建筑工程施工中鋼結(jié)構(gòu)安裝的技術(shù)研究

許子波

北京城建七建設(shè)工程有限公司 北京 100029

引言

本文圍繞鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與安裝展開詳細(xì)論述，其中第一個(gè)部分就鋼結(jié)構(gòu)在建筑工程施工中的應(yīng)用意義展開探究分析，分別從鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)越性、鋼材質(zhì)的柔韌性以及環(huán)保性進(jìn)行詳細(xì)論述；第二個(gè)部分就建筑工程中鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行總結(jié)分析，并從鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則、鋼材料的選擇、鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及鋼結(jié)構(gòu)的安全預(yù)防性等方面展開詳細(xì)論述；第三個(gè)部分就建筑工程施工中鋼結(jié)構(gòu)安裝的技術(shù)要求進(jìn)行研究，分別從鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、鋼結(jié)構(gòu)預(yù)設(shè)位置的規(guī)劃以及鋼結(jié)構(gòu)的安裝展開具體論述。

1 建筑工程施工中應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)的意義

1.1 鋼結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)上具備較高的優(yōu)越性

近些年來，隨著經(jīng)濟(jì)水平的發(fā)展，建筑工程基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)從木結(jié)構(gòu)發(fā)展到石結(jié)構(gòu)再到鋼結(jié)構(gòu)，建筑工程的穩(wěn)定性與安全性也隨之提高。鋼結(jié)構(gòu)基于鋼料的特性，在實(shí)際應(yīng)用中具備較高的價(jià)值。鋼料密度大，在提供相同支撐力的條件下，鋼結(jié)構(gòu)的體積較?。欢S著混合金技術(shù)的發(fā)展，鋼料可以和其他金屬相混合，生產(chǎn)出更具優(yōu)越性的混合鋼結(jié)構(gòu)。其次，鋼結(jié)構(gòu)的安裝方式較為簡單，沒有繁復(fù)的施工流程，只需經(jīng)過埋設(shè)、安裝、固定這三大步驟即可完成鋼結(jié)構(gòu)的安裝。鋼結(jié)構(gòu)的安裝效率較高，能夠減少工期，提高整個(gè)建筑工程的性價(jià)比。鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)具有一定的靈活性，建筑工程規(guī)模各異，使用鋼結(jié)構(gòu)作為建筑的主要支撐結(jié)構(gòu)，在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，可以根據(jù)建筑要求以及建筑規(guī)模設(shè)計(jì)合適的鋼結(jié)構(gòu)；而對(duì)于相同類別的建筑工程時(shí)，可以對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的尺寸進(jìn)行調(diào)整，無須重新設(shè)計(jì)，這不僅能夠縮短工期，還能降低施工成本。綜上所述，鋼結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)上體現(xiàn)的優(yōu)越性以及鋼結(jié)構(gòu)在建筑工程造價(jià)上的高性價(jià)比，使其在現(xiàn)代建筑工程中具備較廣的應(yīng)用范圍。

1.2 鋼材質(zhì)具有柔韌性，對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及空間調(diào)整意義較大

鋼結(jié)構(gòu)的建筑學(xué)概念是指由型鋼與鋼板制成的工程結(jié)構(gòu)，鋼主要由碳與鐵組成，根據(jù)用途的不同會(huì)添加不同比例的錳、鎳、釩等金屬，所以鋼結(jié)構(gòu)具有較多金屬的優(yōu)越性質(zhì)。而在建筑工程學(xué)中，由于鋼由混合金屬構(gòu)成，所以鋼具備較高的延展性與柔韌性，可以根據(jù)建筑要求設(shè)計(jì)不同形狀的鋼材質(zhì)。鋼結(jié)構(gòu)的連接方式主要有焊接、螺栓以及鉚釘連接這三種，由于鋼料具備較高的延展性，鋼結(jié)構(gòu)連接耗時(shí)也隨之減少。其次，鋼材料的柔韌性對(duì)于建筑空間調(diào)整意義重大。建筑工程施工期間，會(huì)根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙完成各個(gè)施工區(qū)域，由于外界原因與施工人員技術(shù)原因，會(huì)出現(xiàn)鋼材焊縫銜接不齊以及鋼板銜接不齊的問題，如果將鋼結(jié)構(gòu)重新安裝，則會(huì)耗費(fèi)大量的人力與物力，提高施工成本；而基于鋼材料的柔韌性，可以采取加熱、拉伸等方式實(shí)現(xiàn)無縫焊接。雖然鋼結(jié)構(gòu)具備良好的延展性與柔韌性，但是在實(shí)際施工對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行拉伸與壓縮過程中，一定要對(duì)拉伸與壓縮的時(shí)間與力度進(jìn)行控制，以免影響整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)的性能，進(jìn)而導(dǎo)致建筑工程的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性下降[1]。

1.3 鋼材質(zhì)具備環(huán)保性，有利于可持續(xù)發(fā)展

鋼結(jié)構(gòu)的使用價(jià)值還體現(xiàn)在其具備較高的環(huán)保性上，對(duì)于建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展與永利發(fā)展是十分有利的。鋼材料在建筑工程施工中的大面積應(yīng)用，使得建筑建造方式發(fā)生變革。傳統(tǒng)的建筑方式多使用沙子、泥土、石子等材料，建筑施工過程中會(huì)產(chǎn)生較多的施工垃圾，施工廢料極有可能流入周圍的水源與農(nóng)田中，不僅會(huì)對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生較大的污染，對(duì)于周圍居民的生命安全也會(huì)造成威脅，并且傳統(tǒng)施工方式所產(chǎn)生的施工廢料降解速率低下，會(huì)持續(xù)對(duì)周圍環(huán)境造成污染。而新型建筑施工方式則大量使用鋼材料作為施工主料，能夠縮短建筑工期，所產(chǎn)生的建筑廢料也隨之減少，不會(huì)持續(xù)對(duì)工地周圍持續(xù)造成污染，并且產(chǎn)生的建筑廢料可以經(jīng)過鍛造回收，進(jìn)行二次利用，對(duì)于環(huán)境十分友好。除此之外，使用鋼材料作為主要施工用材，在施工過程中，不會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵，對(duì)于施工人員的生命健康有益；并且鋼材料的主要組成元素為碳和鐵，在廢料處理過程中，可以通過氧化的方式，生成碳氧化合物與鐵氧化合物，并選擇環(huán)保的方式進(jìn)行排放。

2 建筑工程中鋼結(jié)構(gòu)安裝前的設(shè)計(jì)要求

2.1 鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則

鋼材料在現(xiàn)代建筑工程中主要對(duì)建筑物起到定型與支撐作用，為了提高建筑工程的穩(wěn)定性與堅(jiān)固性，鋼結(jié)構(gòu)需要遵循科學(xué)的設(shè)計(jì)原則。第一，減少較高密度鋼材料的應(yīng)用。前文中提到鋼材料是由碳、鐵為主要組成部分，鎳、釩、錳等金屬根據(jù)鋼材料用途按相應(yīng)比例摻入其中，所以不同型號(hào)的鋼材的密度會(huì)有所不同。在滿足建筑工程結(jié)構(gòu)承重要求的情況下，可以減少高密度鋼材的使用。第二，根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的安裝方式與塑性系數(shù)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中留有相應(yīng)的縫隙?，F(xiàn)代建筑工程施工過程中，鋼結(jié)構(gòu)擺放方式常為橫向水平或者縱向豎直，基于物質(zhì)熱脹冷縮以及分子運(yùn)動(dòng)的理論，鋼結(jié)構(gòu)的大小會(huì)發(fā)生一定的變化，對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性也會(huì)產(chǎn)生一定的影響。因此，鋼結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)過程中，可以采取安裝滾輪裝置與涂防護(hù)涂料的方式，來減少鋼結(jié)構(gòu)的變化。第三，在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初期，需要對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的稱重力度進(jìn)行測(cè)量，選擇大小合適、材質(zhì)尚佳的鋼材制作鋼結(jié)構(gòu)組件，確保房屋建筑具備較高的穩(wěn)定性[2]。

2.2 鋼材料的選擇

鋼材料是由混合金屬制成的，由于組成金屬元素比例不同鋼材料分為多個(gè)型號(hào)，在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，可以根據(jù)不同型號(hào)鋼材的性質(zhì)進(jìn)行選擇。常見的鋼結(jié)構(gòu)的材質(zhì)有普通鋼、不銹鋼、高錳鋼以及高速鋼等等，鋼結(jié)構(gòu)安裝之前，需要對(duì)主體承重結(jié)構(gòu)的承重力、強(qiáng)度以及破壞機(jī)理進(jìn)行調(diào)查研究，繼而選擇合適的鋼結(jié)構(gòu)施工類型與鋼結(jié)構(gòu)安裝方式。例如，對(duì)于縱向豎直的稱重結(jié)構(gòu)，可以選擇塑性系數(shù)較低的鋼材（變形量較?。┲谱?；在安裝時(shí)，可以選擇焊接與螺栓的連接方式。在現(xiàn)代建筑工程中，為了提高房屋建筑的安全性與穩(wěn)定性，對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)的抗震性應(yīng)當(dāng)有一定的要求。例如，在鋼結(jié)構(gòu)的制作過程中，可以采用全鋼邊框結(jié)構(gòu)，對(duì)于地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)地區(qū)，可以采取中心支架或者鋼筋管支撐的方式來提高房屋建筑的抗震性。除此之外，由于鋼材料具備一定的延展性，在鋼結(jié)構(gòu)安裝過程中，施工人員可以在鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部嵌入空心混凝土砌磚以及輕質(zhì)隔熱材料，降低外力對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)的影響。

2.3 鋼結(jié)構(gòu)中轉(zhuǎn)場(chǎng)地的選擇以及鋼結(jié)構(gòu)組件的核查

現(xiàn)代建筑工程施工流程中，需要根據(jù)設(shè)計(jì)要求生產(chǎn)一批鋼結(jié)構(gòu)，在鋼結(jié)構(gòu)實(shí)地安裝之前，需要選擇中轉(zhuǎn)場(chǎng)地進(jìn)行調(diào)度。中轉(zhuǎn)場(chǎng)地的作用在于暫時(shí)儲(chǔ)存鋼結(jié)構(gòu)，為鋼結(jié)構(gòu)的安裝做準(zhǔn)備，也可以用于收集儲(chǔ)存施工廢棄鋼料。選擇鋼結(jié)構(gòu)中轉(zhuǎn)場(chǎng)地時(shí)，應(yīng)當(dāng)選擇干燥、空曠的場(chǎng)所，避免將鋼結(jié)構(gòu)與其他金屬材料或者活躍的非金屬物質(zhì)儲(chǔ)存在一起，防止發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使鋼結(jié)構(gòu)材料穩(wěn)定性下降。其次，鋼結(jié)構(gòu)材料盡量不要貼墻儲(chǔ)存，防止出現(xiàn)碰撞，影響鋼結(jié)構(gòu)的特性與美觀性。在鋼結(jié)構(gòu)安裝過程中，如果出現(xiàn)鋼件損壞的現(xiàn)象，可以將損壞的部件標(biāo)號(hào)記錄，儲(chǔ)存在中轉(zhuǎn)場(chǎng)地內(nèi)部。在鋼結(jié)構(gòu)安裝之前，需要對(duì)鋼結(jié)構(gòu)組件進(jìn)行核查，核查內(nèi)容包括鋼結(jié)構(gòu)組件數(shù)目、類型、完整性以及質(zhì)量合格證書。例在儲(chǔ)存鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，可以將同類別鋼件以統(tǒng)一前綴標(biāo)簽進(jìn)行編號(hào)，便于核查。例如，可以將鋼板以GB為前綴標(biāo)簽進(jìn)行編號(hào)；將螺栓以LS為前綴標(biāo)簽進(jìn)行標(biāo)號(hào)。

2.4 鋼結(jié)構(gòu)預(yù)設(shè)位置的規(guī)劃以及吊裝方式的選擇

基于鋼結(jié)構(gòu)安裝作業(yè)的流水性質(zhì)，不同類別的鋼結(jié)構(gòu)組件的安裝位置并非固定的，因此，在鋼結(jié)構(gòu)安裝工作進(jìn)行時(shí)，需要對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的預(yù)設(shè)位置進(jìn)行規(guī)劃。正式開工之前，鋼結(jié)構(gòu)安裝人員可以利用AR測(cè)量技術(shù)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)部件尺寸進(jìn)行測(cè)量，并根據(jù)工程規(guī)模以及施工時(shí)長估算鋼材的消耗。為了準(zhǔn)確把握鋼結(jié)構(gòu)部件的預(yù)設(shè)位置，可以利用3D技術(shù)繪制施工建模，確定每一個(gè)鋼結(jié)構(gòu)組件的位置，并利用AR技術(shù)根據(jù)比例得出該組件的實(shí)際安裝位置。為了提高預(yù)設(shè)位置的準(zhǔn)確性，可以采用多次測(cè)量取平均值的方式。例如，可以將施工現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量人員以5～6人為一隊(duì)，分為四隊(duì)，其中兩個(gè)隊(duì)伍使用AR測(cè)量工具進(jìn)行測(cè)量，另外兩個(gè)隊(duì)伍手工進(jìn)行測(cè)量，各個(gè)隊(duì)伍都至少要測(cè)量三次，然后將所有數(shù)據(jù)取平均值作為最終結(jié)果。除此之外，鋼結(jié)構(gòu)部件大多質(zhì)量較大且安裝位置較高，需要利用塔吊完成吊裝。在吊裝鋼板類結(jié)構(gòu)組件時(shí)，可以使用履帶式塔吊；而吊裝鋼筋類組件時(shí)，可以使用軌道式吊機(jī)。

3 建筑工程施工中鋼結(jié)構(gòu)安裝的技術(shù)研究

3.1 鋼板組件的安裝技術(shù)研究

作為鋼結(jié)構(gòu)的主要組件之一，鋼板在安裝時(shí)，多采用焊接與螺栓的方式進(jìn)行連接，由于各類焊接技術(shù)的飛速發(fā)展，焊接已經(jīng)成為鋼板結(jié)構(gòu)的主流連接方式。焊接焊接技術(shù)對(duì)專業(yè)性要求很高，在焊接之前，需要對(duì)焊接人員進(jìn)行篩選。焊接技術(shù)主要可以分為氣焊、電弧焊和電阻焊這三大類別，其中氣焊是利用可以燃燒的氣體在空氣中燃燒產(chǎn)生的熱量，將焊材連接處進(jìn)行熔化而實(shí)現(xiàn)連接，氣焊的鋼板具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性與堅(jiān)固性，且通入的氣體較為穩(wěn)定，不會(huì)與鋼材發(fā)生反應(yīng)；電弧焊是利用兩電極之間因?yàn)槎搪沸纬傻碾娀?duì)焊材進(jìn)行熔化連接的一種焊接技術(shù)，利用電弧焊焊接鋼板時(shí)，需要選擇兩個(gè)電極，其中一個(gè)電極是鋼板，另外一個(gè)電極可以是金屬絲或者焊條，在引燃電弧后，需要在鋼板與金屬絲或者焊條之間保持一定的電壓，利用電弧焊焊接鋼板時(shí)要做好用電安全防護(hù)；還可以采用電阻焊完成鋼板的焊接工作，電阻焊是一種以電阻熱為熱源的焊接技術(shù)，包括電阻焊和電渣焊，焊接過程中需要通入較大的電流，為了提高焊接質(zhì)量，在焊接過程中要一直施加壓力，該焊接方式危險(xiǎn)系數(shù)與操作難度較大，使用頻率較低。除此之外，在焊接之前，需要對(duì)鋼板表面進(jìn)行清潔，避免鋼板表面氧化物在高溫下與焊件材料發(fā)生反應(yīng)，避免鋼板的穩(wěn)定性出現(xiàn)改變。

3.2 鋼結(jié)構(gòu)的吊裝技術(shù)研究

大部分鋼結(jié)構(gòu)的安裝位置較高，需要借助塔吊完成安裝，鋼結(jié)構(gòu)的吊裝方式共有兩種：①高空吊裝法；②整體安裝吊裝法。其中高空吊裝法的具體操作是根據(jù)工程設(shè)計(jì)圖紙?jiān)阡摻Y(jié)構(gòu)。

預(yù)設(shè)位置安置支架與枕座，再利用塔吊將鋼結(jié)構(gòu)部件運(yùn)輸?shù)筋A(yù)設(shè)位置安裝即可。這種方法操作思路簡單，將大型鋼結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行拆分，基本上無須調(diào)用大型塔吊設(shè)備，但是需要進(jìn)行大量的高空作業(yè)，危險(xiǎn)系數(shù)較高，為了提高施工的安全性，該吊裝方式的使用頻率逐漸降低。而整體安裝吊裝法則是在地面完成鋼結(jié)構(gòu)部件的整體安裝，再利用塔吊設(shè)備將整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)部件吊裝至預(yù)設(shè)位置完成安裝。該吊裝方式無須預(yù)設(shè)支架與枕座，且不用進(jìn)行大量高空作業(yè)，安全性較高，但是需要?jiǎng)佑么笮退踉O(shè)備對(duì)鋼結(jié)構(gòu)部件完成吊裝，對(duì)于施工人員的技術(shù)水平要求較高，提高了施工成本[3]。

3.3 鋼結(jié)構(gòu)施工后期技術(shù)研究

現(xiàn)代建筑工程施工過程中，鋼結(jié)構(gòu)安裝結(jié)束之后，需要對(duì)鋼結(jié)構(gòu)組件的穩(wěn)定性與完工程度進(jìn)行檢查。首先，應(yīng)該根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)文件對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的實(shí)際制作效果進(jìn)行檢測(cè)，并根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)規(guī)模、數(shù)目文件對(duì)所使用的鋼結(jié)構(gòu)以及其他組件進(jìn)行核對(duì)，并對(duì)廢棄鋼料進(jìn)行記錄，便于回收再利用。其次，需要對(duì)各類鋼結(jié)構(gòu)組件貼上標(biāo)簽，避免因技術(shù)人員操作不當(dāng)而導(dǎo)致組件損壞。例如，可以將鋼板組件上標(biāo)記“GB-001、生產(chǎn)批次、安裝日期”等內(nèi)容，可以使用刻印技術(shù)刻在鋼板上，避免出現(xiàn)磨損。再者，鋼結(jié)構(gòu)安裝技術(shù)人員需要定期對(duì)其進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，提高鋼結(jié)構(gòu)的耐用性與建筑工程的安全性。對(duì)于廢棄的鋼結(jié)構(gòu)部件應(yīng)該予以回收處理，對(duì)于建筑基地的施工垃圾應(yīng)當(dāng)選擇合適的處理方式，降低施工對(duì)周圍環(huán)境造成的污染。除此之外，建筑工程施工管理部門應(yīng)該對(duì)鋼結(jié)構(gòu)組件相關(guān)質(zhì)量安全檢測(cè)文件進(jìn)行整理，確保所使用的建筑材料都是符合相關(guān)規(guī)范的。

4 結(jié)束語

鋼結(jié)構(gòu)在整個(gè)建筑工程中起到定型與支撐的作用，而鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性又由鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方式、鋼料類型以及安裝技術(shù)等方面決定。本文圍繞鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)展開詳細(xì)論述，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用價(jià)值、設(shè)計(jì)要求以及安裝技術(shù)要求等方面進(jìn)行總結(jié)分析，并對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)化提出設(shè)想，以此來加強(qiáng)建筑工程的堅(jiān)固性與安全性。