装配式建筑工程钢结构施工技术优化选择

王文辉

（潍坊昌大建设集团有限公司,山东 潍坊 261061）

1 引言

传统的结构设计和组合型钢结构的设计方法在建造、基础模量确定、平面位置和设计取向等诸多方面都有很大的差异。钢结构采用了自然装配式钢结构，其中所有的钢结构、围护系统、设施、管线系统和内部控制系统都可以和谐、统一地安装到这种钢结构中。装配式钢结构以其独特的技术要求和先进的设计理念，在不同行业中被广泛使用，展现了钢结构在建筑产业化发展方面的巨大优势和重要价值。因其对建筑业的发展有着极其重要的作用，因此本文对装配式钢结构建筑的设计和研究具有重要的意义。

2 装配式钢结构建筑的定义及特性

2.1 装配式钢结构建筑的定义

所谓大型装配式整体装配式大型钢结构综合建筑，并非仅仅是一种大型装配式的整体装配式钢结构。钢结构在实际建筑应用中通常具有较好的整体承载力，它可以有效节约更多结构材料和利用更多空间，减小了整个建筑物的截面积，从而大大增加了建筑室内空间，抵抗突发性自然灾害能力更强，所以在整体结构稳定性方面比其他结构类型更具优势，从而促进建筑的生态循环发展。钢结构的施工过程中，材料内力分布均匀，可以保证整个建筑受力均匀，充分发挥钢结构本身的塑性和韧性，提高整个建筑的承载力。当受到外力时，建筑可以利用其强大的塑性，增强其抗断裂能力，从而保证建筑的安全性和稳定性。此外，装配式钢结构建筑吻合了建筑行业的绿色发展需求。建筑钢结构的实际应用中，由于其和环保以及绿色的发展理念相适应，在施工中只要对钢结构进行安装即可，避免了施工现场中出现粉尘以及浪费大量资源的问题出现。且钢结构自身的稳定性与可靠性较强，拆除后可以直接回收利用，具有较高的利用率，这无疑成了装配式钢结构的主要技术优势。

2.2 装配式钢结构建筑的特性

装配式钢结构建筑根据建筑物的高度可划分为单层工业用厂房，中高层、多级、超装配型钢结构建筑等；装配式钢结构根据框架结构系统可划分为框架结构、框架－筒体支撑结构、框架－筒体结构、巨型框架结构、门式刚架－轻钢框架结构、大跨空间结构、交错桁架框架结构等，不同类型的结构对应不同规格和规模的建设类型；根据结构原材料可划分为钢－混凝土、钢－砼组合结构等，不同类型的装配式钢结构适合应用于不同的建设环境当中，实际施工时可以依据设计标准和施工需求灵活进行选择。

装配式钢结构的优点主要有：装配式钢结构构件设计采用标准化、一体化，全部结构构件均为工厂一体化生产，并能够依据工程项目的实际要求对构件参数进行调整，准确性较高，质量较高；设备管线内部是系统集成和自动化相互集成的一种装配式补充剂，采用了零部件，可以改善功能，提升了项目质量，降低了成本，节约了时间。

而从缺陷角度来看，装配式钢结构的最大缺陷集中在造价成本方面。建设费用高是一个阻碍装配式钢结构建筑尤其是居住房屋和大型商业区发展的重要因素，与传统的钢筋混凝土结构房屋相比，钢结构的价格明显偏高。实际上，近几年由于钢材价格的下调，辅料及零部件行业的成熟，装配式钢结构楼宇的造价已经接近传统的混凝土剪力墙，加上其工期短、质量优、组装率高等因素得到行业内部的高度认可。但由于受困于产业体系和技术体系的影响，装配式钢结构建筑的普及程度相对较低，依然处于初期发展阶段。

3 装配式钢结构建筑的设计标准

3.1 装配式钢结构建筑防火设计标准

装配式钢结构的防火设计要求在装配式钢结构的设计中是一个非常重要的技术标准。装配式钢结构在各个行业的实际应用情况中，均应按照国家的防火技术规范要求来进行建造，而且必须建立一套相应的装配式钢结构标准，特别是对于发生火灾或者危险性较大的建筑，如配电站和自动化变电站、大型的公共建筑、超大型仓库等。装配式钢结构的防火处理设计技术要求主要包括几个基本方面：第一，装配式钢结构的外墙和基础表面宜尽量选择一种具有较高防火特性的岩棉三明治钢板，对装配式钢结构的基础和墙面进行一定的防火处理；第二，装配式钢结构的彩色钢板外层采用氟碳风格防腐材料涂层，外墙和基础层连接处使用低波纹垂直的彩板，不仅可以充分满足整个建筑房间的视觉效果，还可以延长装配式钢结构的防腐使用年限；第三，装配式钢结构爆破墙内部要使用防火力较高的石膏板，而且在石膏板内部一定要填充有较高防火性能的岩棉，并采取加强其他防火保护措施。

3.2 装配式钢结构的接地防雷设计标准

由于部分工程行业对装配式钢结构的技术要求和设计特点不同，对于相关装配式钢结构的工艺和设备要求也不一致。在进行设计的过程中，装配式钢结构必须注意增加对钢结构进行接地和防雷保护。一些工业建筑，如配电站，就需要使用相关装配式钢结构建筑物进行接地和防雷。针对装配式的装配式建筑物和房屋进行接地式的防雷系统设计，不仅能够有效地改善防雷系统暴露在外部的情况，还可以减少建筑物内避雷针的安装。

3.3 装配式钢结构的屋面防水设计标准

装配式钢结构屋顶防水工艺标准屋顶防水处理规范措施十分必要，装配式钢结构在其设计的过程中需要严格遵守屋顶防水规范的设计要求，就必须保证装配式钢结构不会漏水或渗透，可通过悬浮装置等技术将钢结构屋顶安放到建筑物内部及其相应的部位。夏季和冬季时室内外气温差大，直立式锁定技术下建筑屋顶系统的温度适应性好，能有效保持良好的平衡。为了万无一失，还可利用装配式钢结构扩大屋顶的排水坡度，有效地加快屋顶系统的排水速度。

4 装配式建筑工程钢结构工程技术分析

4.1 防火以及防腐技术

钢结构的防火和抗锈性能差，需要用涂料进行保护。涂料在使用寿命上一般只有10年左右，与其他建筑设计使用寿命相差甚远。由于使用条件不同，公共建筑物可以允许后期进行检查和维修，然而，大多数居住建筑钢结构在日常使用过程中不能够在室内进行检查和保养，这样似乎成了一个致命的问题。事实上，居住建筑钢结构材料在室内正常环境下发生的锈蚀是极其有限的，即使初期涂装的使用年限较长，腐蚀仍然会保持在可控制的范围内，对结构安全没有影响。根据某些国家的实践，目前在建造中使用的钢结构已普遍不再需要使用防腐处理。防火性能还可以通过粘贴涂层片获得，比使用防火涂料更耐用[1]。

4.2 单边螺栓连接技术

单边螺栓连接技术使梁柱端板(见图1)紧密地相互结合，可以广泛应用于各种钢结构的封闭横截面上的梁柱之间连接，是对大量采用钢柱的各种钢结构的一种有力保护。行业内部目前在这两个方面已经做了大量的工作，使加固方面也已经有了相关的实验和工程理论实践。

图1 单边螺栓的端板连接图

4.3 节点的集成与完成标准

探索钢结构的现场高效组装技术，可以根据组件和节点分离的想法，将节点整合成成品。例如，国内开发的蝴蝶节点，国外也有类似的快速安装节点。这种快速装配节点技术能够在装配式的建筑中，将钢结构的最终目标型钢构件通过各种钢铁厂的简易加工（如切割、打孔等），作为一种标准化的构件直接从建筑中运输出去，并组装成高效率的连接节点，可以与耐火钢和未涂层的防火涂料相结合，来解决其他材料的防火和抗锈性问题。当然，要真正实现此次理想化的发展目标，还有许多科学研究方面的工作需要继续努力，需要国家相关规范的指导和支持。

5 建筑钢结构装配式工程技术的具体应用

5.1 制作加工技术

Tekla、AutoCAD等多种三维仿真软件和BIM技术在建筑钢结构零件加工和制作中使用。这里BIM技术主要是指通过建造工程的三维物理模型把所有的建筑信息都连接了起来，有效地转换了建筑生产经营方式，并合理地进行管理。特别需要注意的一点就是，该技术在实现虚拟建筑的配置及资源设计等各个方面都具有突出优点，它既能够在复杂的建筑情况下控制整个建筑，还能够充分地利用所建造的三维物理模型，按照建造者的空间与时间顺序来模拟整个建筑的主体构件，准确地构建三维物理化的模型，这样在施工过程中提供许多方便，减少在施工过程中出现的各类错误，同时也可以有效地改善施工质量。动态模拟三维建筑配置构建通常是在BIM、AutoCAD和Tekla等三维模拟软件中实现，可以通过BIM软件直接转换到所有建筑材料使用的详细图纸，Tekla软件也可以直接对建筑材料进行编辑，设置加工工艺。除了能够精准地控制整个建筑物外，它的功能还可分为两个主要的方面。一是用来做制造和加工支撑。为了防止光束首先到达，支撑不能直接到达，必须首先做好加工支撑，并及时修复有缺陷的柱子，保证异型和变截面钢柱的生产和加工质量，保证柱子的弯曲和变形不至于影响施工，大大地节约了施工的原料。二是主要负责钢梁在组装过程中提高强度和增强稳定性的位置固定板、刚性平台、基础和平面上的数控钻床上各个孔的匹配模板，这些都是对于构成钢梁的加工和制作平台的四个重要方面，可以确保对于界面不同类型的钢梁进行加工和制作。

5.2 钢立柱的安装技术

在制作了梁、柱及建筑物整个模型之后，就可以进行安装到施工现场。柱子的安装三维仿真及碰撞测试检查是基于BIM技术仿真模拟现场施工的先后次序，得到最佳的钢柱安装方式和位置。在临时安装过程中，应对临时需要安装的钢柱进行垂直面和水平测试，以确保在安装过程中不会发生错误。

5.3 安装梁梁和支撑柱子都在建筑物中起到了负载作用

在施工现场，要仔细地检查所有货梁的品种质量以及型号，是否满足施工规范要求，检查结束后还需要特别注意佩戴安全的扶手绳和安装正确的扶手。事前的准备工作做好后，现场要设置一根横梁，以防落地、移动。在安装大梁的过程中，要把横梁两边都绑好，然后依次将剩下的梁逐根举起。在提高辅助梁强度同时，为了能够加快施工的速度和尽量减少施工时间，需要使用近钩多升技术，该技术还可以使用单升重量5t的辅助梁[2]。

6 装配式钢结构建筑的应用管理以及发展策略

在装配式钢结构的建筑发展推进过程中，要积极利用节能门窗、中空玻璃、保温墙、组合地板等绿色材料，鼓励企业业主及设计师们采用创造性的新的结构方法和形式，增强对施工专业技术人才的培养，完善装配式钢结构的一些相关标准和规定，保障装配式钢结构的实际施工质量，充分发挥其施工进度快、节省资源等特点，体现建设项目的绿色基础性要素[3]。

因此，施工各阶段都需要严格地对钢结构及其原材料的产品进行质量检测和验收，在购买钢结构原材料时还需要比较不同企业的生产加工方法，然后再对原材料的性能进行检查，不能片面追求材料的经济性，必须在确保质量和规格的基础上才能进一步追求性价比。需要注意的是，原材料的采购需要严格遵循建筑工程项目的设计标准，必须严格按照规定购买，对工程的质量和人身安全负责[4]。同时，机械设备的使用必须合理，提高工作效率。员工在使用和操作设备前，要了解相关设备使用说明书内容，使用和操作设备时爱惜设备，提升生产力，制造质量合格的配件，在材料收集和管理方面必须妥善管理资料[5]。

7 结论

综上所述，本文对我国钢结构建筑施工中应用的技术问题进行了深入的研究和讨论，在装配式建筑工程设计与加工技术方面要进一步完善我国装配式钢结构主体和构件的标准化，鼓励其他生产厂家完善其装配式主体构件的品种和尺寸，希望通过提出相关的管理建议，更好地推动组装制造的建筑钢结构项目工程技术水平的提高，为组装制造相关的施工企业有效地节约资源，降低成本，提高工程质量。