高层建筑钢结构装配式施工技术应用分析

2021-04-14刘德生

卷宗 2021年25期

刘德生

（信阳智远工程管理有限公司，河南信阳 464000）

装配式高层钢结构属于一种新型的施工方式，在目前建筑项目施工中具有较大的应用优势及发展前景。装配式建筑，属于一种建筑的现代化施工方式，主要通过对房屋结构进行设计后，对各个构件采取工厂预制、现场组装的方式完成项目施工，对于提高建筑性能及产品质量、促进能源节约及环境保护具有重要作用，符合当前我国可持续发展战略的要求，对实现建设低碳环保及节能型建筑具有极大的应用优势及前景。目前，该类建筑可根据其所使用构建的不同进行分类，包括：预制混凝土结构、预制装配式结构、预制集装箱式结构。以上3种形式各有其有优势，装配式钢结构由于其结构强度高、承载力大及施工方便等优势，在装配式建筑项目设计与施工中被广泛应用。

1 装配式钢结构概述

钢是具有高回收价值的环保绿色建筑结构材料，具有高度可加工、高抗震性能和高度钢结构的建筑和工业生产目的。现场螺栓连接简化了拆卸和整体装配，从而在缩短施工时间的同时，有效地减小了劳动强度。高层钢结构与现有钢筋混凝土建筑结构相似，但对后期有利的材质选择范围仍然完全不同。钢结构是新时代科学技术和经济不断发展下的产物，虽然采用装配式钢结构的建筑使用效果和以前的混凝土结构是相同的，但与传统的混凝土结构相比较，钢结构具有其独特的优势。

第一，钢材是一种新型的绿色环保建筑材料，因为采用钢结构的高层建筑施工方式与传统的使用钢筋和混凝土的建筑不一样，传统的混凝土结构是将水泥、石子、河沙等大量建筑材料运输到施工现场，再经过机器的搅拌进行施工，会产生大量的扬尘和噪声，影响周边居民的生活质量，但装配式建筑则是在施工现场对工厂制作的构件进行组装，不会产生大量灰尘，而且组装的构件都是根据实际需求预制的，不会有太多浪费的材料。第二，钢结构重量轻、强度高、抗震性强，装配式建筑能更好地应对当前世界多发的地震，还能减轻运输成本，减轻工人劳动强度，降低企业建筑成本。

2 高层建筑钢结构设计原则及主要形式说明

2.1 高层建筑钢结构设计理念及原则分析

对于装配式建筑设计而言，在进行设计时应遵循以下原则：一是建筑物的设计应符合国家的有关政策、法规，做到安全可靠、先进适用、经济合理、环境友好；二是结合工程特点，积极慎重采用具备应用条件的新技术、新设备、新材料、新工艺；三是结构设计时应坚持以节约资源、充分考虑社会效益为原则；四是项目设计及实施中应采取切实有效的措施节约用地、保护环境、满足劳动安全要求。

对于该类建筑项目设计施工中预制装配的有效管理及实施，应从以下方面进行考虑：一是总体规划设计应遵循模块化、标准化、构件标准化、部品标准化、门窗标准化等；二是构件拆分原则应坚持以模具数量最小化、连接节点简单化、尺寸、重量合理化、复杂节点工厂化为原则；三是装配式结构设计应采取有效措施加强结构的整体性，装配式结构的节点和接缝应受力明确、构造可靠，并满足可靠性、耐久性和舒适性等要求。此外，设计施工时应充分考虑施工现场情况，根据预制构件的功能和安装部位、加工制作及施工精度要求，确定合理的公差，确保现场施工的可操作性；预制构件设计满足制作、运输、堆放、安装以及安全、质量、环保等要求。

2.2 高层建筑钢结构形式选择及分析

1）预制仓。预制仓就是将设备集中放置在一个预制箱内，设备与箱体均在工厂组装完成，运至现场后完成拼装。该种结构的优点在于结构紧凑、占地小、可以做到无缝对接等；其缺点在于操作空间小，使用中会存在漏水等情况，档次低，后期维护使用成本高。

2）钢筋混凝土装配式建筑。该种结构主要是将结构构件（如梁、板等）按照设计图纸要求完成预制后运送至现场完成组装。该种形式对于接缝的处理常需要细石水泥土进行连接，进而对保证连接点的可靠性具有积极作用。但施工中的缺点也是明显的，如梁板、柱运输的吊装难度大、需要较多的湿作业及抗震作用差，使得其使用受到限制。

3）钢结构建筑。钢结构装配式结构属于现有装配式建筑使用的重点，具有以下特点：大多连接均采用螺栓连接，仅小部分需要在现场进行焊接或浇筑，减少了室内及室外装修的工作量；构件的加工及生产不受现场环境的影响，且在建筑“三通一平”未开工前即可实现对建筑项目的实施，减少施工周期。此外，抗震性能好及自重轻也是主要优势。

3 高层建筑钢结构装配式施工技术应用

3.1 构件分段技术的应用

建筑行业选用新型的建筑材料，相应的施工技术也应该得到更新与提高，以便更好地发挥钢结构建筑的作用。高层建筑中使用的钢结构一般都是较为大型的，都是由大型施工机械进行建设的，那么在构件从工厂运输到施工现场的过程中，对于超过正常运输标准的构件，需要进行分段运输，就需要建筑单位应用构件分段技术对构件进行相应的处理，这也是装配式施工技术中最常用的一种技术。建设人员在高层建筑施工中应用钢结构时，施工人员一定要保证构件完全在塔吊的应用范围内。

3.2 吊装技术的应用

高层建筑选用钢结构并应用装配式的施工技术中，最为关键的就是吊装技术，只靠施工人员手动组装，完全不能满足高层建筑的需要，需要依靠现代建筑技术，以机械设备的力量代替人工的运输，在整个组装过程中，吊装技术显得尤为重要。在施工之前，建设人员就需要对整个项目有充分的了解，包括施工场所的面积、吊装设备的选择与搭建、吊装设备的承重能力等，这些都需要施工团队先对实际施工场所进行深入的分析与研究，再根据实际需求选择适合的吊装设备以及设备布置的位置。吊装设备的选择应该考虑以下几个方面：1）起重性能满足构件装卸的要求，并且能满足施工现场的重量要求；2）施工场所是在塔吊的建设范围之内。完善的吊装计划与科学的吊装设备能够大大提升钢结构装配式施工技术的效果和安全性。

3.3 钢结构节点技术应用

1）梁、柱结构的节点施工。装配式钢结构的施工技术能够将预制的构件进行组装，为了保证建筑框架的稳固性，需要将H形柱与在建筑中起到主要承重作用的梁结构进行连接与加固，不同的结构所选用的连接方式也不一样，应该根据实际需求选择合适的连接方法。建筑中梁和柱的连接就不会采用传统焊接的方法，避免钢材发生变形而影响建筑效果，一般会采用螺栓的形式进行连接，以保证二者能够紧密连接且不变形。梁与柱之间的连接方式既可采用螺栓的方式，又可以采用拼接的方式，都能够使各节点之间无缝连接。不同结构一般采用不同的连接方式，无论采用哪种技术，都要考虑施工现场的实际情况，并严格按照相关要求与规定进行操作，如钢管柱和H梁同样可以采用普通高强度螺栓的方式进行连接，现有的连接方式能够基本满足装配式钢结构中各部分的连接需求，一旦操作失误或连接条件不足，就会给施工项目带来阻碍，影响工程质量。要提高施工中的连接技术，就需要根据技术的发展不断改进和创新连接技术，将最新的技术融入其中，从而找出更好的连接方法[3]。

2）板结构的节点施工。建筑物的施工过程是从框架开始一点点搭建组成的，钢结构的组装相当于完成了建筑形状的搭建，框架搭建完成后，就需要其他物质完成建筑墙板的填充。从目前的科学技术来看，高层建筑中的墙板大多数都是由混凝土、钢筋等构成的混凝土板，这类蒸压轻质的墙板虽然非常轻便，但隔音效果很好且抗压抗震能力强，同时采用的是节能环保的绿色建材，所以其污染性小，对人体的危害性也不大，其内部的密度较其他建材而言会高很多，所以墙板的保温作用非常好。在对板结构的节点施工过程中，需要做好墙板与建筑各处的连接，需要注意的地方有三点：1）各墙板之间的连接。墙板与墙板不会自然连接在一起，需要应用建筑技术和建筑工具钢骨架、螺钉等，将墙板的接口处牢牢地固定在一起，所需工具的长度与宽度要根据墙板的厚度来确定。2）外墙板与梁的连接。高层的墙板是通过吊装设备将墙板运输至施工楼层，再将保温板安装至墙板。3）房屋构建中除了墙板还需要门窗，需要做好墙板与门窗的连接，保证建筑的稳定性。

3.4 外围集成技术应用

高层建筑相对于底层建筑来说，更容易因自身高度的原因受到外界因素的影响，尽管使用的是钢结构装配式的施工技术，仍然会存在一定的不足。在这种情况下要充分发挥装配式施工技术的作用，保障建筑的实际效果，还可以通过对建筑中外围集成技术的分析和巩固，提升高层建筑的稳定性和实用性。应用外围集成技术，能够优化建筑内墙、外墙体系，加固楼承板，维护整体建筑，保障墙体间连接点的装配效果，提升钢结构装配质量，不仅能满足高层建筑的使用功能，还能满足人们对居住条件的期望，提升建筑的整体效能。