裝配式輕型鋼結(jié)構(gòu)工程施工關(guān)鍵技術(shù)研究

李道遠(yuǎn)

摘要：裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑就是按照使用標(biāo)準(zhǔn)與建造規(guī)定，將預(yù)先在工廠制作完成的鋼構(gòu)件、墻梁與墻柱構(gòu)件、內(nèi)外墻構(gòu)件等材料運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行施工安裝。裝配式鋼結(jié)構(gòu)相對(duì)于傳統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)具有更加集成化的特點(diǎn)。在構(gòu)件按照尺寸制作好后，在現(xiàn)場(chǎng)安裝是可以更加靈活地展開，可以保證建筑的使用面積的最大空間率，同時(shí)模塊化的構(gòu)件還可以保障建筑的高可靠性。由于鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件都是在工廠預(yù)制完成，在現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)，可以縮短工期，更加注重建筑設(shè)計(jì)與施工的配合，降低施工噪聲，同時(shí)引入BIM技術(shù)，施工速度大大加快，可大幅度提高施工效率。

關(guān)鍵詞：裝配式；輕型鋼結(jié)構(gòu)；施工技術(shù)

1裝配式輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑體系分析

1.1 結(jié)構(gòu)體系、墻架柱與墻架梁的研究

本文選用的輕型鋼結(jié)構(gòu)材料為冷彎薄壁型鋼，這種材料的優(yōu)點(diǎn)是輕質(zhì)，硬度高，橫截面積大。這種類型的鋼材相比于熱軋鋼，回轉(zhuǎn)半徑增加了一半左右，而且由于冷彎薄壁型鋼種類多，易于廣泛地使用。輕骨料主要分為兩類，即人工合成的輕骨料和天然輕骨料。由輕骨料組成的輕骨料混凝土質(zhì)地輕，耐火性高，抗震性好，在滿足建筑高強(qiáng)度要求的情況下，還減輕了建筑的自身重量，在建造中性能價(jià)值優(yōu)越。裝配式輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑體系布置靈活，可以根據(jù)用戶要求定制室內(nèi)空間，體現(xiàn)住戶的個(gè)性化需求。該體系包括墻架柱、墻架梁、冷彎薄壁型鋼梁樓蓋、輕骨料樓板。將結(jié)構(gòu)次梁嵌入在樓板中，減少了結(jié)構(gòu)布置的空間占用面積，有效增加了室內(nèi)凈高度。在樓蓋中，使用冷彎薄壁型鋼作為受力部件，采用輕骨料作為建筑填充物，并以鋼絲網(wǎng)作為交叉布置，這種體系有著自身重量輕，吊裝簡(jiǎn)單，鋼梁還可以為側(cè)向力提供支撐，提高樓蓋的承載力。在本文研究的裝配式輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑中，墻架柱和墻架梁使用較為成熟的H型鋼截面積形式，這種形式優(yōu)化了墻架梁與墻架柱的截面形狀，為住戶呈現(xiàn)了良好的空間觀感。施工安裝的方式采用四點(diǎn)起吊方式，結(jié)合千斤頂校正法作為纜風(fēng)校正和垂直糾偏的方式，在施工過(guò)程中可一次性地就位、校正、固定。墻柱按照三層一段分節(jié)，鋼構(gòu)件的重量與塔吊的吊重相對(duì)應(yīng)，滿足吊裝的需求。鋼柱吊點(diǎn)是著重需要考慮，采用臨時(shí)連接耳板作為吊裝的吊點(diǎn)，而且需要在吊鉤下掛設(shè)強(qiáng)度高的吊繩，在鋼柱起吊前將爬梯作為傳遞方式，同時(shí)為了人工的操作方便，需在柱頂設(shè)置摘鉤的人工平臺(tái)。為了將墻架柱與接觸面緊密貼住，需要清理鋼架柱接觸面的渣土、銹斑。在現(xiàn)場(chǎng)安裝的同時(shí)，上下柱的耳板采用焊接的方式固定，焊接接口應(yīng)滿足一級(jí)焊縫要求，尤其在上下鋼柱的間翼。鋼柱的中心線與下段鋼柱的中心線保持重合狀態(tài)，活動(dòng)雙夾板平穩(wěn)插入下段鋼柱的耳板上，同時(shí)利用斜撐力對(duì)鋼柱進(jìn)行穩(wěn)固。對(duì)于鋼梁采用同時(shí)起吊，分別就位安裝的方法，將墻架梁按照施工圖吊裝就位后，先用沖釘打緊墻梁的兩端，然后用螺栓固定緊密。

1.2 樓蓋與墻體

裝配式輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑體系中的樓蓋采用上述說(shuō)到的冷彎薄壁型鋼梁這種輕型鋼結(jié)構(gòu)，輕骨料混凝土和鋼絲網(wǎng)也運(yùn)用在其中。同時(shí)組合墻體也由冷彎薄壁型鋼梁組成，并且含有抗裂鋼絲網(wǎng)、保溫隔熱材料和輕骨料等建筑材料。在輕骨料混凝土中嵌入冷彎薄壁型鋼梁，以輕骨料混凝土為鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件提供側(cè)向力的支撐，這樣做很好地提高了構(gòu)件的組合優(yōu)勢(shì)及其承載能力。在墻體的研發(fā)設(shè)計(jì)中，為了提高建筑設(shè)計(jì)的預(yù)制化程度，加入了表面裝修層，以滿足不同住戶的個(gè)性化需求。基于BIM技術(shù)較好地實(shí)現(xiàn)一體化的全流程智能集成化設(shè)計(jì)，協(xié)調(diào)工程中的各個(gè)部分，統(tǒng)一施工過(guò)程中的不同的環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)工程的完整體系，充分遵循個(gè)性化、標(biāo)準(zhǔn)化的施工設(shè)計(jì)理念。

2鋼結(jié)構(gòu)建筑裝配式快速安裝技術(shù)

2.1高層鋼結(jié)構(gòu)建筑構(gòu)件的加工和制作

在進(jìn)行高層鋼結(jié)構(gòu)建筑構(gòu)件的加工制造的過(guò)程中需要運(yùn)用BIM技術(shù)和TEKLA以及AUTOCAD等多種三維模擬軟件。

BIM技術(shù)主要的工作原理是通過(guò)建立起三維物理模型，并將有關(guān)此建筑的全部信息進(jìn)行串聯(lián)，有效地改變建筑的生產(chǎn)方式，并進(jìn)行合理化的管理。特別需要注意的是，BIM技術(shù)在資源設(shè)計(jì)和虛擬建筑構(gòu)型方面具有很大的優(yōu)勢(shì)，在面對(duì)較為復(fù)雜的建筑環(huán)境時(shí)，使用BIM技術(shù)能夠準(zhǔn)確地對(duì)建筑整體進(jìn)行把控，并通過(guò)三維物理模型的建立對(duì)建筑構(gòu)件進(jìn)行時(shí)間順序和空間順序上的模擬，三維物理模型的準(zhǔn)確建立可以為施工提供諸多的方便，同時(shí)能夠提升建筑施工的效率，減少施工過(guò)程中出現(xiàn)的失誤。

TEKLA和AUTOCAD等三維模擬軟件主要用于建造動(dòng)態(tài)模擬三維建筑構(gòu)型，通過(guò)AUTOCAD轉(zhuǎn)換出建筑用材的詳細(xì)圖，利用TEKLA軟件進(jìn)行材料的排版，最終實(shí)現(xiàn)工藝的加工。

高層鋼結(jié)構(gòu)建筑構(gòu)件的加工除了上述中對(duì)于整體建筑的把控之外，還應(yīng)該細(xì)分為以下兩個(gè)方面：

（1）就是對(duì)柱的制作加工。為避免出現(xiàn)“柱未到，梁先至”的錯(cuò)誤施工，首先應(yīng)該進(jìn)行柱的制作加工。制作加工工廠中應(yīng)該具備加工平臺(tái)、定位平臺(tái)、矯正平臺(tái)等硬件設(shè)施，以確保異形變截面鋼立柱的加工質(zhì)量，并保證有缺陷的柱能夠及時(shí)受到矯正，節(jié)約工作原料的同時(shí)，確保施工不會(huì)因?yàn)橹訌澢冃问艿接绊憽?/p>

（2）要進(jìn)行梁的加工制作。梁的加工制作平臺(tái)應(yīng)該由以下四個(gè)方面構(gòu)成：平臺(tái)基礎(chǔ)、剛性平臺(tái)和負(fù)責(zé)平面數(shù)控鉆床進(jìn)行制孔的匹配模板以及加強(qiáng)鋼梁組裝過(guò)程穩(wěn)定的定位頑板，以保證能夠?qū)崿F(xiàn)不同界面的梁的制作和加工。

2.2鋼立柱的安裝

完成了建筑整體的模型制作和柱、梁的制作以后，就可以進(jìn)行施工現(xiàn)場(chǎng)的鋼立柱的安裝了。按照BIM技術(shù)模擬出的現(xiàn)場(chǎng)施工順序進(jìn)行柱安裝的碰撞檢查和三維模擬，并最終得到鋼立柱安裝的最佳位置和尺寸。同時(shí)，需要注意的是，在進(jìn)行建筑節(jié)點(diǎn)位置的安裝過(guò)程時(shí)，需要運(yùn)用縱橫梁平面試拼法進(jìn)行鋼立柱的臨時(shí)安裝，確保整個(gè)安裝的過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。

2.3梁的安裝

梁和柱一樣，在整個(gè)建筑中起到承重的作用，一旦發(fā)生地震或者其他自然災(zāi)害時(shí)，梁和柱本身的質(zhì)量和安裝的好壞決定整座建筑能否在災(zāi)害中生存下來(lái)。

因此，在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行梁的安裝之前應(yīng)該檢查出廠的梁的型號(hào)以及其質(zhì)量是否符合施工要求。檢查完畢后要注意套上安全扶手和扶手繩。前期準(zhǔn)備工作完成之后，就需要進(jìn)行梁的現(xiàn)場(chǎng)安裝。對(duì)主梁的吊裝時(shí)為避免發(fā)生移位、錯(cuò)位的現(xiàn)象，應(yīng)該在對(duì)主梁的兩側(cè)進(jìn)行扎綁吊裝后，再將其余梁依次一根一根的進(jìn)行吊裝。在進(jìn)行次梁的吊裝過(guò)程中，為節(jié)省施工時(shí)間，加快施工進(jìn)度，應(yīng)該采用就近一鉤多吊技術(shù)，對(duì)于單次起吊重量不小于5t的次梁可以采用一鉤多吊技術(shù)。

結(jié)論

鋼結(jié)構(gòu)建筑裝配式快速安裝技術(shù)具備高效、節(jié)能、低污染、低能耗的諸多優(yōu)勢(shì)。因此，在我國(guó)當(dāng)代建筑企業(yè)的發(fā)展過(guò)程中應(yīng)受到極大的重視，在研發(fā)此項(xiàng)技術(shù)的過(guò)程中應(yīng)該結(jié)合我國(guó)建筑行業(yè)的具體情況吸收國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，以促進(jìn)此項(xiàng)技術(shù)的完善發(fā)展。

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（作者單位：中機(jī)建（上海）鋼結(jié)構(gòu)股份有限公司）