鋼結(jié)構(gòu)在裝配式建筑中的實施對策

高磊

（山西二建集團(tuán)有限公司，山西 太原 030000）

1 裝配式鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢

1.1 空間布置靈活

對裝配式鋼結(jié)構(gòu)來說，其開間尺寸偏大，墻體多數(shù)為非承重墻。而平面空間又比較自由，用戶入住后結(jié)合個人的需求完全可以二次布置，對結(jié)構(gòu)安全性幾乎沒有影響。鋼材的強(qiáng)度高，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件在截面尺寸上也要小得多。經(jīng)設(shè)計，暖通設(shè)備、吊頂和水電管線都可以融入樓板中，構(gòu)建智能化的布線系統(tǒng)，提高空間布局的靈活性[1]。

1.2 自重輕，抗震性能優(yōu)越

裝配式鋼結(jié)構(gòu)，其承重構(gòu)件都是選擇輕型熱軋型鋼以及薄壁鋼管，其截面受力相對較為合理，且沒有很高的自重。墻體、樓面均是選擇輕質(zhì)材料，在同等的設(shè)計條件下，裝配式鋼結(jié)構(gòu)的自重要明顯低于現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)。憑借強(qiáng)度高、延性好的優(yōu)點(diǎn)，裝配式鋼結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出卓越的抗震性能。另外，自重較輕有助于節(jié)約運(yùn)輸、安裝成本，適合在地耐力差、運(yùn)輸不發(fā)達(dá)的地區(qū)進(jìn)行推廣使用。

1.3 綠色、節(jié)能、可持續(xù)發(fā)展

裝配式鋼結(jié)構(gòu)，即在工廠內(nèi)進(jìn)行加工、裝配，降低工作量和噪聲。因此，施工中也體現(xiàn)較高的環(huán)保優(yōu)勢。不論改建還是拆遷，裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅都要簡單得多，材料可以回收和再利用，促進(jìn)異地再生，被稱為真正的綠色建筑。

1.4 抗壓能力強(qiáng)

在常見的建筑中，最常用的兩種建筑結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)以及鋼混結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)往往將鋼作為主要建材，而鋼混結(jié)構(gòu)則是將鋼材與混凝土進(jìn)行結(jié)合使用。這兩種結(jié)構(gòu)在使用方面具有較多差異性。其中混凝土的抗壓、抗拉能力比之鋼材要更差一些，所以在建筑中會更多的偏向于使用鋼材。對于部分跨度較大的建筑來講，鋼材特有的抗壓性能夠有效促進(jìn)建筑空間的擴(kuò)展，所以更容易布置建筑結(jié)構(gòu)，與鋼混結(jié)構(gòu)相比，鋼結(jié)構(gòu)更具有方便性[2]。

2 預(yù)制裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計的內(nèi)容

2.1 結(jié)構(gòu)體系的擇取

在具體設(shè)計環(huán)節(jié)，相關(guān)設(shè)計人員需要著重選取建筑結(jié)構(gòu)體系，綜合考量建筑需求、項目投資額、客戶要求等因素，一般會重點(diǎn)選取以下幾類結(jié)構(gòu)體系：鋼框架結(jié)構(gòu)、鋼框架—支撐結(jié)構(gòu)、鋼框架—剪力墻結(jié)構(gòu)。鋼框架結(jié)構(gòu)，可以歸屬于柔性結(jié)構(gòu)一類，靈活性比較強(qiáng)，明顯可以看出力的傳遞路徑，既適合對抗震要求不高的建筑，又適合低層建筑。并且在具體應(yīng)用過程中，該結(jié)構(gòu)中梁柱的抗彎承載能力已然可以決定結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度[3]。而鋼框架—支撐結(jié)構(gòu)，屬于雙重抗側(cè)力結(jié)構(gòu)一類，具有較強(qiáng)穩(wěn)定性，可以大大削弱梁柱截面，布局較為固定化。此結(jié)構(gòu)的工作原理主要是將橫向鋼支撐放置于框架結(jié)構(gòu)的部分柱間，最大程度體現(xiàn)出對水平荷載的支撐作用，同時也不會對豎向荷載的承載力產(chǎn)生影響。在鋼框架—剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)用中，主要可以顯著提高建筑側(cè)向剛度，并有效處理結(jié)構(gòu)側(cè)向位移過大問題，目前在高層建筑設(shè)計中應(yīng)用也尤為廣泛。

2.2 主要構(gòu)造

在構(gòu)造設(shè)計環(huán)節(jié)，設(shè)計師通常采用方案比較分析法，在諸多備選方案中選擇最適宜的建筑構(gòu)造方案，從使用功能、藝術(shù)造型要求、投入成本等方面進(jìn)行計算、分析及比較。建筑構(gòu)造備選方案應(yīng)用頻率較高的有：現(xiàn)澆筑鋼筋混凝土樓板，鋼筋桁架混凝土組合樓板，壓型鋼板—混凝土組合樓板?，F(xiàn)澆筑鋼筋混凝土樓板，具備施工方便、鋪設(shè)簡單等特征，把其與鋼梁組合在一起，形成組合梁，其優(yōu)勢在于能夠縮短梁界面高度，價格比較合理[4]。但是，也存在其自身重量過大，承載力不足等問題。因此，并不適合應(yīng)用于大跨度的結(jié)構(gòu)中。鋼筋桁架混凝土組合樓板，一般此類構(gòu)造都是將綁扎的鋼板鋼筋作為鋼筋桁架，并提前與鋼板進(jìn)行焊接操作，進(jìn)而形成組合模板。壓型鋼板—混凝土組合樓板，通常情況下，此類構(gòu)造是采用薄鋼板作為襯板，并利用鋼梁上展開栓釘焊接，從而進(jìn)一步提升結(jié)構(gòu)總體性能。在具體作業(yè)環(huán)節(jié)時，可以一同展開多層施工，并大幅降低模板費(fèi)用，具有較為良好的性能及較強(qiáng)剛度。而設(shè)計師則應(yīng)經(jīng)過多方面考慮和權(quán)衡之后，從3種結(jié)構(gòu)體系中選擇1種最為貼近、最符合要求與需求的構(gòu)造。

3 建筑裝配式鋼結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵施工流程

3.1 裝配式鋼構(gòu)件生產(chǎn)

裝配式建筑鋼構(gòu)件的設(shè)計制造必須嚴(yán)格根據(jù)在高層建筑設(shè)計階段所提供的設(shè)計圖紙條件，做好材料供應(yīng)。而對于進(jìn)行裝配式建筑鋼構(gòu)件制造的鋼材及其他零配件，則必須做好質(zhì)量預(yù)測試，對材料和零件的機(jī)械性能、硬度等進(jìn)行測試，以保證其質(zhì)量符合工程品質(zhì)要求。同時，還要根據(jù)設(shè)計圖紙條件做好配料，以檢驗半成品和零件規(guī)格、品質(zhì)等方面能否合格。全面檢測完成后，再進(jìn)行鋼構(gòu)件的組裝工作。在焊縫組裝過程中，必須注意采用二氧化碳作防護(hù)氣，并進(jìn)行對焊縫的可靠性檢測。當(dāng)鋼構(gòu)件組裝完畢后，還必須對其進(jìn)行更細(xì)化的檢測與校準(zhǔn)工作，并注意防腐蝕。

3.2 構(gòu)件運(yùn)輸

將制作好的鋼結(jié)構(gòu)運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場的過程中，還需考慮到鋼結(jié)構(gòu)的完好性，運(yùn)輸過程中極易受到周圍環(huán)境或者是其他因素的影響。其中最主要的原因有兩個：①在裝卸過程中鋼結(jié)構(gòu)與周圍的物體發(fā)生了碰撞，導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)受損。②運(yùn)輸過程中車輛會產(chǎn)生晃動，最終導(dǎo)致構(gòu)件之間有所摩擦，造成損壞。針對這兩點(diǎn)，還需進(jìn)一步完善運(yùn)輸工作。相關(guān)工作人員可以在裝車之前，將鋼結(jié)構(gòu)用草繩等進(jìn)行包裹，保證在碰撞過程中鋼結(jié)構(gòu)能夠得以緩沖，防止碰撞受損。此外可以在運(yùn)輸時在鋼結(jié)構(gòu)上安裝構(gòu)建固定結(jié)構(gòu)，以此減少晃動。在運(yùn)輸過程中，也可以安排相關(guān)工作人員對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行照看，以防止構(gòu)建運(yùn)輸中出現(xiàn)的損壞。

3.3 確定鋼柱的位置

在裝配式建筑工程鋼結(jié)構(gòu)施工的過程中，對鋼柱位置進(jìn)行確定同樣是十分重要的。一般認(rèn)為，在實際工程施工建設(shè)的過程中，鋼柱的位置確定，往往會在很大程度上影響到鋼結(jié)構(gòu)的框架安裝位置[5]。因此，這就需要施工人員能夠切實保證鋼結(jié)構(gòu)框架安裝過程中的準(zhǔn)確性與有效性，切實針對鋼柱來進(jìn)行科學(xué)、準(zhǔn)確的定位處理。施工人員應(yīng)當(dāng)先針對鋼柱的兩端位置來進(jìn)行確定。這主要是因為，在鋼柱定位的過程中，如果鋼柱在起點(diǎn)位置上就出現(xiàn)了錯誤，那么必然會影響到后續(xù)的工作，導(dǎo)致后續(xù)工作中的錯誤。另外，在鋼柱定位處理的過程中，施工人員應(yīng)當(dāng)針對當(dāng)前的施工實際情況做好分析整理，以此來針對鋼柱進(jìn)行第二測試點(diǎn)的位置確定。一般認(rèn)為，第二測試點(diǎn)的位置確定應(yīng)當(dāng)安放在一個具有更好視野的地方，并同時保證區(qū)域內(nèi)部不容易受到損壞。施工人員需要使用閉合處理的方法來針對每一個鋼柱的安裝位置進(jìn)行確定，得出其具體的數(shù)據(jù)參數(shù)。另外，在裝配式建筑工程鋼結(jié)構(gòu)施工的過程中，除了鋼柱外，柱腳和錨栓同樣是鋼結(jié)構(gòu)的重要組成部分。因此，在施工人員實際開展施工作業(yè)的過程中，就需要針對其來進(jìn)行分開處理，從而避免在實際施工過程中出現(xiàn)相互干擾的問題。同時，為了切實解決這一問題，施工人員也需要做好工程施工現(xiàn)場的錨柱支架平臺安裝。最后，施工人員則是需要結(jié)合相關(guān)設(shè)備的使用來對柱的中心安裝位置進(jìn)行確定，并同時針對錨柱的附近位置來做好線路的敷設(shè)。而在施工人員進(jìn)行實際線路敷設(shè)的過程中，則是應(yīng)當(dāng)切實明確其中的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和流程，從而防止在線路敷設(shè)中出現(xiàn)誤差。此外，則是在施工人員完成了全部的工序后，為了切實保證鋼結(jié)構(gòu)的品質(zhì)，還需要使用全站儀來針對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行全方位的檢測處理。在檢測過程中，如果是發(fā)現(xiàn)偏差的問題，需要及時對其進(jìn)行調(diào)整，并同時在完成了調(diào)整處理后，同樣對調(diào)整后的鋼結(jié)構(gòu)來進(jìn)行檢測，最終得出滿意的結(jié)果。

3.4 把握好柱的垂直度

在裝配式建筑工程鋼結(jié)構(gòu)施工的過程中，施工人員也需要把握好柱的垂直度。一般認(rèn)為，在施工人員組織開展柱的垂直度鋼柱施工操作時，應(yīng)當(dāng)首先確保第一節(jié)的垂直度。因此，在施工人員組織開展吊裝安裝作業(yè)的過程中，就需要使用水準(zhǔn)儀等設(shè)備來針對鋼柱的兩端做好檢測，從而確保鋼柱的垂直度能夠達(dá)到最佳的水平。此外，在完成了以上垂直度確定后，也需要施工人員做好鋼柱其他位置垂直度的確定。

3.5 鋼柱吊裝

在裝配式建筑工程鋼結(jié)構(gòu)施工的過程中，施工人員同樣需要把握好鋼柱的吊裝過程。一般認(rèn)為，在施工人員進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件安裝的過程中，吊裝是最為基礎(chǔ)的一項施工步驟。那么在實際施工的過程中，為了切實保證吊裝施工可以順利完成，這就需要施工人員在正式施工前做好以下工作：首先，針對工程施工現(xiàn)場的環(huán)境來做好勘察，要體現(xiàn)出關(guān)鍵的數(shù)據(jù)和信息，從而對后續(xù)工作的展開進(jìn)行指導(dǎo)，并選擇出對應(yīng)起重機(jī)械。其次，施工人員應(yīng)當(dāng)結(jié)合鋼柱的實際安裝位置，來針對鋼柱的起吊點(diǎn)做好位置確定，以此來在進(jìn)行實際的鋼柱吊裝操作過程中，能夠始終保證鋼柱的穩(wěn)定性和鋼柱的水平度。此外，則是需要施工人員來針對具體的施工區(qū)域進(jìn)行科學(xué)合理的劃分，并在操作中始終堅持輕起輕放的原則，從而避免吊裝施工對鋼柱造成損壞。最后，則是需要施工人員針對鋼制的運(yùn)輸方向來切實做好優(yōu)化，始終確保鋼柱在吊裝施工的過程中，能夠具有更好的精準(zhǔn)性。

4 鋼結(jié)構(gòu)在裝配式建筑中的具體應(yīng)用

4.1 選擇合適的結(jié)構(gòu)支撐體系

鋼結(jié)構(gòu)住宅當(dāng)中的結(jié)構(gòu)體系可以分為鋼框架體系、鋼支撐結(jié)構(gòu)體系等，隨著鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)上的進(jìn)步，越來越多的新型的結(jié)構(gòu)體系不斷涌現(xiàn)。目前較為常見的結(jié)構(gòu)體系，主要是鋼框架體系和鋼框架混凝土剪力墻體系。運(yùn)用鋼框架結(jié)構(gòu)體系搭建的建筑當(dāng)中，其平面布置較為靈活，可以針對一些大型的辦公室和會議室進(jìn)行設(shè)置。如果采用的是干框架混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)體系，能很好地發(fā)揮出鋼材的高強(qiáng)度以及混凝土的防火性能等優(yōu)勢，建筑的整體抗側(cè)剛度大且變形小，在整體的造價上更低，是當(dāng)前鋼結(jié)構(gòu)支撐體系當(dāng)中最為常用的一種結(jié)構(gòu)體系。

4.2 整體安裝技術(shù)

在鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑當(dāng)中，整體的安裝技術(shù)主要指的是針對鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的整體提升、整體頂升和吊裝。在實際的施工當(dāng)中由于機(jī)械設(shè)備和吊裝位置上的不同，可以劃分為提升安裝技術(shù)和頂升安裝技術(shù)。頂升安裝技術(shù)指的是使用能夠承載較大重量的地面起重設(shè)備，如千斤頂?shù)?，把這些設(shè)備放到屋頂?shù)南旅嬉约敖Y(jié)構(gòu)的內(nèi)部，從而完成頂升安裝的過程，實現(xiàn)頂升安裝。鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑的搭建過程當(dāng)中，加強(qiáng)安裝技術(shù)使用的時候更加適合用于屋面整體面積較小以及重量更輕的裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的施工當(dāng)中，如一些低層的鋼結(jié)構(gòu)住宅建設(shè)。

4.3 做好裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑外圍護(hù)系統(tǒng)的建設(shè)工作

在裝配式鋼結(jié)構(gòu)的建筑搭建過程當(dāng)中，針對外圍護(hù)系統(tǒng)的搭建應(yīng)做好以下工作：首先，應(yīng)當(dāng)要根據(jù)本次施工項目所處的區(qū)域氣候條件以及項目的性質(zhì)等進(jìn)行確定。其次，還應(yīng)當(dāng)針對屋面系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)性能要求，確保外圍護(hù)系統(tǒng)能夠滿足其要求。鋼結(jié)構(gòu)建筑的外圍護(hù)系統(tǒng)搭建當(dāng)中，主要是根據(jù)建筑的類型進(jìn)行確定，在當(dāng)前較為常見的圍護(hù)系統(tǒng)當(dāng)中，主要分為內(nèi)嵌式、外掛式等。在具體的建筑施工過程當(dāng)中要根據(jù)建筑的性質(zhì)以及當(dāng)?shù)氐臍夂虻葪l件，選擇最為合適的外圍護(hù)連接形式。

4.4 防火工作

在展開預(yù)制裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計環(huán)節(jié)時，設(shè)計師應(yīng)當(dāng)高度重視起與防火有關(guān)的設(shè)計，唯有嚴(yán)格依照防火規(guī)范，確定預(yù)制裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的特征，及其對于防火所提出的需求之后，再來進(jìn)行日常工作，才可真正提高建筑物自身的防火性能。尤其是針對一部分大型公共建筑而言，其中變電站與大型庫房這兩個區(qū)域極為危險，這則需要設(shè)計師高度重視這兩個區(qū)域的防火設(shè)計，并在具體設(shè)計環(huán)節(jié)時，在彩色鋼板外層中涂抹防腐涂層，如此不但可以進(jìn)一步提升建筑物防火功能，同時還能夠確保設(shè)計美觀性，延伸建筑物的使用年限。此外，在建筑泄爆墻中，大量運(yùn)用石膏板，此材料不但具有較強(qiáng)的防火性能，并且還可以有效確保建筑物的安全性、穩(wěn)定性。

5 結(jié)語

裝配式已成為工程建設(shè)的轉(zhuǎn)型趨勢，以集成化、信息化為前提，建立一套集設(shè)計、生產(chǎn)和施工為一體的建筑構(gòu)件聯(lián)動性體制。盡管裝配式鋼結(jié)構(gòu)有顯著的優(yōu)勢，但國內(nèi)建筑業(yè)還是更傾向于傳統(tǒng)建筑形式，人力、物力耗費(fèi)多，生產(chǎn)效率不高，浪費(fèi)資源。希望未來更多地推廣裝配式鋼結(jié)構(gòu)，推動建筑業(yè)邁入技術(shù)含量多、施工速度快、建筑質(zhì)量好、建筑成本省的進(jìn)程。在社會化生產(chǎn)的形勢下加快建筑商品化，提高綜合效益和增加主體結(jié)構(gòu)的安全性。