高層鋼結構裝配式建筑關鍵施工技術研究

鄭滿才 （山西一建集團有限公司，山西 太原 030012）

隨著城市化建設的快速發展，高層建筑成為城市的主流建筑，并且隨著建筑技術的不斷進步，人們對于建筑產品各性能的要求也不斷提高。裝配式建筑施工以其低能耗、高效率、管理精細、綠色低碳等優點逐步取得了市場認可，并成了未來建筑發展的趨勢，根據國家有關部門的意見將大力支持在裝配式建筑中采用鋼結構，并且逐步完善裝配式建筑的各種標準和規范體系。因此，采用鋼結構的裝配式建筑將成為未來建筑的研究和發展方向，本文提出的裝配式建筑中鋼結構施工技術的研究具有一定的經濟效益和社會價值[1-4]。

1 裝配式鋼結構的優勢分析

當前階段的城市高層建筑施工技術，施工建設費時耗力、資金投入量大且工期較長，在施工過程中需要較大的勞動力投入，同時施工過程存在較大的安全風險且會對周圍生態環境造成一定的污染和破壞。科學技術的發展帶動著社會各業發生了翻天覆地的變化，建筑行業施工技術也取得了一定突破，建筑自動化、智能化施工技術使得建筑施工效率逐步提高。在當前人們不斷追求生活質量和品質的背景下，傳統的建筑施工模式和技術已經無法滿足當前建筑發展的需求，因此要想實現建筑業的可持續發展必須進行建筑施工技術的不斷革新。

裝配式建筑的出現滿足了現階段社會對建筑施工的安全高效、標準規范、綠色環保的要求，裝配式建筑是指建筑工程所需要的建筑預制結構件在施工前由工廠進行加工生產，然后將所有預制構件運至工地現場，施工人員按照建筑施工方案進行現場施工組裝。總體來說，這種施工模式可以實現工廠預制構件加工與現場建筑施工同步進行，減少了現場混凝土澆筑環節，有效降低了現場作業的安全風險、減少了環境污染、有效縮短施工周期并提高了施工效率。工廠可以根據建筑項目的結構尺寸需求進行預制鋼結構構件的生產和組裝，實現對建筑施工精度和成本預算的控制。

我國建筑業的發展經歷了木結構、混凝土結構、鋼結構等主要類型，通過對上述三種結構類型的對比分析，鋼結構設計無論是在工業化生產和后期施工現場應用更加符合當前建筑業的需求，鋼結構的生產效率和質量更加有利于現場施工。加工廠按照建筑工程施工圖紙和方案進行鋼結構預制構件加工，工業化生產效率有效提升了建筑結構施工精度，建筑質量水平得到提高。此外，建筑物采用鋼結構設計，更加有利于建筑內部布局設計的開放性，可以根據功能需求對建筑進行靈活設計。

2 高層建筑裝配式鋼結構施工的關鍵技術分析

2.1 BIM建模技術

BIM 技術是建筑行業的一種新技術，可以應用到建筑行業的全過程中，有效提高建筑建設的管理質量和施工效率。裝配式建筑的設計環節采用BIM 技術可以提高構件精度和效率，采用BIM 技術對建筑結構進行建模，模型搭載了建筑設計和施工的各種參數，工廠根據建筑結構模型進行預制構件加工，然后將預制構件運輸至施工現場的構件庫，現場進行建筑構件的安裝和施工。BIM技術可以根據建筑結構相關參數將傳統的二維施工圖紙轉變為三維模型，可視化的三維模型有利于設計優預制構件節點，更加有利于現場鋼結構預制構件的安裝和施工。采用BIM 技術建模時需要配合使用AUTOCAD 和TEKLA，可以對現場施工環境進行模擬預演，提高現場鋼構件安裝施工的效率。

2.2 配件的分段吊裝

建筑施工是整個裝配式建筑建設過程的核心環節，同時也是鋼結構預制構件現場組裝和安裝環節，鋼結構的現場安全風險大，需要嚴格執行相應的安全措施和現場施工方案。裝配式施工首先就是對鋼材結構的吊裝起重作業，吊裝作業開始前參照設計圖紙編制吊裝作業方案，全面分析預制構件的重量和型號以及現場的運輸條件和起重吊裝設備參數，確保現場的起重極限維持在最佳范圍內。當鋼結構構件的長度超過12m、寬度超過2.8m、高度超過4.5m 時，應對鋼結構分段處理以便滿足現場運輸和吊裝需要。鋼結構的分段吊裝應嚴格執行標準操作流程，并根據工程項目的實際情況做好吊裝方案設計。在使用大中型起重機時，根據鋼結構的具體形狀和現場場地情況合理調度各機械設備，提高現場吊裝的安全性。同時要認真分析起重設備的起重量、起升高度、幅度、跨度和工作速度等參數，既要保證起重設備工作范圍覆蓋施工現場，又要確保起重機各項性能滿足吊裝作業需要，確保吊裝作業順利進行，為裝配建筑后續施工打下良好基礎。

2.3 外墻施工技術分析

裝配式高層建筑外墻施工也是一項重要工程，裝配式建筑的鋼結構施工所用的外墻板和連接配件均為工廠預制，外墻板施工主要采用節點連接配件，將外墻板固定到建筑框架結構上，通常采用全熔透焊的方式將外圍墻板下托點和上限位點全面連接起來。根據行業施工經驗，預制外墻板的重量平均為400kg，在實際安裝過程中可以根據實際需要采用吊裝后移動作業。外墻安裝的具體操作流程為：施工人員檢查建筑鋼結構的平整度和垂直度，并進行適當調整；而后，根據施工圖紙校準外墻重點節點連接位置，并再次檢查外墻板及各種預制構件的型號和安裝位置。然后，采用起重機吊裝預制墻板，將預制墻板吊裝至安裝位置，并且對墻板和預制構件的位置進行適當微調；最后，對外墻板進行固定焊接，并且將預制構件埋件與鋼結構柱埋件進行焊接，確保外墻板的安裝牢固可靠。

2.4 鋼結構梁、柱安裝技術分析

采用BIM 技術對裝配式建筑鋼結構進行設計，根據設計參數對建筑物整體和鋼結構的梁柱進行三維立體模型搭建。在鋼結構立柱安裝施工之前，利用BIM 技術對施工方案進行施工進度的模擬預演，實現對施工各環節階段的碰撞檢查，并根據三維模擬進行細節方面的優化，確保施工過程的鋼結構立柱尺寸和位置符合施工方案要求。由于鋼結構的各個構件的質量直接關系到裝配式建筑整體的質量和性能，同時也為了保證施工過程的安全，應仔細檢查核對鋼結構柱和梁的質量信息。在大重量鋼結構吊裝之前，將主梁材料兩側用繩子捆綁結實，避免鋼結構吊裝過程中重心偏移而發生結構錯位。鋼結構安裝時，當梁柱的單次起吊重量小于5t時，可以結合工程情況采用“一鉤多吊”的吊裝方法，這樣可以最大程度上保證安裝施工效率。

2.5 減震消能技術分析

隨著城市高層建筑的不斷增多，建筑物的運行安全性能和抵御災害能力要求也會提高。對于裝配式高層建筑來說，其抵抗火災、強風、地震等災害的能力是一項挑戰。因此，裝配式建筑的設計和施工，其安全消防和抗震性能應滿足相應的規范要求。利用減震消能技術可以提高建筑物的安全性和穩定性，降低地震災害導致的建筑物倒塌風險。

近年來，隨著高層建筑的普及和科學技術的發展，抗震技術也得到了創新與發展。減震技術的原理就是在建筑物中安裝一定數量的減震消能裝置，增加建筑物的結構阻尼起到抗震減震效果。高層建筑中減震裝置安裝方式多種多樣，應根據建筑的具體結構進行科學合理的設計。高層建筑的減震消能裝置經常安裝在樓層之間、結構節點和剪力墻等部位，同時在剪力墻設計中采用無屈曲波紋鋼板可以進一步提高高層建筑的減震消能效果。該類型的剪力墻在外力作用下具有較大的剛度，對于地震、臺風導致的單側外力增加，剪力墻僅會屈服而不會產生屈曲變形，一定程度上提高了剪力墻的承載力。當出現地震等災害時，該設計可以有效降低地震災害對建筑結構的破壞。

高層建筑也對消防設計提出了很高的要求，其高度和復雜結構都增加了火災風險和消防救援難度。剪力墻施工時，在無屈曲波紋鋼板兩側使用不燃燒約束板，可以顯著提高建筑的防火性能。

3 結語

裝配式建筑以其特有的施工方式符合當前階段人們對于低碳環保、快速高效的建筑施工要求，裝配式建筑的鋼結構構件采用工廠化流水線精準定制生產，施工現場采用組裝施工的方式，取消了傳統施工現場的混凝土澆筑環節，改變了傳統工地現場揚塵噪聲污染、作業施工危險、施工周期漫長的狀況。本文通過論述鋼結構在裝配式高層建筑的應用并對關鍵施工技術進行分析，對鋼結構在裝配式建筑中的施工應用具有一定的指導意義。