裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑施工技術(shù)探究

張罡睿

（廣西建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，廣西 南寧 530031）

1 裝配式鋼結(jié)構(gòu)分類和技術(shù)特點(diǎn)

1.1 裝配式鋼結(jié)構(gòu)分類

（1）鋼框架結(jié)構(gòu)。鋼框架結(jié)構(gòu)是裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的一種常見分類，該結(jié)構(gòu)采用鋼柱、鋼梁和鋼框架搭建，具有良好的剛性和承載能力。鋼框架結(jié)構(gòu)適用于中小型建筑，例如，倉庫、廠房以及輕型居住建筑等，由于采用了工廠化生產(chǎn)，鋼框架結(jié)構(gòu)的構(gòu)件質(zhì)量可控，能夠有效減少現(xiàn)場施工時(shí)間和安全風(fēng)險(xiǎn)。

（2）鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)是裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的另一種分類，該結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土柱、梁和樓板的組合，并以鋼筋混凝土墻體填充，這種結(jié)構(gòu)具有較高的剛性和穩(wěn)定性，適用于大型建筑和高層建筑，如商業(yè)綜合體、寫字樓以及公共建筑等。裝配式鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)過程中工廠化程度高，可以確保構(gòu)件質(zhì)量的穩(wěn)定性。

（3）鋼管混凝土結(jié)構(gòu)。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)也屬于裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的一種分類，該結(jié)構(gòu)通過鋼管作為外模，再進(jìn)行混凝土澆筑，以增加結(jié)構(gòu)的剛性和承載能力。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)適用于柱、梁等承重構(gòu)件，具有優(yōu)異的抗震性能，相對(duì)傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的制造相對(duì)簡單，同時(shí)，在施工過程中能夠減少需現(xiàn)場加工，節(jié)省了施工時(shí)間和資源。

1.2 裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的特點(diǎn)

（1）工廠化生產(chǎn)。裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的構(gòu)件大部分在工廠內(nèi)進(jìn)行制造，通過工廠化生產(chǎn)，可以實(shí)現(xiàn)工藝流程的標(biāo)準(zhǔn)化和質(zhì)量的可控，有效降低施工過程中的人為失誤，同時(shí)，工廠化生產(chǎn)減少了現(xiàn)場施工的時(shí)間和安全風(fēng)險(xiǎn)，提高了施工效率。

（2）現(xiàn)場組裝。裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的施工過程主要是進(jìn)行構(gòu)件的組裝和連接，由于構(gòu)件在工廠中預(yù)制完成，現(xiàn)場施工主要集中在結(jié)構(gòu)的組裝和安裝上，大大縮短了施工周期，這種現(xiàn)場組裝的方式減少了現(xiàn)場加工和浪費(fèi)，提高了施工效率。

（3）輕量化設(shè)計(jì)。裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑相較傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)，采用了輕量化設(shè)計(jì)，通過使用輕質(zhì)材料和優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，減輕了建筑自重和地基負(fù)荷，這不僅減少了對(duì)地基的要求和成本，還節(jié)約了施工過程中的材料和能源消耗。

（4）環(huán)保節(jié)能。裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑采用可循環(huán)利用的材料，如可再生材料和可回收材料，通過降低對(duì)自然資源的消耗，裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑減少了對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響。此外，由于優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和現(xiàn)代建筑技術(shù)的應(yīng)用，裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑能夠?qū)崿F(xiàn)高效的能源利用和室內(nèi)環(huán)境控制。

（5）耐久性和可靠性。裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑具有較高的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，能夠滿足相應(yīng)的抗震、抗風(fēng)等安全要求，通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工工藝，裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑能夠經(jīng)受自然災(zāi)害和外力作用的考驗(yàn)，此外，裝配式建筑還可以進(jìn)行單體化的構(gòu)件檢測和質(zhì)量控制，保證了建筑的可靠性和耐久性。

（6）靈活性和可拆裝性。裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的構(gòu)件可以進(jìn)行組裝和拆卸，這使得建筑的后期改造、擴(kuò)建或拆除變得更加方便和靈活，相比傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)，裝配式鋼結(jié)構(gòu)的可拆裝性為建筑提供了更多的發(fā)展?jié)摿涂沙掷m(xù)利用的可能性。

2 裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑施工技術(shù)的優(yōu)勢

2.1 快速施工和高效率

裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑采用工廠預(yù)制和模塊化設(shè)計(jì)，能夠大幅度縮短施工周期，相比傳統(tǒng)施工方式，裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的制造和施工可以同時(shí)進(jìn)行，不受現(xiàn)場氣候和季節(jié)的限制。鋼構(gòu)件在工廠中進(jìn)行精確制造后，便可直接運(yùn)輸至現(xiàn)場進(jìn)行快速組裝，大大縮短了工程周期。此外，模塊化設(shè)計(jì)使得施工流程高度標(biāo)準(zhǔn)化，可以實(shí)現(xiàn)易于操作、高效率的裝配工作，有效提高了施工速度。

2.2 質(zhì)量控制和安全保障

裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑在制造工廠中進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制，通過標(biāo)準(zhǔn)化的制造過程和詳細(xì)的質(zhì)量檢驗(yàn)，確保構(gòu)件的準(zhǔn)確性和一致性，此外，模塊化的設(shè)計(jì)和施工能夠大大減少人為失誤的可能性，提高了施工的精確度和質(zhì)量的可控性。在現(xiàn)場施工過程中，各個(gè)構(gòu)件的精確對(duì)接和牢固連接也能夠確保整個(gè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑還可采用該建筑模型的專門設(shè)計(jì)規(guī)范，進(jìn)一步加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的安全性。

2.3 環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展

裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑強(qiáng)調(diào)工業(yè)化生產(chǎn)和模塊化設(shè)計(jì)，有效減少了現(xiàn)場施工對(duì)資源和能源的需求。鋼材作為可回收材料，能夠有效地減少建筑廢棄物的產(chǎn)生，并實(shí)現(xiàn)資源的再利用。此外，鋼結(jié)構(gòu)建筑相比傳統(tǒng)混凝土建筑具有輕質(zhì)化特點(diǎn)，減少了建筑對(duì)土地的承載壓力，是一種可持續(xù)發(fā)展的建筑形式。同時(shí)，裝配式施工過程中能夠減少噪音、灰塵和污染物的釋放，對(duì)周邊環(huán)境影響較小，這些環(huán)保和可持續(xù)的特性使得裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑成為未來建筑發(fā)展的趨勢。

3 裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑施工技術(shù)應(yīng)用

3.1 鋼結(jié)構(gòu)制造與預(yù)制技術(shù)

裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的制造過程通常涉及多個(gè)步驟，其中包括鋼材的切割、焊接和拼裝等工藝。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙中的尺寸要求，工程師會(huì)對(duì)鋼材進(jìn)行精確的切割，可通過高精度設(shè)備如數(shù)控切割機(jī)實(shí)現(xiàn)，確保鋼材的準(zhǔn)確度和一致性。然后，經(jīng)過切割的鋼材會(huì)通過焊接工藝連接在一起，形成構(gòu)件的基本形狀。焊接通常使用各種焊接技術(shù)，如電弧焊、氣焊、激光焊等，以確保連接的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，預(yù)制的鋼構(gòu)件可以按照計(jì)劃進(jìn)行標(biāo)記、包裝和運(yùn)輸，以便在現(xiàn)場進(jìn)行快速組裝。

3.2 模塊化設(shè)計(jì)與施工

裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的核心思想是模塊化設(shè)計(jì)和施工，這意味著將整個(gè)建筑劃分為多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的模塊，每個(gè)模塊都可以獨(dú)立制造和運(yùn)輸。模塊化設(shè)計(jì)可以極大地提高施工效率和質(zhì)量控制，減少現(xiàn)場工作量和時(shí)間，模塊化還允許同時(shí)進(jìn)行多個(gè)工作任務(wù)，如制造、運(yùn)輸和現(xiàn)場安裝，從而實(shí)現(xiàn)施工進(jìn)度的有效管理和控制。每個(gè)模塊都經(jīng)過精確設(shè)計(jì)和制造，以確保在現(xiàn)場組裝時(shí)的高度匹配和連接。

3.3 現(xiàn)場安裝與吊裝技術(shù)

裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的組裝通常通過吊裝完成，在現(xiàn)場施工前，必須進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)查和準(zhǔn)備工作，確保場地的空間和設(shè)備能夠容納吊裝操作。然后，吊車或起重機(jī)將預(yù)制的鋼構(gòu)件準(zhǔn)確地吊裝到建筑物的預(yù)定位置，吊裝需要高度協(xié)調(diào)和準(zhǔn)確操作，以確保構(gòu)件的安全性和穩(wěn)定性。事先進(jìn)行吊裝方案和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是必要的，以確保安全施工，一旦構(gòu)件安裝到位，需要進(jìn)行進(jìn)一步的精確調(diào)整和固定，如螺栓連接、焊接等，以確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。

3.4 基礎(chǔ)處理與固定

鋼結(jié)構(gòu)建筑的基礎(chǔ)處理是確保整個(gè)建筑物穩(wěn)定性的重要步驟，需要進(jìn)行地基處理，這可能包括挖掘、填土和加固等。地基處理的目的是確保地基承載能力滿足建筑物的要求，并提供穩(wěn)定的支撐。此外，在地下施工中，還需要考慮地下管線的布置和地下結(jié)構(gòu)的建設(shè)，如地下停車場或地下設(shè)施。在安裝鋼結(jié)構(gòu)前，必須在基礎(chǔ)上進(jìn)行固定和加固，以確保整個(gè)建筑物的穩(wěn)定性和承載能力。這可能涉及混凝土澆筑、螺栓固定和鋼筋加固等工藝。

3.5 配套設(shè)施與裝修

裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑在施工過程中，還需要考慮配套設(shè)施的安裝，包括水電管線、消防系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)等基礎(chǔ)設(shè)施的布置和連接，這些配套設(shè)施的安裝需要與鋼結(jié)構(gòu)的施工相協(xié)調(diào)，以確保管線的合理布置和連接，保證安全、可靠的使用。此外，裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑在完成施工后還需要進(jìn)行內(nèi)外裝修工程，包括墻面裝飾、地板鋪設(shè)、室內(nèi)設(shè)備安裝等。

4 裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的施工工藝創(chuàng)新

4.1 預(yù)制工廠化生產(chǎn)

裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的施工工藝創(chuàng)新之一是采用預(yù)制工廠化生產(chǎn)的方式，即在工廠中提前制造好各種構(gòu)件和模塊，然后運(yùn)到現(xiàn)場進(jìn)行裝配。這種方式能夠提高施工效率，減少現(xiàn)場施工時(shí)間，同時(shí)能夠保證施工質(zhì)量和安全。在傳統(tǒng)的施工方式中，鋼結(jié)構(gòu)建筑的構(gòu)件需要在現(xiàn)場進(jìn)行加工、焊接和鉆孔等繁瑣的工序，而預(yù)制工廠化生產(chǎn)將這些工序轉(zhuǎn)移到了工廠中完成。在工廠內(nèi)，可以通過高度自動(dòng)化的生產(chǎn)線進(jìn)行構(gòu)件的制造和裝配，提高工作效率和質(zhì)量控制。同時(shí)，工廠環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定，可以提供更好的工作條件，減少對(duì)施工人員的身體負(fù)荷，降低事故風(fēng)險(xiǎn)。預(yù)制工廠化生產(chǎn)還可以有效縮短施工周期，在傳統(tǒng)的施工過程中，施工現(xiàn)場需要進(jìn)行大量的協(xié)調(diào)和組織工作，而預(yù)制工廠化生產(chǎn)可以將這些工作提前完成。一旦現(xiàn)場準(zhǔn)備就緒，預(yù)制的構(gòu)件和模塊可以迅速運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場，并進(jìn)行快速的拼裝和安裝。因此，與傳統(tǒng)施工方式相比，預(yù)制工廠化生產(chǎn)可以將整個(gè)施工周期縮短30%～50%。

4.2 模塊化設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)化

裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的施工工藝創(chuàng)新還包括模塊化設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)化，通過將建筑模塊化設(shè)計(jì)，將其制作成標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件和模塊，實(shí)現(xiàn)了工程的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)?；a(chǎn)，可以降低設(shè)計(jì)和施工難度，提高整體施工效率，并且方便后期拆卸和重新組裝。模塊化設(shè)計(jì)是將建筑劃分為獨(dú)立的模塊，每個(gè)模塊都是一個(gè)完整的單元，在制造過程中可以獨(dú)立生產(chǎn)和檢查，這樣的設(shè)計(jì)可以加速施工速度，因?yàn)楦鱾€(gè)模塊可以并行制造和運(yùn)輸，然后在現(xiàn)場組裝。此外，模塊化設(shè)計(jì)還可以提高建筑的靈活性，因?yàn)槟K可以根據(jù)需要進(jìn)行組合和重新配置，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的設(shè)計(jì)和改變。標(biāo)準(zhǔn)化是指將不同的構(gòu)件和模塊進(jìn)行統(tǒng)一的規(guī)格和尺寸設(shè)計(jì)，以便在不同的項(xiàng)目中通用，通過標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，可以減少設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的時(shí)間和成本，提高生產(chǎn)效率。同時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)化還可以提高質(zhì)量控制，減少因?yàn)椴煌?yīng)商和承包商之間的差異而導(dǎo)致的問題。

4.3 現(xiàn)場裝配技術(shù)

傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)建筑施工需要在現(xiàn)場進(jìn)行焊接和鉆孔等繁瑣的工序，而裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的施工工藝創(chuàng)新在現(xiàn)場采用更加簡便快捷的現(xiàn)場裝配技術(shù)，這些技術(shù)包括采用螺栓連接、快速安裝法蘭等方式，減少了施工工藝的復(fù)雜性和施工時(shí)間，提高了施工效率。現(xiàn)場裝配技術(shù)是將預(yù)制好的構(gòu)件和模塊在現(xiàn)場進(jìn)行快速的拼裝和安裝。其中，螺栓連接是一種常用的技術(shù)，通過預(yù)先在構(gòu)件上打孔，然后使用螺栓進(jìn)行連接，這種方式相比焊接可以更靈活地組裝和更加方便地拆卸，同時(shí)也減少了對(duì)現(xiàn)場高溫焊接的需求，降低了安全風(fēng)險(xiǎn)?？焖侔惭b法蘭是另一種常用的現(xiàn)場裝配技術(shù)，通過在構(gòu)件之間使用法蘭進(jìn)行連接，這種方式可以減少施工中的焊接工序，提高施工效率，并且方便后期的維護(hù)和改動(dòng)。采用現(xiàn)場裝配技術(shù)可以大幅度縮短施工周期和減少現(xiàn)場工作量。由于構(gòu)件已經(jīng)在工廠中進(jìn)行了預(yù)制和加工，現(xiàn)場的施工只需要進(jìn)行組裝和連接即可，與傳統(tǒng)的施工方式相比，現(xiàn)場裝配技術(shù)可以將施工時(shí)間縮短約50%～70%，從而節(jié)約了人力資源和施工成本。

4.4 數(shù)字化施工管理

裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的施工工藝創(chuàng)新還包括數(shù)字化施工管理，通過引入先進(jìn)的信息技術(shù)和建筑信息模型(BIM)等工具，實(shí)現(xiàn)施工過程的全過程可視化和數(shù)字化管理，這樣可以提前發(fā)現(xiàn)和解決施工中的問題，協(xié)調(diào)各方的工作，提高施工效率和質(zhì)量，并降低成本和安全風(fēng)險(xiǎn)。數(shù)字化施工管理的關(guān)鍵是建筑信息模型(BIM)的應(yīng)用，BIM 是一種基于三維模型的數(shù)字化建筑設(shè)計(jì)和管理的方法，通過BIM，可以將建筑項(xiàng)目的各個(gè)方面包括設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維等信息整合到一個(gè)統(tǒng)一的模型中，實(shí)現(xiàn)全過程的可視化和協(xié)同管理。在裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的施工中，BIM 可以被用來進(jìn)行設(shè)計(jì)和碰撞檢測，通過BIM 模型的建立，可以對(duì)建筑的各個(gè)部分進(jìn)行仿真和預(yù)測，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)問題、空間沖突等潛在的施工難點(diǎn)，提前進(jìn)行協(xié)調(diào)和優(yōu)化。此外，BIM 還可以用于施工進(jìn)度管理、資源調(diào)配和材料供應(yīng)等方面，實(shí)現(xiàn)施工過程的精細(xì)化管理。

5 結(jié)語

首先，采用智能化裝配工具和精密制造的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件，有效降低了高空作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)，并提高了整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與可靠性。其次，裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑施工技術(shù)能夠顯著提高施工效率，通過工廠化生產(chǎn)、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)和流水線作業(yè)，大幅縮短了施工周期，使得工程項(xiàng)目能夠更快速地完工。在實(shí)際案例中，裝配結(jié)構(gòu)的施工周期縮短了50%以上。裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑施工技術(shù)能夠保證施工質(zhì)量的一致性和穩(wěn)定性，通過工廠內(nèi)精密制造和嚴(yán)格質(zhì)量控制，確保了構(gòu)件質(zhì)量的高度可控，標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)和施工流程減少了人為因素引起的質(zhì)量問題，使得建筑具有更出色的抗震性、抗風(fēng)性和耐久性。