淺談鋼結構裝配式住宅特點和施工質量控制要點

文/吳強、梁軍　中國十七冶集團有限公司 安徽馬鞍山 243000

隨著我國城鎮化進程的加快和科學技術的進步，人們的居住環境得到改善，生活方式也有很大的改變，建筑行業呈現出蓬勃發展的態勢，建筑風格和建筑結構形式也呈現多元化發展。磚混結構、鋼筋混凝土結構等發展也日漸成熟，不管是從規范、設計、質量管理都形成了一套完整、成熟的體系。傳統的磚、混凝土都是不可再生材料，拆除后材料利用率低，對環境的保護帶來了嚴重影響，形成難以處理的建筑垃圾，不符合國家可持續發展戰略的要求。隨著國家可持續發展戰略的提出，新技術、新材料、新工藝得到了廣泛的應用，鋼結構住宅以其經濟合理、高效和綠色環保等優點，開始登上歷史的舞臺，這種新型建筑的工業化對改變建筑業現狀、實現建筑行業的高效可持續發展具有重要的現實意義。

1、鋼結構住宅的特點

1.1　鋼結構住宅的優點

1.1.1　適用性高

傳統的房屋建筑由于所用材料的特性，在空間布置上受到建筑構件尺寸和空間尺寸的限制。若是房屋的開間尺寸過大，就會增加結構的尺寸，比如增加承重板的厚度、加大梁柱的截面尺寸等，既增加了結構的重量又增大了建造成本，還影響室內的美觀，從而限制了人們對空間的使用自由。一方面，與傳統鋼筋混凝土結構相比，當構件擁有相同的尺寸時，鋼結構能夠承受更大的荷載；當結構承受相同荷載時，鋼結構所用材料的量更小。另一方面，建筑結構截面尺寸的降低，可以提高房屋室內面積的使用率，與傳統的磚混結構或者鋼筋混凝土結構相比，鋼結構的室內面積使用率提高了6%左右。更重要的是，鋼結構的重量輕，且鋼材具有一定的延展性，當結構受到地震荷載破壞力作用時，可以吸收較多的能量，從而降低了結構脆性破壞的危險程度，所以鋼結構抗震性能好，結構的安全性更高。有報道稱，1999年9月21日在我國臺灣發生的里氏7.6級強烈地震中，鋼筋混凝土和磚混結構的建筑遭受嚴重破壞，破壞率達75%以上，而這次大地震中鋼結構建筑的破壞率極小，僅占0.6%。[1]

1.1.2　綜合效益高

目前，我國的鋼結構的發展水平仍然處在較低的水平，其經濟性制約了鋼結構發展。一般而言，鋼結構住宅的土建造價要比鋼筋混凝土住宅高10%-20%，但鋼結構住宅在基礎造價上要比鋼筋混凝土結構節約30%，房屋室內面積的使用率可提高6%左右，并且鋼結構住宅的施工工期也比鋼筋混凝土結構縮短30%，這樣就使得建筑工程的投資資金的占用周期大大縮短，加速了資金的周轉速度。另外，鋼結構住宅工程的施工用水少、占地少，不污染周圍環境，降低了噪聲、粉塵和建筑垃圾對周圍環境的二次污染，且拆除后鋼材的利用率高。從長遠利益出發，鋼結構比傳統建筑結構在環境保護上更具有優勢，屬于綠色環保型建筑結構，符合可持續發展的要求。綜合考慮，在新型建筑工業化的進程中，鋼結構住宅的綜合效益就會越來越明顯。

1.1.3　工業化的生產

在現代建筑工程管理中，計算機的應用貫穿至工程的設計、施工、驗收、使用等整個過程始終。更先進的計算機軟件使鋼結構住宅設計周期變短，同時實現了結構構件的標準化生產，所用構件在工廠大批量加工制造，質量和精度上得到了保證。施工上采取機械化的裝配模式，提高了施工速度和施工效率，降低了整個工程的施工周期。

1.2　鋼結構住宅的缺點

1.2.1　材料本身的缺點

鋼材具有強度高、塑性好、韌性好等優點，但是鋼材易受空氣中水分、氧氣等多種因素的影響而產生銹蝕現象，即其耐腐蝕性差。鋼材經過銹蝕后，會使其本身的強度降低，影響其使用性能，而且局部的腐蝕會引起鋼結構的集中應力，從而影響了結構使用的安全性。另外，鋼材的耐火性差，一般常用建筑鋼材的臨界溫度為540℃，一般而言，建筑火災中火焰的溫度一般在800～1200℃之間，當建筑火災發生時，火焰的溫度會迅速升高，10分鐘內火焰溫度就可以高達700℃，這已經超出鋼材的臨界溫度，此時鋼材已經失去承載能力，從而導致鋼結構建筑物的垮塌。因此鋼結構構件要有很好的防火、防腐措施，鋼構件表面和細部節點涂料的涂刷成為控制的重點。而鋼結構柱體，通常和鋼筋混凝土材料共同使用，如鋼柱外包鋼筋混凝土。

1.2.2　與其他工程的整體性差

應用于住宅中的鋼結構并不是獨立存在的一個個體，它只是住宅的主體結構。它和墻體工程、屋面工程、水電安裝工程、防水工程等配套設施形成了一個復雜的體系。當前材料的性能和安裝等方面，與鋼結構設計在保溫、隔熱、防水以及耐久性能方面還有些不相匹配。如當前墻體材料經常使用的是蒸壓輕質加氣混凝土板（簡稱ALC板），它具有防水、防滲露、保溫性能好等特點被廣泛使用，但是在施工當中連接方式和細部節點的處理不當和板縫之間的密封材料的選擇不當，容易造成墻體的滲漏。

2、質量控制要點

2.1　施工前期準備

施工圖紙會審和技術交底是施工準備的重點內容，做好施工圖紙會審和技術交底工作是保障鋼結構施工順利進行的前提。施工圖紙作為施工的依據，工程項目技術部門在進行施工之前應當組織相關技術人員進行審查，其一是為深入了解圖紙設計者的意圖，掌握整個工程的特點，提前找出需要解決的技術難題，其二是為了對施工圖紙進行復查，將圖紙中影響施工的問題檢查出來，防止圖紙出錯。其三是在圖紙會審的時候可以提出問題，把圖紙有疑問、漏項地方同建設單位、設計單位共同解決，有利于施工的順利進行。

技術交底是為了讓直接參與工程的施工人員能夠了解施工過程中需要注意的事項，把握影響施工質量的關鍵點，以做到施工和設計的相結合、鋼結構吊裝和土建施工相結合、鋼結構和混凝土施工相結合。另外，項目技術人員要對于新技術、新工藝的施工要進行學習，對施工工藝充分了解、對工序之間的施工銜接安排得當、對施工人員做好安全技術交底工作。在保證質量的同時安全工作作為重點控制點。

2.2　鋼結構深化設計

作為鋼結構工程中一項必不可少的工作，深化設計的深度、精度直接影響到鋼結構的加工、安裝質量；尤其是新型高層鋼結構住宅工程，鋼筋混凝土構件與鋼構件的連接通常采用鋼構預留穿筋孔、預焊鋼筋套筒、設置鋼牛腿環板與受力鋼筋焊接等方式，因此深化設計不能單純考慮鋼構件深化，還應該細化到與鋼筋混凝土構件的銜接，加大了深化設計的難度，因此要求深化設計人員加強與土建、鋼筋翻樣人員的密切配合，避免日后施工產生過多的矛盾；外墻維護結構采用預制蒸壓加氣混凝土板（ALC板）的，由于ALC板安裝工藝要求采用鐵件與主體鋼構件焊接固定，為保證焊接固定質量，固定鐵件宜在鋼結構深化設計時同步考慮，在鋼構件加工時工廠同步完成，有條件的可利用BIM軟件進行輔助設計。

2.3　鋼結構加工、運輸質量控制

鋼結構工程的施工過程主要包括鋼結構構件的工廠制作和現場安裝兩個階段，鋼結構構件加工質量的好壞直接影響到鋼結構施工過程中的質量和使用過程中的安全；由于鋼結構住宅造價略高的原因，業主在考慮建造經濟成本時，往往會要求設計單位盡量降低單位平方用鋼量，鋼構件設計的較為細弱，極易產生扭曲變形；因此，為了保障鋼結構構件的安裝施工質量，鋼構件在加工時除了要按照常規加工要求嚴格控制加工質量，還應該加強構件成型后涂裝前的二次矯正工作；為防止鋼構件在運輸過程中產生扭曲變形，給后續安裝精度造成影響，構件運輸時綁扎必須牢固，防止松動，鋼構件在運輸車上的支撐方式、兩端伸出支點的距離和綁扎方式都應能確保鋼構件不產生變形，并且鋼構件也要有保護表面涂層不受損壞的措施，通過這些保障措施使運輸對鋼構件的危害程度降到最低保證運輸安全。

2.4　鋼結構的安裝質量控制

鋼結構的安裝質量控制主要包括安裝前、安裝過程當中和安裝完成后的質量控制。在鋼結構構件安裝前，應對構件的質量、出場合格證及預拼裝記錄進行檢查，重點對鋼構件的變形程度檢查復核，如果構件的變形、缺陷超出規范和設計規定的范圍，要對鋼構件進行矯正處理達到允許范圍之后再進行安裝。安裝過程當中要加強施工人員的管理，嚴格按照技術交底作業，并及時檢查保證施工質量。鋼結構柱體安裝完畢校正后，及時對柱腳進行灌漿，用膨脹混凝土進行澆筑，振搗要密實到位。就高層鋼結構的安裝而言，下面著重介紹焊接變形控制和鋼構安裝的測量校正。

2.4.1　焊接工程的質量控制

焊接工藝是鋼構件制作和安裝過程中的重點控制環節。焊接質量問題較多存在于手工焊縫，應加強焊前焊接工藝評定工作，對于不合格的焊縫，需要報技術人員進行焊接工藝的討論，確定方案后進行處理，不得擅自處理，對于同一位置的焊縫反復處理次數不應大于2次。大批量焊接應以控制鋼構件的應力、應變為基本出發點，制定詳細的焊接方式和順序，禁止把焊口合攏的部位留置在構件應力集中的位置。對于框架結構來說，柱剛性接頭的焊接施工，首先從整個結構的中間構件上焊接，形成框架以后再向兩側對稱施焊。對于柱和柱之間的對接焊接，要安排兩名焊工從柱體兩側相反方向對稱焊接。H型鋼柱首先焊接翼緣板，然后焊接腹板。要有防止溫度過高的措施，減小溫度應力。當焊縫超過一定長度時，可采用兩名焊工分段同步焊接的跳焊法，用來減少構件變形。最后一層焊縫施工要一次成型，禁止分段焊接。

2.4.2　鋼構安裝的測量校正

高層住宅鋼結構的安裝對精度控制要求極為嚴格，以高度100米的鋼構為例，垂直安裝誤差要求控制在2cm內才能不影響后續維護結構的施工質量，因此要求在每一安裝高度段都必須嚴格測量控制，避免出現“下層差之一毫，上層偏之千里”的不利局面。安裝測量工作應從基礎預埋時就高度重視，嚴格控制預埋地腳螺栓的平面尺寸和支撐固定的穩定性；土建施工過程中跟蹤監測埋件偏移情況，遇有問題及時處理，為后續安裝精度打下良好的基礎。豎向構件安裝時每一個安裝高度段內，應對所有構件逐個用兩臺經緯儀從90度方向進行反復校正垂直度；鋼梁安裝時宜從中間位置向兩邊對稱施工以減小累計誤差的影響，同一安裝高度內所有構件安裝完成應再次全面復核校正后再實施橫豎向構件的緊固和焊接。

結語：

鋼結構以其施工速度快、綜合效益好、綠色環保、工業化的生產等優點應用在建筑工程中，鋼結構住宅也必然會成為以后住宅工程的發展方向。在工程施工過程中，加強質量的控制使房屋在功能性和適用性上更好滿足人們的需求，實現人們的居住環境和經濟的協調發展。

參考文獻:

[1]王亞勇.臺灣9.21大地震特點及震害經驗[J].工業抗震，2000（2）.

[2]鋼結構高強度螺栓連接的設計、施工及驗收規程JGJ82-91.

[3]鋼結構工程施工質量驗收規范GB50205-2001.