高层钢结构装配式建筑关键施工技术研究

郑满才 （山西一建集团有限公司，山西 太原 030012）

随着城市化建设的快速发展，高层建筑成为城市的主流建筑，并且随着建筑技术的不断进步，人们对于建筑产品各性能的要求也不断提高。装配式建筑施工以其低能耗、高效率、管理精细、绿色低碳等优点逐步取得了市场认可，并成了未来建筑发展的趋势，根据国家有关部门的意见将大力支持在装配式建筑中采用钢结构，并且逐步完善装配式建筑的各种标准和规范体系。因此，采用钢结构的装配式建筑将成为未来建筑的研究和发展方向，本文提出的装配式建筑中钢结构施工技术的研究具有一定的经济效益和社会价值[1-4]。

1 装配式钢结构的优势分析

当前阶段的城市高层建筑施工技术，施工建设费时耗力、资金投入量大且工期较长，在施工过程中需要较大的劳动力投入，同时施工过程存在较大的安全风险且会对周围生态环境造成一定的污染和破坏。科学技术的发展带动着社会各业发生了翻天覆地的变化，建筑行业施工技术也取得了一定突破，建筑自动化、智能化施工技术使得建筑施工效率逐步提高。在当前人们不断追求生活质量和品质的背景下，传统的建筑施工模式和技术已经无法满足当前建筑发展的需求，因此要想实现建筑业的可持续发展必须进行建筑施工技术的不断革新。

装配式建筑的出现满足了现阶段社会对建筑施工的安全高效、标准规范、绿色环保的要求，装配式建筑是指建筑工程所需要的建筑预制结构件在施工前由工厂进行加工生产，然后将所有预制构件运至工地现场，施工人员按照建筑施工方案进行现场施工组装。总体来说，这种施工模式可以实现工厂预制构件加工与现场建筑施工同步进行，减少了现场混凝土浇筑环节，有效降低了现场作业的安全风险、减少了环境污染、有效缩短施工周期并提高了施工效率。工厂可以根据建筑项目的结构尺寸需求进行预制钢结构构件的生产和组装，实现对建筑施工精度和成本预算的控制。

我国建筑业的发展经历了木结构、混凝土结构、钢结构等主要类型，通过对上述三种结构类型的对比分析，钢结构设计无论是在工业化生产和后期施工现场应用更加符合当前建筑业的需求，钢结构的生产效率和质量更加有利于现场施工。加工厂按照建筑工程施工图纸和方案进行钢结构预制构件加工，工业化生产效率有效提升了建筑结构施工精度，建筑质量水平得到提高。此外，建筑物采用钢结构设计，更加有利于建筑内部布局设计的开放性，可以根据功能需求对建筑进行灵活设计。

2 高层建筑装配式钢结构施工的关键技术分析

2.1 BIM建模技术

BIM 技术是建筑行业的一种新技术，可以应用到建筑行业的全过程中，有效提高建筑建设的管理质量和施工效率。装配式建筑的设计环节采用BIM 技术可以提高构件精度和效率，采用BIM 技术对建筑结构进行建模，模型搭载了建筑设计和施工的各种参数，工厂根据建筑结构模型进行预制构件加工，然后将预制构件运输至施工现场的构件库，现场进行建筑构件的安装和施工。BIM技术可以根据建筑结构相关参数将传统的二维施工图纸转变为三维模型，可视化的三维模型有利于设计优预制构件节点，更加有利于现场钢结构预制构件的安装和施工。采用BIM 技术建模时需要配合使用AUTOCAD 和TEKLA，可以对现场施工环境进行模拟预演，提高现场钢构件安装施工的效率。

2.2 配件的分段吊装

建筑施工是整个装配式建筑建设过程的核心环节，同时也是钢结构预制构件现场组装和安装环节，钢结构的现场安全风险大，需要严格执行相应的安全措施和现场施工方案。装配式施工首先就是对钢材结构的吊装起重作业，吊装作业开始前参照设计图纸编制吊装作业方案，全面分析预制构件的重量和型号以及现场的运输条件和起重吊装设备参数，确保现场的起重极限维持在最佳范围内。当钢结构构件的长度超过12m、宽度超过2.8m、高度超过4.5m 时，应对钢结构分段处理以便满足现场运输和吊装需要。钢结构的分段吊装应严格执行标准操作流程，并根据工程项目的实际情况做好吊装方案设计。在使用大中型起重机时，根据钢结构的具体形状和现场场地情况合理调度各机械设备，提高现场吊装的安全性。同时要认真分析起重设备的起重量、起升高度、幅度、跨度和工作速度等参数，既要保证起重设备工作范围覆盖施工现场，又要确保起重机各项性能满足吊装作业需要，确保吊装作业顺利进行，为装配建筑后续施工打下良好基础。

2.3 外墙施工技术分析

装配式高层建筑外墙施工也是一项重要工程，装配式建筑的钢结构施工所用的外墙板和连接配件均为工厂预制，外墙板施工主要采用节点连接配件，将外墙板固定到建筑框架结构上，通常采用全熔透焊的方式将外围墙板下托点和上限位点全面连接起来。根据行业施工经验，预制外墙板的重量平均为400kg，在实际安装过程中可以根据实际需要采用吊装后移动作业。外墙安装的具体操作流程为：施工人员检查建筑钢结构的平整度和垂直度，并进行适当调整；而后，根据施工图纸校准外墙重点节点连接位置，并再次检查外墙板及各种预制构件的型号和安装位置。然后，采用起重机吊装预制墙板，将预制墙板吊装至安装位置，并且对墙板和预制构件的位置进行适当微调；最后，对外墙板进行固定焊接，并且将预制构件埋件与钢结构柱埋件进行焊接，确保外墙板的安装牢固可靠。

2.4 钢结构梁、柱安装技术分析

采用BIM 技术对装配式建筑钢结构进行设计，根据设计参数对建筑物整体和钢结构的梁柱进行三维立体模型搭建。在钢结构立柱安装施工之前，利用BIM 技术对施工方案进行施工进度的模拟预演，实现对施工各环节阶段的碰撞检查，并根据三维模拟进行细节方面的优化，确保施工过程的钢结构立柱尺寸和位置符合施工方案要求。由于钢结构的各个构件的质量直接关系到装配式建筑整体的质量和性能，同时也为了保证施工过程的安全，应仔细检查核对钢结构柱和梁的质量信息。在大重量钢结构吊装之前，将主梁材料两侧用绳子捆绑结实，避免钢结构吊装过程中重心偏移而发生结构错位。钢结构安装时，当梁柱的单次起吊重量小于5t时，可以结合工程情况采用“一钩多吊”的吊装方法，这样可以最大程度上保证安装施工效率。

2.5 减震消能技术分析

随着城市高层建筑的不断增多，建筑物的运行安全性能和抵御灾害能力要求也会提高。对于装配式高层建筑来说，其抵抗火灾、强风、地震等灾害的能力是一项挑战。因此，装配式建筑的设计和施工，其安全消防和抗震性能应满足相应的规范要求。利用减震消能技术可以提高建筑物的安全性和稳定性，降低地震灾害导致的建筑物倒塌风险。

近年来，随着高层建筑的普及和科学技术的发展，抗震技术也得到了创新与发展。减震技术的原理就是在建筑物中安装一定数量的减震消能装置，增加建筑物的结构阻尼起到抗震减震效果。高层建筑中减震装置安装方式多种多样，应根据建筑的具体结构进行科学合理的设计。高层建筑的减震消能装置经常安装在楼层之间、结构节点和剪力墙等部位，同时在剪力墙设计中采用无屈曲波纹钢板可以进一步提高高层建筑的减震消能效果。该类型的剪力墙在外力作用下具有较大的刚度，对于地震、台风导致的单侧外力增加，剪力墙仅会屈服而不会产生屈曲变形，一定程度上提高了剪力墙的承载力。当出现地震等灾害时，该设计可以有效降低地震灾害对建筑结构的破坏。

高层建筑也对消防设计提出了很高的要求，其高度和复杂结构都增加了火灾风险和消防救援难度。剪力墙施工时，在无屈曲波纹钢板两侧使用不燃烧约束板，可以显著提高建筑的防火性能。

3 结语

装配式建筑以其特有的施工方式符合当前阶段人们对于低碳环保、快速高效的建筑施工要求，装配式建筑的钢结构构件采用工厂化流水线精准定制生产，施工现场采用组装施工的方式，取消了传统施工现场的混凝土浇筑环节，改变了传统工地现场扬尘噪声污染、作业施工危险、施工周期漫长的状况。本文通过论述钢结构在装配式高层建筑的应用并对关键施工技术进行分析，对钢结构在装配式建筑中的施工应用具有一定的指导意义。