关于土木工程施工技术中钢结构的运用探析

摘  要：随着土木工程行业的蓬勃发展，钢结构凭借其自身的诸多优势在土木工程施工技术中得到了广泛应用。本文深入探讨了钢结构在土木工程施工中的特点，详细分析了其在不同类型土木工程中的具体运用场景，并对钢结构运用过程中面临的挑战及应对策略进行了研究，旨在为推动钢结构在土木工程领域的进一步发展提供参考。

关键词：土木工程施工；钢结构；施工技术

一、引言

在现代土木工程建设中，建筑结构的形式和材料不断创新与发展。钢结构作为一种高效、环保且具有良好力学性能的结构形式，逐渐成为土木工程施工中的重要选择。它不仅能够满足各类复杂建筑设计的需求，还在提高建筑施工效率、保障工程质量等方面发挥着关键作用。深入研究钢结构在土木工程施工技术中的运用，对于推动土木工程行业的进步具有重要意义。

二、钢结构的特点

（一）强度高、重量轻

钢结构采用的钢材具有较高的强度，其承载能力远高于传统的砖石和混凝土结构。例如，在相同的荷载条件下，钢结构的构件尺寸可以设计得更小，从而大大减轻了结构的自重。以高层建筑为例，采用钢结构可以有效减少建筑基础的负荷，降低基础工程的成本和施工难度。而且较轻的结构重量也便于运输和安装，提高了施工效率[1]。

（二）施工周期短

钢结构的构件可以在工厂进行预制加工，然后运输到施工现场进行组装。这种工业化的生产方式大大缩短了施工周期。与传统的混凝土结构施工相比，钢结构施工受天气等自然因素的影响较小，能够在更短的时间内完成建筑主体结构的搭建。例如，一些大型商业建筑或场馆，采用钢结构施工可以快速投入使用，减少了建设周期带来的经济成本和时间成本。

（三）抗震性能好

钢材具有良好的韧性和延性，在地震等自然灾害发生时，钢结构能够通过自身的变形来吸收和消耗地震能量，从而有效减轻地震对建筑物的破坏。在地震频发地区，钢结构建筑的抗震优势尤为明显。例如，在一些经历过强烈地震的地区，钢结构建筑往往能够保持较好的结构完整性，减少人员伤亡和财产损失[2]。

（四）环保性能优越

钢结构在生产和使用过程中对环境的影响较小。一方面，钢材可以回收再利用，符合可持续发展的理念。在建筑拆除后，钢结构构件可以进行回收处理，重新回炉冶炼，大大减少了建筑垃圾的产生。另一方面，钢结构施工过程中产生的噪音、粉尘等污染物相对较少，有利于保护环境。

三、钢结构在土木工程施工技术中的运用场景

（一）高层建筑

结构体系

在高层建筑中，钢结构常采用框架- 核心筒结构、巨型框架结构等。框架 - 核心筒结构是由中央核心筒和周边框架组成，核心筒主要承担水平荷载，框架则承担竖向荷载。这种结构体系充分发挥了钢结构的强度和空间性能优势，能够为高层建筑提供稳定的结构支撑。例如，上海中心大厦采用了外框筒和核心筒的结构形式，外框筒由巨型柱和斜撑组成，核心筒则采用了钢结构与混凝土结构相结合的方式，共同承受建筑的竖向和水平荷载 。

施工要点

高层建筑钢结构施工时，要注重构件的吊装精度和焊接质量。由于高层建筑的高度较高，构件的吊装难度较大，需要采用专业的吊装设备和合理的吊装工艺。在焊接方面，要严格控制焊接工艺参数，确保焊缝的质量符合要求，防止出现焊接缺陷影响结构安全。

（二）大跨度建筑

常见类型

大跨度建筑如体育馆、展览馆、机场航站楼等，对空间的要求较高，钢结构的优势得以充分体现。常见的大跨度钢结构形式有桁架结构、网架结构、悬索结构等。桁架结构是由杆件组成的格构式结构，通过合理布置杆件来承受荷载；网架结构则是一种空间杆系结构，具有良好的空间受力性能；悬索结构利用悬索的拉力来承受荷载，能够实现较大的跨度。例如，国家体育场“鸟巢” 采用了门式刚架与箱形截面焊接钢梁组成的桁架结构，形成了独特的建筑造型，同时满足了大跨度空间的使用需求[3]。

施工技术

大跨度钢结构施工通常需要采用整体提升、滑移等先进的施工技术。整体提升技术是将在地面拼装好的钢结构整体提升到设计高度，然后进行固定；滑移技术则是将钢结构在地面拼装后，通过滑移轨道将其移动到指定位置。这些技术能够有效解决大跨度钢结构施工中高空作业难度大、安装精度要求高等问题。

（三）桥梁工程

应用形式

在桥梁工程中，钢结构常用于大跨度桥梁和特殊结构桥梁。例如，斜拉桥和悬索桥的主要承重结构通常采用钢结构。斜拉桥通过斜拉索将主梁与桥塔相连，利用斜拉索的拉力来承受主梁的荷载；悬索桥则依靠主缆和吊杆将桥面荷载传递到桥塔和锚碇上。钢结构在这些桥梁形式中能够充分发挥其强度高、重量轻的优势，实现更大的跨越能力。

施工特点

桥梁钢结构施工需要考虑到水上作业、复杂的地质条件等因素。在施工过程中，要精确控制桥梁结构的线形和内力，确保桥梁的稳定性和安全性。同时，由于桥梁钢结构长期暴露在自然环境中，需要采取有效的防腐措施，延长钢结构的使用寿命。

四、钢结构在土木工程施工运用中面临的挑战及应对策略

（一）面临的挑战

防火性能差

钢材在高温下强度会迅速降低，当温度达到500℃左右时，钢材的强度会降低一半以上。在火灾发生时，钢结构建筑容易因钢材强度的下降而发生坍塌，造成严重的人员伤亡和财产损失 。

耐腐蚀性弱

钢结构在潮湿、有腐蚀性介质的环境中容易发生腐蚀。钢材表面的腐蚀会导致其有效截面减小，强度降低，影响结构的安全性和耐久性。例如，在沿海地区的钢结构建筑，由于受到海风和海水的侵蚀，钢结构的腐蚀问题更为突出[4]。

设计和施工要求高

钢结构的设计需要考虑到结构的力学性能、节点构造、加工工艺等多方面因素，对设计人员的专业水平要求较高。在施工过程中，钢结构的加工精度和安装质量要求也非常严格，需要专业的施工队伍和先进的施工设备，否则容易出现质量问题。

（二）应对策略

加强防火设计和措施

在钢结构设计阶段，要根据建筑的使用功能和火灾危险性，合理确定防火等级，并采取相应的防火措施。例如，在钢结构表面涂刷防火涂料，增加钢材的耐火极限；设置防火分区，防止火灾蔓延。同时，要制定完善的火灾应急预案，加强消防设施的配备和维护。

做好防腐处理

对于钢结构的防腐处理，可以采用热浸镀锌、喷涂防腐涂料等方法。热浸镀锌是将钢结构浸入熔融的锌液中，使钢材表面形成一层锌层，起到防腐的作用；喷涂防腐涂料则是在钢材表面喷涂具有防腐性能的涂料，形成保护膜。此外，要定期对钢结构进行检查和维护，及时发现和处理腐蚀问题[5]。

五、结论

钢结构在土木工程施工技术中的运用具有显著的优势，在高层建筑、大跨度建筑和桥梁工程等领域发挥着重要作用。然而，在运用过程中也面临着防火、防腐以及设计施工要求高等挑战。通过采取加强防火设计和措施、做好防腐处理、提高设计和施工水平等应对策略，可以有效解决这些问题，进一步推动钢结构在土木工程领域的广泛应用和发展。随着科技的不断进步和创新，钢结构的材料性能、设计方法和施工技术也将不断完善和提高，为土木工程行业的发展带来更多的机遇和可能。在未来的土木工程建设中，钢结构有望得到更加广泛和深入的应用，为构建更加安全、高效、环保的建筑环境做出更大的贡献。

参考文献：

[1]赵琦.关于土木工程施工技术中钢结构的运用探析[J].四川建材，2024，50（09）：149-151.

[2]李英杰.钢结构在土木工程施工技术中的应用研究[J].科技资讯，2023，21（19）：138-141.DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2303-5042-4943.

[3]李陪，许大伟.土木工程施工中钢结构技术分析[J].散装水泥，2023，（02）：139-141.

[4]柯锦文.土木工程施工中钢结构技术的应用[J].中华建设，2023，（04）：137-139.

[5]梁荣.钢结构在土木工程施工中的应用研究[J].四川水泥，2022，（09）：155-156+197.