鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目中設(shè)計(jì)與施工技術(shù)的應(yīng)用研究

丁 鑫 ，胡鵬飛 ，王巧真

（1.山東省冶金設(shè)計(jì)院股份有限公司，山東 濟(jì)南 250101；2.江蘇新水工程檢測(cè)有限公司，江蘇 徐州 221400；3.山東中大建筑設(shè)計(jì)院有限公司，山東 濟(jì)南 250101）

0 引言

在國(guó)家大力推行環(huán)境保護(hù)和節(jié)能減排工作的情況下，具有高能耗及高污染特點(diǎn)的建筑行業(yè)面對(duì)著前所未有的挑戰(zhàn)，為了實(shí)現(xiàn)行業(yè)的健康長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，建筑工程施工也開始轉(zhuǎn)向綠色環(huán)保發(fā)展，而鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)運(yùn)而生，為建筑施工綠色發(fā)展注入了無(wú)限活力，但是由于鋼結(jié)構(gòu)建筑與傳統(tǒng)建筑有較多不同之處，因此也對(duì)建筑工程設(shè)計(jì)與施工提出了新考驗(yàn)，深入分析鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，借鑒實(shí)際工程案例，詳細(xì)探索裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計(jì)與施工技術(shù)難點(diǎn)和側(cè)重點(diǎn)，有助于促進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)建筑施工水平的提升[1]。

1 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法

1.1 容許應(yīng)力法

要使用該方法來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，就需要保證每一個(gè)構(gòu)件的應(yīng)力都在設(shè)計(jì)規(guī)范區(qū)間內(nèi)。要做好計(jì)算工作，基于線性理論得出標(biāo)準(zhǔn)荷載狀態(tài)下構(gòu)件應(yīng)力進(jìn)一步做整體的設(shè)計(jì)和規(guī)范。容許應(yīng)力指的是構(gòu)件材料屈服強(qiáng)度除以安全系數(shù)，實(shí)際使用中容許應(yīng)力法簡(jiǎn)潔實(shí)用，并且K值逐漸減小，整體設(shè)計(jì)偏向保守化。該方法存在一定的限制，那就是比較依賴工作人員本身的經(jīng)驗(yàn)，安全系數(shù)單一，應(yīng)用范圍也比較局限，無(wú)法完全反映出構(gòu)件安全度和荷載變化[2]。

1.2 塑性設(shè)計(jì)法

該方法在安全度的計(jì)算上更加直觀，實(shí)際應(yīng)用中可以節(jié)約材料，降低造價(jià)，擁有很多優(yōu)勢(shì)。如果鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件強(qiáng)度和塑性特性都大于安全標(biāo)準(zhǔn)，就可以優(yōu)先選擇塑性設(shè)計(jì)法來(lái)展開工作[3]。使用該方法的重點(diǎn)在于重新分布內(nèi)力，鋼結(jié)構(gòu)以及各個(gè)部件的延性要求比較高，需要嚴(yán)格規(guī)劃鋼結(jié)構(gòu)原材料的比例，規(guī)范其形變程度和尺寸。

1.3 極限狀態(tài)法

現(xiàn)階段最常使用的方法之一就是極限狀態(tài)法，在設(shè)計(jì)貴港園博園景觀塔工程鋼結(jié)構(gòu)的時(shí)候使用到了該方法來(lái)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。它同時(shí)擁有容許應(yīng)力法以及塑性設(shè)計(jì)法的優(yōu)點(diǎn)，消除了兩者的不足，實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)非常具有靈活性，并且設(shè)計(jì)效果非常好，使用極限狀態(tài)法的時(shí)候，可以調(diào)整結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)以及承載力極限狀態(tài)的情況，讓結(jié)構(gòu)安全度計(jì)算可以更加準(zhǔn)確，能夠客觀反映真實(shí)情況[4]。

2 應(yīng)用案例分析

2.1 工程概況

本文以上海市某高層住宅項(xiàng)目為例來(lái)進(jìn)行討論。該項(xiàng)目一共有16 棟14 層樓房。在進(jìn)行整體規(guī)劃的時(shí)候做了統(tǒng)一綜合的考量，住宅外立面層用到了貫通水平線條，窗戶陽(yáng)臺(tái)的設(shè)計(jì)凸顯了橫豎線條的交匯，整體風(fēng)格偏向于氣派淡雅的海派風(fēng)格，具有觀賞價(jià)值。

2.2 特點(diǎn)和難點(diǎn)

2.2.1 缺乏經(jīng)驗(yàn)

很多時(shí)候建筑工程項(xiàng)目在設(shè)計(jì)的時(shí)候非常依賴設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，但是我國(guó)裝配式鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還在起步階段，經(jīng)驗(yàn)不夠豐富，目前已經(jīng)完成的項(xiàng)目很少[5]。而如果要借鑒發(fā)達(dá)國(guó)家的案例，又會(huì)發(fā)現(xiàn)情況有所不同，因?yàn)榘l(fā)達(dá)國(guó)家的鋼結(jié)構(gòu)住宅大多是低層住宅，高層住宅很少，所以沒有太多可以借鑒的案例。

2.2.2 設(shè)計(jì)條件有限

要最大限度讓每一個(gè)高層建筑風(fēng)格保持統(tǒng)一，在設(shè)計(jì)時(shí)就一定要規(guī)范鋼結(jié)構(gòu)的條件，讓鋼結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)搭建的時(shí)候就能夠考慮到建筑防火、防水、防開裂以及保溫隔聲等情況，整體來(lái)看，建筑的設(shè)計(jì)定型會(huì)受到很多條件限制。

2.2.3 線條多，細(xì)節(jié)復(fù)雜多樣

該方案在設(shè)計(jì)的時(shí)候幾何形狀復(fù)雜，拼接精度要求非常高，實(shí)際工作中裝飾線條也非常多，要考慮鋼結(jié)構(gòu)本身特點(diǎn)，結(jié)合結(jié)構(gòu)受力以及建筑裝飾預(yù)制構(gòu)件吊裝等內(nèi)容來(lái)進(jìn)行規(guī)劃，整體來(lái)看非常復(fù)雜，需要全方位分析，才能盡可能使技術(shù)方案達(dá)到理想效果[6]。

2.2.4 兼顧室內(nèi)精裝修

鋼架體系的套內(nèi)空間難免會(huì)出現(xiàn)鋼梁和柱，在機(jī)電管線的布置上存在著比較多的難點(diǎn)，并且鋼材和其他接觸的地方相對(duì)來(lái)說(shuō)容易出現(xiàn)開裂的問(wèn)題。

2.2.5 沒有外腳手架，施工要求高

陽(yáng)臺(tái)飄窗施工難度比較大，如果沒有輔助安全措施，就需要更加全面的規(guī)劃，整體的要求會(huì)更高。

3 裝配式鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 鋼結(jié)構(gòu)布置與分析

通過(guò)分析可以發(fā)現(xiàn)，影響鋼結(jié)構(gòu)布置的因素主要有以下3 點(diǎn)：①平面存在著凹進(jìn)凹出的情況；②外立面線條多，飄窗外挑陽(yáng)臺(tái)受力非常復(fù)雜；③軸線錯(cuò)位，要想布置好鋼結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)，會(huì)有很大的難度。

在反復(fù)的研究對(duì)比之下，框架梁－中心支撐結(jié)構(gòu)體系成為設(shè)計(jì)的主體結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)的時(shí)候，箱型梁是支承邊梁，要想讓高梁穩(wěn)定性能更好，就需要讓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，科學(xué)布置寬扁柱以及小截面柱，適度減少室內(nèi)凸柱數(shù)量，同時(shí)解決軸線錯(cuò)位的問(wèn)題[7]。

3.2 外墻板形式的選擇

不同的材料有不同的性能特點(diǎn)，工作人員在選擇材料的時(shí)候可以根據(jù)實(shí)際情況來(lái)確定外墻板的形式。該項(xiàng)目使用預(yù)制夾心保溫外掛板，其圍護(hù)結(jié)構(gòu)的荷載傳遞路徑非常清晰，工作中能夠和鋼結(jié)構(gòu)形成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的連接，施工作業(yè)時(shí)也非常的方便快捷，能滿足防水、防火以及保溫等一系列基礎(chǔ)要求。

3.3 內(nèi)墻形式的選擇

該項(xiàng)目使用輕鋼龍骨灌漿墻來(lái)作為室內(nèi)分戶墻的材料，中間現(xiàn)澆密度在400kg/m3，用到的材料是輕質(zhì)高強(qiáng)無(wú)收縮灌漿料，擁有自重輕、容易安裝的特點(diǎn)，并且實(shí)際使用中隔聲和防火效果非常好[8]。

3.4 樓板選擇

使用預(yù)制混凝土疊合板的時(shí)候，梁頂栓釘可以用來(lái)固定樓板和鋼梁，使其形成一個(gè)整體，達(dá)到共同受力的目的。

3.5 處理外墻裝飾線條

實(shí)際工作中，外掛墻板有水平線條以及豎向線條，這些都是外立面裝飾線條的內(nèi)容。而陽(yáng)臺(tái)外側(cè)線條則屬于水平線條的一種延伸，需要注意的是水平線條截面的特點(diǎn)是上寬下窄并且層層內(nèi)收，而豎向線條需要在相鄰飄窗之間可以呈現(xiàn)出凹凸的形狀，以此來(lái)展現(xiàn)相應(yīng)的技術(shù)特點(diǎn)。

3.5.1 外墻板水平裝飾線條

上下層飄窗之間擁有水平線，在設(shè)計(jì)的時(shí)候需要考慮到業(yè)主的行動(dòng)方式，比如在擦窗戶的時(shí)候可能踩踏裝飾線條，所以可以把線條當(dāng)作外墻掛板的一部分。在進(jìn)行整體加工制作的時(shí)候，要合理選擇輕質(zhì)混凝土來(lái)加工構(gòu)件，提升制作質(zhì)量。

3.5.2 陽(yáng)臺(tái)外側(cè)線條

箱形鋼梁以及整體預(yù)制陽(yáng)臺(tái)都是結(jié)構(gòu)受力體系需要考慮的內(nèi)容，工作人員在展開一系列工作的時(shí)候，要明確工作的注意事項(xiàng)，讓線條能夠更好的組成一個(gè)整體。由于裝飾線條和陽(yáng)臺(tái)在融合上可能存在一定的困難，所以可以分兩次進(jìn)行施工，做好加工制作，合理使用外掛grc 裝飾材料，以此來(lái)提高結(jié)構(gòu)連接的安全性，使現(xiàn)場(chǎng)施工的難度可以得到有效控制。

3.5.3 飄窗間的豎向線條

要想和預(yù)制板一起加工，相關(guān)的工作人員需要從實(shí)際情況出發(fā)做好規(guī)劃。如果把把線條分成兩塊，然后依附在兩個(gè)預(yù)制板上，那么施工之后就會(huì)多出一條豎向縫，就會(huì)增加安裝和構(gòu)件制作的難度，讓構(gòu)件的應(yīng)用更加復(fù)雜。構(gòu)件節(jié)點(diǎn)計(jì)算的時(shí)候，如果讓兩塊預(yù)制外墻板分開安裝，那么安裝難度就可以得到控制。

3.6 關(guān)鍵部位節(jié)點(diǎn)處理

（1）封堵處理。實(shí)際施工中，外掛墻板和鋼框架存在著40mm 的間距，而這里的空隙則可以根據(jù)實(shí)際情況來(lái)做好防火設(shè)計(jì)，讓樓層房屋能夠有更好的防火效果，在滿足建筑空間房間需求的同時(shí)提升防火性，減少后期維護(hù)需要付出的精力。注意在防火部位要合理采取方法，使用A 級(jí)防火材料及時(shí)封堵。比如可以用到無(wú)機(jī)灌漿料以及玻璃棉卷氈。另外還要做好層間封堵，以此來(lái)保證建筑的主體結(jié)構(gòu)達(dá)到預(yù)期的要求。要設(shè)計(jì)好鋼框架和樓面結(jié)構(gòu)板，做好外掛墻板的自由變形設(shè)計(jì)，使其能夠與結(jié)構(gòu)計(jì)算模型相匹配，使空間能夠滿足建筑預(yù)期要求，讓防火材料的表層能夠在封堵的同時(shí)覆蓋建筑，形成裝飾風(fēng)格中的一部分。

（2）地面防水處理。要設(shè)置好現(xiàn)澆混凝土擋墻，才能在衛(wèi)生間的地面達(dá)到相應(yīng)的防水功能。注意地面和墻面的防水層需要有效銜接在一起，這樣才能避免開裂問(wèn)題的產(chǎn)生，同時(shí)讓防水層的基層可以有更好的使用質(zhì)量，而不會(huì)因?yàn)楦鞣N原因出現(xiàn)開裂和拉裂的問(wèn)題。

4 主體結(jié)構(gòu)吊裝

該項(xiàng)目使用到的鋼結(jié)構(gòu)、樓梯板、外墻板都是工廠預(yù)制成型的，施工單位將成型后的材料運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)，使用吊機(jī)來(lái)進(jìn)行安裝，并構(gòu)成主體結(jié)構(gòu)。在安裝的時(shí)候會(huì)先安裝鋼結(jié)構(gòu)，然后再安裝樓梯板。要想控制吊裝構(gòu)件的數(shù)量，需要從實(shí)際情況出發(fā)，以兩層為一節(jié)來(lái)布置好鋼柱，確定好需要的片狀桁架，并做整體的吊裝。做好主體結(jié)構(gòu)的封頂之后，就要開始安裝內(nèi)墻板和外墻板。其中外墻板需要使用到吊機(jī)，從下而上一步一步的展開安裝工作。而內(nèi)墻板則是要根據(jù)不同區(qū)域的劃分來(lái)分區(qū)安裝。安裝的時(shí)候需要讓外墻板和梁更有序的連接在一起，同時(shí)也要做好節(jié)點(diǎn)構(gòu)造的優(yōu)化，使用下承上拉的方法來(lái)一步一步的達(dá)成目標(biāo)。要設(shè)置好支撐式連接節(jié)點(diǎn)，讓預(yù)制外掛板可以穩(wěn)定在梁結(jié)構(gòu)邊梁的位置。陽(yáng)臺(tái)的安裝上由于沒有外腳手架的幫助，所以需要謹(jǐn)慎的從低樓層開始，一步一步的向高樓層安裝，要保證施工的安全性。

5 室內(nèi)精裝修施工

毛坯房交付和精裝修商品房有著非常明顯的區(qū)別，精裝修商品房需要從更精細(xì)的角度出發(fā)來(lái)做更深入的美化設(shè)計(jì)，才能使其符合用戶的需求。在進(jìn)行精裝修設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要在不影響結(jié)構(gòu)安全性的前提下做好室內(nèi)處理，不能出現(xiàn)小裂縫或其他細(xì)節(jié)上的問(wèn)題。相關(guān)工作人員需要做更深入更細(xì)節(jié)的處理，才可以讓精裝修房屋能夠與其定位相匹配。

5.1 套內(nèi)墻面特殊處理

（1）通常來(lái)說(shuō)，外立面預(yù)制板會(huì)因?yàn)槠浔旧斫Y(jié)構(gòu)形式的原因而出現(xiàn)各種各樣的拼縫，這些拼縫會(huì)影響美觀性，而且無(wú)法使用乳膠漆來(lái)進(jìn)行遮蓋。熱脹冷縮的影響也會(huì)給墻面帶來(lái)開裂的風(fēng)險(xiǎn)，這時(shí)候設(shè)置一個(gè)和衣柜等厚的假柱，可以巧妙的進(jìn)行特殊處理。業(yè)主入住之后可以將假柱與衣柜融合，形成一個(gè)整體。

（2）在施工設(shè)計(jì)中，防火涂料的厚度是30mm，涂完之后和二結(jié)構(gòu)墻體齊平。這個(gè)過(guò)程容易出現(xiàn)涂料噴涂厚度不均勻的問(wèn)題，這會(huì)導(dǎo)致完成面的精度變差。不同的鋼柱在防火涂料的厚度上是不一樣的。施工單位需要提升噴涂的精度，使用涂抹式防火涂料的時(shí)候，要做好細(xì)致的安排，提高后續(xù)施工的基層條件。

（3）要做好鋼柱和墻體的接縫處理。主體結(jié)構(gòu)和二結(jié)構(gòu)墻體在材料鋼度方面存在著比較大的差異性，工作人員需要處理好交接地帶，根據(jù)實(shí)際情況選擇交接方法。該項(xiàng)目使用到了兩種方式，分別是讓鋼柱和砌塊墻平接以及讓鋼柱和灌漿墻平接。在進(jìn)行處理的時(shí)候，需要注意有的方法成本過(guò)高的問(wèn)題。可以合理使用貼鋼絲網(wǎng)片來(lái)進(jìn)行處理，配合水泥砂漿抹平，以此來(lái)達(dá)到處理效果。

5.2 外掛板影響吊頂高度、寬度

外掛板和鋼梁的連接方式采取的是側(cè)向連接。在進(jìn)行精裝修設(shè)計(jì)的時(shí)候，要根據(jù)房間內(nèi)的情況適當(dāng)降低客廳臥室周圍的圈低頂?shù)母叨?，加大圈低頂?shù)膶挾?，這樣可以起到遮蓋制作的作用。廚房衛(wèi)生等小空間的區(qū)域可以整體降低吊頂高度。不過(guò)這樣一來(lái)和鋼筋混凝土房屋相比，優(yōu)勢(shì)不明顯。

5.3 裝飾處理

要做好鋼梁鋼柱的裝飾，除了正常粉刷，還需要進(jìn)行封板處理，這樣才能避免視覺上出現(xiàn)非常突兀的感覺，提升美觀性。

5.4 對(duì)機(jī)電安裝的影響

前期設(shè)計(jì)的時(shí)候，工作人員需要預(yù)留好穿線洞口的位置，還需要考慮機(jī)電設(shè)備的預(yù)留工作，比如燃?xì)馀艧熗ǖ?、冷熱水管、中央空調(diào)等。要做好周密的安排，從整體全面的角度出發(fā)來(lái)進(jìn)行規(guī)劃，預(yù)留好相應(yīng)的位置，保證后續(xù)展開機(jī)電安裝時(shí)可以足夠方便和順利。

6 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)相關(guān)調(diào)查統(tǒng)計(jì)能夠發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)如今鋼結(jié)構(gòu)在建筑工程中的應(yīng)用率逐年提高，鑒于當(dāng)前我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工的整體水平仍然有待進(jìn)一步提高，所以為了給建筑用戶提供更多優(yōu)質(zhì)建筑工程，相關(guān)人員應(yīng)繼續(xù)開展鋼結(jié)構(gòu)建筑工程設(shè)計(jì)與施工技術(shù)研究，以便在提高鋼結(jié)構(gòu)建筑工程設(shè)計(jì)與施工水平的基礎(chǔ)上，更好的推動(dòng)我國(guó)建筑工程施工的綠色發(fā)展。