高层建筑建设中的钢结构装配式施工技术

曾艳婷

江西建工第一建筑有限责任公司 江西南昌 330000

在现代建筑建造业中，需要对高层建筑出现的新发展方向格外重视，以促进整个建筑行业的技术发展。装配式钢结构建造技术完全适应高层建筑的发展现状和未来趋势，其主要以预制构件和钢结构体系作为建筑工程的受力部分，并且工程的围护结构采用轻质建筑材料[1]。从目前的施工情况来看，它能有效地克服简单钢结构的缺点，从而在高层建筑中得到了较为广泛的使用。

1 国内外装配式钢结构建筑发展现状

我国自上世纪70年代才开始出现使用装配式技术建造的房屋，经历了六七十年的发展，已经取得很大的理论和实践成果，但在装配式钢结构建筑方向的发展始终比较缓慢。2016年国务院办公厅印发文件，明确了未来要大力发展装配式建筑的宏伟蓝图，相关政策迅速跟进出台，推进发展装配式建筑上升到国家战略。装配式钢结构建筑作为装配式建筑中的主要形式，其发展也受到了很大的推动。但国内钢结构渗透率相较西方国家仍较低，以2018年为例，2018年全国钢结构产量占钢产量的7.4%，而发达国家的平均比重在30%左右，此方面与发达国家有所差距[2]。据统计，2018年钢结构产值占总建筑业总产值的2.87%，而钢结构住宅在建筑住宅中占比不到2%，但相对已有较大提升，可见国家大力发展装配式建筑的政策有不错的效果。相比国内，发达国家在装配式钢结构建筑方面有着明显的优势，美国的装配式钢结构住宅已经实现集成化，集结构主体、建筑节能、防火隔声以及设计施工一体化为一体，依靠统一的设计施工标准，能够高效率地完成建设。日本85%以上高层集合住宅都采用了预制构件，装配式住宅的比例达20%-25%。且日本对装配式建筑的认定标准非常严格，要求整体预制率要超过三分之二，且主要结构部分均为工厂生产的规格化部件。在这样严格的标准下，日本新增装配式住宅户数依然高速增长，且其中大部分为装配式钢结构住宅[3]。对比国内外装配式钢结构建筑的现状可知，国内装配式钢结构建筑相较国外有一定的差距，在住宅数量、施工技术和规范标准方面都有所欠缺。但随着我国对装配式建筑尤其是装配式钢结构建筑的大力推广，我国新增装配式钢结构建筑数量大幅增长，鉴于我国是发展中国家，且人口体量巨大，对建筑的需求很大，政府对建筑行业的发展又尤为重视，建筑行业发展前景必定广阔，未来超越其他工业发达国家只是时间问题，装配式钢结构建筑的高质量发展需要行业不断根据自身情况完善相关规范标准，努力响应国家号召推广装配式钢结构建筑，这样才能更早实现超越。

2 高层建筑钢结构装配式技术的要点

2.1 装配式构件生产的要点

钢结构构件在生产之前，应该根据高层建筑的整体结构给予钢结构构件的设计白图。并且根据施工单位和设计单位的协调，让施工白图转变成施工蓝图。从而可以进行正式的施工。结构设计图纸是引导工程建设的方针，钢结构装配式建筑施工之前，应该对钢结构的半成品和零部件的质量进行检测。同一批的检测质量合格之后，才可以进行大规模的生产。这样能够保证生产企业的经营效益，也能够提升在正式施工之后的施工质量。与此同时，检测的过程中也应该对焊接的部位使用二氧化碳进行保护。二氧化碳能够隔绝氧气对焊接部位的损坏。从而保证设备的精准程度。钢结构构件在生产过程中必须做好严格的保护设施。这个保护设施指的是对工人的保护、器械的保护以及生产成品的保护三个方面。首先，人员的保护。必须让人员配备相应的防护器具，避免在施工过程中造成肢体的损伤。对于设备的保护，应该保证设备的工作时长和养护条件处于正常的范围之内，这样才可能保证其生产出合格的钢结构产品。对于已经产出的合格的钢结构产品，应该让施工人员将其放置在安全的范围之内，避免因错误的操作造成成品的损坏。

2.2 钢柱定位

工程主要采用钢结构框架结构的体系，需要非常准确地定位第一节钢柱位置，以保证后面上部钢柱垂直度误差在允许范围内。复测可通过对部分两个原点进行测量来保证原点位置的准确性，后在施工现场选择在不易损坏、视野广阔的地方设置二级测量点，保证各个点位的精准度。为了保证锚栓的精度需运用到锚栓固定板，采取锚栓支架平台的设计结构，以平台四周采用L70mm×5mm型号角钢作为斜撑保证支架的良好稳定性和防止锚杆因其侧向力而移动，并避免对后期的混凝土浇筑等作业产生影响。利用全站仪放线确定柱中心位置，同时准确确定锚栓安装测量支架四周的边线[4]。支座锚栓定位固定好以后再用全站仪测量锚栓的位置以保证准确性，若不准确应进行调整校核，通过多次定位复核确保精度。

2.3 预制钢管柱成套技术

采用钢管柱工厂预灌注混凝土的方法解决了小截面方管柱不安全、质量不稳定、工期较长等问题。每层可有效节约工期1.5天，显著提升了施工效率及施工质量。通过钢柱内部特殊结构，对预制钢管混凝土柱进行现场对接安装，并进行灌注高强灌浆料补强。与传统施工方式造成钢管柱灌浆不密实的弊病相比，该技术提高整体施工质量；能够降低施工过程造成的噪音、扬尘等不良影响；受气候条件制约小，节约项目冬施成本费用。

2.4 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[5]。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。

2.5 装配式构件节点施工的要点

首先，在连接H型柱与梁结构的过程中，由于高层建筑的装配式建筑需求比较大，所以应该使用高强度的螺栓进行连接。这样能够保证连接过程的稳定程度，也要尽可能避免焊接的形式。由于焊接过程可能会因为人为或环境的影响，减少其连接的稳定性，造成不必要的施工危险性。第二点，就是在板结构施工的过程中，应该在高层建筑墙板比较多的部位使用加气混凝土板[6]。这样的混凝土板能够保证整体结构的稳定性能，同时由于自身的重量比较小，保温性能也比较好成为施工中的首选。一般情况下，这种墙板的密度保持在0.55g/cm3。墙板与墙板之间的连接应该使用钢骨架进行连接。钢骨架与墙板的间距一般保持在300mm，并且使用的应该是长度为50mm的自动螺钉进行固定。

2.6 钢管混凝土柱防火节点处理技术

钢管混凝土柱的防火处理组合方案：厚型防火涂料+加气混凝土防火板，加气混凝土防火板能够有效解决反水、潮湿问题；厚型钢结构防火涂料保温隔热性能好，耐火、耐候、防腐性能优异，粘结牢，附着力强，直接喷涂和抹涂施工，施工方便快捷，干燥固化快。

2.7 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。

3 装配式钢结构建筑的发展建议

3.1 加大对装配式钢结构建筑的宣传

装配式钢结构建筑存在诸多优点，因而国家层面正在大力推广宣传该类建筑，但是在社会层面对装配式钢结构建筑的了解并不充分，甚至存在很多误解。所以，当务之急是加大对装配式钢结构建筑的宣传，加深人们对装配式钢结构建筑的认识和理解，从源头上解决装配式钢结构建筑发展中遇到的问题。此外，装配式钢结构建筑目前缺少典型工程，无法建立起社会对其的广泛认同，建议多与大型房地产商沟通合作，建立起成规模的住宅群作为典型工程，进而产生口碑效应，产生良性循环。

3.2 引进先进的施工技术

快速装配式钢结构的施工离不开各种技术的应用，房屋建筑工程更加离不开各种技术与机械设备，有的房屋建筑企业为了节省施工成本使用一些价格较低的材料与设备，技术水平也较低，设备在实际的施工过程中容易出现故障，耽误进程，快速装配式钢结构施工中离不开吊装技术的应用，施工中主要是钢梁和钢柱的吊装，需要注意的是在进行钢柱的吊装时要避免钢柱脚部螺栓的摩擦与损坏。吊装影响着整个施工质量，因此不管是钢梁还是钢柱都要做好安全措施，避免出现损坏，破坏结构。焊接技术就是将所有的接口焊接起来，但焊接要严格按照焊接标准进行，焊接的材料、焊接参数、焊接顺序、控制变形的要求、预热或后热或热处理要求、焊缝的外观处理等都要注意，保证焊接效果，确保施工焊接的质量。吊装与焊接技术影响房屋的稳定性。因此引进先进施工的技术，可以加快施工进程，提高了快速装配式钢结构房屋建筑的稳定性和安全性。

3.3 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。

3.4 装配式钢结构体系与BIM技术结合

数字化、信息化的建设是未来建筑行业的大趋势，将装配式钢结构建筑与BIM技术相结合，建立信息模型，能够起到虚拟建造的效果，为现场施工提供一定的可视化依据。随着国内的发展，未来一定能够通过信息化的数据管理，利用人工智能机器人和数控机床实现数字化制造。此外，在现场安装阶段，还能够通过信息化技术反馈安装误差问题，达到精细化管理的目的。装配式钢结构建筑的发展，不仅要依靠其本身具有的优点，更需要国家完善相关法律法规，大力推动产业改革。在信息化的时代，更要推动装配式钢结构建筑与最先进、最成熟的技术相结合，才能发挥出体系整体的优势。科学的产业模式、完善的技术政策、合理的资源配置是建筑行业发展的方向，只有这样的项目建成后，才能建立一套设计完善的技术体系，在公平竞争和合理竞争之间取得平衡。建筑企业应给予装配式钢结构建筑更多的关注，从多个角度完成技术革新，同时国家层面应鼓励各高校加快对装配式钢结构建筑的研究，从基础领域给予技术支持，确保装配式钢结构建筑实现更高质量、更高速的发展。

4 结语

总而言之，高层建筑中应用装配式钢结构施工材料能够让钢结构在低耗能和高效使用的层面上进一步发展。并且从绿色环保的角度来看，能更好地促进人们的生活水平。因此，在我国现阶段，国内的建筑企业也对钢结构材料的应用采取了正视的态度，并且装配式钢结构材料在施工中的施工体量进一步增大，这对于装配式建筑而言有着重要的促进意义。