鋼結構在裝配式建筑中的實施對策

高磊

（山西二建集團有限公司，山西 太原 030000）

1 裝配式鋼結構的優勢

1.1 空間布置靈活

對裝配式鋼結構來說，其開間尺寸偏大，墻體多數為非承重墻。而平面空間又比較自由，用戶入住后結合個人的需求完全可以二次布置，對結構安全性幾乎沒有影響。鋼材的強度高，鋼結構構件在截面尺寸上也要小得多。經設計，暖通設備、吊頂和水電管線都可以融入樓板中，構建智能化的布線系統，提高空間布局的靈活性[1]。

1.2 自重輕，抗震性能優越

裝配式鋼結構，其承重構件都是選擇輕型熱軋型鋼以及薄壁鋼管，其截面受力相對較為合理，且沒有很高的自重。墻體、樓面均是選擇輕質材料，在同等的設計條件下，裝配式鋼結構的自重要明顯低于現澆混凝土結構。憑借強度高、延性好的優點，裝配式鋼結構表現出卓越的抗震性能。另外，自重較輕有助于節約運輸、安裝成本，適合在地耐力差、運輸不發達的地區進行推廣使用。

1.3 綠色、節能、可持續發展

裝配式鋼結構，即在工廠內進行加工、裝配，降低工作量和噪聲。因此，施工中也體現較高的環保優勢。不論改建還是拆遷，裝配式鋼結構住宅都要簡單得多，材料可以回收和再利用，促進異地再生，被稱為真正的綠色建筑。

1.4 抗壓能力強

在常見的建筑中，最常用的兩種建筑結構為鋼結構以及鋼混結構。鋼結構往往將鋼作為主要建材，而鋼混結構則是將鋼材與混凝土進行結合使用。這兩種結構在使用方面具有較多差異性。其中混凝土的抗壓、抗拉能力比之鋼材要更差一些，所以在建筑中會更多的偏向于使用鋼材。對于部分跨度較大的建筑來講，鋼材特有的抗壓性能夠有效促進建筑空間的擴展，所以更容易布置建筑結構，與鋼混結構相比，鋼結構更具有方便性[2]。

2 預制裝配式鋼結構建筑設計的內容

2.1 結構體系的擇取

在具體設計環節，相關設計人員需要著重選取建筑結構體系，綜合考量建筑需求、項目投資額、客戶要求等因素，一般會重點選取以下幾類結構體系：鋼框架結構、鋼框架—支撐結構、鋼框架—剪力墻結構。鋼框架結構，可以歸屬于柔性結構一類，靈活性比較強，明顯可以看出力的傳遞路徑，既適合對抗震要求不高的建筑，又適合低層建筑。并且在具體應用過程中，該結構中梁柱的抗彎承載能力已然可以決定結構的抗側剛度[3]。而鋼框架—支撐結構，屬于雙重抗側力結構一類，具有較強穩定性，可以大大削弱梁柱截面，布局較為固定化。此結構的工作原理主要是將橫向鋼支撐放置于框架結構的部分柱間，最大程度體現出對水平荷載的支撐作用，同時也不會對豎向荷載的承載力產生影響。在鋼框架—剪力墻結構應用中，主要可以顯著提高建筑側向剛度，并有效處理結構側向位移過大問題，目前在高層建筑設計中應用也尤為廣泛。

2.2 主要構造

在構造設計環節，設計師通常采用方案比較分析法，在諸多備選方案中選擇最適宜的建筑構造方案，從使用功能、藝術造型要求、投入成本等方面進行計算、分析及比較。建筑構造備選方案應用頻率較高的有：現澆筑鋼筋混凝土樓板，鋼筋桁架混凝土組合樓板，壓型鋼板—混凝土組合樓板?，F澆筑鋼筋混凝土樓板，具備施工方便、鋪設簡單等特征，把其與鋼梁組合在一起，形成組合梁，其優勢在于能夠縮短梁界面高度，價格比較合理[4]。但是，也存在其自身重量過大，承載力不足等問題。因此，并不適合應用于大跨度的結構中。鋼筋桁架混凝土組合樓板，一般此類構造都是將綁扎的鋼板鋼筋作為鋼筋桁架，并提前與鋼板進行焊接操作，進而形成組合模板。壓型鋼板—混凝土組合樓板，通常情況下，此類構造是采用薄鋼板作為襯板，并利用鋼梁上展開栓釘焊接，從而進一步提升結構總體性能。在具體作業環節時，可以一同展開多層施工，并大幅降低模板費用，具有較為良好的性能及較強剛度。而設計師則應經過多方面考慮和權衡之后，從3種結構體系中選擇1種最為貼近、最符合要求與需求的構造。

3 建筑裝配式鋼結構的關鍵施工流程

3.1 裝配式鋼構件生產

裝配式建筑鋼構件的設計制造必須嚴格根據在高層建筑設計階段所提供的設計圖紙條件，做好材料供應。而對于進行裝配式建筑鋼構件制造的鋼材及其他零配件，則必須做好質量預測試，對材料和零件的機械性能、硬度等進行測試，以保證其質量符合工程品質要求。同時，還要根據設計圖紙條件做好配料，以檢驗半成品和零件規格、品質等方面能否合格。全面檢測完成后，再進行鋼構件的組裝工作。在焊縫組裝過程中，必須注意采用二氧化碳作防護氣，并進行對焊縫的可靠性檢測。當鋼構件組裝完畢后，還必須對其進行更細化的檢測與校準工作，并注意防腐蝕。

3.2 構件運輸

將制作好的鋼結構運輸到施工現場的過程中，還需考慮到鋼結構的完好性，運輸過程中極易受到周圍環境或者是其他因素的影響。其中最主要的原因有兩個：①在裝卸過程中鋼結構與周圍的物體發生了碰撞，導致鋼結構受損。②運輸過程中車輛會產生晃動，最終導致構件之間有所摩擦，造成損壞。針對這兩點，還需進一步完善運輸工作。相關工作人員可以在裝車之前，將鋼結構用草繩等進行包裹，保證在碰撞過程中鋼結構能夠得以緩沖，防止碰撞受損。此外可以在運輸時在鋼結構上安裝構建固定結構，以此減少晃動。在運輸過程中，也可以安排相關工作人員對鋼結構進行照看，以防止構建運輸中出現的損壞。

3.3 確定鋼柱的位置

在裝配式建筑工程鋼結構施工的過程中，對鋼柱位置進行確定同樣是十分重要的。一般認為，在實際工程施工建設的過程中，鋼柱的位置確定，往往會在很大程度上影響到鋼結構的框架安裝位置[5]。因此，這就需要施工人員能夠切實保證鋼結構框架安裝過程中的準確性與有效性，切實針對鋼柱來進行科學、準確的定位處理。施工人員應當先針對鋼柱的兩端位置來進行確定。這主要是因為，在鋼柱定位的過程中，如果鋼柱在起點位置上就出現了錯誤，那么必然會影響到后續的工作，導致后續工作中的錯誤。另外，在鋼柱定位處理的過程中，施工人員應當針對當前的施工實際情況做好分析整理，以此來針對鋼柱進行第二測試點的位置確定。一般認為，第二測試點的位置確定應當安放在一個具有更好視野的地方，并同時保證區域內部不容易受到損壞。施工人員需要使用閉合處理的方法來針對每一個鋼柱的安裝位置進行確定，得出其具體的數據參數。另外，在裝配式建筑工程鋼結構施工的過程中，除了鋼柱外，柱腳和錨栓同樣是鋼結構的重要組成部分。因此，在施工人員實際開展施工作業的過程中，就需要針對其來進行分開處理，從而避免在實際施工過程中出現相互干擾的問題。同時，為了切實解決這一問題，施工人員也需要做好工程施工現場的錨柱支架平臺安裝。最后，施工人員則是需要結合相關設備的使用來對柱的中心安裝位置進行確定，并同時針對錨柱的附近位置來做好線路的敷設。而在施工人員進行實際線路敷設的過程中，則是應當切實明確其中的標準、規范和流程，從而防止在線路敷設中出現誤差。此外，則是在施工人員完成了全部的工序后，為了切實保證鋼結構的品質，還需要使用全站儀來針對鋼結構進行全方位的檢測處理。在檢測過程中，如果是發現偏差的問題，需要及時對其進行調整，并同時在完成了調整處理后，同樣對調整后的鋼結構來進行檢測，最終得出滿意的結果。

3.4 把握好柱的垂直度

在裝配式建筑工程鋼結構施工的過程中，施工人員也需要把握好柱的垂直度。一般認為，在施工人員組織開展柱的垂直度鋼柱施工操作時，應當首先確保第一節的垂直度。因此，在施工人員組織開展吊裝安裝作業的過程中，就需要使用水準儀等設備來針對鋼柱的兩端做好檢測，從而確保鋼柱的垂直度能夠達到最佳的水平。此外，在完成了以上垂直度確定后，也需要施工人員做好鋼柱其他位置垂直度的確定。

3.5 鋼柱吊裝

在裝配式建筑工程鋼結構施工的過程中，施工人員同樣需要把握好鋼柱的吊裝過程。一般認為，在施工人員進行鋼結構構件安裝的過程中，吊裝是最為基礎的一項施工步驟。那么在實際施工的過程中，為了切實保證吊裝施工可以順利完成，這就需要施工人員在正式施工前做好以下工作：首先，針對工程施工現場的環境來做好勘察，要體現出關鍵的數據和信息，從而對后續工作的展開進行指導，并選擇出對應起重機械。其次，施工人員應當結合鋼柱的實際安裝位置，來針對鋼柱的起吊點做好位置確定，以此來在進行實際的鋼柱吊裝操作過程中，能夠始終保證鋼柱的穩定性和鋼柱的水平度。此外，則是需要施工人員來針對具體的施工區域進行科學合理的劃分，并在操作中始終堅持輕起輕放的原則，從而避免吊裝施工對鋼柱造成損壞。最后，則是需要施工人員針對鋼制的運輸方向來切實做好優化，始終確保鋼柱在吊裝施工的過程中，能夠具有更好的精準性。

4 鋼結構在裝配式建筑中的具體應用

4.1 選擇合適的結構支撐體系

鋼結構住宅當中的結構體系可以分為鋼框架體系、鋼支撐結構體系等，隨著鋼結構技術上的進步，越來越多的新型的結構體系不斷涌現。目前較為常見的結構體系，主要是鋼框架體系和鋼框架混凝土剪力墻體系。運用鋼框架結構體系搭建的建筑當中，其平面布置較為靈活，可以針對一些大型的辦公室和會議室進行設置。如果采用的是干框架混凝土剪力墻結構體系，能很好地發揮出鋼材的高強度以及混凝土的防火性能等優勢，建筑的整體抗側剛度大且變形小，在整體的造價上更低，是當前鋼結構支撐體系當中最為常用的一種結構體系。

4.2 整體安裝技術

在鋼結構裝配式建筑當中，整體的安裝技術主要指的是針對鋼結構構件的整體提升、整體頂升和吊裝。在實際的施工當中由于機械設備和吊裝位置上的不同，可以劃分為提升安裝技術和頂升安裝技術。頂升安裝技術指的是使用能夠承載較大重量的地面起重設備，如千斤頂等，把這些設備放到屋頂的下面以及結構的內部，從而完成頂升安裝的過程，實現頂升安裝。鋼結構裝配式建筑的搭建過程當中，加強安裝技術使用的時候更加適合用于屋面整體面積較小以及重量更輕的裝配式鋼結構建筑的施工當中，如一些低層的鋼結構住宅建設。

4.3 做好裝配式鋼結構建筑外圍護系統的建設工作

在裝配式鋼結構的建筑搭建過程當中，針對外圍護系統的搭建應做好以下工作：首先，應當要根據本次施工項目所處的區域氣候條件以及項目的性質等進行確定。其次，還應當針對屋面系統的結構性能要求，確保外圍護系統能夠滿足其要求。鋼結構建筑的外圍護系統搭建當中，主要是根據建筑的類型進行確定，在當前較為常見的圍護系統當中，主要分為內嵌式、外掛式等。在具體的建筑施工過程當中要根據建筑的性質以及當地的氣候等條件，選擇最為合適的外圍護連接形式。

4.4 防火工作

在展開預制裝配式鋼結構建筑設計環節時，設計師應當高度重視起與防火有關的設計，唯有嚴格依照防火規范，確定預制裝配式鋼結構建筑的特征，及其對于防火所提出的需求之后，再來進行日常工作，才可真正提高建筑物自身的防火性能。尤其是針對一部分大型公共建筑而言，其中變電站與大型庫房這兩個區域極為危險，這則需要設計師高度重視這兩個區域的防火設計，并在具體設計環節時，在彩色鋼板外層中涂抹防腐涂層，如此不但可以進一步提升建筑物防火功能，同時還能夠確保設計美觀性，延伸建筑物的使用年限。此外，在建筑泄爆墻中，大量運用石膏板，此材料不但具有較強的防火性能，并且還可以有效確保建筑物的安全性、穩定性。

5 結語

裝配式已成為工程建設的轉型趨勢，以集成化、信息化為前提，建立一套集設計、生產和施工為一體的建筑構件聯動性體制。盡管裝配式鋼結構有顯著的優勢，但國內建筑業還是更傾向于傳統建筑形式，人力、物力耗費多，生產效率不高，浪費資源。希望未來更多地推廣裝配式鋼結構，推動建筑業邁入技術含量多、施工速度快、建筑質量好、建筑成本省的進程。在社會化生產的形勢下加快建筑商品化，提高綜合效益和增加主體結構的安全性。