裝配式輕型鋼結(jié)構(gòu)工程施工技術(shù)分析

徐凌曉 金國棟 陳 明 高 寒 黃建國

（中國建筑第八工程局有限公司，上海 200000）

工業(yè)建筑指為工業(yè)生產(chǎn)、倉儲、物流等活動提供空間和設(shè)施的建筑物，是社會經(jīng)濟的重要組成部分。工業(yè)建筑的需求量和質(zhì)量不斷提高，傳統(tǒng)的現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)已經(jīng)無法滿足工業(yè)建筑的多樣化、高效化、節(jié)能化、環(huán)保化等要求。因此，裝配式輕型鋼結(jié)構(gòu)作為新型的工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)體系，得到越來越多的關(guān)注和應用。

1 我國工業(yè)建筑發(fā)展情況

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，工業(yè)建筑的結(jié)構(gòu)形式不斷演變，從簡單的磚混結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)展到高效的鋼結(jié)構(gòu)和輕型鋼結(jié)構(gòu)。磚混結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)雖然占據(jù)了我國工業(yè)建筑的大部分，但也存在諸多弊端，如自重大、施工慢、耗材多、能耗高、污染大等，不符合可持續(xù)發(fā)展的理念。鋼結(jié)構(gòu)和輕型鋼結(jié)構(gòu)作為新型的工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)形式，具有質(zhì)量輕、施工快、材料省、能耗低、污染小等優(yōu)點，尤其是輕型鋼結(jié)構(gòu)，與裝配式建筑的模式高度契合，更適應工業(yè)建筑的發(fā)展需求[1]。

2 裝配式輕型鋼結(jié)構(gòu)的分類

根據(jù)不同的分類標準，裝配式輕型鋼結(jié)構(gòu)可以分為不同的類型。本文采用按照功能劃分的方法，將裝配式輕型鋼結(jié)構(gòu)分為3個大類，即裝配式輕型鋼結(jié)構(gòu)支撐體系、外部防護體系和內(nèi)裝系統(tǒng)[2]。

2.1 裝配式輕型鋼結(jié)構(gòu)支撐體系

輕型鋼結(jié)構(gòu)支撐體系能夠起到承受主要荷載作用。體系有框架、桁架、網(wǎng)架、拱形等多種形式，均具有強度高、剛度好、變形小和抗震性能優(yōu)異等特點[3]。這些特點使其能夠滿足工業(yè)建筑對大跨度、大空間和高層次的設(shè)計要求。

輕型鋼結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 輕型鋼結(jié)構(gòu)

2.2 外部防護體系

外部防護體系包括屋面體系、墻面體系、門窗體系等，旨在保護建筑內(nèi)部的環(huán)境和設(shè)備。外部防護體系能夠隔離外界的各種不利影響，如溫度、濕度、聲音、火焰和腐蝕等，且能夠提高建筑的美觀性和耐久性[4]。因此，外部防護體系對于工業(yè)建筑的舒適性和安全性具有重要意義。

2.3 內(nèi)裝系統(tǒng)

內(nèi)裝系統(tǒng)能夠提供內(nèi)部功能和空間劃分的解決方案。內(nèi)裝系統(tǒng)由樓板、隔墻、吊頂、樓梯等部分構(gòu)成，可根據(jù)需求和場景靈活組合，安裝拆卸和調(diào)整。內(nèi)裝系統(tǒng)具有輕便耐用、安裝方便、可重復利用等優(yōu)點，能夠提高工業(yè)建筑的空間效率和功能適應性，滿足多樣化的使用需求。

3 裝配式輕型鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢

3.1 增強項目建設(shè)效益

裝配式輕型鋼結(jié)構(gòu)是一種新型建筑結(jié)構(gòu)，采用工廠預制和現(xiàn)場安裝的方式進行施工可以大幅度縮短施工周期，降低施工成本，提高施工效率。裝配式輕型鋼結(jié)構(gòu)具有質(zhì)量輕、強度高、剛度好等特點，可以減少基礎(chǔ)工程的投入，降低土地利用率，節(jié)約土地資源[5]。此外，裝配式輕型鋼結(jié)構(gòu)還可以減少施工現(xiàn)場的噪聲、粉塵、廢棄物等污染物的排放，改善施工環(huán)境，提升項目建設(shè)效益[6]。

3.2 提高項目建設(shè)靈活性

裝配式輕型鋼結(jié)構(gòu)由于具有輕便靈活、易于安裝拆卸、可重復利用等特點，可以適應不同地域、氣候、地形等條件下的工業(yè)建筑的建設(shè)需求，可以實現(xiàn)工業(yè)建筑的快速搭建和拆除以及功能和空間的靈活調(diào)整和變換，提高了工業(yè)建筑的建設(shè)靈活性和適應性[7]。

3.3 提高建筑設(shè)計精確度

鋼結(jié)構(gòu)建筑的總體設(shè)計是施工前的重要環(huán)節(jié)，涉及整個建筑的結(jié)構(gòu)安全和功能實現(xiàn)?？傮w設(shè)計的主要內(nèi)容是對主要構(gòu)件進行分解，確定其尺寸、形狀和連接方式，以便在鋼構(gòu)廠房內(nèi)進行現(xiàn)場組裝和拼接，構(gòu)成完整框架[8]。為了保證構(gòu)件的精度和質(zhì)量，建筑設(shè)計中一般使用3D模型進行構(gòu)件模擬組裝，設(shè)計軟件可以清晰表現(xiàn)建筑的每一個細節(jié)，從而提升設(shè)計和施工圖紙的精確度，確保整個建筑的安全性和穩(wěn)定性。

3.4 提升工程施工穩(wěn)定性

傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)易發(fā)生墻體變形和裂縫等缺陷，影響建筑的安全性和美觀性。裝配式輕型鋼結(jié)構(gòu)具有較好的力學性能，能夠適應溫度的變化，具有優(yōu)良的韌性、延展性及抗震能力[9]。

為了有效的保證小型水電站發(fā)電機組在工作運行的過程之中發(fā)揮出其應有的功效，就需要在工作運行的過程之中做到以下幾個方面：

4 裝配式輕型鋼結(jié)構(gòu)的應用實踐

4.1 構(gòu)造分段裝配工藝

構(gòu)造分段裝配工藝將支撐體系按結(jié)構(gòu)和功能特點，劃分為若干個相對獨立的分段單元。分段單元在工廠內(nèi)預制和預組裝，組成剛度大和完整性較高的分段構(gòu)件，再運輸?shù)浆F(xiàn)場，通過整體吊裝或拼接安裝，組合成完整的支撐體系。分段裝配工藝能縮短施工周期，提高施工效率，降低施工難度，減少現(xiàn)場作業(yè)量，保證施工質(zhì)量和安全。

4.2 整體安裝技術(shù)

整體安裝技術(shù)將外部防護體系或內(nèi)裝系統(tǒng)分成若干個完整單元，在工廠預制和預組裝成整體構(gòu)件，再運輸?shù)浆F(xiàn)場，用整體吊裝或拼接的方式與輕型鋼結(jié)構(gòu)支撐體系連接。整體安裝技術(shù)可以減少現(xiàn)場施工量和降低難度，縮短施工周期，提高施工效率和質(zhì)量。

4.3 高空散裝技術(shù)

高空散裝技術(shù)將構(gòu)件分散地裝載在運輸車輛上，按照預定的順序和方式送達工地，利用起重機或其他設(shè)備將構(gòu)件拼裝或吊裝起來[10]。高空散裝技術(shù)具有顯著的優(yōu)點，如節(jié)省運輸空間、減少運輸車輛的數(shù)量和質(zhì)量，從而降低運輸成本和風險，也可以縮短運輸時間，提高施工效率。高空散裝技術(shù)是輕型鋼結(jié)構(gòu)工程的重要技術(shù)進步，對于提升建筑業(yè)的水平和競爭力具有積極的意義。

4.4 鋼結(jié)構(gòu)制作技術(shù)

首先，依據(jù)工程設(shè)計要求，繪制鋼結(jié)構(gòu)圖紙，確定構(gòu)件的尺寸、形狀、位置和連接方式。其次，按圖紙規(guī)格，對鋼材進行切割、彎曲、打孔等加工，形成各種鋼結(jié)構(gòu)部件[11]。制作過程中，要檢測鋼材品質(zhì)，保證其達到強度、韌性、耐腐蝕等工程標準。再次，根據(jù)建筑圖紙和技術(shù)方法，設(shè)計合理的材料配比方案，將鋼結(jié)構(gòu)部件與其他材料（如混凝土、玻璃、木材等）組合成半成品。半成品要通過質(zhì)量檢測和裝配，確保結(jié)構(gòu)完整、尺寸準確、連接牢固。最后，焊接時使用二氧化碳保護鋼材表面，防止其與氧氣反應產(chǎn)生氧化物，影響焊接效果和鋼結(jié)構(gòu)性能。

4.5 鋼柱定位技術(shù)

鋼柱定位技術(shù)是輕型鋼結(jié)構(gòu)支撐體系現(xiàn)場安裝的關(guān)鍵，要求用適當?shù)姆椒ê驮O(shè)備，精確地定位和固定輕型鋼結(jié)構(gòu)中的柱子，使其符合設(shè)計要求和規(guī)范標準。鋼柱定位技術(shù)旨在保證輕型鋼結(jié)構(gòu)支撐體系的整體性和穩(wěn)定性，防止柱子偏移或松動引起結(jié)構(gòu)失效或變形。

5 裝配式輕型鋼結(jié)構(gòu)的應用案例分析

上海寶業(yè)中心是一座集裝配式、綠色和智能化于一體的辦公大樓，由3個單體組成“L”形的建筑形態(tài)。大樓40%的建筑部分采用了裝配式方式，主要使用了預制混凝土構(gòu)件和玻璃纖維增強混凝土（GRC）幕墻。大樓還應用了自主研發(fā)的密拼疊合樓板技術(shù)，實現(xiàn)了預制構(gòu)件的大型化和裝配便捷化，顯著提高了施工效率。為了更高效地節(jié)能減排，上海寶業(yè)中心團隊對每個窗戶的傾斜度和開口都進行了精細設(shè)計，根據(jù)每個窗戶所在的位置和陽光傾斜的角度，利用模型測算內(nèi)外溫度交互的方案，使每個窗戶都能達到節(jié)能減排的效果。整個建筑有上千個窗戶，每個窗戶都是先在工廠里制作并預制組裝好，運輸?shù)浆F(xiàn)場進行裝配。

6 裝配式輕型鋼結(jié)構(gòu)的應用建議

6.1 提高裝配式輕型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計水平

裝配式輕型鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計水平?jīng)Q定了結(jié)構(gòu)的安全性、經(jīng)濟性和美觀性。設(shè)計裝配式輕型鋼結(jié)構(gòu)時，應根據(jù)工業(yè)建筑的功能、位置、規(guī)模、形式等需求和條件，綜合考慮結(jié)構(gòu)的力學性能、施工工藝、耐久性能等，選擇合理的結(jié)構(gòu)、尺寸、連接方式和材料品種，避免結(jié)構(gòu)復雜和材料浪費。應充分利用BIM、CAD等數(shù)字化設(shè)計和管理技術(shù)，實現(xiàn)裝配式輕型鋼結(jié)構(gòu)的標準化、模塊化和信息化，提高設(shè)計精度和效率，方便與施工、運營等各方協(xié)調(diào)溝通。例如，設(shè)計屋面時可以通過BIM技術(shù)進行三維建模和模擬分析，確定適宜的屋面形式、坡度、支撐系統(tǒng)等，生成施工圖紙和材料清單，提高屋面的防水性能和施工速度。

裝配式輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計應遵循相關(guān)原則和方法，以提高建筑的質(zhì)量和效率。首先，平面設(shè)計要合理利用室內(nèi)空間，尤其是廚房、衛(wèi)生間等功能區(qū)域，既要滿足使用要求，又要符合建筑的結(jié)構(gòu)和美觀。其次，細部結(jié)構(gòu)設(shè)計要注意防止出現(xiàn)質(zhì)量缺陷和漏水現(xiàn)象，對墻板的導流方式、空腔的結(jié)構(gòu)、接縫的處理方法等小構(gòu)件進行嚴格控制和優(yōu)化。此外，預制和內(nèi)墻的幾何尺寸要精確控制，避免出現(xiàn)誤差和變形，對每個節(jié)點進行整體設(shè)計，保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性。最后，外墻和立面設(shè)計要兼顧建筑的美感和性能，選擇合適的材料和形式，確保外墻具有良好的隔音、保溫、防水、防火等功能，同時符合施工的技術(shù)要求。

6.2 加強物質(zhì)基礎(chǔ)保障

裝配式輕型鋼結(jié)構(gòu)的應用效果不僅取決于其設(shè)計水平，還與其物質(zhì)基礎(chǔ)保障密切相關(guān)。物質(zhì)基礎(chǔ)保障主要包括輕型鋼材的生產(chǎn)和供應、預制和預組裝設(shè)備和場地的建設(shè)和改善、運輸和安裝設(shè)備等方面。應加強輕型鋼材的生產(chǎn)標準和質(zhì)量監(jiān)督，保證鋼材性能、規(guī)格、數(shù)量符合需求；加強預制和預組裝設(shè)備的更新?lián)Q代，提高設(shè)備的自動化、智能化水平，優(yōu)化預制和預組裝場地的規(guī)劃和布局，提高空間利用率和生產(chǎn)安全性；加強運輸和安裝設(shè)備的維護和檢測，提高設(shè)備的可靠性和適應性。

7 結(jié)語

裝配式輕型鋼結(jié)構(gòu)具有高效、節(jié)能、環(huán)保等特點，符合現(xiàn)代建筑需求。為了保證施工質(zhì)量和水平，應根據(jù)工程特點，采用合適的施工技術(shù)。例如，預制、預組裝、模塊化等技術(shù)可以提高部件的加工和組合速度和精度，減少現(xiàn)場作業(yè)量和浪費。此外，還應加強施工監(jiān)控，確保施工安全和質(zhì)量達標，避免安全隱患和質(zhì)量缺陷。上述措施可以提升裝配式輕型鋼結(jié)構(gòu)的施工水平，為建筑業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。