模塊化裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑施工技術(shù)應用研究

【摘要】為研究模塊化裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑施工技術(shù)的應用，文章以某園藝體驗中心項目為例，分析了模塊化施工分區(qū)、施工加固支撐選擇和BIM技術(shù)應用等關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)，并對基礎施工流程、模塊吊裝、模塊連接等方法進行了深入探討。研究結(jié)果表明，模塊化裝配式建筑不僅提高了施工效率，縮短了工期，還有效降低了勞動力和時間成本，同時實現(xiàn)了高質(zhì)量的建筑效果和生態(tài)性能。

【關(guān)鍵詞】模塊化建筑；鋼結(jié)構(gòu)；施工技術(shù)；BIM技術(shù)；裝配式建筑

【中圖分類號】TU758.1 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-6028（2025）01-0010-03

0 引言

近年來，模塊化裝配式建筑因其高效、快速的特性而在建筑行業(yè)中獲得了廣泛關(guān)注。鋼結(jié)構(gòu)也以其優(yōu)越的強度和靈活設計能力成為模塊化建筑的核心。目前，如何通過優(yōu)化施工技術(shù)來提升模塊化鋼結(jié)構(gòu)建筑的施工效率和質(zhì)量成為業(yè)內(nèi)研究的重點。本文通過某園藝體驗中心的實際工程，探討了模塊化裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑施工中的關(guān)鍵技術(shù)應用，以期為相關(guān)工程項目提供借鑒。

1 工程概況

某園藝體驗中心項目旨在構(gòu)建國家4A級園藝藝術(shù)休閑景區(qū)，建筑風格結(jié)合了工業(yè)建筑與園林景觀的獨特特征。該項目建筑總面積為550 m2，采用全鋼結(jié)構(gòu)，并通過模塊化裝配的方式進行建造。設計上采用了17個相同尺寸模塊，通過“十字形”對稱正交疊置的設計手法，實現(xiàn)現(xiàn)代雕塑感的建筑形體。模塊化建筑體現(xiàn)了高效、經(jīng)濟、快速、環(huán)保的設計理念，符合當前建筑業(yè)的發(fā)展方向。建筑模塊在工廠預制后，通過公路運輸至施工現(xiàn)場，這種模式不僅提高了施工效率，也保證了現(xiàn)場施工的精確性和安全性。該項目建筑設計三維效果，如圖1所示。

2 模塊化裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑施工技術(shù)

2.1 模塊化的施工分區(qū)

模塊化施工以鋼結(jié)構(gòu)為核心單元，通過優(yōu)化設計，實現(xiàn)了標準化和工廠化生產(chǎn)。根據(jù)GB/T 50100—2001《住宅建筑模數(shù)協(xié)調(diào)標準》，建筑基本模數(shù)為100 mm，以模數(shù)M表示，通過擴大模數(shù)3M來滿足設計與施工的需求[1]。每個模塊單元的尺寸為長12 m、寬2.4 m、高3 m，共17個模塊，搭建成2層，最頂層用于設置豎向樓梯和標志模塊。

模塊化設計不僅減少了構(gòu)件規(guī)格，還便于現(xiàn)場快速裝配。在具體的施工過程中，模塊的功能劃分十分明確，包括社交、休息、購物、備餐、衛(wèi)浴、圖書、觀光及儲藏等功能模塊，詳細的功能劃分確保了每個模塊的用途和操作流程的高效。因此，在進行模塊化裝配時，可以大大提高施工的精確性和效率。

2.2 施工加固支撐的選擇

在模塊化裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑施工中，選擇合適的支撐體系至關(guān)重要，這直接影響了模塊吊裝的整體穩(wěn)定性和平衡性。為了增加模塊的抗側(cè)能力和整體剛度，結(jié)構(gòu)的變形能力被作為關(guān)鍵考核指標。考慮到結(jié)構(gòu)的側(cè)移特性，選用合適的支撐形式是保證施工質(zhì)量的重要因素。表1比較了4種常見支撐體系在變形位移和抗側(cè)變形能力方面的表現(xiàn)。

根據(jù)數(shù)值分析和對比研究，采用單斜桿和X形支撐組成的結(jié)構(gòu)體系在層間位移方面表現(xiàn)出最小化，這表明其在相似條件下具備較強的抵抗側(cè)向變形的能力，結(jié)構(gòu)效率也顯著提高。相對而言，使用人字形支撐和K形支撐的結(jié)構(gòu)體系，其層間位移較大，抵抗變形的能力相對較弱。從這些分析可以推斷，在懸挑結(jié)構(gòu)和開口門窗的部位，選擇斜桿支撐其抗側(cè)能力更強，施工操作更加簡便，同時相比X形支撐更能節(jié)省鋼材。因此，在施工過程中，應在懸挑模塊和窗戶位置優(yōu)先選擇斜桿支撐進行加固，設計見圖2[2]。

2.3 應用BIM技術(shù)進行深化設計

在模塊化建筑的設計和施工過程中，BIM技術(shù)發(fā)揮了極其重要的作用。通過BIM技術(shù)可以優(yōu)化模塊設計并進行施工模擬，確保每個模塊在工廠預制和現(xiàn)場裝配環(huán)節(jié)的無縫銜接。BIM技術(shù)的應用使得17個模塊能夠按編號順序合理拼裝，并通過模擬確定最佳的連接件位置及穿孔預留位置，從而提高了模塊安裝的準確性和效率。

在設計過程中，通過BIM技術(shù)可以精確計算和展現(xiàn)每個模塊的空間占用和結(jié)構(gòu)連接，避免了現(xiàn)場施工的盲目性。通過合理利用BIM三維建模和信息化管理能力，施工人員可以在虛擬環(huán)境中驗證和調(diào)整每一個細節(jié)，確保實際施工中無誤差，從而實現(xiàn)高質(zhì)量的建筑效果。整體來看，BIM技術(shù)的應用不僅節(jié)省了工期，也降低了項目成本，極具實踐意義。

3 模塊化裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑施工技術(shù)的應用要點

3.1 基礎施工流程與要點

基礎施工作為模塊化裝配建筑最初的重要步驟，通常涵蓋多項精細操作以確保建筑的穩(wěn)固性和長壽命。基礎施工流程包括定位放線、基礎開挖、基礎修整、基礎驗收、混凝土墊層澆筑、軸線引設、鋼筋制作與安裝、預埋鋼板、模板和鋼筋驗收、基礎混凝土澆筑、養(yǎng)護和土體回填。

開挖過程中，施工人員根據(jù)地質(zhì)勘探報告準確挖掘，并利用經(jīng)緯儀確認基坑尺寸和深度是否符合設計要求。基礎混凝土的強度等級設定為C30，通常會通過28 d的標準養(yǎng)護期測試來驗證其抗壓強度，同時還需要使用標準尺寸的100 mm厚C15素混凝土來作為基礎墊層材料。當使用磚模時，采用實心磚以增強結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性。

在預埋鋼板部分，具體需要通過全站儀精確安裝，特別是雙拼模塊和單獨角件的鋼板規(guī)格分別為382 mm×218 mm×16 mm和218 mm×202 mm×16 mm，以確保后續(xù)裝配的精度。在施工現(xiàn)場，各種材料的運輸和堆放安排應有序進行，避免交叉污染，并做好氣象影響預防措施，確?；A施工環(huán)節(jié)的順利進行。工程基礎施工材料參數(shù)及用量計算，如表2所示[3]。

3.2 施工前準備

施工前準備環(huán)節(jié)會直接影響到項目的總體效率與質(zhì)量。在模塊化裝配建筑中，準備過程包括全面的運輸和吊裝計劃，為此應根據(jù)模塊尺寸和重心計算出最經(jīng)濟和適宜的運輸路線。模塊通常通過公路貨車運輸，在此過程中需預先進行包裝保護，一般使用厚塑料膜進行外部覆蓋以避免碰撞損傷。出廠前，精細的質(zhì)量驗收與預組裝是必不可少的步驟，能夠有效保證模塊在現(xiàn)場連接的兼容性，減少返工概率和成本支出。

針對可能出現(xiàn)的天氣、交通等不確定因素需要制定應對策略。在運輸和吊裝方案中，具體細化到車輛的選用型號、運輸途徑、裝卸時間、臨時交通管制等，確保模塊在途的安全和快捷。施工團隊應提前在現(xiàn)場建立起必要的基礎設施，以便模塊到達后快速進行裝卸和定位。所有這些準備措施為后續(xù)的模塊吊裝和連接提供了堅實的基礎。

3.3 模塊吊裝技術(shù)

模塊的吊裝是施工中一項十分具有技術(shù)性的工作，將直接影響到建筑物的整體穩(wěn)固和安全性。在選擇吊點時，基于吊裝穩(wěn)定性和受力均衡的原則，通常選擇模塊單元長度方向兩端的20%位置作為吊點。此設計能夠有效減少結(jié)構(gòu)在吊裝過程中的應力集中問題，使得吊裝的穩(wěn)定性達到最佳。此外，模塊吊裝需要使用包括QY50在內(nèi)的重型起重機，配合φ22.5 mm的高強度鋼絲繩保證模塊重心合適。吊裝前應對起重機和協(xié)助框架的位置進行精準測量和標定，使鋼絲繩與模塊之間的夾角始終保持在60°左右，以確保受力的安全穩(wěn)定性。在操作時，確保四點吊裝均勻受力，避免鋼絲繩在起吊后對模塊造成的變形損傷。在就位過程中，通過全站儀校正模塊的尺寸和位置偏差，確保模塊安裝符合設計規(guī)范。吊裝的每一步都需嚴格按照方案進行，確保每個步驟都無誤差地實現(xiàn)。模塊化建筑吊裝數(shù)據(jù)及計算如表3所示[4]。

3.4 模塊連接技術(shù)

模塊之間的連接技術(shù)直接關(guān)系到整個結(jié)構(gòu)的剛性和穩(wěn)定性。采用高強度M24螺栓與焊接相結(jié)合的方法來進行模塊固定，確保結(jié)構(gòu)的抗拉和抗剪強度達到建筑設計標準。雙拼模式下，通過螺栓對拉實現(xiàn)模塊的緊密結(jié)合，在受力孔位置增加5 mm鍍鋅扁鐵通過焊接形成防水層，內(nèi)部使用橡塑保溫板填充，外用硅酮耐候密封膠密封。上下模塊之間的節(jié)點通過角鋼焊接和螺栓緊固來實現(xiàn)牢固連接。尤其在交界節(jié)點處，應采用加厚鋼板（如400 mm×200 mm×20 mm）以增強節(jié)點的受力穩(wěn)定性，減少節(jié)點變形的可能性[5]。

在處理連接時，應密切關(guān)注各接口的對接精度，通過數(shù)控設備精確切割和鉆孔，保證各部分的嚴密配合。在現(xiàn)場施工中嚴格監(jiān)控模塊連接的規(guī)范執(zhí)行，并使用專業(yè)檢測設備在連接后進行麥克風測試來檢測接縫處的密封性。

4 應用成效分析

在該游客服務中心的建設項目中，模塊化裝配式鋼結(jié)構(gòu)設計與施工的成功實踐提供了寶貴的經(jīng)驗。全程使用BIM技術(shù)對施工過程進行模擬，幫助優(yōu)化安裝順序和位置調(diào)整，確保模塊的準備、安裝和后續(xù)連接環(huán)節(jié)保持高效運作。通過精細化管理和嚴謹?shù)募夹g(shù)控制，施工工期得以縮短約30%，現(xiàn)場工人減少約20%，體現(xiàn)了勞動力和時間成本的雙重節(jié)約。該建筑依托模塊化的靈活性和可重復利用性，在施工后期可以快速進行模塊拆卸和重組，展現(xiàn)出高度的結(jié)構(gòu)可調(diào)整性和經(jīng)濟適用性。

由于采用雙拼模塊和“十字形”組合結(jié)構(gòu)，不僅提高了建筑的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，更在造型上達到了預期的立體效果目標。此外，該項目通過在模塊周圍安裝適宜的綠植和遮陽設施，進一步增強了建筑的生態(tài)性能和用戶體驗。此研究的實踐成果為進一步推廣模塊化建筑提供了有力的技術(shù)支持和范例。

5 結(jié)語

本文通過分析模塊化裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑在某園藝體驗中心項目中的應用，證明了該施工技術(shù)的顯著優(yōu)勢。模塊化設計與裝配提高了施工效率，縮短了工期，同時降低了成本。BIM技術(shù)的集成應用則確保了施工的精確性和無縫銜接，為未來模塊化建筑的發(fā)展提供了參考和創(chuàng)新思路。此項目的成功為其他類似工程提供了寶貴的經(jīng)驗，進一步推動了裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑在行業(yè)中的普及與實踐應用。

參考文獻

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[作者簡介]張曉明（1986—），男，吉林人，本科，工程師，研究方向：裝配式建筑施工技術(shù)與管理。