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【摘要】随着建筑行业的快速发展，新材料、新工艺、新设备层出不穷，虽然提高了施工效率，但也对施工技术管理提出了高要求。本文以钢结构为例，首先介绍了技术优点和缺点，然后指出土木工程中钢结构施工技术要点，最后结合工程案例进行分析，以供参考。
【关键词】土木工程；钢结构；优缺点；技术要点
在城市化建设的大背景下，土木工程数量增多，钢结构不仅具有良好的技术性能，而且兼具经济性和环保性，因此在工程施工中应用广泛。钢结构是由型钢、钢板组成的钢柱、钢梁、钢桁架等构件，各个构件之间采用螺栓、铆钉、焊缝连接，常用于场馆、大型厂房、高层建筑中。以下结合实践，探讨了钢结构施工技术的具体应用。
1、钢结构的技术优点和缺点
1.1 优点
①抗压性能高。钢材具有良好的刚度和延展性，将其制作成钢结构，能明显提高抗压性能，保证工程结构的稳定性。在恶劣环境中，采用钢结构不仅能抵御自然环境风险，还能延长使用寿命，提高建筑物的整体安全性。②机械化程度高。钢构件的制作、拼装比较简单，可以在工厂内安装，也可以在现场安装。而且，钢构件的成品精度高，方便利用机械设备进行拼装，从而提高作业效率、缩短工期。③自重轻。钢材的强度、弹性模量大，相比于木材、混凝土，钢材的密度和屈服强度比值小，在相同的受力条件下，钢构件的截面更小、自重更轻，能方便运输和安装，适用于大跨度工程项目[1]。
1.2 缺点
①负载能力低。和混凝土相比，钢构件的负载能力低，由于截面积小，会影响建筑结构的稳定性。②耐火性差。当温度处于300-400℃之间，钢构件的强度、弹性模量均明显降低；当温度高于600℃，钢构件的强度基本为零。③耐腐蚀性差。钢构件长期处于潮湿环境中，容易发生锈蚀，如果防护措施不到位，会降低钢构件的刚度和韧性，继而发生结构损坏。
2、土木工程中钢结构施工技术要点
2.1 选材连接
目前钢结构材料主要分为型材、板材、管材、金属制品4种类型，以碳素钢为例，在工程施工中的应用普遍，具有较高的强度、硬度、可塑性。从工程项目来看，柱体截面主要是十字形、工字形、箱形；梁体截面主要是箱形、H形。选材时，施工企業应该以图纸设计、标准规范、现场环境为准，既能保证工程质量，又能降低造价成本。钢构件在连接时，如果采用高强螺栓连接，要求严格检查螺栓质量，保证连接孔位的精确性；如果采用焊接方式，则要进行焊接试验，从而确定最佳焊接参数。
2.2 构件堆放
钢构件在现场安装时，实际占地面积要大于结构占地面积。受到运输、吊装的影响，如果钢构件发生变形，应该及时矫正，以满足设计要求。吊装时，一般选择塔式起重机，要求臂杆长度能覆盖整个作业范围，起重能力满足实际需要，科学选择钢丝绳的长度和强度，合理确定起吊速度等。此外，如果是多台塔吊协同作业，应该选择好机械安装地点，通过调整臂杆高差，避免作业期间发生碰撞，从而保证施工安全顺利进行[2]。
2.3 梁柱安装
对于多跨门式钢架工程，安装梁柱时一般采用中柱、斜梁进行焊接。具体施工中，如此作业容易偏离施工图纸的要求，甚至带来安全隐患。对此，梁柱安装期间，应该严格按照规范流程操作，分析现场施工环境，保证图实相符；如果需要对连接板加宽、加厚，连接时可采用焊接方式。焊接作业时，施工人员应该控制好焊接宽度、厚度，保证外观质量。以箱形柱和十字形柱的连接为例，要求十字形柱深入箱形柱的长度，要大于柱宽+200mm；且上、下接头处均要设置焊接栓钉，过渡段栓钉的间距、列距一般控制在150mm。
2.4 螺栓稳固
钢梁、钢柱在吊装期间，要求钢构件完整无损，还要保护柱脚螺栓。实践证实，柱脚螺栓的位置，直接影响钢柱的定位，位置不准确会降低钢结构的整体稳定性。因此，预埋螺栓时将位置偏差控制在2mm以内，标高偏差控制在5mm以内；然后由技术人员进行测量复核，确保和设计图纸保持一致[3]。施工作业中，保证垫圈方向一致，螺栓的穿入方向一致，重复拧紧超过3次，确保螺栓稳定牢靠。
2.5 表面油漆
钢结构施工完成后，应该及时清理金属表面的杂质灰尘，除锈后涂刷油漆。如果采用人工手动处理，要求施工人员使用钢丝刷摩擦钢构件表面，然后使用纱布精细打磨，保证表面干净平滑。当水分干燥后，及时涂抹防锈漆，要求涂满涂匀，且油漆不能污染铆钉、螺栓等，并对表面缺陷进行处理。涂刷面层油漆时，采用多刷多理方式，确保油漆色泽均匀、不流不坠。油漆涂刷完成后，委派专人进行检查，避免出现漏刷漏涂的部位。
3、工程案例分析
3.1 工程概况
以国内某高校的体育馆工程为例，位于北京市朝阳区，建筑面积共计约3.44万m2，设计席位1.5万个。建筑平面采用椭圆形设计方案，分为热身馆、比赛馆两个部分，其中地上4层、地下局部1层；上部屋盖采用钢结构体系，属于预应力弦支穹顶结构。具体来说，该钢结构体系包括上部网壳、下部竖杆、径向拉杆拉索、环向拉索组成，具有明确的传力路径。正常荷载作用下，内力经上部网壳传递到下部撑杆上，然后传递给拉索，继而拉索对支座产生反向推力，既能减小结构对梁体的横向推力，又能避免网壳出现变形和位移。
3.2 技术特点
该工程设计期间，采用节能规范设计理念，提高钢结构的保温隔热性能，缩短能源系统的运行时间，实现节能降耗的目标，其技术特点如下：①针对各馆传热系数K进行严格控制，其中透明屋顶、玻璃幕墙的K值低于2W/m2·℃，非透明屋顶的K值低于0.7W/m2·℃，外墙、窗户的K值分别低于0.8、2.5W/m2·℃。②在大面积窗户和幕墙上，采用可调节式遮阳板，控制阳光照射量。③馆内以自然采光为主，根据规范标准控制窗地面积比值。结合体育馆的使用功能，部分房间无法自然采光，因此采取调控和强化措施。④馆内房间以自然通风为主，将房间的进深、层高比值控制在2.5以内。⑤钢结构形状特殊，有较多的曲线段，因此平面位置控制、钢结构节点空间位置控制，是测量工作的重难点。 3.3 施工要点
如下图1，是该钢结构体系的施工工艺流程图，施工期间要点总结如下：第一，钢构件制作。从整个施工流程来看，钢构件制作可以在准备环节完成，即在工厂内生产、加工、拼装。当钢构件运输至现场，首先要查看钢材标识，确保符合规格、型号要求。如果出现裂痕、变形等问题，则不能进入场地，应该返厂处理。其次主构件制作时，做好排料处理工作，为了滿足钢板拼装要求，要保证主构件的厚度和设计图纸一致。最后在细节处理上，可采用光电跟踪法对误差进行控制，最好控制在1mm以内[4]。切割材料时，要采用特定形状，保证表层光滑，以坡口为例，可以辅助利用磨光机，并对氧化层进行彻底清理。
第二，尺寸标高测量。钢构件在拼装前，应该进行工序交接，要求技术人员对各个定位点进行测量，获得准确的尺寸数据，为吊装作业提供依据。而在标高、轴线测量上，应该按照标准流程操作，将顶面标高、柱距等作为测量要点，严格控制误差。主构件安装时，要清理表面的杂质和灰尘，确定基准定位线的位置，促使构件轴线和定位线相重合，以此控制钢结构的垂直度。竖向钢构件的附加内力大，容易发生侧向位移，要求技术人员分析地基承载力，要处于钢结构的承载范围以内，必要时扩大偏心距离。
第三，高强螺栓安装。钢构件安装完成后，要使用高强螺栓进行固定，首先核查螺栓的规格、数量，抽样检测螺栓的性能质量，确保满足设计要求。其次在安装前，要控制孔位质量，从特定方向穿入螺栓，必要时将垫圈置于螺栓两侧[5]。螺栓紧固后，要使用黄油或塑料包裹起来，避免混凝土施工时造成污染腐蚀。最后形成完整的记录，包括钢结构节点上的螺孔、螺栓、加强板、倾斜标记、基准线等，作为竣工验收和运营管理的一手资料。
结语：
综上所述，钢材的抗压性能高、机械化程度高、自重轻，因此钢结构在土木工程中的应用广泛。本文从选材连接、构件堆放、梁柱安装、螺栓稳固、表面油漆五个方面，介绍了钢结构施工技术要点，并结合工程案例进行分析。希望为类似工程的施工作业提供经验借鉴，提高工程质量。
参考文献：
[1]杨卿.浅谈土木工程施工中钢结构技术的应用[J].价值工程，2018，（16）：245-246.
[2]苏丽平.现代钢结构房屋建筑施工技术分析[J].价值工程，2018，（4）：142-143.
[3]杨士珏，孙占利，寿建军等.钢框架-组合型钢箱形钢板剪力墙结构体系施工技术[J].施工技术，2017，（18）：45-49.
[4]成继红，刘明路，何月峰等.某大型美术馆钢结构施工关键技术[J].施工技术，2017，（14）：79-82.
[5]张刚成.钢结构桥梁施工技术控制要点分析[J].工程建设与设计，2018，（10）：182-183.
作者简介：
齐爽，长春黄金设计院有限公司，吉林长春。
【关键词】土木工程；钢结构；优缺点；技术要点
在城市化建设的大背景下，土木工程数量增多，钢结构不仅具有良好的技术性能，而且兼具经济性和环保性，因此在工程施工中应用广泛。钢结构是由型钢、钢板组成的钢柱、钢梁、钢桁架等构件，各个构件之间采用螺栓、铆钉、焊缝连接，常用于场馆、大型厂房、高层建筑中。以下结合实践，探讨了钢结构施工技术的具体应用。
1、钢结构的技术优点和缺点
1.1 优点
①抗压性能高。钢材具有良好的刚度和延展性，将其制作成钢结构，能明显提高抗压性能，保证工程结构的稳定性。在恶劣环境中，采用钢结构不仅能抵御自然环境风险，还能延长使用寿命，提高建筑物的整体安全性。②机械化程度高。钢构件的制作、拼装比较简单，可以在工厂内安装，也可以在现场安装。而且，钢构件的成品精度高，方便利用机械设备进行拼装，从而提高作业效率、缩短工期。③自重轻。钢材的强度、弹性模量大，相比于木材、混凝土，钢材的密度和屈服强度比值小，在相同的受力条件下，钢构件的截面更小、自重更轻，能方便运输和安装，适用于大跨度工程项目[1]。
1.2 缺点
①负载能力低。和混凝土相比，钢构件的负载能力低，由于截面积小，会影响建筑结构的稳定性。②耐火性差。当温度处于300-400℃之间，钢构件的强度、弹性模量均明显降低；当温度高于600℃，钢构件的强度基本为零。③耐腐蚀性差。钢构件长期处于潮湿环境中，容易发生锈蚀，如果防护措施不到位，会降低钢构件的刚度和韧性，继而发生结构损坏。
2、土木工程中钢结构施工技术要点
2.1 选材连接
目前钢结构材料主要分为型材、板材、管材、金属制品4种类型，以碳素钢为例，在工程施工中的应用普遍，具有较高的强度、硬度、可塑性。从工程项目来看，柱体截面主要是十字形、工字形、箱形；梁体截面主要是箱形、H形。选材时，施工企業应该以图纸设计、标准规范、现场环境为准，既能保证工程质量，又能降低造价成本。钢构件在连接时，如果采用高强螺栓连接，要求严格检查螺栓质量，保证连接孔位的精确性；如果采用焊接方式，则要进行焊接试验，从而确定最佳焊接参数。
2.2 构件堆放
钢构件在现场安装时，实际占地面积要大于结构占地面积。受到运输、吊装的影响，如果钢构件发生变形，应该及时矫正，以满足设计要求。吊装时，一般选择塔式起重机，要求臂杆长度能覆盖整个作业范围，起重能力满足实际需要，科学选择钢丝绳的长度和强度，合理确定起吊速度等。此外，如果是多台塔吊协同作业，应该选择好机械安装地点，通过调整臂杆高差，避免作业期间发生碰撞，从而保证施工安全顺利进行[2]。
2.3 梁柱安装
对于多跨门式钢架工程，安装梁柱时一般采用中柱、斜梁进行焊接。具体施工中，如此作业容易偏离施工图纸的要求，甚至带来安全隐患。对此，梁柱安装期间，应该严格按照规范流程操作，分析现场施工环境，保证图实相符；如果需要对连接板加宽、加厚，连接时可采用焊接方式。焊接作业时，施工人员应该控制好焊接宽度、厚度，保证外观质量。以箱形柱和十字形柱的连接为例，要求十字形柱深入箱形柱的长度，要大于柱宽+200mm；且上、下接头处均要设置焊接栓钉，过渡段栓钉的间距、列距一般控制在150mm。
2.4 螺栓稳固
钢梁、钢柱在吊装期间，要求钢构件完整无损，还要保护柱脚螺栓。实践证实，柱脚螺栓的位置，直接影响钢柱的定位，位置不准确会降低钢结构的整体稳定性。因此，预埋螺栓时将位置偏差控制在2mm以内，标高偏差控制在5mm以内；然后由技术人员进行测量复核，确保和设计图纸保持一致[3]。施工作业中，保证垫圈方向一致，螺栓的穿入方向一致，重复拧紧超过3次，确保螺栓稳定牢靠。
2.5 表面油漆
钢结构施工完成后，应该及时清理金属表面的杂质灰尘，除锈后涂刷油漆。如果采用人工手动处理，要求施工人员使用钢丝刷摩擦钢构件表面，然后使用纱布精细打磨，保证表面干净平滑。当水分干燥后，及时涂抹防锈漆，要求涂满涂匀，且油漆不能污染铆钉、螺栓等，并对表面缺陷进行处理。涂刷面层油漆时，采用多刷多理方式，确保油漆色泽均匀、不流不坠。油漆涂刷完成后，委派专人进行检查，避免出现漏刷漏涂的部位。
3、工程案例分析
3.1 工程概况
以国内某高校的体育馆工程为例，位于北京市朝阳区，建筑面积共计约3.44万m2，设计席位1.5万个。建筑平面采用椭圆形设计方案，分为热身馆、比赛馆两个部分，其中地上4层、地下局部1层；上部屋盖采用钢结构体系，属于预应力弦支穹顶结构。具体来说，该钢结构体系包括上部网壳、下部竖杆、径向拉杆拉索、环向拉索组成，具有明确的传力路径。正常荷载作用下，内力经上部网壳传递到下部撑杆上，然后传递给拉索，继而拉索对支座产生反向推力，既能减小结构对梁体的横向推力，又能避免网壳出现变形和位移。
3.2 技术特点
该工程设计期间，采用节能规范设计理念，提高钢结构的保温隔热性能，缩短能源系统的运行时间，实现节能降耗的目标，其技术特点如下：①针对各馆传热系数K进行严格控制，其中透明屋顶、玻璃幕墙的K值低于2W/m2·℃，非透明屋顶的K值低于0.7W/m2·℃，外墙、窗户的K值分别低于0.8、2.5W/m2·℃。②在大面积窗户和幕墙上，采用可调节式遮阳板，控制阳光照射量。③馆内以自然采光为主，根据规范标准控制窗地面积比值。结合体育馆的使用功能，部分房间无法自然采光，因此采取调控和强化措施。④馆内房间以自然通风为主，将房间的进深、层高比值控制在2.5以内。⑤钢结构形状特殊，有较多的曲线段，因此平面位置控制、钢结构节点空间位置控制，是测量工作的重难点。 3.3 施工要点
如下图1，是该钢结构体系的施工工艺流程图，施工期间要点总结如下：第一，钢构件制作。从整个施工流程来看，钢构件制作可以在准备环节完成，即在工厂内生产、加工、拼装。当钢构件运输至现场，首先要查看钢材标识，确保符合规格、型号要求。如果出现裂痕、变形等问题，则不能进入场地，应该返厂处理。其次主构件制作时，做好排料处理工作，为了滿足钢板拼装要求，要保证主构件的厚度和设计图纸一致。最后在细节处理上，可采用光电跟踪法对误差进行控制，最好控制在1mm以内[4]。切割材料时，要采用特定形状，保证表层光滑，以坡口为例，可以辅助利用磨光机，并对氧化层进行彻底清理。
第二，尺寸标高测量。钢构件在拼装前，应该进行工序交接，要求技术人员对各个定位点进行测量，获得准确的尺寸数据，为吊装作业提供依据。而在标高、轴线测量上，应该按照标准流程操作，将顶面标高、柱距等作为测量要点，严格控制误差。主构件安装时，要清理表面的杂质和灰尘，确定基准定位线的位置，促使构件轴线和定位线相重合，以此控制钢结构的垂直度。竖向钢构件的附加内力大，容易发生侧向位移，要求技术人员分析地基承载力，要处于钢结构的承载范围以内，必要时扩大偏心距离。
第三，高强螺栓安装。钢构件安装完成后，要使用高强螺栓进行固定，首先核查螺栓的规格、数量，抽样检测螺栓的性能质量，确保满足设计要求。其次在安装前，要控制孔位质量，从特定方向穿入螺栓，必要时将垫圈置于螺栓两侧[5]。螺栓紧固后，要使用黄油或塑料包裹起来，避免混凝土施工时造成污染腐蚀。最后形成完整的记录，包括钢结构节点上的螺孔、螺栓、加强板、倾斜标记、基准线等，作为竣工验收和运营管理的一手资料。
结语：
综上所述，钢材的抗压性能高、机械化程度高、自重轻，因此钢结构在土木工程中的应用广泛。本文从选材连接、构件堆放、梁柱安装、螺栓稳固、表面油漆五个方面，介绍了钢结构施工技术要点，并结合工程案例进行分析。希望为类似工程的施工作业提供经验借鉴，提高工程质量。
参考文献：
[1]杨卿.浅谈土木工程施工中钢结构技术的应用[J].价值工程，2018，（16）：245-246.
[2]苏丽平.现代钢结构房屋建筑施工技术分析[J].价值工程，2018，（4）：142-143.
[3]杨士珏，孙占利，寿建军等.钢框架-组合型钢箱形钢板剪力墙结构体系施工技术[J].施工技术，2017，（18）：45-49.
[4]成继红，刘明路，何月峰等.某大型美术馆钢结构施工关键技术[J].施工技术，2017，（14）：79-82.
[5]张刚成.钢结构桥梁施工技术控制要点分析[J].工程建设与设计，2018，（10）：182-183.
作者简介：
齐爽，长春黄金设计院有限公司，吉林长春。