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土木工程施工中钢结构技术的应用探讨胡彦军

发表时间：2020/7/3 来源：《基层建设》2020年第6期作者：胡彦军

[导读] 摘要：作为建筑业现代化发展的一部分，钢结构已成为工业与民用建筑以及市政桥梁工程的主要的结构型式。

        甘肃第六建设集团股份有限公司甘肃兰州 730050
        摘要：作为建筑业现代化发展的一部分，钢结构已成为工业与民用建筑以及市政桥梁工程的主要的结构型式。然而，由于钢结构自身的特点，施工技术和应用较为复杂。所以在施工开始前，工作人员必须要做好充足的准备，不仅要为施工计划做好准备，而且还要为施工管理和分工做好准备。只有这样，才能保证施工质量和整体建筑的品质。同时，钢结构技术的应用也在不断发展。因此，企业需要增加投资的力度，不断改进和完善自身的技术能力。
        关键词：土木工程；钢结构技术；应用
        1土木工程施工中应用钢结构施工技术的重要性
        随着社会经济的迅速发展和科学技术的不断增长，建筑业的发展比较稳定，尤其是在目前，社会城市化建设的进程逐渐加快，建筑施工过程中，要综合分析土木工程项目建设数据材料。建筑市场中，土木工程的项目比重比较大，所以混凝土钢筋结构材料的需求量也在逐渐的增大。与传统建筑市场相比，对钢筋混凝土材料的需求有所增加，导致对土木工程项目的质量和安全要求更加严格、规范。建筑市场的发展中，新技术的创新发展也是非常重要的，钢结构技术将是建筑业发展的主要方向。传统的土木建设工程中，安全和质量的问题是大家所重视的，钢结构的建造技术能够有效地解决这些问题，填补了结构和技术的空白，提高建筑项目的利用效率，这也夯实了土木工程项目的基础。在土木工程项目的施工中，建筑单位应强调改进钢结构的施工技术和施工工艺，以便顺利完成钢结构技术施工的任务。
        2土木工程施工中的钢结构技术分析
        2.1吊装与螺栓基础技术
        常见的土木工程施工中，吊装工作主要有钢梁吊装与钢柱吊装。二者在施工中差别较大，钢梁吊装时难度比较低，施工人员根据方案要求进行施工即可。而钢柱吊装中，要求施工人员不仅要按照方案和图纸的要求进行，还需要对钢柱进行保护工作。
        2.1.1钢柱吊装
        钢柱是决定钢结构工程中的主要竖向构件，在吊装时必须既保护之前的柱脚螺栓，又要保证钢柱本身安全。根据实际情况可采用双机吊装或者单机吊装。钢柱吊装就位后，要按规范规定的数值进行校正，长度误差不得超过±3.0mm，垂直偏差应校正到零。
        2.1.2钢梁吊装
        钢梁在吊装前，应做好安全防范措施和吊装方案设计。吊点的数目和位置、一次性吊装的钢梁数目和是否地上组装梁柱结合体后再吊装。吊装方案既要根据工程要求又要符合操作规范，不可造次。
        2.1.3钢结构基础
        钢结构基础技术是关键。比如地脚螺栓的精度关系到钢结构定位，位置应给予严格控制，施工中严格控制基础轴线位移控制在±2.0mm范围内，预埋螺栓标高偏差控制在±5.0mm以内，埋设后要进行两次复测。如果地脚螺栓预埋有困难，可以加工制作定位钢板辅助螺栓定位。对高强螺栓的安装和加固，更应该严格按规程操作。螺栓穿入方向要保持一致，决不能强行穿入螺栓，注意垫圈的朝向和一致性。螺栓紧固时分析实际情况，可以按初拧、终拧或者初拧、复拧和终拧进行操作。
        2.2焊接技术
        钢结构焊接是指被焊工件在焊条的作用下，通过加热、加压或两者并用，使工件形成永久性不可拆分连接的工艺过程。影响焊接质量的因素很多，从施工主体上必须严格控制：焊工必须持证上岗，按规程操作；现场设备配备齐全，防网、防雨措施得力；焊条必须质量保关；焊缝清渣自检及时合格；钢结构焊接常见的有电弧焊、埋弧焊、CO2实焊丝气体保护焊、CO2药芯焊丝气体保护焊、电渣焊和栓钉焊等。
        （1）钢结构技术应用中，需要对钢结构连接处进行焊接，焊接质量的好坏将会直接影响后续工程的施工质量。为了保证焊接工作能够达标，要求施工人员必须持有专业焊接技术等级证书，持证上岗后才能开始工作。在焊接中需要用到的材料与机械设备，要求施工之前就准备好，提前预制焊接计划书和施工图纸。施工中按照计划要求，根据图纸说明进行焊接，保证焊接工作有据可循。在焊接施工中，不能为了降低成本而使用质量不过关的焊条，这样做将会导致材料后期使用中出现裂缝等问题，严重影响建筑结构的承载力。焊接完成后，要求施工人员对焊接部位进行检查，查看是否有焊接变形问题，如果发现变形应立即进行校正，重新焊接。
        （2）焊接前应在两端加装与构件材质相同的引弧板和熄弧板，焊缝引出长度不应小于 50mm。焊接前用陶瓷电加热器将焊缝两侧 100mm 范围内进行预热，预热温度为 80~120℃，加热过程中用红外线测温仪进行测量，防止加热温度过高，待加热至规定温度后即可进行焊接。
        （3）焊接方法采用龙门式埋弧焊接机进行自动焊接，焊接时严格按照下图焊接顺序进行，先焊 1、2 道焊缝，焊接至设计焊缝高度的一半时翻身焊 3、4 道焊缝，3、4 道焊缝焊前应用碳弧气刨进行清根，清根后焊缝内不得有夹渣、裂纹存在。3、4 道焊缝焊前同样需要预热，3、4 道焊缝焊至设计焊缝高度的一半时翻身继续焊 1、2 道焊缝，直至 1、2 道焊缝焊满，然后再次翻身焊 3、4 道焊缝，直至焊满。
        （4）进行埋弧焊焊接时，焊接过程中应观察焊丝的位置，及时调整，避免焊丝跑偏。焊接过程中如发生断弧，接头部位焊缝应打磨出不小于 1：4 的过渡坡才能继续施焊。
        （5）焊接完成后，除去焊缝表面熔渣及两侧飞溅物，用气割割除引弧板和引出板，将割口修磨平整，严禁用锤击落。焊后 24 小时后进行焊缝无损探伤，探伤合格后进行矫正。
        （6）组拼焊接完成后应进行矫正，矫分机械矫正和火焰矫正两种形式，其中焊接角变形采用火焰烘烤矫正机进行机械矫正，矫正后的钢材表面不应有明显的划痕或损伤，划痕深度不得大于 0.5mm。弯曲、扭曲变形采用火焰矫正，矫正温度控制在 800℃-900℃，且不得有过烧现象。
        （7）现场焊接的原则是减少焊接变形和降低焊接应力。焊接顺序从主到次、从中心框架向四周扩展。焊接质量的优劣在相当程度上与焊接坡口的形式与坡口的尺寸有很大关系。在施工前先要做好焊接规划，采用合理的焊接方法，施工时要按规划操作，验收时应按照国家最新《建筑钢结构焊接规范》进行检验，Ⅰ级焊缝的探伤比例为100%，Ⅱ级焊缝的探伤比例为20%，Ⅲ级焊缝无需探伤，但要求焊缝外观无气孔、夹渣、弧坑、裂纹等缺陷。
        2.3钢结构涂料施工工艺
        在土木工程中应用钢结构施工技术，钢结构属于金属性材料，在雨水侵蚀作用下也会遇到腐蚀、生锈等问题。通常采用涂刷防腐涂料的方法防止钢结构被腐蚀，即用涂料、塑料或搪瓷等材料，通过涂刷、喷涂等方法，在金属表面形成非金属保护膜，使金属与腐蚀介质隔离。

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钢结构就是利用表面涂装防止腐蚀的。室内钢结构或相对易于维护的室外钢结构多用涂层法防腐，因其防腐蚀性不如长效防腐蚀方法。防腐涂料通常为三道漆体系：底漆，中间漆和面漆。（1）底漆含基料少，粉料多，成膜粗糙，与钢材粘附力强，与面漆结合性好。在腐蚀性强的环境中，通常选择富锌底漆。在腐蚀性较弱的环境中，通常选择磷酸锌底漆。环氧富锌底漆与无机硅酸锌底漆相比具有以下优点：其一在底漆与中间漆之间，不需要封闭漆其二对空气湿度不敏感，因为环氧富锌底漆一般是基于环氧树脂、聚胺或聚酰胺的固化机制，不需要空气中的水分参与固化；其三可自身修补，且具有较强的结合力。目前，环氧富锌底漆已被广泛地应用于钢结构的防腐。（2）涂装体系的中间漆通常为环氧云铁漆，相互交错的层片状的云铁会有效地阻滞水分、氧及电解质的渗透，从而使中间漆具有更好的阻隔保护功能。另外，环氧云铁中间漆中的云铁能够延长涂覆面漆的时间窗口，改善涂覆的性能。（3）面漆的基料多，成膜有光泽，能保护底漆，并能抗风化。由于大多数钢结构建筑有防止光泽度丧失及褪色等要求，所以采用保色性和保光性好的高性能面漆可以节约大量的后期维修费用。（4）涂层的施工要有适当的湿度和温度。涂层的施工环境粉尘要少，构件表面不能有结露。涂装后4小时之内不得淋雨。涂层一般做4～5遍。
        （5）钢结构材料属于节能环保型建筑材料，而外部涂抹的油漆材料却会生成有机废气，其含量有甲苯和二甲苯等。因此，为了实现钢结构施工技术的节能环保的目的，工作人员刷完油漆之后，应该对有机废气进行回收，确保施工区域空气安全，不会影响人们的健康。
        2.4钢结构构件安置
        钢结构材料不仅可以提高建筑结构的强度，以质量轻、韧性高等优点成功用于建筑施工中，该材料还能区别于其他材料的无法矫正。当钢结构在施工中扭曲或变形，施工人员可以使用起重机设备将钢结构矫正处理。但是矫正中也会存在一定的风险，要求施工人员按照操作要求，遵循循序渐进的原则完成矫正工作，不能将多个钢结构同时调整。
        3土木工程施工中钢结构技术中存在的问题
        3.1施工过程中对钢结构技术的运用较为复杂
        土木工程本身规模较大，因此受到各种不同的因素的干扰和影响，其中包括技术和场地的多种影响，这些影响将直接影响整个建筑工程的整体质量。还有钢结构技术本身结构很复杂，其应用不仅在钢结构的负荷极限方面，而且在应用范围方面都必须得到广泛考虑，否则，建筑质量将受到直接影响。
        3.2施工中对钢结构技术的运用依存较大的安全隐患
        虽然钢结构比混凝土有了很大的改进，但在目前的建筑工程中，也面临严重的安全危机。钢结构虽然固定，但也因温度而变化而产生较大的变化，一旦超过200°C，钢材的内部结构性能也会改变，强度及承载力也会下降，物理性质因温度而变化。当温度达到600℃时，钢结构甚至可以发生明显地变形，而此时的建筑物也变得十分的危险，随时可能坍塌。当温度升高时，钢结构失去其所有的优点，从而使钢结构暴露在外，使得整个建筑变得非常的危险。
        3.3土木工程施工中对钢结构的使用存在较多的不确定因素
        由于钢结构的形状随温度的变化而变化，所以外部环境对钢结构将会产生了重大影响。一旦产生问题将会导致事故的发生，而且目前的土木工程所需的材料通常是钢筋混凝土和型钢的组合，所以这需要更精确和科学的设计方案和严谨的建造施工方法，否则，安全问题就很可能出现。
        4有效改善土木工程施工中钢结构技术的措施
        4.1钢结构的堆放和选择机械安装地点的关键点
        在安装钢结构的过程时，会有一段的运输时间的过程，不可避免的是钢结构的某些变形是由这一阶段的外部环境引起的，为了方便能够顺利地进行后续工作。工地钢结构的修复必须立即进行，这样使钢结构在整个安装过程中能够占据的面积比钢结构大得多。这为钢铁结构的复原提供了足够的空间。在安装的过程中，也有很多需要注意的问题。安装的过程中使用的大型机械设备包括起重机。起重机的尺寸较大，为了避免产生不必要的安全伤害事故，需要严格控制安装过程中的步骤和操作方法，以减少施工期间发生安全事故的可能性。
        4.2钢结构施工中的吊装技术
        悬挂技术在土木工程建筑项目钢结构中是一种相对重要的技术，悬挂技术的利弊可以影响整个工程的施工的速度和质量，正确的悬挂技术可以提高整个工程的速度和质量。而不够科学合理的悬挂施工技术将影响整个工程的进展速度和施工质量。所以，在实际的施工的过程中，要对整个施工工程进行一个全面的了解和整体的把握，保证工程的整体施工进度和质量，从而促进建筑企业的健康发展。
        结束语
        我国曾经是一个严重缺钢的国家，但今日已成钢铁大国，钢产量雄居世界第一。国家的用钢政策也从过去的“限制用钢”过渡到了“合理用钢、鼓励用钢”。钢材可以重复利用，钢结构建筑符合循环经济的发展方向，在发达国家已被广泛采用，被称为绿色建筑的最主要代表。将钢结构建筑与我国的城市化建设和保障性住房相结合，还可解决由于钢铁产能过剩而带来的就业压力等民生问题，缓解泡沫过度的房地产市场。更重要的是，从长远来看，由于我国优质的铁矿石资源相对缺乏，只能从国外高价进口，作为现代化工业的粮食——钢铁，必将成为制约我国大踏步地向现代化迈进的一个“瓶颈”。当前大量建设的钢结构建筑更是一种十分宝贵的优质资源，它是一种国家长远的战略储备产业，更是国家战略新兴产业，发展钢结构建筑意义深远。
        钢材虽然是不燃烧体，但就其本身耐火性来讲，远低于砖石和钢筋混凝土，钢结构建筑耐火性能差。因此，针对钢结构建筑消防安全方面存在的耐火等级先天较低的情况，应鼓励摸索研究钢结构防火保护新措施，研究耐火性能好、时效长、粘结力高的钢结构防火材料以及金属、非金属钢结构复合防火材料，积极应用建筑耐火钢，进一步提高钢结构建筑的耐火性能。绿色建筑，是未来世界建筑业的发展方向，中国与世界建筑业的节能减排任务艰巨。钢结构虽有其独特的优势，但节能减排也任重道远。如何评价和考虑钢的可再生、可循环性在节能减排中的作用仍是学术上和政策上的重要课题。
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