钢结构在土木工程中的应用

钢结构在土木工程中的应用

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摘要:随着社会的发展,人们对建筑的质量、美观要求更高,在钢结构不断普遍运用到建筑工程中,这是符合建筑发展趋势,其不仅在质量、施工、成本上都具有很大的优势,更在设计时,钢结构还可以容易的建设出具有异国风情的建筑群,从而加强了建筑的欣赏性。因此,在钢结构设计时我们要不断的提高设计理念和行业认知,提高专业人士的技术能力,同时要不断的培养专业人才,为钢结构施工提供强有力的保障,也促进我国建筑行业的健康发展。

关键词:特点;不足;施工方法

土木工程作为一个重要的基础学科,有其重要的属性为综合性,社会性,实践性,统一性。土木工程为国民经济的发展和人民生活的改善提供了重要的物质技术基础,对众多产业的振兴发挥了促进作用,工程建设是形成固定资产的基本生产过程,同时,土木工程的发展与经济繁荣和科技进步是密不可分的。

一、土木工程中钢结构的特点

土木工程作为一个重要的基础学科,有其重要的属性为综合性,社会性,实践性,统一性。土木工程为国民经济的发展和人民生活的改善提供了重要的物质技术基础,对众多产业的振兴发挥了促进作用,工程建设是形成固定资产的基本生产过程,同时,土木工程的发展与经济繁荣和科技进步是密不可分的。

1强度。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,比如建筑结构钢要满足CSASTMstandardA992/A992M或者CAN/CSAG40.20/C40.21等相关标准的要求。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。

3延性。延性指的是某种材料拉伸的过程中无断裂的塑性变形能力。一般情况下延性是结构设计中,特别是抗震设计中比较重要的特性参数,地震中幸存的建筑物直接依赖于主要结构框架经历大的非弹性变形时的滞后耗能性。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韧性。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。正是因为钢构件的韧性才使其在弯曲、剪切、冲孔、锻造、钻孔等制作过程中降低了产生裂纹的可能性。钢结构足够的断裂韧性是必须具备的,特别对受到交变荷载以及冲击荷载的建筑结构来说更要具备此特性。钢结构的断裂韧性对于温度条件很敏感,并且随着温度的减小而降低。所以在天气寒冷的地区设计钢结构,首先要考虑韧性。相对来说,低碳铌钢比高碳钢成分钢更能改善韧性。

二、土木工程中钢结构的不足

1、材料的不足。钢结构的刚度大于混凝土,但对于负载而确定的情况,钢结构的构件则小于与其对比的混凝土结构,主要是因为钢的强度使构件的尺寸较小。假如我们要想提高构件的稳定就需要增加钢的尺寸,使得其成本增加。且钢的腐蚀性与耐火性均有待提高,一旦温度超过所能承受的限度,就得需要采用隔热层来进行保护,其中重要的部位必须要做防火的处理。

2、使用年限比较短

钢结构的一个致命的缺点就是使用年限比较短,然而混凝土结构最大的优势就是可以永久的使用,但通常钢结构的寿命仅仅只有5-10年,假如是住宅建筑采用钢结构,那么很多人就会放弃购买,这就影响了建筑物的销售,对此,我们必须要引起高度的重视。

3、价格较高

受多种因素的影响,当前,我国的钢结构生产一直未形成体系,所以说,其价格依旧是国民考虑的关键问题。

4、生产体系未形成

钢结构生产的优越性务必要进行大规模的生产才能体现出来,当前,我国钢结构质量标准、生产标准、价格标准都未成形,国家监管的力度也比较弱,使得开发人员与设计人员都很茫然。

5、设计复杂

建筑结构在设计的时候,要到充分的注意到其使用的范围,在设计较高承载力的时候就需要采用钢结构,要兼顾到不适合继续承载的巨大变形为结构设计的极限。其中钢结构的节点多,计算一定要精确而且还得尽量做到一次就位,因此钢结构的设计就更加的复杂化,图纸也会更多。

三、钢结构安装要点

根据土木工程项目设计的不同,对刚结构施工安装的要求也不近形同,总体来看,此过程较为复杂,此处略说一些。

1选材与连接

一般情况下可以把我们平时使用的刚才划分为四类,即板材、型材、金属制品和管材。普通的碳素钢和低合金钢常常为土木工程中的建筑钢材的首选,如果有一定的需要,优质的碳素结构钢也会考虑在内。在一项钢结构为主的土木工程项目中,柱子截面较为常见的是宽翼缘“工”字形,“十”字形截面等等;梁多数是“H'’型钢梁,在安装以前,就要明确的计算出所需各项刚才的参数,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、油漆工艺流程

第一步要处理掉钢材表而的污垢,第二步就是去锈操作。这两个步骤我们要根据实际情况采取不同的处理方法,如果刚才表而锈蚀较小,我们可以采用手工刷打、打磨的方法;如果锈蚀较为严重,我们需要采取机器先行处理,然后进行手工辅助,总之,做好钢材的基层处理就是要使钢材的表而光亮、平滑、焕然一新。涂防锈漆、刮腻子。在基层处理的基础上,我们需要保证钢材表面的干燥,涂防锈漆和刮腻子的过程中一定要细致到位,不能使涂料填盖铆孔。确保刮平、干燥以后,不宜将材料堆放时间过长,特殊原因,不能及时使用以处理的钢材,我们要对材料进行在加工。

结语

随着科学技术的进步和工程实践的快速发展,土木工程涉及的范围也越来越广,而钢结构是土木工程中的重要组成材料,它的成功应用对于土木工程建设具有重要的意义,本文在结合土木工程的施工特点进行阐述钢结构在施工中的各方面的技术要点。

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