浅谈钢结构在土木工程中的应用

浅谈钢结构在土木工程中的应用

摘要:钢结构凭借其良好的强度和韧性等在现代土木工程中得到了广泛的运用,本文分析了钢结构的优点,总结了其施工、安装特点,并对钢结构施工质量控制进行了简单的探讨。

关键词:钢结构土木工程特点应用

1 钢结构特点分析

1.1 强度

通常来说,构件的承受和容纳能力都是由材料的强度决定的。随着社会的发展,建筑用钢发生了很大的变化。以前的建筑结构所使用的抗拉强度和屈服强度的相关数据都是来自于CISC(2006)。目前结构钢的标准是7个钢种和8个强度级别。然而,26并不是所有的钢种都有全部的强度级别。因而,对于一个特定的建筑钢结构设计来说,就需要选择特定的钢种类型和强度级别。对于建筑来说,采用钢结构不仅可以减少物料的消耗,还可以减轻结构的自重,减少支撑部件与地基的尺寸,从而大大的减少整个建筑工程的成本。

1.2 刚度

刚度决定着振动、变形等适用性参数。结构体系的实际的刚度是由构件和连接件的分布决定的。简单的说,构件的刚度是由构件材料的几何截面的特性以及弹性模量决定的。结构钢的刚性相对于混凝土

来说有着显著的优势。

1.3 延性

延性是指材料拉伸过程中无断裂的塑性变形能力。通常情况下,延性在结构设计尤其是抗震设计中重要的特性参数。但是材料内在的延伸性并不是都会转化成建筑结构的内在延性。认识到在这一点后,要采取恰当的设计策略以及可靠地、稳定的滞消机制。虽然钢结构的应变延性较高,但由于受弯构件的受力并不稳定,因而构件的构件延性通常不足。

1.4 韧性

韧性是指衡量材料断裂前吸收能量和塑性变形能量的指标。它能够抵抗缺口部位的不稳定裂纹的扩展。韧性可以表示钢结构在制造、安装、使用中能够承受的工业变形,因而是钢结构的一个重要的特点。钢构件的韧性可以使构件在弯曲、剪切、冲孔以及锻造和钻孔等过程中减少裂纹。

1.5 整体

从上面来说,钢结构不管是在刚度强度还是延性都比钢筋混凝土有优势。一般钢结构具有最佳的设计灵活性和最大的空间利用率,因而,钢结构还可以容易的建设处具有异国风情的建筑群。此外,钢结构还是一个理想的悬臂施工体系,它不仅可以降低楼层的高度还可以增

加审美吸引力。在施工中,钢结构的装配工人小于混凝土结构的工人,而且钢结构的安装制作质量都比混凝土更可靠和方便。

2 钢结构性能要求

2.1 强度

结构钢的性能可以利用相关的国家标准确定。如CAN/CSA-S16-01,AISC,2005a。类似的还有钢筋混凝土结构设计国家标准(CSA,2004)。这些标准中列举出了可以使用的材料。

2.2 刚度

材料的刚度取决于材料的刚度和几何截面。通常来说,结构钢的弹性模量是200Gpa。一般普通密度抗压强度在20～40Gpa范围内的混凝土的弹性模量是20～28gpa。而高强度的混凝土的弹性模量一般是子啊40～45gpa范围内的。由此可见,钢材料的刚性是普通混凝土的10倍,是高强混凝土的5倍左右。

2.3 延性

一般一个具有延伸性的设计就要有相应的足够的材料表截面和材料、结构、构件的延性。同时要注意延性值的需求要与变延性水平、构件延性和位移延性相匹配。

2.4 韧性

钢结构的韧性受气温影响很大,能够随着温度的降低而减少。因而在寒冷的条件下对于钢结构的设计要考虑到刚韧性。相比较来说,低碳泥钢的韧性强于高碳钢成分钢。

3 钢结构施工安装及质量控制要点

钢结构的施工较为复杂,建筑的不同,钢结构的施工在细节上也有较大的差别,这里通过三点对其进行简单的说明。

3.1 选材与连接

钢材主要有板材、型材、金属制品和管材四种。在土木工程中,建筑钢材一般是使用普通的低合金钢、优质碳素钢和普通碳素钢等,这是因为碳钢的塑性虽然较为低,但是它的硬度、强度都比较的高。在钢结构中,柱子截面通常是箱型截面和宽翼缘工字形或者是十字形截面等;而梁多是焊接和轧制的H型钢梁。要是有特殊的要求也可以符合截面,在安装之前对主要的焊接头进行焊接工艺的实验,确定焊接的格料和各项的参数。对于梁与梁之间或梁与柱之间的链接,则可以采用焊接连接或高强螺旋链接,如果使用高强螺旋链接要确保连接孔的精确。一般制孔有两种,一是精确度较高的数控钻孔,一个是精确度较低的模板钻孔。如果技术条件允许,还是使用数控钻孔较好。

3.2 钢构件的堆放和选择安装机械地点

一般情况下,安装结构的用地是结构占地的1.5倍。按照安装的流程,运送到现场的钢结构应采用装卸机械把其放置于安装机械的回转半径内。钢结构的安装一般是使用塔式起重机,这是因为塔式起重机的臂秆长度具有足够的覆盖面且它的起重能力足够,能够满足不同构件的起重要求。如果是多机作业,臂秆的要有足够的高差,各个起重机之间的距离要适中,避免不必要的碰撞。

3.3 油漆工艺流程

3.3.1 基层处理

清洗金属表面并进行除锈。如果表面严重的腐蚀,可以用钢丝刷和铲刀进行处理,大面积的绣可以利用砂轮机清理。

3.3.2 涂防锈漆、刮腻子

在保证金属表面干燥情况下进行涂漆。涂漆时,要坚持刷细、刷满、刷到位的原则,还要注意铆钉孔内不可以有涂料。当防锈漆干燥以后,再使用腻子刮平构建表面的缺陷。可以在腻子中适量的红丹粉或厚漆增加干硬性。腻子干燥后要打磨平整,清扫干净。

3.3.3 涂磷化底漆

这由底漆和磷化液两部分组成。磷化底漆涂刷后2h后再涂底漆。通常,24h后可以冲洗和除去表面的磷化剩余物。如干燥后金属表面有一层灰褐色的均匀的磷化膜,则达到磷化要求。

3.3.4 涂刷面漆

涂刷面漆要多刷多理,刷油要饱满、均匀、色泽一致。钢结构的面漆一般需要刷两遍以上,厚度到大于70μm。

总而言之,钢结构在现代的建筑工程中有着重要的作用,相应的工作者要不断的提高设计理念和行业认知,拓宽钢结构市场并培养一批专业的人才,为我国的建筑行业提供强大的保障。

参考文献

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