等建筑,就特别适合使用钢结构施工技术。并且,钢结构工程的塑造能力非常强,可以完成更多建筑造型的打造,优化建筑视觉效果,提升艺术感和美感。从成本角度来讲,得益于钢结构工程本身更为简便的施工方式,以及相对单一的工程材料,这种结构工程的成本相对更低,加以合理利用,可以显著提高工程效益。
2.影响钢结构工程质量的因素和处理策略
2.1工程材料的选择。显然,钢结构工程施工中,基础工程材料的质量,将直接影响整个工程建设的质量。在现代常见的钢结构工程中,比较常见的工程材料包括普通合金钢、碳钢等。其中合金钢的适用面更广,可以满足更多类型钢结构工程的建设需要。而碳钢的强度非常高,但是可塑性相对较差,适合承载力要求较高的常规建筑工程建设。钢结构工程用到的核心钢材、连接件、钢丝、钢管等材料的质量、类型,都会影响工程建设质量,所以需要针对性选择。2.2工程设计。钢结构工程的建设,需要以科学、合理的构造设计为基本前提。这需要设计人员充分掌握钢结构工程的设计要点,对钢材力学特性有深入的了解,充分保证钢结构工程设计方案的合理性。例如,2008年北京奥运会主会场“鸟巢”作为全世界最知名的钢结构工程建筑,为了在保证工程结构受力平衡、稳定性、安全性的基础上,实现更具艺术感和美感的建筑造型,设计团队花费了大量的时间和精力,对多达千百种的钢材力学性能进行研究分析,再结合大量的模拟试验,才形成了这一举世震惊的设计方案[2]。可见,钢结构工程的设计水平,对工程质量、安全性、艺术美感等都会产生决定性的影响。2.3施工过程管理。钢结构工程的建设和传统钢筋混凝土工程的建设有很大的差别,需要施工单位根据设计图纸及现场情况,做好各方面的管理。就土木建筑工程而言,在其中应用钢结构工程,本身是一个融合的过程,施工管理面临的影响因素更多。首先,在工程材料的管控方面,由于钢结构工程钢材用量大,现场的管理尤为重要。一方面需要做好工程材料的质量检测,确保所有钢材、连接件、辅助材料质量达标;另一方面要根据施工计划,做好现场的材料管理,避免材料受损或腐蚀。从施工工艺的角度来讲,需要做好施工现场技术交底,加强施工人员专业培训和考核。另外,做好施工器械的管理,尤其是对现场大型吊装设备的管控,要做到全面检查、仔细维护,确保机械设备保持在更好的运行状态。施工过程管理中,钢结构的吊装连接是关键施工环节,关系到施工质量、效率和安全。针对钢结构的连接施工,主要涉及螺栓固定、焊接施工两个主要的工艺。螺栓连接固定方面,要按照设计图纸,将钢材及构件吊装到位,安装好垫片、临时固定装置之后,再进行螺栓的固定,确保螺栓紧固到位。在焊接施工方面,要根据钢材特点,选择合适的焊接工艺。在此基础上,做好焊接工艺质量的管理,确保焊接位置平滑、均匀,没有瑕疵。2.4传统结构和钢结构之间的关系。处理随着现代建筑工程施工水平不断进步,很多土木建筑不再使用单一的工程材料及结构,尤其是很多工程涉及对传统结构、钢结构以及更多新型材料结构的应用。在工程设计和施工中,需要处理好不同结构之间的衔接、组合,其中不仅要考虑整体结构的合理性、力学稳定性,还要考虑不同材料力学特性、后期维护管理方面的差别。例如,在一些厂房的建设中,基础工程、围护结构采用的是传统的钢筋混凝土桩柱、砌筑墙体结构,而顶部采用的是钢结构,屋面采用的是铝合金、树脂材料[3]。针对这种类型的建筑,需要做好钢结构和钢筋混凝土结构之间的连接固定。一般情况下,钢结构着力点需要放在钢筋混凝土承重柱、承重墙上,再结合球形连接点,实现大跨度屋面的设计与施工。
3.土木建筑工程下钢结构工程的具体应用
3.1高层重型钢结构建筑工程。在现代社会持续发展的情况下,各个地区城市建设和工业发展水平越来越高,很多高层重型钢结构建筑工程项目在如火如荼地建设中。这类高层重型钢结构建筑工程主要采用型钢材料,使用螺栓连接、基础锚固及焊接工艺进行施工。例如,著名的上海环球金融中心作为一种典型的超高层建筑,消耗了六十多万吨型钢材料,钢结构在该建筑中扮演着极其关键的角色。在高层重型钢结构工程的建设中,对工程设计水平的要求非常高,需要将传统钢筋混凝土结构和钢结构工程有机结合起来,充分发挥两者本身的优势。在这类工程中,钢结构有很好的结构强度、稳定性和受力均匀性,加上结构轻质的优点,可以支持超高层建筑的建造。比如,世界最高楼——哈利法塔中部、上部基本上都是采用的钢结构,这是该工程能够达到世界第一高度的关键[4]。3.2大跨度钢结构建筑。在社会经济和人们生活持续发展的今天,除了民用建筑以外,以博物馆、体育馆为代表的各类建筑应用需求也在逐步提升。这类建筑有一个典型的特征,在于内部空间要求较高,意味着需要构建跨度较大的建筑结构。针对空间范围较大的大跨度建筑,钢结构施工技术的应用尤为重要。在大跨度土木建筑中,一般使用钢材作为主要的结构材料,并根据实际情况,合理选用悬索结构、网壳结构等。这类特殊的结构设计方案,结合钢结构工程本身的优势,可以完成各种大跨度建筑的建设施工。比如,在现代厂房的建造中,可以将钢结构和合成材料膜工艺结合起来,建成封闭式建筑[5]。这类建筑不仅可以提高施工效率,还能满足工业生产对空间范围的需求。更为关键的是,通过将钢结构和其他材料的组合,可以满足封闭式施工的需求,对现代环保事业的发展也有重要的价值。3.3轻钢结构建筑。在现代土木建筑工程领域中,一方面大型超高层建筑的建设十分热门,另一方面相关领域也在往轻量化、灵活化的方向发展。轻钢结构建筑主要是利用质量更轻的轻型合金钢材为基础材料,打造能够满足基本稳定性、安全性、耐用性需求的新型建筑。一般情况下,轻钢建筑结构主要包括主要结构、辅助结构、围护结构等,在建设中需要进行针对性的管理。从建造类型的角度来讲,轻钢结构建筑的结构可以分为两种,(1)使用薄钢板冷轧构成骨架结构,再配以其他材料形成屋面、围护结构的建筑结构;(2)使用断面比较小的型钢做成骨架结构,配合钢管、连接件形成的建筑结构。轻钢结构建筑一方面适用于一些临时性建筑项目的建设,另一方面在一些别墅、民宿、旅游房产项目中,也发挥着重要的作用,具有良好的适应性和经济性优势。
4.结束语
综上所述,在我国建筑工程行业飞速发展的背景下,钢结构工程在土木建筑工程中的应用越来越频繁。在实际应用中,钢结构工程质量轻、强度高、施工便捷、经济性等优点被充分发挥出来。为了进一步提高建筑工程建设施工水平,有必要对钢结构工艺进行更深入的研究,从钢材质量控制、工程设计、施工管理等角度,做好每个环节的质量控制。只有这样,才能进一步发挥钢结构工程的应用价值,提高土木建筑工程建设水平。
参考文献
[1]冯耀纪.土木建筑工程钢结构施工技术问题探究[J].中文信息,2018(5):233.
[2]刘震宇.高层建筑主体钢结构工程的质量控制及监督要点[J].中国住宅设施,2020(2):35-36.
[3]戴文龙.试述混凝土与钢结构工程中的建筑工程施工技术[J].四川水泥,2020(9):13,18.
[4]许义博.土木工程中钢结构施工管理措施的研究[J].数字化用户,2018,24(9):62.
[5]周莹.装配式建筑工程钢结构施工技术和施工管理措施[J].中国建筑金属结构,2020(8):80-81.
作者:樊婷婷 单位:中铁十六局集团第五工程有限公司
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