裝配式建筑工程鋼結構施工技術優(yōu)化選擇

王文輝

（濰坊昌大建設集團有限公司,山東 濰坊 261061）

1 引言

傳統(tǒng)的結構設計和組合型鋼結構的設計方法在建造、基礎模量確定、平面位置和設計取向等諸多方面都有很大的差異。鋼結構采用了自然裝配式鋼結構，其中所有的鋼結構、圍護系統(tǒng)、設施、管線系統(tǒng)和內部控制系統(tǒng)都可以和諧、統(tǒng)一地安裝到這種鋼結構中。裝配式鋼結構以其獨特的技術要求和先進的設計理念，在不同行業(yè)中被廣泛使用，展現(xiàn)了鋼結構在建筑產業(yè)化發(fā)展方面的巨大優(yōu)勢和重要價值。因其對建筑業(yè)的發(fā)展有著極其重要的作用，因此本文對裝配式鋼結構建筑的設計和研究具有重要的意義。

2 裝配式鋼結構建筑的定義及特性

2.1 裝配式鋼結構建筑的定義

所謂大型裝配式整體裝配式大型鋼結構綜合建筑，并非僅僅是一種大型裝配式的整體裝配式鋼結構。鋼結構在實際建筑應用中通常具有較好的整體承載力，它可以有效節(jié)約更多結構材料和利用更多空間，減小了整個建筑物的截面積，從而大大增加了建筑室內空間，抵抗突發(fā)性自然災害能力更強，所以在整體結構穩(wěn)定性方面比其他結構類型更具優(yōu)勢，從而促進建筑的生態(tài)循環(huán)發(fā)展。鋼結構的施工過程中，材料內力分布均勻，可以保證整個建筑受力均勻，充分發(fā)揮鋼結構本身的塑性和韌性，提高整個建筑的承載力。當受到外力時，建筑可以利用其強大的塑性，增強其抗斷裂能力，從而保證建筑的安全性和穩(wěn)定性。此外，裝配式鋼結構建筑吻合了建筑行業(yè)的綠色發(fā)展需求。建筑鋼結構的實際應用中，由于其和環(huán)保以及綠色的發(fā)展理念相適應，在施工中只要對鋼結構進行安裝即可，避免了施工現(xiàn)場中出現(xiàn)粉塵以及浪費大量資源的問題出現(xiàn)。且鋼結構自身的穩(wěn)定性與可靠性較強，拆除后可以直接回收利用，具有較高的利用率，這無疑成了裝配式鋼結構的主要技術優(yōu)勢。

2.2 裝配式鋼結構建筑的特性

裝配式鋼結構建筑根據(jù)建筑物的高度可劃分為單層工業(yè)用廠房，中高層、多級、超裝配型鋼結構建筑等；裝配式鋼結構根據(jù)框架結構系統(tǒng)可劃分為框架結構、框架－筒體支撐結構、框架－筒體結構、巨型框架結構、門式剛架－輕鋼框架結構、大跨空間結構、交錯桁架框架結構等，不同類型的結構對應不同規(guī)格和規(guī)模的建設類型；根據(jù)結構原材料可劃分為鋼－混凝土、鋼－砼組合結構等，不同類型的裝配式鋼結構適合應用于不同的建設環(huán)境當中，實際施工時可以依據(jù)設計標準和施工需求靈活進行選擇。

裝配式鋼結構的優(yōu)點主要有：裝配式鋼結構構件設計采用標準化、一體化，全部結構構件均為工廠一體化生產，并能夠依據(jù)工程項目的實際要求對構件參數(shù)進行調整，準確性較高，質量較高；設備管線內部是系統(tǒng)集成和自動化相互集成的一種裝配式補充劑，采用了零部件，可以改善功能，提升了項目質量，降低了成本，節(jié)約了時間。

而從缺陷角度來看，裝配式鋼結構的最大缺陷集中在造價成本方面。建設費用高是一個阻礙裝配式鋼結構建筑尤其是居住房屋和大型商業(yè)區(qū)發(fā)展的重要因素，與傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結構房屋相比，鋼結構的價格明顯偏高。實際上，近幾年由于鋼材價格的下調，輔料及零部件行業(yè)的成熟，裝配式鋼結構樓宇的造價已經接近傳統(tǒng)的混凝土剪力墻，加上其工期短、質量優(yōu)、組裝率高等因素得到行業(yè)內部的高度認可。但由于受困于產業(yè)體系和技術體系的影響，裝配式鋼結構建筑的普及程度相對較低，依然處于初期發(fā)展階段。

3 裝配式鋼結構建筑的設計標準

3.1 裝配式鋼結構建筑防火設計標準

裝配式鋼結構的防火設計要求在裝配式鋼結構的設計中是一個非常重要的技術標準。裝配式鋼結構在各個行業(yè)的實際應用情況中，均應按照國家的防火技術規(guī)范要求來進行建造，而且必須建立一套相應的裝配式鋼結構標準，特別是對于發(fā)生火災或者危險性較大的建筑，如配電站和自動化變電站、大型的公共建筑、超大型倉庫等。裝配式鋼結構的防火處理設計技術要求主要包括幾個基本方面：第一，裝配式鋼結構的外墻和基礎表面宜盡量選擇一種具有較高防火特性的巖棉三明治鋼板，對裝配式鋼結構的基礎和墻面進行一定的防火處理；第二，裝配式鋼結構的彩色鋼板外層采用氟碳風格防腐材料涂層，外墻和基礎層連接處使用低波紋垂直的彩板，不僅可以充分滿足整個建筑房間的視覺效果，還可以延長裝配式鋼結構的防腐使用年限；第三，裝配式鋼結構爆破墻內部要使用防火力較高的石膏板，而且在石膏板內部一定要填充有較高防火性能的巖棉，并采取加強其他防火保護措施。

3.2 裝配式鋼結構的接地防雷設計標準

由于部分工程行業(yè)對裝配式鋼結構的技術要求和設計特點不同，對于相關裝配式鋼結構的工藝和設備要求也不一致。在進行設計的過程中，裝配式鋼結構必須注意增加對鋼結構進行接地和防雷保護。一些工業(yè)建筑，如配電站，就需要使用相關裝配式鋼結構建筑物進行接地和防雷。針對裝配式的裝配式建筑物和房屋進行接地式的防雷系統(tǒng)設計，不僅能夠有效地改善防雷系統(tǒng)暴露在外部的情況，還可以減少建筑物內避雷針的安裝。

3.3 裝配式鋼結構的屋面防水設計標準

裝配式鋼結構屋頂防水工藝標準屋頂防水處理規(guī)范措施十分必要，裝配式鋼結構在其設計的過程中需要嚴格遵守屋頂防水規(guī)范的設計要求，就必須保證裝配式鋼結構不會漏水或滲透，可通過懸浮裝置等技術將鋼結構屋頂安放到建筑物內部及其相應的部位。夏季和冬季時室內外氣溫差大，直立式鎖定技術下建筑屋頂系統(tǒng)的溫度適應性好，能有效保持良好的平衡。為了萬無一失，還可利用裝配式鋼結構擴大屋頂?shù)呐潘露?，有效地加快屋頂系統(tǒng)的排水速度。

4 裝配式建筑工程鋼結構工程技術分析

4.1 防火以及防腐技術

鋼結構的防火和抗銹性能差，需要用涂料進行保護。涂料在使用壽命上一般只有10年左右，與其他建筑設計使用壽命相差甚遠。由于使用條件不同，公共建筑物可以允許后期進行檢查和維修，然而，大多數(shù)居住建筑鋼結構在日常使用過程中不能夠在室內進行檢查和保養(yǎng)，這樣似乎成了一個致命的問題。事實上，居住建筑鋼結構材料在室內正常環(huán)境下發(fā)生的銹蝕是極其有限的，即使初期涂裝的使用年限較長，腐蝕仍然會保持在可控制的范圍內，對結構安全沒有影響。根據(jù)某些國家的實踐，目前在建造中使用的鋼結構已普遍不再需要使用防腐處理。防火性能還可以通過粘貼涂層片獲得，比使用防火涂料更耐用[1]。

4.2 單邊螺栓連接技術

單邊螺栓連接技術使梁柱端板(見圖1)緊密地相互結合，可以廣泛應用于各種鋼結構的封閉橫截面上的梁柱之間連接，是對大量采用鋼柱的各種鋼結構的一種有力保護。行業(yè)內部目前在這兩個方面已經做了大量的工作，使加固方面也已經有了相關的實驗和工程理論實踐。

圖1 單邊螺栓的端板連接圖

4.3 節(jié)點的集成與完成標準

探索鋼結構的現(xiàn)場高效組裝技術，可以根據(jù)組件和節(jié)點分離的想法，將節(jié)點整合成成品。例如，國內開發(fā)的蝴蝶節(jié)點，國外也有類似的快速安裝節(jié)點。這種快速裝配節(jié)點技術能夠在裝配式的建筑中，將鋼結構的最終目標型鋼構件通過各種鋼鐵廠的簡易加工（如切割、打孔等），作為一種標準化的構件直接從建筑中運輸出去，并組裝成高效率的連接節(jié)點，可以與耐火鋼和未涂層的防火涂料相結合，來解決其他材料的防火和抗銹性問題。當然，要真正實現(xiàn)此次理想化的發(fā)展目標，還有許多科學研究方面的工作需要繼續(xù)努力，需要國家相關規(guī)范的指導和支持。

5 建筑鋼結構裝配式工程技術的具體應用

5.1 制作加工技術

Tekla、AutoCAD等多種三維仿真軟件和BIM技術在建筑鋼結構零件加工和制作中使用。這里BIM技術主要是指通過建造工程的三維物理模型把所有的建筑信息都連接了起來，有效地轉換了建筑生產經營方式，并合理地進行管理。特別需要注意的一點就是，該技術在實現(xiàn)虛擬建筑的配置及資源設計等各個方面都具有突出優(yōu)點，它既能夠在復雜的建筑情況下控制整個建筑，還能夠充分地利用所建造的三維物理模型，按照建造者的空間與時間順序來模擬整個建筑的主體構件，準確地構建三維物理化的模型，這樣在施工過程中提供許多方便，減少在施工過程中出現(xiàn)的各類錯誤，同時也可以有效地改善施工質量。動態(tài)模擬三維建筑配置構建通常是在BIM、AutoCAD和Tekla等三維模擬軟件中實現(xiàn)，可以通過BIM軟件直接轉換到所有建筑材料使用的詳細圖紙，Tekla軟件也可以直接對建筑材料進行編輯，設置加工工藝。除了能夠精準地控制整個建筑物外，它的功能還可分為兩個主要的方面。一是用來做制造和加工支撐。為了防止光束首先到達，支撐不能直接到達，必須首先做好加工支撐，并及時修復有缺陷的柱子，保證異型和變截面鋼柱的生產和加工質量，保證柱子的彎曲和變形不至于影響施工，大大地節(jié)約了施工的原料。二是主要負責鋼梁在組裝過程中提高強度和增強穩(wěn)定性的位置固定板、剛性平臺、基礎和平面上的數(shù)控鉆床上各個孔的匹配模板，這些都是對于構成鋼梁的加工和制作平臺的四個重要方面，可以確保對于界面不同類型的鋼梁進行加工和制作。

5.2 鋼立柱的安裝技術

在制作了梁、柱及建筑物整個模型之后，就可以進行安裝到施工現(xiàn)場。柱子的安裝三維仿真及碰撞測試檢查是基于BIM技術仿真模擬現(xiàn)場施工的先后次序，得到最佳的鋼柱安裝方式和位置。在臨時安裝過程中，應對臨時需要安裝的鋼柱進行垂直面和水平測試，以確保在安裝過程中不會發(fā)生錯誤。

5.3 安裝梁梁和支撐柱子都在建筑物中起到了負載作用

在施工現(xiàn)場，要仔細地檢查所有貨梁的品種質量以及型號，是否滿足施工規(guī)范要求，檢查結束后還需要特別注意佩戴安全的扶手繩和安裝正確的扶手。事前的準備工作做好后，現(xiàn)場要設置一根橫梁，以防落地、移動。在安裝大梁的過程中，要把橫梁兩邊都綁好，然后依次將剩下的梁逐根舉起。在提高輔助梁強度同時，為了能夠加快施工的速度和盡量減少施工時間，需要使用近鉤多升技術，該技術還可以使用單升重量5t的輔助梁[2]。

6 裝配式鋼結構建筑的應用管理以及發(fā)展策略

在裝配式鋼結構的建筑發(fā)展推進過程中，要積極利用節(jié)能門窗、中空玻璃、保溫墻、組合地板等綠色材料，鼓勵企業(yè)業(yè)主及設計師們采用創(chuàng)造性的新的結構方法和形式，增強對施工專業(yè)技術人才的培養(yǎng)，完善裝配式鋼結構的一些相關標準和規(guī)定，保障裝配式鋼結構的實際施工質量，充分發(fā)揮其施工進度快、節(jié)省資源等特點，體現(xiàn)建設項目的綠色基礎性要素[3]。

因此，施工各階段都需要嚴格地對鋼結構及其原材料的產品進行質量檢測和驗收，在購買鋼結構原材料時還需要比較不同企業(yè)的生產加工方法，然后再對原材料的性能進行檢查，不能片面追求材料的經濟性，必須在確保質量和規(guī)格的基礎上才能進一步追求性價比。需要注意的是，原材料的采購需要嚴格遵循建筑工程項目的設計標準，必須嚴格按照規(guī)定購買，對工程的質量和人身安全負責[4]。同時，機械設備的使用必須合理，提高工作效率。員工在使用和操作設備前，要了解相關設備使用說明書內容，使用和操作設備時愛惜設備，提升生產力，制造質量合格的配件，在材料收集和管理方面必須妥善管理資料[5]。

7 結論

綜上所述，本文對我國鋼結構建筑施工中應用的技術問題進行了深入的研究和討論，在裝配式建筑工程設計與加工技術方面要進一步完善我國裝配式鋼結構主體和構件的標準化，鼓勵其他生產廠家完善其裝配式主體構件的品種和尺寸，希望通過提出相關的管理建議，更好地推動組裝制造的建筑鋼結構項目工程技術水平的提高，為組裝制造相關的施工企業(yè)有效地節(jié)約資源，降低成本，提高工程質量。