淺談鋼結構在土木工程中的應用研究
工程建設與技術
作者：陸毅
【摘要】土木工程結構常用到兩種材料，即鋼筋混凝土以及結構鋼，對於土木工程來說，不僅要從結構特性的角度考慮，還要考慮施工的成本有效性以及施工有效性。本文就分析了鋼結構在土木工程中的特點，並簡單闡述鋼結構的施工要點。
【關鍵詞】鋼結構，土木工程
1、土木工程中鋼結構的特點
1.1強度。一般來說，結構構件承受或者容納作用效應的能力是由材料的強度來決定的。可以利用有關的國家標準來確定結構鋼的構件性能，這些標準中列出了鋼結構可使用的材料。根據屈服強度其範圍為260～700Mpa。不過並不是全部的鋼種都有所有的強度級別，因此如果是一個特定的建築鋼結構設計，那麼對鋼種類型和強度級別的選擇就非常重要。從整體來說，采用鋼結構可以減少物料消耗、減輕結構自重、降低支撐部件與地基的尺寸，最終降低整個建築的結構成本。
1.2剛度。振動、變形等適用性參數由構件的剛度來決定，進而由結構體係的剛度來決定。結構體係的實際剛度又由其構件和連接件的分布來決定。不過簡單說來，構件的剛度由材料的幾何截麵特性以及材料的彈性模量來決定，結構鋼的彈性模量通常為200GPa。而普通密度抗壓強度在20-40Gpa範圍內的混凝土其彈性模量通常在20-28GPa範圍內；即使對於高強度混凝土來說，其彈性模量也不過在40-45GPa之間，由此可見，鋼結構的鋼性是混凝土的十倍及五倍左右，所以鋼結構的剛性有著顯著的優勢。
1.3延性。延性指的是某種材料拉伸的過程中無斷裂的塑性變形能力。一般情況下延性是結構設計中，特別是抗震設計中比較重要的特性參數，地震中幸存的建築物直接依賴於主要結構框架經曆大的非彈性變形時的滯後耗能性。鋼結構可以說是目前使用最廣泛的、韌性最好的工程材料之一。不過材料內在的延性並不一定都會轉化為建築結構的內在延性，因此要充分認識到這一點，采取適當的設計策略和可靠、穩定的滯消機製。通常一個設計具有延性響應就要有足夠的材料截麵、材料延性以及結構延性和構件延性。延性值的能力和需求要與變延性水平、曲率延性（構件延性）以及位移延性（結構延性）所匹配。不過雖然鋼結構的應變延性比較高，但是因為受彎構件的受力不穩定，所以構件的曲率延性經常不足。
1.4 韌性。衡量材料斷裂前吸收能量以及塑性變形的能力的指標就是韌性。它可以抵抗缺口部位的不穩定裂紋的擴展。韌性通常表示鋼結構在製造、安裝以及使用過程中可以承受比較大的工業變形，是鋼結構一個很重要的特點。正是因為鋼構件的韌性才使其在彎曲、剪切、衝孔、鍛造、鑽孔等製作過程中降低了產生裂紋的可能性。鋼結構足夠的斷裂韌性是必須具備的，特別對受到交變荷載以及衝擊荷載的建築結構來說更要具備此特性。鋼結構的斷裂韌性對於溫度條件很敏感，並且隨著溫度的減小而降低。
2、鋼結構施工安裝要點
整體來說鋼結構的施工流程比較複雜，並且建築的要求不同，在細節上也有很大的差異性。此處列舉三點進行簡單說明。
2.1選材與連接。鋼材通常分為板材、型材、金屬製品以及管材四大類。土木工程中的建築鋼材通常采用普通的低合金鋼、優質碳素結構鋼以及普通碳素鋼等，碳鋼的塑性比較低，但是硬度強度比較高。在鋼結構中，柱子截麵一般多為箱形截麵或者寬翼緣“工”字形，另外還有“十”字形截麵等等；梁多數是焊接或者軋製的“H”型鋼梁，如果要求特殊也可以符合截麵，在安裝前要對主要的焊接接頭做焊接工藝的試驗，定出焊接的格料和各項參數。梁與梁之間、梁與柱之間的連接，可以采取焊接連接或者高強螺栓連接，要注意高強螺栓的連接孔位的精度。製孔主要有兩種，一種是精度較高的數控鑽孔，另外一種則是精度相對較低的模板製孔。在技術條件允許時比較適合采用多軸數控鑽孔。在運到工地以後要對螺栓參數進行檢驗，安裝時不能用扳手強行擰入或者用榔頭強行打入，擰入的步驟要經過初擰、複擰以及終擰。