鋼結構在裝配式建筑中的實施對策

王星

（山西三建集團有限公司， 山西 長治 046011）

在以往的建筑工程施工建設中， 采取的是鋼筋混凝土結構， 此種施工方式需要消耗大量資源， 會產生嚴重的揚塵污染、 噪音污染、 水體污染、 固體廢棄物污染等， 給生態環境帶來不可逆的影響， 而且施工過程中很容易出現突發狀況， 施工企業很難對整體施工時間進行有效把控， 進而影響到建筑工程的綜合效益。 將鋼結構結合使用在裝配式建筑中有著至關重要的現實意義和社會意義， 采取鋼結構施工方式具有較高的靈活性， 抗震性能優異， 提高了建筑整體的穩定性和安全性， 同時縮短施工周期，降低施工成本， 具有良好的綜合效益。

1 鋼結構在裝配式建筑中的優勢

1.1 自重輕， 運用靈活性高， 抗震性能優異

進行裝配式建筑施工建設時， 在選擇施工材料時首選較輕重量的綠色材料， 而裝配式鋼結構具有較輕的自重以及較高的結構強度， 自然受到了施工企業的青睞和廣泛關注。 由于鋼材是主要的承重結構， 基于自身自重輕、 運用靈活、 強度高等特性，可以起到穩固建筑物的效果， 提高建筑物整體的穩定性和安全性， 也與當前建筑產業化發展需求保持一致。 相關數據表明， 在抗震設防區內， 即使受到地震作用的影響， 鋼結構裝配式建筑仍舊可以確保主體結構的完整度， 當地震強度較大時， 此種結構形式的建筑物也不用太過于擔心倒塌問題。 如果發生地震， 在內部緊固件的連接作用下， 鋼結構可以形成一個穩定體系， 會隨著地震持續振動， 但是不會產生地板下降、 墻體坍塌情況， 為人們的生命安全和財產安全提供了強有力的保障[1]。

鋼結構主體自身具有很輕的重量， 在相同強度的地震條件下， 跟普通混凝土結構的建筑物相比，它的受力更小， 防震效果更好。 建設過程中， 承重部件主要以鋼結構為主， 一些質量相對較輕的建筑材料應用在樓面板、 墻體等位置， 這樣可以有效減輕整個建筑項目的整體重量。

1.2 與可持續發展理念高度契合

將鋼結構應用在裝配式建筑施工建設中， 無論是材料選擇、 施工環節， 還是后期的運營維護環節以及建筑物拆遷修理環節， 都能起到良好的節能降耗作用。 進行鋼結構裝配式建筑建設時， 由于預制構件是在加工廠生產制作的， 施工現場只需要組合安裝構件即可， 這樣施工過程中就不會產生過大的施工噪音和粉塵污染， 而且材料利用率較高， 所產生的建筑垃圾、 固體廢棄物甚少， 從而最大限度降低對環境的破壞力和污染程度（鋼結構裝配式建筑的實際節能降耗水平如表1 所示）[2]。 此外， 跟鋼筋混凝土結構相比， 鋼結構裝配式建筑在拆除、 改造環節， 施工簡單方便， 所拆解的鋼材還可以收集起來， 用在后續建筑工程建設中， 實現建筑材料的循環再利用， 提高鋼結構建筑節能減排綜合效益， 這與國家的可持續發展觀念不謀而合。

表1 鋼結構裝配式建筑的節能降耗水平

在此鋼結構裝配式建筑項目中， 整個建筑項目細致劃分為多個功能模板， 如主體結構模塊、 墻體模塊、 樓板模塊、 屋架模塊等， 各個模塊部分都可以直接在預制加工廠規模化、 批量化生產各種零部件和鋼結構預制構件， 并且可以直接在施工現場組裝拼接各個模塊部分， 有效避免施工現場的濕作業，也能大大降低施工現場的噪音污染、 粉塵污染、 固體廢棄物污染， 減少對周圍環境以及人們日常生活的不良影響。

1.3 縮短施工周期， 降低施工成本， 綜合效益高

就實際情況而言， 將鋼結構應用在裝配式建筑中能夠大大縮短施工周期， 設計、 構件生產、 施工安裝環節不需要投入過多的人力資源， 而且施工周期相對較短， 總體施工成本顯著降低， 為施工企業創造良好的經濟效益。 跟傳統現澆建筑相比， 鋼結構裝配式建筑可縮短施工周期28%左右。 在鋼結構裝配式建筑建設中， 設計人員會全面了解施工區域的地質條件、 水文條件等各項施工基礎性信息， 并根據實際的建設要求和設計需求確定科學合理的鋼結構設計體系， 在此基礎上有序開展設計工作。 在設計過程中， 需要將簡單、 規則、 對稱原則作為首要設計原則， 這樣才能確保裝配式建筑的實際建設構造得到充分滿足， 并為后續施工的高效進行打下堅實基礎。

具體來說， 鋼結構裝配式建筑的綜合效益主要表現在以下幾個方面： 1） 鋼結構預制構件生產具有標準化、 技術性、 產業化、 規模化特征， 避免出現材料浪費情況， 可以節省一定的材料成本和人工成本； 2） 在整個施工過程中， 外界環境因素、 季節等不會對施工操作產生任何影響， 確保施工進度按照原定計劃有序進行， 不會出現工期拖延現象； 3） 當合理劃分好施工區域后， 施工人員就可以按照設計圖紙組合連接各個功能模塊的預制構件， 操作簡便，施工難度降低， 極少出現人為操作失誤問題， 不僅提高了施工效率， 也有效保證了施工精確性和施工質量[3]； 4） 進行預制構件安裝時， 只需要有效連接螺栓與自攻螺釘， 不需要進行焊接作業， 大大加快了施工進度， 在較短時間內盡快構成一個系列化、安裝度高的結構體系。

2 鋼結構在裝配式建筑中的實施對策

2.1 科學設計裝配式建筑鋼結構體系

在裝配式建筑中應用鋼結構時， 由于鋼結構的特點會直接決定實際的應用方式， 所以， 在施工前期， 就需要將裝配式建筑的抗震能力要求、 功能需求納入考慮范疇， 并做好裝配式鋼結構建筑結構體系設計工作： 1） 鋼支撐結構、 框架結構、 交錯桁架結構、 移動橋梁結構等常見的預制鋼結構系統， 設計人員需要以建筑建設具體要求為依據科學選擇結構體系， 當結構體系類型精準確定后， 才能有序開展后續設計工作， 提高設計質量； 2） 在設計裝配式鋼結構體系時， 建筑平面布置需要嚴格遵循簡單化、對稱性、 標準化原則， 所選用的鋼結構需要注重關注結構質量和剛性變化， 并綜合考慮外界溫度、 濕度、 降水、 地震、 地基不均勻沉降等因素的影響。同時需要對伸縮縫、 抗震縫、 沉降縫的大小進行合理設置， 這樣才能達到相應的構造標準要求， 并有效發揮出鋼結構裝配式建筑的使用功能[4]； 3） 設計人員還需要借助于力學方法全面分析整體鋼結構體系的受力性能， 精準確定受力路徑， 采取有效措施加強鋼結構中受力不均勻的薄弱部分， 提高整體鋼結構的承載性能和剛度， 最大限度降低風荷載、 地震荷載對鋼結構的不良影響。

2.2 做好鋼結構框架的鋼柱定位工作

進行鋼結構裝配式建筑施工時， 需要準確定位第一節的鋼柱， 提高鋼柱位置的精準度， 這樣為后續鋼結構框架安裝提供良好的基礎條件， 最大限度降低鋼柱垂直度的偏差， 將實際的偏差控制在誤差范圍內。 在此項目施工過程中， 具體的施工操作如下： 1） 在施工前， 施工人員會相應測試兩個原始端點， 提高起點位置的準確性， 并且結合施工現場的實際情況科學合理確定第二測試點的具體位置。 一般來說， 選擇第二測試點時， 需要將其定位在觀察視野開闊、 不容易受到外界干擾、 不容易遭到外界破壞的位置， 這樣就可以借助于閉合方式對鋼柱各個點位在各個方向上的具體數值進行合理確定； 2）在進行鋼結構起吊安裝工作時， 需要將水準儀設置在鋼柱兩側， 有效檢查鋼柱的垂直度。 同時可以使用全站儀開展其他測量工作， 確保鋼柱頂頭中心點、四周頂端角的垂直度符合實際施工要求[5]。 需要注意的是， 全站儀使用過程中為了對定點數值誤差進行有效控制， 施工人員需要合理設置全站儀與鋼柱間的距離。 而且， 儀器仰角會隨著高度的增加而增加， 這樣在進行鋼柱第一節之上的垂直度測量時很容易加大測量誤差， 所以， 施工人員需要在每個施工層面上設置多個位置開展放線工作， 并使用激光垂準儀定期測量垂直度

2.3 加強鋼結構外圍護系統建設

在鋼結構裝配式建筑施工建設過程中， 鋼結構外圍護系統搭建也是至關重要的施工環節， 它的施工質量直接關系著建筑物外部系統的抗震性能、 防火性能以及密封性能。 所以， 施工人員需要嚴格做好裝配式鋼結構建筑外圍護系統的建設工作。 首先，施工企業需要安排專業技術人員實地勘察施工現場，掌握了解該建筑項目施工區域的氣候條件、 地形地貌等， 并合理確定施工項目的性質。 其次， 需要根據建筑類型、 結構形式以及屋面系統的結構性能要求合理確定鋼結構裝配式建筑外圍護系統類型， 確保所選擇的外圍護系統能夠達到規定標準要求。 就目前裝配式建筑的外圍護系統搭建情況來看， 內嵌式、 外掛式、 嵌掛結合式是常見、 廣泛運用的外圍護連接形式， 各種外圍護系統都有著自身的優劣勢和施工特點， 通過合理選擇、 合理應用才能充分發揮出外圍護系統的應用價值。 再次， 外圍護系統構建會使用一定量的外墻板材料， 由于結構層之間會存在位移情況， 而且外界溫度變化會對外墻板材料產生一定影響。 所以， 施工企業需要全方位、 多角度綜合考慮這些影響因素， 明確確定接縫材料的尺寸數據、 使用質量和使用性能， 合理設置接縫寬度，確保其符合實際的建設標準。 一般情況下， 如果鋼結構裝配式建筑使用的有外墻板， 那么接縫位置處所選擇的密封材料就需要具有較大的彈性， 也需要采取措施有效預防不良因素破壞密封材料的綜合性能。 最后， 也需要高度重視鋼結構裝配式建筑外圍護系統的連接性能， 施工人員需要科學分析連接點的力學性能， 以受力大小合理判斷材料的耐久性能，要始終保證材料的耐久性符合實際施工需求和設計標準要求， 這樣才能確保外圍護系統與主體連接點存在較大的承載力， 有效提高外圍護系統的整體建設質量。 在后期鋼結構裝配式建筑投入使用后， 即使單個連接點失去效用， 也不會出現外墻板脫落事故， 最大限度防止質量事故發生概率， 強有力保障人們的生命安全和財產安全。 由于鋼結構主體在使用過程中不可避免會出現一些變形現象， 所以， 施工人員還需要確保主體結構與外圍護結構件連接點的牢固性， 為了有效抵消變形帶來的不良影響可以使用柔性連接的方式有效處理主體結構與外圍護結構之間的連接部位。

2.4 優化鋼結構建筑的防火、 防腐處理

在鋼結構裝配式建筑建設中， 由于鋼材使用數量龐大， 所以無論是設計環節還是實際施工環節，都需要對建筑的防火、 防腐工作提高重視度， 采取一系列的措施提高鋼結構裝配式建筑的防火性能和防腐性能， 增強裝配式建筑整體安全系數， 有效延長建筑的使用年限， 確保使用安全。 在實際施工過程中， 施工人員可以綜合考慮施工區域的實際情況，合理選擇防火、 防腐技術手段和施工工藝， 并嚴格按照施工方案、 施工技術要點實施作業， 這樣才能提高施工水平， 確保鋼結構裝配式建筑防火、 防腐工作取得顯著成效， 保證建筑物的整體建設要求和建設質量符合行業標準。 在此裝配式建筑項目施工過程中， 為了提高裝配式建筑的防火性能， 施工人員采取了多種措施， 如將防火涂料均勻涂抹在鋼結構材料表面； 將防火板材、 防火砌塊密實包裹在鋼柱外側。 此種防火處理方式將防火工作與建筑裝修有機結合在一起， 既能提高裝配式建筑整體的耐火性， 也能起到裝飾建筑物的作用， 達到一舉兩得的施工效果， 為施工企業節省了一定的施工成本。

3 結語

跟鋼筋混凝土結構相比， 鋼結構更能夠將裝配式建筑的優勢和價值充分發揮到極致， 這也有利于推動裝配式建筑高質量發展， 促進我國建筑產業現代化和產業轉型升級。 尤其是在我國工業化高速發展情況下， 以鋼結構組建的裝配式建筑可以有效減輕建筑物整體重量， 提高整體建設質量， 而且具有更快的施工速度， 有效節省一定的人力、 物力、 財力成本， 同時能夠顯著發揮出優異的節能降耗作用，打造綠色低碳建筑， 踐行低碳發展。 因此， 在裝配式建筑建設中， 需要深刻認識到鋼結構對裝配式建筑發展的積極促進作用， 將鋼結構合理應用到建筑施工的各個環節， 充分發揮出鋼結構高效、 循環、綠色的特性以及制造規模化、 標準化、 智能化優勢，打造高品質的鋼結構裝配式建筑， 提升建筑行業的整體發展水平。