装配式建筑工程钢结构施工技术及管理方法

林海军

摘 要：依托于传统的钢结构施工工艺，针对高层建筑钢结构的安装施工工艺进行分析，阐述装配式建筑工程钢结构施工技术与管理方法。通过选择与布置安装施工机械，对钢结构预埋构件、钢柱以及瀑布幕墙的安装施工技术与步骤提出新的施工工艺设计，以突出该施工工艺在各个节点的支座反力与重力荷载方面所体现的优势，其与传统施工技术相比更加科学，建筑结构的整体稳定性更高。

关键词：高层建筑；钢结构；安装工艺；施工技术

中图分类号：TU71;TU758.11                         文献标识码：A                          文章编号：2096-6903（2023）04-0004-03

0 引言

钢材作为使用价值高且环保绿色的建筑材料，目前在高层建筑的建造中广泛应用。传统的钢结构安装施工工艺因受技术方面的限制，容易导致建筑的抗震性能相对较低，从而使建筑的整体结构稳定性与可靠性有所不足，制约了钢结构建筑行业的发展。因此将钢结构施工工艺加以创新，在一定程度上能够提高工程施工的效率，保证工程质量。与此同时也能够降低钢结构施工技术在实际运用过程的难度，避免出现如钢材原料的浪费等问题，进而促进建筑产业对建筑材料的循环使用，以满足当前绿色环保的施工要求。

1 工程概况

以某装配式高层建筑E项目工程（以下简称E项目工程）为例，该工程建筑占地面积约为52 304.13 m2，项目涉及两个楼体建设，其中地上层高为20层，地下层高为2层。其中地上建筑结构主要采用框架支撑结构，地下建筑结构采用框架结构。建筑的安全等级为二级，防火系数为一级。用于本次项目的结构材质主要为Q325，装配式等级为双A级。具体的工程概况详情如表1所示。

从 E项目工程的总体情况和参数来看，总体表现出的刚度比较高，各层间的位移也比较少，因而具有良好的侧向能力。大多数建筑采用钢管混凝土柱，因此所需要的钢材数量相对较多，并且对钢结构的技术要求也相对较为严格。

2 装配式高层建筑钢结构安装施工技术

2.1 选择和布置安装施工机械

针对E项目工程的钢结构安装施工工艺，安装施工机械的合理选择与布置能够为后续的工程项目施工提供有力的保障。吊装是钢结构安装过程中所使用的较为重要的机械，也是垂直运输预购件的唯一运输工具，因此对于吊装设备的选择应综合考虑施工现场的环境。

由于高层建筑相对较高并且一般现代化的办公装修风格其建筑结构体现出了不规则性，因此施工过程中所需要的各种类型的预购件的尺寸会有所不同。它一般相对较大，并且在质量上也与普通预购件存在一定的差异[1]。

为了能够满足本次建筑施工项目中对预购件的吊装与倒运要求，本次施工吊装采用附着式的平臂塔式起重机，臂长为45m，在工程工地的主体建筑主体的南北两侧各有一座塔式起重机。根据此次工程的顶起数量和施工工期，确定了此次工程所需的机械数量。

计算所使用的公式如公式（1）所示：

Ni=Qi·K/（qi·Ti·bi）                                                  （1）

式中：Ni为高层建筑工程项目中所需要使用的施工机械总量，单位为台；Qi为高层建筑工程项目中共要完成的工程总量，单位为m?；K为工程项目施工中所安装的施工机械运行不均衡系数；qi为建筑工程项目中安装施工机械产量的具体指标，单位为m?/台；Ti为高层建筑工程项目安装施工机械后所使用的总天数，单位为d；bi为施工机械的工作次数，单位为次。

通过公式（1）计算后能够对得到本次施工项目中所使用的施工机械总台数，基于对E工程项目的实际情况，需要对吊装的具体次数进行分析，从而避免吊装机械设备在使用的过程中超出预期的标准范围。此外，还针对本次施工项目中所使用的预构件进行了设计，其中包括构件所安装的位置以及具体的构件参数。该构件参数能够为整个工程的装配式钢结构实施工艺的实施提供充足的保障。

2.2 钢结构预埋构件安装施工

基于本文中对钢结构安装过程中所使用的吊装选择和布置，该部分内容将对钢结构预埋构件的具体安装施工步骤进行论述。通过对本次高层建筑的结构进行了解后，针对本次钢结构预埋构件选择使用预埋锚栓和矩形短柱相组合的方式。其质量约为12 t，总长度为7.5 m。

2.3 钢柱安装施工

待钢结构预埋构件安装后，对钢柱进行施工。钢柱作为高层建筑施工过程中所使用的重要材料，同样也是施工工作的重点。在施工中基于对建筑主体的塔楼结构了解后，需要在不同的楼层之间通过设置桁架，通过桁架的转换来完成不同楼层的外围钢框架结构的安装工作[2]。此次施工工作采用分阶段处理的方式完成钢结构的钢柱安装。因施工分段不同，所以需对钢柱安装过程中的基础标高进行设定。一般对于高层建筑来說，标高将依据建筑物的结构而进行设定，其中包括地下室、塔楼以及裙房，具体的标高设定要求如表2所示。

设定钢柱安装标高后将依据现场施工的吊装的实际位置，对钢柱进行分段处理。该过程能够充分地保证钢柱在安装的过程中符合现场施工环境，确保施工工作的安全。分段处理完成后针对钢柱进行安装。于地上安装钢柱时，需要用吊装将所要安装的钢柱吊起，吊装前应设定好塔式起重机的最大距离与回转半径。因钢柱的高度较高，因此在钢柱上应安装耳板孔，作为吊装的吊装点，从而能够保证钢柱在吊起的过程中保持柱身处于垂直状态在完成后，将其进行加固，并对其进行分块加工。

地下部分的钢柱的设置要在施工前，充分考虑到地基对钢筋的影响，防止钢筋在装配后发生位移，从而引发施工过程中的质量问题。如果选用了地面一楼的起重单元，则按其断面大小设置用于临时输送的钢柱的支承钢梁，并清理其联结的槽口，以保证以后焊接过程中钢柱的坚固程度[3]。根据单个钢柱的单根长，对其在地面上的特定布置进行定位，从而构成一个稳定的钢构件，并对其进行检测。在安装期间，应及时纠正钢立柱在装配中产生的偏差，并与预定的装配状态进行比较，如果不存在任何差错，则进行焊接。同时，将临时架设的支架钢移走。

2.4 建筑瀑布幕墙钢结构安装施工

一般对于高层建筑来说瀑布幕墙，均设计在高层建筑的塔楼外墙壁并与钢架相连，因此在安装难度上相较于传统的外墙难度有所提升，各个楼层之间需要利用吊杆体系，并与钢结构的销轴保持连接。一般瀑布幕墙的安装需要配备不同数量的牵引装置，同时应对牵引装置的拉力值进行计算。通常拉力值的计算需要结合工程施工与之相关的公式，如公式（2）所示。

F=[ξm+n-1（ξm-1）/ξm-1]×Q                           （2）

式中：F为牵引装置的轮滑组拉力值，单位为kN；ξ为牵引装置中的滑轮阻力系数；m为牵引装置轮滑组的工作绳数量，单位为段；n为牵引装置所使用的滑轮个数，单位为个；Q为牵引装置滑轮的计算荷载值，单位为kN。

通过公式（2）的计算得出工程中安装瀑布幕所使用的轮滑组拉力值，参考该数值利用倒装的方式完成瀑布幕钢结构的安装。施工段可将其划分为由下而上的施工方法，采用托架的方式将钢结构构件运输到预定的楼层位置，达到指定位置后在托架上铺设安全网与木模板，为了保证构件的放置安全性，应在安装过程中在托架周围放置防护栏。具体的安装流程如图1所示。

3 装配式高层建筑钢结构安装施工后的效果分析

为了能够保证高层建筑达到预设的抗震等级，需要在钢结构安装施工过程中对地震力进行调整。依据E项目工程的实际施工状况，在修正地震力的过程中，通过调整钢结构构件的连接应力状态，进而减少钢结构在安装过程中因施工顺序而对建筑产生的内力影响。施工中对钢结构受力、变形的具体数值需要与钢结构安装施工模型计算数值做好比对，依据具体参数，从而确定钢结构安装施工过程中的刚度与负载。该次工程中使用了钢结构施工分段加载法，计算公式如公式（3）所示。

δi=∑δj，i=（1，2，3......n）                                （3）

式中：δi為钢结构竖向位移值参数；i为钢结构安装施工模型中所指的施工楼层。

基于安装施工中的多种单元定义（平面应力单元、梁单元），对于本次施工项目将采用平面应力单元来确定钢结构的两端弯矩，使钢结构支撑单元得以释放。此外为了实现对钢结构单元节点的弹性连接进行限制，则可以利用安装施工中的单元约束方式。与此同时，在该基础上设置荷载自由度，结合移位参数可以得到高层建筑的钢结构施工荷载。为进一步分析本次工程项目的施工效果，对高层建筑的钢结构安装施工进行了模拟操作，结合施工具体方案设计和施工技术，将其施工的各项数据进行模拟设置，并对钢结构的连接点加以编号[4]。

通过不同种安装施工工艺数值对比后发现，无论是支座反力还是重力荷载均有了较大的改变，本文所提出的全新施工工艺在施工后所得到的钢结构节点的各项数值均相对较大，由此可以得出，该工艺在施工过程中相较于传统施工工艺效果存在着较大的优势。

4 结语

为了能够更好地满足人口众多的城市居住需求，进一步优化居住环境，高层建筑应用逐渐广泛。与此同时对于建筑行业来说，也是对建筑模式的又一次创新。因高层建筑结构与普通建筑结构之间存在着较大的差异性，因此对其施工工艺也提出了较高的要求。

在创新施工工艺的过程中而衍生出来的装配式施工技术，成为了当下创新性较高的施工技术，一方面能够改变传统的钢结构安装施工工艺中在钢结构使用方面所出现的使用性能不足，另一方面也极大地提高了高层建筑的稳定性，延长建筑的使用时间，全面地推进了高层建筑钢结构安装的施工质量与效率。

参考文献

[1] 汤军儒.超高层全钢结构装配式建筑施工技术[J].建筑技术开发，2022（10）：43-45.

[2] 高乾，黄兴斌，党利荣，等.基于装配式建筑工程的钢结构施工技术要点分析[J].中国建筑金属结构，2022（02）：82-84.

[3] 傅晓龙.装配式建筑工程钢结构施工技术研究[J].中国住宅设施，2021（11）：138-139.

[4] 杨广瑛.浅析装配式建筑工程钢结构施工技术和施工管理措施[J].科技风，2021（30）：115-117.