【摘要】土木工程具有鮮明的綜合性特征，涵蓋了房屋、橋梁等一系列土地建筑、設(shè)施的建造技術(shù)，需要整合勘測、設(shè)計、施工等多專業(yè)工種，在協(xié)調(diào)規(guī)劃下通力完成，其施工技術(shù)的先進性、科學(xué)性與國計民生息息相關(guān)。當(dāng)前伴隨工藝體系的成熟，新施工技術(shù)不斷涌現(xiàn)，帶來質(zhì)量改進的同時，也促成了新施工標準的完善。論文聚焦土木工程鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)，對其應(yīng)用優(yōu)勢及技術(shù)要點進行論述。
【關(guān)鍵詞】鋼結(jié)構(gòu)；土木工程；施工技術(shù)
1引言
結(jié)構(gòu)設(shè)計是土木工程施工的關(guān)鍵所在，磚混結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)等都是較為常見的結(jié)構(gòu)類型，它們在承重、耐久等方面都有各自的優(yōu)勢。但當(dāng)前伴隨城市建設(shè)進程的深化，高層、超高層建筑占比增加，大型工廠建設(shè)需求旺盛，舊有鋼混、磚混等結(jié)構(gòu)由于自重、抗震性能等的限制，均存在較大的局限，已無法滿足新設(shè)計標準，因此，探尋和總結(jié)高效的鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)是十分必要的。
2鋼結(jié)構(gòu)在土木工程施工中的應(yīng)用優(yōu)勢
2.1強度高且質(zhì)量較輕
鋼結(jié)構(gòu)主要是以鋼鐵為原料制成的，與舊有混凝土結(jié)構(gòu)相比，其抗拉性能更為優(yōu)良，以Q235鋼為例，在16mm厚度以內(nèi)，其抗壓強度設(shè)計值可以達到235MPa，而相同狀況下的C30混凝土設(shè)計值只有14.3MPa，差別極為懸殊[1]。同時由于鋼結(jié)構(gòu)塑性較好，截面可依據(jù)需求設(shè)計工字形、槽形等，從而在有限的自重范圍內(nèi)，最大限度地發(fā)揮結(jié)構(gòu)強度。近年來，伴隨土木工程施工技術(shù)的完善，鋼結(jié)構(gòu)逐漸分化出了多種技術(shù)類型，除高層鋼結(jié)構(gòu)外，還衍生出了空間鋼結(jié)構(gòu)、輕鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)等，前者以鋼管球節(jié)點為支撐，結(jié)合變截面網(wǎng)架進行搭建，外形美觀且鋼材消耗量也不大。輕鋼結(jié)構(gòu)則尤以質(zhì)量輕著稱，外圍護由輕型鋼板組成，內(nèi)部則以H形鋼墻梁支撐，配合鋼制屋面檁條加固，整體跨度最大可超過30m，在現(xiàn)代廠房、體育館等土木工程建設(shè)中，應(yīng)用極為廣泛，輕鋼結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。
2.2材質(zhì)均勻且結(jié)構(gòu)可靠
鋼結(jié)構(gòu)由鋼材統(tǒng)一切割、組裝形成，本身材質(zhì)較為均勻，是一種較為理想的彈性塑性體，力學(xué)計算干擾較少，因此，計算得出的結(jié)果也更加可靠，能夠較為直觀地反映土木工程受力情況，為方案規(guī)劃和設(shè)計提供依據(jù)。均勻的內(nèi)部構(gòu)造還能有效規(guī)避混凝土結(jié)構(gòu)中，沉降、開裂等問題，減少外界環(huán)境的不良干擾。同時鋼結(jié)構(gòu)伸長率也相當(dāng)優(yōu)良，以鋼材本身屈服強度為準，符合國家標準的鋼結(jié)構(gòu)抗拉強度可高出該數(shù)值20%，即使材料受到地震等載荷的作用，進入屈服階段，也能留出較大的變形空間，從而吸收地震能量，延緩彎曲、折斷等問題的發(fā)生時間。需要注意的是，鋼結(jié)構(gòu)韌勁與溫度變化關(guān)聯(lián)較大，因此，對于氣候寒冷區(qū)域的土木工程項目，要優(yōu)先考慮鋼結(jié)構(gòu)的伸長率和抗屈服能力等，適當(dāng)增大低碳鋼的應(yīng)用比例，提升結(jié)構(gòu)韌性。
2.3經(jīng)濟與環(huán)保性能優(yōu)良
土木工程規(guī)模較大，耗費極多，造價管控難度較高，同時混凝土施工還會對周圍環(huán)境造成污染，與生態(tài)文明理念相悖。而鋼結(jié)構(gòu)統(tǒng)一采用工廠定制方式，所有構(gòu)件都按照設(shè)計標準打造，運輸至現(xiàn)場安裝，可以根據(jù)需求選擇焊接、鉚釘連接等方式，靈活性更高，濕作業(yè)頻率減少，能夠有效提升施工環(huán)保性。鋼結(jié)構(gòu)模式下，構(gòu)件制作流程大部分由工廠承擔(dān)，還有助于縮短施工周期，加快資金回流速度，節(jié)省人工費用等，剩余材料還能滿足二次使用需求，提高了資源配置效率，有助于提升土木工程項目方造價管控質(zhì)量。
3鋼結(jié)構(gòu)在土木工程中的施工技術(shù)要點
3.1選材與吊裝技術(shù)要點
鋼結(jié)構(gòu)具有強度高、質(zhì)量輕等特質(zhì)，在當(dāng)前土木工程市場上受到了廣泛青睞，但該結(jié)構(gòu)類型也存在一定弊端，比如，防銹、防火性能較弱，當(dāng)環(huán)境溫度超過200℃限值時，結(jié)構(gòu)自身極易產(chǎn)生變形，直接威脅工程穩(wěn)定性，降低防火等級。因此，國家在鋼結(jié)構(gòu)施工標準中，對鋼結(jié)構(gòu)比例、生產(chǎn)指標等進行了嚴格規(guī)定，在選材時要以此為依據(jù)，選擇有生產(chǎn)資質(zhì)、證書齊全的產(chǎn)品。碳素鋼是當(dāng)前較為常見的鋼結(jié)構(gòu)材料，其自身硬度與強度較大，能夠滿足土木工程抗壓需求，但韌性、可塑性相對欠缺，部分項目設(shè)計中要適當(dāng)搭配低合金鋼，提升項目安全性能。從構(gòu)件截面設(shè)計角度來看，當(dāng)前工字形、箱形截面都較為常用，部分項目中還會涉及十字形、復(fù)合形截面，要與連接工藝進行匹配，明確參數(shù)要求。鋼構(gòu)件吊裝可先用BIM進行模擬試驗，確定機械停放位置，保證吊裝過程平穩(wěn)、有序。受安裝流程影響，鋼柱柱腳部位可能設(shè)置有螺栓，吊裝前要進行緊固確認，防止其脫落，預(yù)埋坐標誤差要控制在2mm以內(nèi)，標高誤差則要控制在5mm以內(nèi)[2]。
3.2鋼結(jié)構(gòu)連接技術(shù)要點
3.2.1焊縫連接焊縫連接是鋼結(jié)構(gòu)獨有的連接技術(shù)。鋼材在電弧焊加熱下，局部會發(fā)生明顯的融化，后續(xù)經(jīng)冷卻凝固即可形成焊縫，對2個相互獨立的鋼構(gòu)件進行連接。實際操作時首先要做好檢查工作，剔除焊芯生銹等存在缺陷的焊條，如果沒有明確的設(shè)計規(guī)定，則要根據(jù)鋼構(gòu)件本身材質(zhì)進行比選，Q235鋼適宜搭配E43系列碳鋼焊條，同時注意區(qū)分酸性和堿性焊條，分開存放，防止混用。焊接開始前應(yīng)當(dāng)做好檢查，清除焊縫部位周圍的油污、銹漬等，以焊條焊接位置為依據(jù)，常見的焊接形式主要有平焊、立焊等，其差別可見圖2。平焊過程中，電弧應(yīng)與待連接對象隔開一定距離，以2~4mm為宜，均勻控制焊接速度、電弧長度等，與構(gòu)件之間保持一定的角度。立焊與之流程類似，但電流應(yīng)適當(dāng)減小，以平焊電流的85%~90%為宜；仰焊過程中，則要結(jié)合焊件厚度對夾角進行調(diào)整，同時采用小電流焊接技術(shù)；橫焊電流與立焊一致，焊條向下傾斜，電弧長度同樣維持在2~4mm即可，焊接完成后嚴格執(zhí)行驗收工序，對存在氣孔、咬邊等問題的焊縫，一律不予驗收，盡可能保證焊接質(zhì)量。3.2.2螺栓連接螺栓連接是土木工程項目中較為普遍的連接方式，主要是在螺栓零件的幫助下，使2個獨立構(gòu)件建立聯(lián)系，其他部位可使用普通螺栓連接，關(guān)鍵部位必須采用高強度螺栓連接。實際操作時首先要關(guān)注螺栓的排列設(shè)計，若相鄰兩螺栓之間間距過小，鋼制構(gòu)件所受剪力就會相應(yīng)增大，極易發(fā)生剪壞問題[3]；間距過大，構(gòu)件受到壓力又容易發(fā)生連接不穩(wěn)的現(xiàn)象，降低穩(wěn)定性。緊固過程中同樣要關(guān)注構(gòu)造情況，若構(gòu)造過于疏離，濕氣就可能沿著縫隙進入螺栓內(nèi)部，造成銹蝕，縮短鋼結(jié)構(gòu)的使用壽命，構(gòu)造過于緊密又會給扳手的轉(zhuǎn)動造成阻礙，鋼結(jié)構(gòu)螺栓最大和最小容許可見表1。螺栓施工技術(shù)優(yōu)勢較為明顯，拆裝都很便捷，因此，得到了較為廣泛的應(yīng)用，但應(yīng)用時必須在鋼材表面開孔，對結(jié)構(gòu)本身會產(chǎn)生一定影響，精度不夠很容易給后續(xù)對孔拼裝帶來麻煩，因此，使用時要做好差異化分析，并嚴格控制打孔精度，提升結(jié)構(gòu)整體性能。3.2.3鉚釘連接鉚釘一側(cè)帶有半圓形釘頭，同樣由工廠預(yù)制完成。應(yīng)用時需要先燒紅釘桿，然后將其插進預(yù)留好的孔洞中，最后使用工具將釘尾鉚彎，待其冷卻后，會發(fā)生收縮應(yīng)力，對兩構(gòu)件施加夾緊力，完成連接。操作時要把握好預(yù)留孔洞的直徑，以鉚釘釘身為參照，超出1.0~1.5mm為宜，孔洞之間最大、最小容許間距與螺栓連接方式一致。鉚釘本身具有較好的可塑性，連接質(zhì)量異常穩(wěn)固，但制造、操作工藝都相對煩瑣，消耗的鋼材用量較大，因此普通施工場景中，多被焊接、螺栓等連接方式替代，在重型、大跨度結(jié)構(gòu)中，才能偶然見到鉚釘連接方式。
3.3鋼材防腐技術(shù)要點
鋼結(jié)構(gòu)是由鋼材料打造的，以鋼桁架、鋼梁等構(gòu)件為主的結(jié)構(gòu)設(shè)施具有金屬特質(zhì)，在外界氧氣、水分的作用下，較易發(fā)生銹蝕，應(yīng)用時必須有意識地采取防銹措施，并做好養(yǎng)護。在涂刷防銹涂料時，首先，要做好銹漬的清理工作，除手動打磨方式外，還可采用噴砂、機械拋光等形式，確保表面銹漬完全去除，防止后續(xù)出現(xiàn)漆面開裂等隱患。其次，是要選用適宜的施工方式，采用涂刷法時，根據(jù)鋼制構(gòu)件形狀對歪脖刷、扁形刷等進行比選，以直握法持刷均勻涂抹，從上部開始，逐漸向下操作，若發(fā)現(xiàn)防腐涂料凝結(jié)較慢，則要適時進行修飾和涂敷。滾涂法則主要以滾刷為工具，施工操作時先少量浸取涂料，總量以滾刷的1/2為宜，均勻施力并重復(fù)滾動，以便于壓出涂料，接著按照W形移動滾刷，提升鋼構(gòu)件防銹效果。在應(yīng)用空壓氣噴涂技術(shù)時，則要借助專業(yè)噴涂設(shè)備，使涂料在壓縮空氣作用下，均勻霧化噴灑。這種方式效率較高，同時防腐層薄厚均勻，施工質(zhì)量有保障且外表美觀。但值得注意的是，該模式下極易造成涂料的浪費，很多項目中利用率只能達到60%，因此，要結(jié)合實際選取噴嘴直徑，通常情況下150~200mm為宜，噴涂速度也要有所控制，一般每秒噴出30~60cm為佳，噴槍的移動應(yīng)當(dāng)盡可能平穩(wěn)，防止條紋、斑痕等問題。
4結(jié)語
綜上所述，鋼結(jié)構(gòu)具有強度大、質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)可靠等優(yōu)勢，在土木結(jié)構(gòu)中使用，可以顯著提升經(jīng)濟環(huán)保效益。各項目主體應(yīng)當(dāng)正視鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)越性，積極引進和推廣鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)，結(jié)合實際對碳素鋼材、低合金鋼材進行選用，綜合應(yīng)用螺栓、焊接等連接方式，做好防銹處理，全面提升鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性，為土木工程項目質(zhì)量奠定扎實基礎(chǔ)。
【參考文獻】
[1]黃亦聰.關(guān)于土木工程施工中鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)的探討[J].四川水泥,2019(2):168.
[2]戴卓見,王鑫,江文霞.淺議土木工程施工中的鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新,2018(32):114-115.
[3]呂虎珍.關(guān)于土木工程施工技術(shù)的創(chuàng)新及發(fā)展[J].綠色環(huán)保建材,2018(10):139-140.
