土建工程钢结构的问题及解决措施

文／范伟锋 浙江稠城建筑工程有限公司 浙江义乌 322000

钢结构作为一种新兴的建筑形式，具备以下多个优点：自重比较轻、安装简便、施工时间短、抗震能力强、经济效益高、对环境的影响小等，同时钢结构在“高、大、轻”三个方向上的发展更具优势。因此，近些年来，钢结构逐渐取代了混凝土结构，在许多施工企业中都得到了广泛的应用。然而，在此过程中，钢结构的质量问题也日益受到关注。在此背景下，如何处理钢结构工程中容易发生的品质问题，加强钢构施工安全管理，从而使其更好地发挥其自身的作用，已经成为施工企业的第一要务。

1.1 高层钢结构

在土建工程的施工现场，由于高层钢结构可以为承重墙体和支撑梁、柱结构提供不同方向的支撑，中、高层建筑的内壁和侧面都主要采用了高层钢结构，但一般情况下，高层钢结构的重量都比较轻，因此，它也可以精确地与组装结构相结合。（如图1）然而，由于高层钢结构的剪力系数存在较大的不确定性，必须对其进行多维固定，同时要适当地使用防火漆，以有效地减少其热传导，并尽可能地增加其耐火极限值。在土建工程工地上，采用高层钢结构及其相应的施工工艺的同时，也对相关单位的工程设计质量提出了更高的要求，因此，这也是极易出现矛盾和质量问题的重要环节。在土木工程建设工地上，如果采用高层钢结构的施工工艺，则应由施工、监理等有关部门对其进行全面的检查，尤其是钢架的受力状况，避免对其它建筑的室内空间稳定度和资源使用状况产生影响。高层钢结构可以精确地连接到组装部件和模板材料，但必须严格地控制起重过程和焊接过程，否则会影响到整个结构的稳定和承载能力[1]。

图1 高层钢结构

1.2 空间钢结构

在施工现场，空间钢结构的使用也较为普遍，它可以精确地控制钢的外形，有效地减少了施工费用，使建筑的扩展特性更为突出。由于钢结构的重量一般都比较轻，因此想要达到特定的支撑作用，就必须要准备其它的固定和保护措施。这不仅需要大量的时间和精力，还需要对空间钢结构的抗剪强度进行评估。在建筑工程的建设阶段采用索膜结构和大跨度悬索桥的施工程序，这样既可以保证施工过程的稳定性，又可以保证工程符合图纸中的相关规定。然而，在进行大中型建筑结构的结构构造与加深式设计时，相关单位必须模拟分析该结构的受力状况，以进一步判断是否有其它工程技术的风险。同时，必须对结构等进行全面的受力分析，以最大限度地降低工程造价和安全风险。空间钢结构在建筑工地上的应用主要是在一些环境相对稳定的土建工程中，它的建造速度相对较快，建造质量相对较高。

1.3 轻型钢结构

在土建工程的工地上，轻钢结构的使用范围很广，主要用于低层建筑，因为它的重量比较轻，可以在短时间内完成组装，而且安装过程比较简单，不会浪费太多的材料。然而，在实际使用时，建筑单位必须对其尺寸、结构强度、性能等方面进行严格的评定，以便更好地决定地面工程与地下工程的配合程度与精度。轻型钢结构作为建设项目的重要技术资源，已广泛应用于众多企业。与此同时，随着轻型钢结构的广泛应用，人们对其质量监控和安全监控也提出了越来越高的要求。在使用轻型钢结构时，必须着重评估其隔热、热传导特性，以防止出现大量的安全风险和工程质量问题。同时，还需要对轻钢结构材料的抗剪切能力、压缩强度指数等指标进行详尽的统计和分析，这样就可以避免由于不符合标准所带来的不利后果。

2.1 有很好的抗压能力

钢结构在建筑中使用的主要材料是钢筋，在土建工程中，一般也会将钢结构与混凝土相结合，从而使钢结构的强度得到了进一步的提高，抗压能力也得到了极大的提高，而且还增强了其的耐腐蚀性。因此，钢结构本身具有很高的抗压强度，并且可以通过焊接等手段整体成型。同时，钢结构部件的组装工艺也相对简便、快捷，能有效地提高轻装配式钢结构的建设效益，进一步加速建设进度[2]。

2.2 经济效益高

以往的土建工程在工程建设过程中一般采用的是砖石混合结构，尽管它具有较好的稳定性能，但是面对大面积的土建工程，要使用大量的砖块、石块以及混凝土，因此在某种程度上不利于土建工程经济效益的增加。另外，在以往的土建工程中，建筑材料往往由于不易循环利用，易产生原料的浪费。而采用钢结构则可以有效地解决这个问题，因为钢结构本身具有良好的经济性能，其原材料不仅可以实现循环利用，而且价格低廉，从而可以通过为建筑单位节约材料费用使建筑工程的经济效益得到进一步提高。

2.3 对环境的污染较小

在传统的混凝土结构中，由于存在着大量的粉尘，会对周围环境造成一定的污染，因此必须采取相应的降尘措施。在钢结构工程中，主要采用的是焊接工艺，它不会产生类似于混凝土结构的问题，也不会对周围的环境造成较大的污染。而且，钢铁建筑通常都是在厂房里进行组装，然后将零件运送到工地进行组装，从而将对周围的环境造成的负面影响降到最低。

2.4 稳定度高

传统的混凝土结构在外部环境的作用下，易产生变形、开裂等问题。以北方的气候为例，北方地区冬季和夏天的温差比较大，这样的变化导致混凝土结构很容易出现裂缝等问题。与之相比，装配式钢结构具有更好的力学性能、更高的弹性和延展性，从而提高了钢结构的耐震特性，并使钢结构具有比普通混凝土结构更高的稳定性和安全性。

3.1 复杂性

在钢结构工程中，质量问题的复杂程度在建筑设计中表现得尤为突出。比如，在施工过程中，焊接裂纹可以发生在焊缝和母材的热效应中，可以在焊接表面上产生，也有可能是在焊接处；
裂纹还可以分成与焊道平行或与焊道垂直的方向；
裂纹也可分为冷焊和热焊；
造成这种现象的原因有很多，如材料的选择、焊接前或后加热不正确等。从这个细节可以看出，引起钢结构质量问题的原因是多种多样的，并且同样的问题起因和处理方式也不尽相同，这就给分析、判断和处理质量问题带来了困难。

3.2 严重性

在钢结构工程中，若有质量问题，不仅会影响工程进度，还会造成资源的浪费，增加工程造价。如果问题严重，可能会出现房屋倒塌，甚至危及居民生命的情况。

3.3 可变性

外部环境的改变和时间的长短都会影响到钢结构的施工质量。钢结构在不同的环境、不同的时间下，都会产生不同的质量问题。比如出现了焊缝：在焊接过程中，因为氧气的存在，导致了焊缝的延长，但当应力发生改变后，这些缺陷就会变成一个巨大的隐患，而有的零件在长时间的挤压下，会发生弯曲，从而影响到建筑的安全。

4.1 在施工之前没有进行细致的技术准备，导致了工程困难与安全问题

有些建筑公司粗制滥造，不对工程负责，在施工过程中忽视了对轴线、标高、地脚螺栓的定位，不对施工过程中使用的混凝土质量进行检查就直接进行下一步的操作，这些做法容易造成严重的误差。如果出现误差，不仅会给后续的工程建设造成极大的麻烦，而且还会给工程带来相关的安全问题。

4.2 建筑工程中使用的钢材存在质量问题

在工程建设中，构件的质量是影响工程质量的重要因素。在工程建设中，一些微小的构件很容易对整个工程的安全产生不利的影响。工程中使用的构件，即使在出厂时已进行了质量检验，但仍然有发生疏漏的可能，而且在运输中的一些因素的影响下，也有可能出现部件损伤的情况。（如图2）因此，若不能及时处理好这些问题，导致工程建设中使用的构件存在纰漏，必然会造成相应的品质问题，从而阻碍工程的顺利进行。

图2 钢材腐蚀问题

4.3 钢柱安装竖直度超差及安装高度超差

钢柱安装垂直度超差是指钢柱垂直度的误差超出了设计和规范的规定。而安装高度的误差是指立柱的高度或相对位置的标高尺寸过大。产生垂直度超差的原因如下：钢柱在制作过程中没有采取有效的控制变形措施；
钢柱易发生弹性变形和塑性变形；
由于采用外力强行连接，使钢柱的垂直度发生偏移，从而影响到承载力和稳定性。产生安装高度超差原因如下：地基高度不准确或造成偏差；
在生产过程中，钢柱的长度尺寸出现了误差。这些原因在一定程度上都增加了施工的难度[3]。

4.4 在安装钢屋架之前，不对预埋件进行检验和验收

在施工的过程中，进行钢屋架安装前，必须对预埋式地脚螺栓进行检验，以保证预埋地脚螺栓与设计图纸及钢屋架两端预留的安装尺寸相符。但是由于一些建筑单位没有重视相关的规定，不按照规范的要求进行操作，造成位置、尺寸、高度的偏差，从而对钢框架的安装产生影响。此外，后期在处理这一问题时，会耗费大量的人力和物力，这样不仅浪费了时间，还增加了工程的成本。

4.5 钢屋架跨距过大，与立柱端接缝不紧密

造成钢屋架跨度尺寸超差的成因如下：钢屋架制作工艺不够科学，在没有纠正的情况下，就对产生的取拱度过大、过小等问题进行后续的安装。造成柱端部节点板不密合的成因如下：由于钢柱安装垂直度过高，屋架制造跨度过大，因此，柱子的竖直性和平行性都会受到影响，从而也会对房屋和柱子的力学行为产生一定的影响。

5.1 在建造之前做好充分的准备工作

在施工中，对钢结构进行事前质量管理，是指在工程开工前，对工程施工过程中的安全风险进行及时排查，以防止其发生安全事故和意外情况。在排查和检验的过程中，通常要做到以下几点：（1）在钢结构工程中，施工单位应依据工程项目需求、施工进度等因素，选用与钢材品质相符的材料，并对不合理的施工计划进行及时调整，从而建立完善的工程质量管理制度，达到提高工程质量和效率的目的；
（2）建筑钢结构的钢结构质量和钢结构的性能之间有着密切的联系，所以在开工前，必须对钢结构的材质进行严格的检验，并对其进行检验和校准，确保钢的材质达到要求后再进行后续的操作；
（3）以钢结构的稳定为主要内容。在选定焊接材料、焊接特性调节、焊区应用等方面和环节中，调整起重机梁的施工工艺，从而为以后的工程施工提供技术支撑[4]。

5.2 对部件的品质进行仔细地检验

在建筑钢结构工程中使用的材料种类往往比较多，并且不仅所用材料的总体质量及强度要符合建筑的要求，而且其规格、型号、尺寸等方面的数据也要符合相关的规范，从而符合建造的需要，进一步确保工程的质量和安全问题。因此，在材料开始被运用之前，要组织有关专家进行相关的测试和模拟，并利用 BIM 技术建立三维可视化的三维模型，将整个工程的施工过程和细节都展示出来，指出其中的缺陷，从而能够根据实际需要，制定相应的开发方案。另外，在对钢结构的基本组成、构件进行分析的同时，还需要对其潜在的危险和隐患进行分析，并事先准备好对策，做好安全仿真，这样可以有效地处理施工中潜在的部分安全隐患，并准备好相关的处理措施，以便有效地解决这些问题。建筑单位在挑选采购所需材料时，必须以已有的建筑设计规范为主要基础，事先了解物料市场的运作管理状况，从而挑选出符合要求的商家和物美价廉的优质原料；
在物料搬运过程中，必须采取有效的运输以及保护措施，从而减少物料之间可能发生的运输问题，避免出现物料变形等情况，从而保证材料的规范，避免施工过程受到影响；
在将材料运到工地后，还要进行一次相关的检查，检查后符合规范的材料才能进入工地；
进入工地后，要认真仔细地存放各种材料，并将各种不同种类的材料按照相关规定存放起来，从而尽量避免材料出现问题，确保施工的质量和安全[5]。

5.3 钢结构施工过程中实时监测操作系统的优化

通过大量查阅相关的实际案例资料，很多自然环境因素都会极大地影响到建筑的实际效果，从而对工程的质量产生一定的影响。例如，高层建筑与一般建筑物不同，其最大的特点就是高度问题，由于其工程规模庞大，本身重量也比较轻，因此需要精确到每个细节，以便使整个空间结构得到持续的优化。因此，在实际运行中，必须全面监控钢结构的施工工艺，掌握其整个施工过程，并及时发现和解决已存在的问题，从而确保工程质量，加快工程进度。此外，还要及时采集、存储现场监测数据，及时修正工程设计中的缺陷，从而为今后同类工程的建设工作提供宝贵的经验和可靠的参考。随着时代的不断发展，科学技术的不断进步，计算机与大数据技术在我国的普及，为了保证系统的准确性和正确性，现场监测系统的软硬件功能都进行了更新与创新。这一变化对于建筑工程而言，有利于其本身的应用价值的提升。

5.4 对主要质量问题的防范措施

5.4.1 防止钢柱安装的竖直度超差及安装高度超差

针对第一个问题，应采取以下措施：（1）在生产过程中，对焊接、拼接等都采取防止变形的措施，并对产生的变形及时纠正。此外，在搬运和堆放钢柱时，要正确地选择支撑位置，才能有效地避免因自身重量造成的变形；
（2）在将钢柱吊起至基础平面位置后，应将立柱基板上方的纵轴与基线对齐，避免跨距偏差，有效地控制立柱的挠曲变形。针对第二个问题，需要采取以下措施：根据要求进行大小的调整，以保证每根立柱总高度、牛腿处高度的误差值均能达到相同的标准，保证工程质量[6]。

5.4.2 在安装钢屋架之前，先检查支架的预埋件

在钢结构房屋的基础上，有关部门应重视相关规范的要求，对施工立柱进行检查，以保证螺栓尺寸、标高、螺距、螺纹露出的长度等符合标准，并确保其符合钢结构尺寸和图纸的规定。只有符合以上各项条件，方可进行下一步的施工安排。

5.4.3 避免钢结构框架跨径过大

钢屋架跨径超差会对结构的承载能力产生一定的影响。要解决这一问题，必须做到以下几点：（1）用相同的模板做钢板；
（2）使用隔板，保证正确的拱度和跨径。采用以上方法，以解决这一问题，提高安装过程的精确度。

综上所述，在建筑施工技术不断发展的影响下，钢结构在施工企业中得到了越来越广泛的应用，同时其安全性问题也日益受到关注。此外，保证钢结构施工的质量和安全也是我国钢铁结构技术发展的重要内容。要做到这一点，必须从设计、制作、安装、验收、维护等各个环节进行严格的检查，以确保工程的施工质量。