裝配式建筑工程鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)優(yōu)化選擇

王文輝

（濰坊昌大建設(shè)集團(tuán)有限公司,山東 濰坊 261061）

1 引言

傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和組合型鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法在建造、基礎(chǔ)模量確定、平面位置和設(shè)計(jì)取向等諸多方面都有很大的差異。鋼結(jié)構(gòu)采用了自然裝配式鋼結(jié)構(gòu)，其中所有的鋼結(jié)構(gòu)、圍護(hù)系統(tǒng)、設(shè)施、管線系統(tǒng)和內(nèi)部控制系統(tǒng)都可以和諧、統(tǒng)一地安裝到這種鋼結(jié)構(gòu)中。裝配式鋼結(jié)構(gòu)以其獨(dú)特的技術(shù)要求和先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念，在不同行業(yè)中被廣泛使用，展現(xiàn)了鋼結(jié)構(gòu)在建筑產(chǎn)業(yè)化發(fā)展方面的巨大優(yōu)勢和重要價(jià)值。因其對建筑業(yè)的發(fā)展有著極其重要的作用，因此本文對裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計(jì)和研究具有重要的意義。

2 裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的定義及特性

2.1 裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的定義

所謂大型裝配式整體裝配式大型鋼結(jié)構(gòu)綜合建筑，并非僅僅是一種大型裝配式的整體裝配式鋼結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)在實(shí)際建筑應(yīng)用中通常具有較好的整體承載力，它可以有效節(jié)約更多結(jié)構(gòu)材料和利用更多空間，減小了整個(gè)建筑物的截面積，從而大大增加了建筑室內(nèi)空間，抵抗突發(fā)性自然災(zāi)害能力更強(qiáng)，所以在整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性方面比其他結(jié)構(gòu)類型更具優(yōu)勢，從而促進(jìn)建筑的生態(tài)循環(huán)發(fā)展。鋼結(jié)構(gòu)的施工過程中，材料內(nèi)力分布均勻，可以保證整個(gè)建筑受力均勻，充分發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)本身的塑性和韌性，提高整個(gè)建筑的承載力。當(dāng)受到外力時(shí)，建筑可以利用其強(qiáng)大的塑性，增強(qiáng)其抗斷裂能力，從而保證建筑的安全性和穩(wěn)定性。此外，裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑吻合了建筑行業(yè)的綠色發(fā)展需求。建筑鋼結(jié)構(gòu)的實(shí)際應(yīng)用中，由于其和環(huán)保以及綠色的發(fā)展理念相適應(yīng)，在施工中只要對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行安裝即可，避免了施工現(xiàn)場中出現(xiàn)粉塵以及浪費(fèi)大量資源的問題出現(xiàn)。且鋼結(jié)構(gòu)自身的穩(wěn)定性與可靠性較強(qiáng)，拆除后可以直接回收利用，具有較高的利用率，這無疑成了裝配式鋼結(jié)構(gòu)的主要技術(shù)優(yōu)勢。

2.2 裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的特性

裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑根據(jù)建筑物的高度可劃分為單層工業(yè)用廠房，中高層、多級(jí)、超裝配型鋼結(jié)構(gòu)建筑等；裝配式鋼結(jié)構(gòu)根據(jù)框架結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可劃分為框架結(jié)構(gòu)、框架－筒體支撐結(jié)構(gòu)、框架－筒體結(jié)構(gòu)、巨型框架結(jié)構(gòu)、門式剛架－輕鋼框架結(jié)構(gòu)、大跨空間結(jié)構(gòu)、交錯(cuò)桁架框架結(jié)構(gòu)等，不同類型的結(jié)構(gòu)對應(yīng)不同規(guī)格和規(guī)模的建設(shè)類型；根據(jù)結(jié)構(gòu)原材料可劃分為鋼－混凝土、鋼－砼組合結(jié)構(gòu)等，不同類型的裝配式鋼結(jié)構(gòu)適合應(yīng)用于不同的建設(shè)環(huán)境當(dāng)中，實(shí)際施工時(shí)可以依據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和施工需求靈活進(jìn)行選擇。

裝配式鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)主要有：裝配式鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)化、一體化，全部結(jié)構(gòu)構(gòu)件均為工廠一體化生產(chǎn)，并能夠依據(jù)工程項(xiàng)目的實(shí)際要求對構(gòu)件參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，準(zhǔn)確性較高，質(zhì)量較高；設(shè)備管線內(nèi)部是系統(tǒng)集成和自動(dòng)化相互集成的一種裝配式補(bǔ)充劑，采用了零部件，可以改善功能，提升了項(xiàng)目質(zhì)量，降低了成本，節(jié)約了時(shí)間。

而從缺陷角度來看，裝配式鋼結(jié)構(gòu)的最大缺陷集中在造價(jià)成本方面。建設(shè)費(fèi)用高是一個(gè)阻礙裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑尤其是居住房屋和大型商業(yè)區(qū)發(fā)展的重要因素，與傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)房屋相比，鋼結(jié)構(gòu)的價(jià)格明顯偏高。實(shí)際上，近幾年由于鋼材價(jià)格的下調(diào)，輔料及零部件行業(yè)的成熟，裝配式鋼結(jié)構(gòu)樓宇的造價(jià)已經(jīng)接近傳統(tǒng)的混凝土剪力墻，加上其工期短、質(zhì)量優(yōu)、組裝率高等因素得到行業(yè)內(nèi)部的高度認(rèn)可。但由于受困于產(chǎn)業(yè)體系和技術(shù)體系的影響，裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的普及程度相對較低，依然處于初期發(fā)展階段。

3 裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

3.1 裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑防火設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

裝配式鋼結(jié)構(gòu)的防火設(shè)計(jì)要求在裝配式鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中是一個(gè)非常重要的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。裝配式鋼結(jié)構(gòu)在各個(gè)行業(yè)的實(shí)際應(yīng)用情況中，均應(yīng)按照國家的防火技術(shù)規(guī)范要求來進(jìn)行建造，而且必須建立一套相應(yīng)的裝配式鋼結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，特別是對于發(fā)生火災(zāi)或者危險(xiǎn)性較大的建筑，如配電站和自動(dòng)化變電站、大型的公共建筑、超大型倉庫等。裝配式鋼結(jié)構(gòu)的防火處理設(shè)計(jì)技術(shù)要求主要包括幾個(gè)基本方面：第一，裝配式鋼結(jié)構(gòu)的外墻和基礎(chǔ)表面宜盡量選擇一種具有較高防火特性的巖棉三明治鋼板，對裝配式鋼結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)和墻面進(jìn)行一定的防火處理；第二，裝配式鋼結(jié)構(gòu)的彩色鋼板外層采用氟碳風(fēng)格防腐材料涂層，外墻和基礎(chǔ)層連接處使用低波紋垂直的彩板，不僅可以充分滿足整個(gè)建筑房間的視覺效果，還可以延長裝配式鋼結(jié)構(gòu)的防腐使用年限；第三，裝配式鋼結(jié)構(gòu)爆破墻內(nèi)部要使用防火力較高的石膏板，而且在石膏板內(nèi)部一定要填充有較高防火性能的巖棉，并采取加強(qiáng)其他防火保護(hù)措施。

3.2 裝配式鋼結(jié)構(gòu)的接地防雷設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

由于部分工程行業(yè)對裝配式鋼結(jié)構(gòu)的技術(shù)要求和設(shè)計(jì)特點(diǎn)不同，對于相關(guān)裝配式鋼結(jié)構(gòu)的工藝和設(shè)備要求也不一致。在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，裝配式鋼結(jié)構(gòu)必須注意增加對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行接地和防雷保護(hù)。一些工業(yè)建筑，如配電站，就需要使用相關(guān)裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑物進(jìn)行接地和防雷。針對裝配式的裝配式建筑物和房屋進(jìn)行接地式的防雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)，不僅能夠有效地改善防雷系統(tǒng)暴露在外部的情況，還可以減少建筑物內(nèi)避雷針的安裝。

3.3 裝配式鋼結(jié)構(gòu)的屋面防水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

裝配式鋼結(jié)構(gòu)屋頂防水工藝標(biāo)準(zhǔn)屋頂防水處理規(guī)范措施十分必要，裝配式鋼結(jié)構(gòu)在其設(shè)計(jì)的過程中需要嚴(yán)格遵守屋頂防水規(guī)范的設(shè)計(jì)要求，就必須保證裝配式鋼結(jié)構(gòu)不會(huì)漏水或滲透，可通過懸浮裝置等技術(shù)將鋼結(jié)構(gòu)屋頂安放到建筑物內(nèi)部及其相應(yīng)的部位。夏季和冬季時(shí)室內(nèi)外氣溫差大，直立式鎖定技術(shù)下建筑屋頂系統(tǒng)的溫度適應(yīng)性好，能有效保持良好的平衡。為了萬無一失，還可利用裝配式鋼結(jié)構(gòu)擴(kuò)大屋頂?shù)呐潘露龋行У丶涌煳蓓斚到y(tǒng)的排水速度。

4 裝配式建筑工程鋼結(jié)構(gòu)工程技術(shù)分析

4.1 防火以及防腐技術(shù)

鋼結(jié)構(gòu)的防火和抗銹性能差，需要用涂料進(jìn)行保護(hù)。涂料在使用壽命上一般只有10年左右，與其他建筑設(shè)計(jì)使用壽命相差甚遠(yuǎn)。由于使用條件不同，公共建筑物可以允許后期進(jìn)行檢查和維修，然而，大多數(shù)居住建筑鋼結(jié)構(gòu)在日常使用過程中不能夠在室內(nèi)進(jìn)行檢查和保養(yǎng)，這樣似乎成了一個(gè)致命的問題。事實(shí)上，居住建筑鋼結(jié)構(gòu)材料在室內(nèi)正常環(huán)境下發(fā)生的銹蝕是極其有限的，即使初期涂裝的使用年限較長，腐蝕仍然會(huì)保持在可控制的范圍內(nèi)，對結(jié)構(gòu)安全沒有影響。根據(jù)某些國家的實(shí)踐，目前在建造中使用的鋼結(jié)構(gòu)已普遍不再需要使用防腐處理。防火性能還可以通過粘貼涂層片獲得，比使用防火涂料更耐用[1]。

4.2 單邊螺栓連接技術(shù)

單邊螺栓連接技術(shù)使梁柱端板(見圖1)緊密地相互結(jié)合，可以廣泛應(yīng)用于各種鋼結(jié)構(gòu)的封閉橫截面上的梁柱之間連接，是對大量采用鋼柱的各種鋼結(jié)構(gòu)的一種有力保護(hù)。行業(yè)內(nèi)部目前在這兩個(gè)方面已經(jīng)做了大量的工作，使加固方面也已經(jīng)有了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)和工程理論實(shí)踐。

圖1 單邊螺栓的端板連接圖

4.3 節(jié)點(diǎn)的集成與完成標(biāo)準(zhǔn)

探索鋼結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場高效組裝技術(shù)，可以根據(jù)組件和節(jié)點(diǎn)分離的想法，將節(jié)點(diǎn)整合成成品。例如，國內(nèi)開發(fā)的蝴蝶節(jié)點(diǎn)，國外也有類似的快速安裝節(jié)點(diǎn)。這種快速裝配節(jié)點(diǎn)技術(shù)能夠在裝配式的建筑中，將鋼結(jié)構(gòu)的最終目標(biāo)型鋼構(gòu)件通過各種鋼鐵廠的簡易加工（如切割、打孔等），作為一種標(biāo)準(zhǔn)化的構(gòu)件直接從建筑中運(yùn)輸出去，并組裝成高效率的連接節(jié)點(diǎn)，可以與耐火鋼和未涂層的防火涂料相結(jié)合，來解決其他材料的防火和抗銹性問題。當(dāng)然，要真正實(shí)現(xiàn)此次理想化的發(fā)展目標(biāo)，還有許多科學(xué)研究方面的工作需要繼續(xù)努力，需要國家相關(guān)規(guī)范的指導(dǎo)和支持。

5 建筑鋼結(jié)構(gòu)裝配式工程技術(shù)的具體應(yīng)用

5.1 制作加工技術(shù)

Tekla、AutoCAD等多種三維仿真軟件和BIM技術(shù)在建筑鋼結(jié)構(gòu)零件加工和制作中使用。這里BIM技術(shù)主要是指通過建造工程的三維物理模型把所有的建筑信息都連接了起來，有效地轉(zhuǎn)換了建筑生產(chǎn)經(jīng)營方式，并合理地進(jìn)行管理。特別需要注意的一點(diǎn)就是，該技術(shù)在實(shí)現(xiàn)虛擬建筑的配置及資源設(shè)計(jì)等各個(gè)方面都具有突出優(yōu)點(diǎn)，它既能夠在復(fù)雜的建筑情況下控制整個(gè)建筑，還能夠充分地利用所建造的三維物理模型，按照建造者的空間與時(shí)間順序來模擬整個(gè)建筑的主體構(gòu)件，準(zhǔn)確地構(gòu)建三維物理化的模型，這樣在施工過程中提供許多方便，減少在施工過程中出現(xiàn)的各類錯(cuò)誤，同時(shí)也可以有效地改善施工質(zhì)量。動(dòng)態(tài)模擬三維建筑配置構(gòu)建通常是在BIM、AutoCAD和Tekla等三維模擬軟件中實(shí)現(xiàn)，可以通過BIM軟件直接轉(zhuǎn)換到所有建筑材料使用的詳細(xì)圖紙，Tekla軟件也可以直接對建筑材料進(jìn)行編輯，設(shè)置加工工藝。除了能夠精準(zhǔn)地控制整個(gè)建筑物外，它的功能還可分為兩個(gè)主要的方面。一是用來做制造和加工支撐。為了防止光束首先到達(dá)，支撐不能直接到達(dá)，必須首先做好加工支撐，并及時(shí)修復(fù)有缺陷的柱子，保證異型和變截面鋼柱的生產(chǎn)和加工質(zhì)量，保證柱子的彎曲和變形不至于影響施工，大大地節(jié)約了施工的原料。二是主要負(fù)責(zé)鋼梁在組裝過程中提高強(qiáng)度和增強(qiáng)穩(wěn)定性的位置固定板、剛性平臺(tái)、基礎(chǔ)和平面上的數(shù)控鉆床上各個(gè)孔的匹配模板，這些都是對于構(gòu)成鋼梁的加工和制作平臺(tái)的四個(gè)重要方面，可以確保對于界面不同類型的鋼梁進(jìn)行加工和制作。

5.2 鋼立柱的安裝技術(shù)

在制作了梁、柱及建筑物整個(gè)模型之后，就可以進(jìn)行安裝到施工現(xiàn)場。柱子的安裝三維仿真及碰撞測試檢查是基于BIM技術(shù)仿真模擬現(xiàn)場施工的先后次序，得到最佳的鋼柱安裝方式和位置。在臨時(shí)安裝過程中，應(yīng)對臨時(shí)需要安裝的鋼柱進(jìn)行垂直面和水平測試，以確保在安裝過程中不會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤。

5.3 安裝梁梁和支撐柱子都在建筑物中起到了負(fù)載作用

在施工現(xiàn)場，要仔細(xì)地檢查所有貨梁的品種質(zhì)量以及型號(hào)，是否滿足施工規(guī)范要求，檢查結(jié)束后還需要特別注意佩戴安全的扶手繩和安裝正確的扶手。事前的準(zhǔn)備工作做好后，現(xiàn)場要設(shè)置一根橫梁，以防落地、移動(dòng)。在安裝大梁的過程中，要把橫梁兩邊都綁好，然后依次將剩下的梁逐根舉起。在提高輔助梁強(qiáng)度同時(shí)，為了能夠加快施工的速度和盡量減少施工時(shí)間，需要使用近鉤多升技術(shù)，該技術(shù)還可以使用單升重量5t的輔助梁[2]。

6 裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的應(yīng)用管理以及發(fā)展策略

在裝配式鋼結(jié)構(gòu)的建筑發(fā)展推進(jìn)過程中，要積極利用節(jié)能門窗、中空玻璃、保溫墻、組合地板等綠色材料，鼓勵(lì)企業(yè)業(yè)主及設(shè)計(jì)師們采用創(chuàng)造性的新的結(jié)構(gòu)方法和形式，增強(qiáng)對施工專業(yè)技術(shù)人才的培養(yǎng)，完善裝配式鋼結(jié)構(gòu)的一些相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定，保障裝配式鋼結(jié)構(gòu)的實(shí)際施工質(zhì)量，充分發(fā)揮其施工進(jìn)度快、節(jié)省資源等特點(diǎn)，體現(xiàn)建設(shè)項(xiàng)目的綠色基礎(chǔ)性要素[3]。

因此，施工各階段都需要嚴(yán)格地對鋼結(jié)構(gòu)及其原材料的產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量檢測和驗(yàn)收，在購買鋼結(jié)構(gòu)原材料時(shí)還需要比較不同企業(yè)的生產(chǎn)加工方法，然后再對原材料的性能進(jìn)行檢查，不能片面追求材料的經(jīng)濟(jì)性，必須在確保質(zhì)量和規(guī)格的基礎(chǔ)上才能進(jìn)一步追求性價(jià)比。需要注意的是，原材料的采購需要嚴(yán)格遵循建筑工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，必須嚴(yán)格按照規(guī)定購買，對工程的質(zhì)量和人身安全負(fù)責(zé)[4]。同時(shí)，機(jī)械設(shè)備的使用必須合理，提高工作效率。員工在使用和操作設(shè)備前，要了解相關(guān)設(shè)備使用說明書內(nèi)容，使用和操作設(shè)備時(shí)愛惜設(shè)備，提升生產(chǎn)力，制造質(zhì)量合格的配件，在材料收集和管理方面必須妥善管理資料[5]。

7 結(jié)論

綜上所述，本文對我國鋼結(jié)構(gòu)建筑施工中應(yīng)用的技術(shù)問題進(jìn)行了深入的研究和討論，在裝配式建筑工程設(shè)計(jì)與加工技術(shù)方面要進(jìn)一步完善我國裝配式鋼結(jié)構(gòu)主體和構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化，鼓勵(lì)其他生產(chǎn)廠家完善其裝配式主體構(gòu)件的品種和尺寸，希望通過提出相關(guān)的管理建議，更好地推動(dòng)組裝制造的建筑鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目工程技術(shù)水平的提高，為組裝制造相關(guān)的施工企業(yè)有效地節(jié)約資源，降低成本，提高工程質(zhì)量。