建筑工程施工中鋼結構安裝的技術研究

許子波

北京城建七建設工程有限公司 北京 100029

引言

本文圍繞鋼結構的設計與安裝展開詳細論述，其中第一個部分就鋼結構在建筑工程施工中的應用意義展開探究分析，分別從鋼結構的設計優越性、鋼材質的柔韌性以及環保性進行詳細論述；第二個部分就建筑工程中鋼結構的設計要求進行總結分析，并從鋼結構的設計原則、鋼材料的選擇、鋼結構的穩定性以及鋼結構的安全預防性等方面展開詳細論述；第三個部分就建筑工程施工中鋼結構安裝的技術要求進行研究，分別從鋼結構的設計、鋼結構預設位置的規劃以及鋼結構的安裝展開具體論述。

1 建筑工程施工中應用鋼結構的意義

1.1 鋼結構在設計上具備較高的優越性

近些年來，隨著經濟水平的發展，建筑工程基礎結構從木結構發展到石結構再到鋼結構，建筑工程的穩定性與安全性也隨之提高。鋼結構基于鋼料的特性，在實際應用中具備較高的價值。鋼料密度大，在提供相同支撐力的條件下，鋼結構的體積較小；而隨著混合金技術的發展，鋼料可以和其他金屬相混合，生產出更具優越性的混合鋼結構。其次，鋼結構的安裝方式較為簡單，沒有繁復的施工流程，只需經過埋設、安裝、固定這三大步驟即可完成鋼結構的安裝。鋼結構的安裝效率較高，能夠減少工期，提高整個建筑工程的性價比。鋼結構的設計具有一定的靈活性，建筑工程規模各異，使用鋼結構作為建筑的主要支撐結構，在鋼結構設計過程中，可以根據建筑要求以及建筑規模設計合適的鋼結構；而對于相同類別的建筑工程時，可以對鋼結構的尺寸進行調整，無須重新設計，這不僅能夠縮短工期，還能降低施工成本。綜上所述，鋼結構在設計上體現的優越性以及鋼結構在建筑工程造價上的高性價比，使其在現代建筑工程中具備較廣的應用范圍。

1.2 鋼材質具有柔韌性，對于結構設計以及空間調整意義較大

鋼結構的建筑學概念是指由型鋼與鋼板制成的工程結構，鋼主要由碳與鐵組成，根據用途的不同會添加不同比例的錳、鎳、釩等金屬，所以鋼結構具有較多金屬的優越性質。而在建筑工程學中，由于鋼由混合金屬構成，所以鋼具備較高的延展性與柔韌性，可以根據建筑要求設計不同形狀的鋼材質。鋼結構的連接方式主要有焊接、螺栓以及鉚釘連接這三種，由于鋼料具備較高的延展性，鋼結構連接耗時也隨之減少。其次，鋼材料的柔韌性對于建筑空間調整意義重大。建筑工程施工期間，會根據設計圖紙完成各個施工區域，由于外界原因與施工人員技術原因，會出現鋼材焊縫銜接不齊以及鋼板銜接不齊的問題，如果將鋼結構重新安裝，則會耗費大量的人力與物力，提高施工成本；而基于鋼材料的柔韌性，可以采取加熱、拉伸等方式實現無縫焊接。雖然鋼結構具備良好的延展性與柔韌性，但是在實際施工對鋼結構進行拉伸與壓縮過程中，一定要對拉伸與壓縮的時間與力度進行控制，以免影響整個鋼結構的性能，進而導致建筑工程的結構穩定性下降[1]。

1.3 鋼材質具備環保性，有利于可持續發展

鋼結構的使用價值還體現在其具備較高的環保性上，對于建筑行業的可持續發展與永利發展是十分有利的。鋼材料在建筑工程施工中的大面積應用，使得建筑建造方式發生變革。傳統的建筑方式多使用沙子、泥土、石子等材料，建筑施工過程中會產生較多的施工垃圾，施工廢料極有可能流入周圍的水源與農田中，不僅會對周圍環境產生較大的污染，對于周圍居民的生命安全也會造成威脅，并且傳統施工方式所產生的施工廢料降解速率低下，會持續對周圍環境造成污染。而新型建筑施工方式則大量使用鋼材料作為施工主料，能夠縮短建筑工期，所產生的建筑廢料也隨之減少，不會持續對工地周圍持續造成污染，并且產生的建筑廢料可以經過鍛造回收，進行二次利用，對于環境十分友好。除此之外，使用鋼材料作為主要施工用材，在施工過程中，不會產生大量的粉塵，對于施工人員的生命健康有益；并且鋼材料的主要組成元素為碳和鐵，在廢料處理過程中，可以通過氧化的方式，生成碳氧化合物與鐵氧化合物，并選擇環保的方式進行排放。

2 建筑工程中鋼結構安裝前的設計要求

2.1 鋼結構的設計原則

鋼材料在現代建筑工程中主要對建筑物起到定型與支撐作用，為了提高建筑工程的穩定性與堅固性，鋼結構需要遵循科學的設計原則。第一，減少較高密度鋼材料的應用。前文中提到鋼材料是由碳、鐵為主要組成部分，鎳、釩、錳等金屬根據鋼材料用途按相應比例摻入其中，所以不同型號的鋼材的密度會有所不同。在滿足建筑工程結構承重要求的情況下，可以減少高密度鋼材的使用。第二，根據鋼結構的安裝方式與塑性系數，在結構設計過程中留有相應的縫隙。現代建筑工程施工過程中，鋼結構擺放方式常為橫向水平或者縱向豎直，基于物質熱脹冷縮以及分子運動的理論，鋼結構的大小會發生一定的變化，對于鋼結構的穩定性也會產生一定的影響。因此，鋼結構在設計過程中，可以采取安裝滾輪裝置與涂防護涂料的方式，來減少鋼結構的變化。第三，在鋼結構設計初期，需要對鋼結構的稱重力度進行測量，選擇大小合適、材質尚佳的鋼材制作鋼結構組件，確保房屋建筑具備較高的穩定性[2]。

2.2 鋼材料的選擇

鋼材料是由混合金屬制成的，由于組成金屬元素比例不同鋼材料分為多個型號，在鋼結構設計過程中，可以根據不同型號鋼材的性質進行選擇。常見的鋼結構的材質有普通鋼、不銹鋼、高錳鋼以及高速鋼等等，鋼結構安裝之前，需要對主體承重結構的承重力、強度以及破壞機理進行調查研究，繼而選擇合適的鋼結構施工類型與鋼結構安裝方式。例如，對于縱向豎直的稱重結構，可以選擇塑性系數較低的鋼材（變形量較小）制作；在安裝時，可以選擇焊接與螺栓的連接方式。在現代建筑工程中，為了提高房屋建筑的安全性與穩定性，對于鋼結構的抗震性應當有一定的要求。例如，在鋼結構的制作過程中，可以采用全鋼邊框結構，對于地質災害頻發地區，可以采取中心支架或者鋼筋管支撐的方式來提高房屋建筑的抗震性。除此之外，由于鋼材料具備一定的延展性，在鋼結構安裝過程中，施工人員可以在鋼結構內部嵌入空心混凝土砌磚以及輕質隔熱材料，降低外力對于鋼結構的影響。

2.3 鋼結構中轉場地的選擇以及鋼結構組件的核查

現代建筑工程施工流程中，需要根據設計要求生產一批鋼結構，在鋼結構實地安裝之前，需要選擇中轉場地進行調度。中轉場地的作用在于暫時儲存鋼結構，為鋼結構的安裝做準備，也可以用于收集儲存施工廢棄鋼料。選擇鋼結構中轉場地時，應當選擇干燥、空曠的場所，避免將鋼結構與其他金屬材料或者活躍的非金屬物質儲存在一起，防止發生化學反應，使鋼結構材料穩定性下降。其次，鋼結構材料盡量不要貼墻儲存，防止出現碰撞，影響鋼結構的特性與美觀性。在鋼結構安裝過程中，如果出現鋼件損壞的現象，可以將損壞的部件標號記錄，儲存在中轉場地內部。在鋼結構安裝之前，需要對鋼結構組件進行核查，核查內容包括鋼結構組件數目、類型、完整性以及質量合格證書。例在儲存鋼結構時，可以將同類別鋼件以統一前綴標簽進行編號，便于核查。例如，可以將鋼板以GB為前綴標簽進行編號；將螺栓以LS為前綴標簽進行標號。

2.4 鋼結構預設位置的規劃以及吊裝方式的選擇

基于鋼結構安裝作業的流水性質，不同類別的鋼結構組件的安裝位置并非固定的，因此，在鋼結構安裝工作進行時，需要對鋼結構的預設位置進行規劃。正式開工之前，鋼結構安裝人員可以利用AR測量技術對鋼結構部件尺寸進行測量，并根據工程規模以及施工時長估算鋼材的消耗。為了準確把握鋼結構部件的預設位置，可以利用3D技術繪制施工建模，確定每一個鋼結構組件的位置，并利用AR技術根據比例得出該組件的實際安裝位置。為了提高預設位置的準確性，可以采用多次測量取平均值的方式。例如，可以將施工現場的測量人員以5～6人為一隊，分為四隊，其中兩個隊伍使用AR測量工具進行測量，另外兩個隊伍手工進行測量，各個隊伍都至少要測量三次，然后將所有數據取平均值作為最終結果。除此之外，鋼結構部件大多質量較大且安裝位置較高，需要利用塔吊完成吊裝。在吊裝鋼板類結構組件時，可以使用履帶式塔吊；而吊裝鋼筋類組件時，可以使用軌道式吊機。

3 建筑工程施工中鋼結構安裝的技術研究

3.1 鋼板組件的安裝技術研究

作為鋼結構的主要組件之一，鋼板在安裝時，多采用焊接與螺栓的方式進行連接，由于各類焊接技術的飛速發展，焊接已經成為鋼板結構的主流連接方式。焊接焊接技術對專業性要求很高，在焊接之前，需要對焊接人員進行篩選。焊接技術主要可以分為氣焊、電弧焊和電阻焊這三大類別，其中氣焊是利用可以燃燒的氣體在空氣中燃燒產生的熱量，將焊材連接處進行熔化而實現連接，氣焊的鋼板具有較強的穩定性與堅固性，且通入的氣體較為穩定，不會與鋼材發生反應；電弧焊是利用兩電極之間因為短路形成的電弧對焊材進行熔化連接的一種焊接技術，利用電弧焊焊接鋼板時，需要選擇兩個電極，其中一個電極是鋼板，另外一個電極可以是金屬絲或者焊條，在引燃電弧后，需要在鋼板與金屬絲或者焊條之間保持一定的電壓，利用電弧焊焊接鋼板時要做好用電安全防護；還可以采用電阻焊完成鋼板的焊接工作，電阻焊是一種以電阻熱為熱源的焊接技術，包括電阻焊和電渣焊，焊接過程中需要通入較大的電流，為了提高焊接質量，在焊接過程中要一直施加壓力，該焊接方式危險系數與操作難度較大，使用頻率較低。除此之外，在焊接之前，需要對鋼板表面進行清潔，避免鋼板表面氧化物在高溫下與焊件材料發生反應，避免鋼板的穩定性出現改變。

3.2 鋼結構的吊裝技術研究

大部分鋼結構的安裝位置較高，需要借助塔吊完成安裝，鋼結構的吊裝方式共有兩種：①高空吊裝法；②整體安裝吊裝法。其中高空吊裝法的具體操作是根據工程設計圖紙在鋼結構。

預設位置安置支架與枕座，再利用塔吊將鋼結構部件運輸到預設位置安裝即可。這種方法操作思路簡單，將大型鋼結構部件進行拆分，基本上無須調用大型塔吊設備，但是需要進行大量的高空作業，危險系數較高，為了提高施工的安全性，該吊裝方式的使用頻率逐漸降低。而整體安裝吊裝法則是在地面完成鋼結構部件的整體安裝，再利用塔吊設備將整個鋼結構部件吊裝至預設位置完成安裝。該吊裝方式無須預設支架與枕座，且不用進行大量高空作業，安全性較高，但是需要動用大型塔吊設備對鋼結構部件完成吊裝，對于施工人員的技術水平要求較高，提高了施工成本[3]。

3.3 鋼結構施工后期技術研究

現代建筑工程施工過程中，鋼結構安裝結束之后，需要對鋼結構組件的穩定性與完工程度進行檢查。首先，應該根據鋼結構設計文件對鋼結構的實際制作效果進行檢測，并根據鋼結構規模、數目文件對所使用的鋼結構以及其他組件進行核對，并對廢棄鋼料進行記錄，便于回收再利用。其次，需要對各類鋼結構組件貼上標簽，避免因技術人員操作不當而導致組件損壞。例如，可以將鋼板組件上標記“GB-001、生產批次、安裝日期”等內容，可以使用刻印技術刻在鋼板上，避免出現磨損。再者，鋼結構安裝技術人員需要定期對其進行質量檢測，提高鋼結構的耐用性與建筑工程的安全性。對于廢棄的鋼結構部件應該予以回收處理，對于建筑基地的施工垃圾應當選擇合適的處理方式，降低施工對周圍環境造成的污染。除此之外，建筑工程施工管理部門應該對鋼結構組件相關質量安全檢測文件進行整理，確保所使用的建筑材料都是符合相關規范的。

4 結束語

鋼結構在整個建筑工程中起到定型與支撐的作用，而鋼結構的穩定性與安全性又由鋼結構的設計方式、鋼料類型以及安裝技術等方面決定。本文圍繞鋼結構的設計展開詳細論述，對鋼結構的應用價值、設計要求以及安裝技術要求等方面進行總結分析，并對鋼結構的優化提出設想，以此來加強建筑工程的堅固性與安全性。