摘要：土木工程中的钢结构，因为其本身具备的结构跨度大，自重轻以及安装便捷等优点，越来越多的应用到了工业厂房的建筑、民宅以及高层建筑中。本文主要先介绍土木工程钢结构的特点，再研究其结构的结构优缺点，最后探讨施工的要点。
关键词：土木工程；施工；钢结构；技术
一、在土木工程中钢结构的主要特点
1、钢结构的强度
在施工的工程中，选择哪种施工的结构构件，是由构件的强度决定的。一般来说，结构构件承受或者容纳作用效应的能力是由材料的强度来决定的。可以利用有关的国家标准来确定结构钢的构件性能，这些标准中列出了钢结构可使用的材料，近几年来，建筑用钢发生了很大的变化，过去的建筑结构所用的抗拉强度以及屈服强度相关数据均摘自于CISC（2006）历史记录，而目前加拿大对于工程结构钢以及普通建筑结构钢的标准定出7个钢种和8个强度级别。根据屈服强度其范围为260～700MPa。不过并不是全部的钢种都有所有的强度级别，因此如果是一个特定的建筑钢结构设计，那么对钢种类型和强度级别的选择就非常重要。从整体来说，采用钢结构可以减少物料消耗、减轻结构自重、降低支撑部件与地基的尺寸，最终降低整个建筑的结构成本。
2、钢结构的刚度
振动、变形等适用性参数由构件的刚度来决定，进而由结构体系的刚度来决定。结构体系的实际刚度又由其构件和连接件的分布来决定。不过简单说来，构件的刚度由材料的几何截面特性以及材料的弹性模量来决定，结构钢的弹性模量通常为200GPa。而普通密度抗压强度在20～40GPa范围内的混凝土其弹性模量通常在20～28GPa范围内；即使对于高强度混凝土来说，其弹性模量也不过在40～45GPa之间，由此可见，钢结构的钢性是混凝土的十倍及五倍左右，所以钢结构的刚性有着显著的优势。结构在使用后会不会出现振动和变形的情况主要是由于构件的刚度决定的，构件的刚度又是同构件与连接件的分布决定的。在土木工程中，钢结构的刚度是比钢筋混凝土的结构有很明显的差别的，钢筋混凝土的刚度比钢结构的刚度小很多，所以土木工程选用钢结构更加能保证工程的施工质量。
3、钢结构的延性
材料的延性是指材料在拉伸的过程中会不会出现变形的情况，钢结构可以说是目前使用最广泛的、韧性最好的工程材料之一。不过材料内在的延性并不一定都会转化为建筑结构的内在延性，因此要充分认识到这一点，采取适当的设计策略和可靠、稳定的滞消机制。通常一个设计具有延性响应就要有足够的材料截面、材料延性以及结构延性和构件延性。延性值的能力和需求要与变延性水平、曲率延性（构件延性）以及位移延性（结构延性）所匹配。不过虽然钢结构的应变延性比较高，但是因为受弯构件的受力不稳定，所以构件的曲率延性经常不足。
4、钢结构的韧性
建筑材料的韧性通常表现为材料在制造、安装和使用的过程中可以承受的多大的变形力的作用，钢结构在安装的过程中可以承受非常大的力的作用，这也是钢结构可以大量使用的一个前提条件。衡量材料断裂前吸收能量以及塑性变形的能力的指标就是韧性。它可以抵抗缺口部位的不稳定裂纹的扩展。韧性通常表示钢结构在制造、安装以及使用过程中可以承受比较大的工业变形，是钢结构一个很重要的特点。
二、土木工程中钢结构的优缺点
1、材料缺点。
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尽管钢结构的刚度要远远大于混凝土，但是对于一个给定的负载，钢结构的构件截面刚度则要小于与其对比的混凝土结构，这主要是因为钢的强度优势导致其构件的尺寸相对较小。因此要提高这些构件的稳定性，就要增加型钢的尺寸或者采取填充混凝土以及外包混凝土的措施，以提高截面的刚度。并且钢材的耐火性和耐腐蚀性都相对有欠缺。钢材长期受到100度的辐射热时强度的变化不大，表现出一定的耐热性能，但当温度达到150度时，就要采用隔热层进行保护，并且重要部位的钢结构一定要涂刷防火涂料。
2、市场环境。
2.1设计力量较薄弱。
在设计建筑结构时要注意结构的功能要求是不是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。钢结构有很多节点，要对每个螺丝、垫板以及焊缝进行精确的计算，而且每个专业要一次性到位，所以钢结构的设计要比混凝土结构的设计更复杂，并且图纸也远远多于混凝土结构。
2.2钢结构生产未形成体系。
只有在大规模生产的情况下才可以体现出钢结构的优越性。并且目前钢结构的生产标准、价格标准以及质量标准都没有统一，国家标准以及监管机制方面也都有一定的欠缺，因此很多设计师以及开发商都相对比较茫然。
2.3价格问题。
由于钢结构的生产未形成体系，因此钢结构的价格比较高。虽然钢产量近年有大幅度的提高，但是人均产量仍然相对较低，钢材仍是我国国民经济中比较贵重的材料，而混凝土的价格优势就体现出来了。
2.4钢结构的使用年限。
混凝土结构号称永不损坏，但是钢结构一般的使用寿命只有五十年，如果钢结构用在住宅建筑中，那么人们想到自己花费终身积蓄而购买的房子只能住五十年，会让很多人丧失购买的欲望。不过随着保险业的发展，住宅寿命问题应该相对容易解决。
三、土木工程中钢结构施工的要点
1、钢结构的选材与连接
钢材通常分为板材、型材、金属制品以及管材四大类。土木工程中的建筑钢材通常采用普通的低合金钢、优质碳素结构钢以及普通碳素钢等，碳钢的塑性比较低，但是硬度强度比较高。在钢结构中，柱子截面一般多为箱形截面或者宽翼缘“工”字形，另外还有“十”字形截面等等；梁多数是焊接或者轧制的“H”型钢梁，如果要求特殊也可以符合截面，在安装前要对主要的焊接接头做焊接工艺的试验，定出焊接的格料和各项参数。梁与梁之间、梁与柱之间的连接，可以采取焊接连接或者高强螺栓连接，要注意高强螺栓的连接孔位的精度。
2、钢结构油漆工艺的流程
首先把金属的表面清理干净，然后再做除锈。手工处理先用钢丝反复刷打，再用精砂布打磨，使得表面光亮、平滑，然后再用棉纱或者纱布把打磨下的锈粉和浮灰清理干净。在涂漆前要保证金属表面的干燥，如果有水则要立即擦干。在涂漆的时候，要刷细、刷满、涂刷到位，并且要注意铆孔内不能有涂料涂入。待到防锈漆干燥后，采用和油漆配套的腻子把构件的表面缺陷刮平。可以在腻子中加入适量的红丹粉或者厚漆，从而增加其干硬性。在腻子干燥后要打磨平整，并清理干净。刷涂面漆时要多理多刷，油要不流不坠、饱满均匀、色泽光亮一致，涂刷后要及时检查避免漏刷。
四、结束语
随着我国经济的迅速发展和钢产量的大幅提高，钢结构在我国的应用将日渐广泛，而钢结构本身所具有的许多优越特点正逐渐被重视，这也是钢结构工程日益增多的原因之一。为此，国家建筑技术政策也随之发生了变化，即由以往限制使用钢结构转变为积极合理推广应用钢结构，从而进一步促进了钢结构工程的发展。
参考文献
[1]孙生玉.钢结构焊接中的常见问题探讨[J].中国新技术新产品，2009.
[2]王军.钢结构住宅的研究与开发[J].建筑技术开发，2004.
[3]胡孜华.浅谈我国钢结构住宅的应用与发展[J].中国建设教育，2007.
论文作者:罗明杰
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年7期
论文发表时间:2019/7/26
标签：钢结构论文; 延性论文; 构件论文; 刚度论文; 结构论文; 截面论文; 土木工程论文; 《建筑学研究前沿》2019年7期论文;