高層鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑關(guān)鍵施工技術(shù)研究

鄭滿才 （山西一建集團(tuán)有限公司，山西 太原 030012）

隨著城市化建設(shè)的快速發(fā)展，高層建筑成為城市的主流建筑，并且隨著建筑技術(shù)的不斷進(jìn)步，人們對于建筑產(chǎn)品各性能的要求也不斷提高。裝配式建筑施工以其低能耗、高效率、管理精細(xì)、綠色低碳等優(yōu)點(diǎn)逐步取得了市場認(rèn)可，并成了未來建筑發(fā)展的趨勢，根據(jù)國家有關(guān)部門的意見將大力支持在裝配式建筑中采用鋼結(jié)構(gòu)，并且逐步完善裝配式建筑的各種標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范體系。因此，采用鋼結(jié)構(gòu)的裝配式建筑將成為未來建筑的研究和發(fā)展方向，本文提出的裝配式建筑中鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的研究具有一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會價值[1-4]。

1 裝配式鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢分析

當(dāng)前階段的城市高層建筑施工技術(shù)，施工建設(shè)費(fèi)時耗力、資金投入量大且工期較長，在施工過程中需要較大的勞動力投入，同時施工過程存在較大的安全風(fēng)險且會對周圍生態(tài)環(huán)境造成一定的污染和破壞?？茖W(xué)技術(shù)的發(fā)展帶動著社會各業(yè)發(fā)生了翻天覆地的變化，建筑行業(yè)施工技術(shù)也取得了一定突破，建筑自動化、智能化施工技術(shù)使得建筑施工效率逐步提高。在當(dāng)前人們不斷追求生活質(zhì)量和品質(zhì)的背景下，傳統(tǒng)的建筑施工模式和技術(shù)已經(jīng)無法滿足當(dāng)前建筑發(fā)展的需求，因此要想實(shí)現(xiàn)建筑業(yè)的可持續(xù)發(fā)展必須進(jìn)行建筑施工技術(shù)的不斷革新。

裝配式建筑的出現(xiàn)滿足了現(xiàn)階段社會對建筑施工的安全高效、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、綠色環(huán)保的要求，裝配式建筑是指建筑工程所需要的建筑預(yù)制結(jié)構(gòu)件在施工前由工廠進(jìn)行加工生產(chǎn)，然后將所有預(yù)制構(gòu)件運(yùn)至工地現(xiàn)場，施工人員按照建筑施工方案進(jìn)行現(xiàn)場施工組裝?？傮w來說，這種施工模式可以實(shí)現(xiàn)工廠預(yù)制構(gòu)件加工與現(xiàn)場建筑施工同步進(jìn)行，減少了現(xiàn)場混凝土澆筑環(huán)節(jié)，有效降低了現(xiàn)場作業(yè)的安全風(fēng)險、減少了環(huán)境污染、有效縮短施工周期并提高了施工效率。工廠可以根據(jù)建筑項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)尺寸需求進(jìn)行預(yù)制鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的生產(chǎn)和組裝，實(shí)現(xiàn)對建筑施工精度和成本預(yù)算的控制。

我國建筑業(yè)的發(fā)展經(jīng)歷了木結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)等主要類型，通過對上述三種結(jié)構(gòu)類型的對比分析，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)無論是在工業(yè)化生產(chǎn)和后期施工現(xiàn)場應(yīng)用更加符合當(dāng)前建筑業(yè)的需求，鋼結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)效率和質(zhì)量更加有利于現(xiàn)場施工。加工廠按照建筑工程施工圖紙和方案進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件加工，工業(yè)化生產(chǎn)效率有效提升了建筑結(jié)構(gòu)施工精度，建筑質(zhì)量水平得到提高。此外，建筑物采用鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，更加有利于建筑內(nèi)部布局設(shè)計(jì)的開放性，可以根據(jù)功能需求對建筑進(jìn)行靈活設(shè)計(jì)。

2 高層建筑裝配式鋼結(jié)構(gòu)施工的關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1 BIM建模技術(shù)

BIM 技術(shù)是建筑行業(yè)的一種新技術(shù)，可以應(yīng)用到建筑行業(yè)的全過程中，有效提高建筑建設(shè)的管理質(zhì)量和施工效率。裝配式建筑的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)采用BIM 技術(shù)可以提高構(gòu)件精度和效率，采用BIM 技術(shù)對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，模型搭載了建筑設(shè)計(jì)和施工的各種參數(shù)，工廠根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件加工，然后將預(yù)制構(gòu)件運(yùn)輸至施工現(xiàn)場的構(gòu)件庫，現(xiàn)場進(jìn)行建筑構(gòu)件的安裝和施工。BIM技術(shù)可以根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)相關(guān)參數(shù)將傳統(tǒng)的二維施工圖紙轉(zhuǎn)變?yōu)槿S模型，可視化的三維模型有利于設(shè)計(jì)優(yōu)預(yù)制構(gòu)件節(jié)點(diǎn)，更加有利于現(xiàn)場鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件的安裝和施工。采用BIM 技術(shù)建模時需要配合使用AUTOCAD 和TEKLA，可以對現(xiàn)場施工環(huán)境進(jìn)行模擬預(yù)演，提高現(xiàn)場鋼構(gòu)件安裝施工的效率。

2.2 配件的分段吊裝

建筑施工是整個裝配式建筑建設(shè)過程的核心環(huán)節(jié)，同時也是鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件現(xiàn)場組裝和安裝環(huán)節(jié)，鋼結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場安全風(fēng)險大，需要嚴(yán)格執(zhí)行相應(yīng)的安全措施和現(xiàn)場施工方案。裝配式施工首先就是對鋼材結(jié)構(gòu)的吊裝起重作業(yè)，吊裝作業(yè)開始前參照設(shè)計(jì)圖紙編制吊裝作業(yè)方案，全面分析預(yù)制構(gòu)件的重量和型號以及現(xiàn)場的運(yùn)輸條件和起重吊裝設(shè)備參數(shù)，確?，F(xiàn)場的起重極限維持在最佳范圍內(nèi)。當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的長度超過12m、寬度超過2.8m、高度超過4.5m 時，應(yīng)對鋼結(jié)構(gòu)分段處理以便滿足現(xiàn)場運(yùn)輸和吊裝需要。鋼結(jié)構(gòu)的分段吊裝應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)操作流程，并根據(jù)工程項(xiàng)目的實(shí)際情況做好吊裝方案設(shè)計(jì)。在使用大中型起重機(jī)時，根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的具體形狀和現(xiàn)場場地情況合理調(diào)度各機(jī)械設(shè)備，提高現(xiàn)場吊裝的安全性。同時要認(rèn)真分析起重設(shè)備的起重量、起升高度、幅度、跨度和工作速度等參數(shù)，既要保證起重設(shè)備工作范圍覆蓋施工現(xiàn)場，又要確保起重機(jī)各項(xiàng)性能滿足吊裝作業(yè)需要，確保吊裝作業(yè)順利進(jìn)行，為裝配建筑后續(xù)施工打下良好基礎(chǔ)。

2.3 外墻施工技術(shù)分析

裝配式高層建筑外墻施工也是一項(xiàng)重要工程，裝配式建筑的鋼結(jié)構(gòu)施工所用的外墻板和連接配件均為工廠預(yù)制，外墻板施工主要采用節(jié)點(diǎn)連接配件，將外墻板固定到建筑框架結(jié)構(gòu)上，通常采用全熔透焊的方式將外圍墻板下托點(diǎn)和上限位點(diǎn)全面連接起來。根據(jù)行業(yè)施工經(jīng)驗(yàn)，預(yù)制外墻板的重量平均為400kg，在實(shí)際安裝過程中可以根據(jù)實(shí)際需要采用吊裝后移動作業(yè)。外墻安裝的具體操作流程為：施工人員檢查建筑鋼結(jié)構(gòu)的平整度和垂直度，并進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整；而后，根據(jù)施工圖紙校準(zhǔn)外墻重點(diǎn)節(jié)點(diǎn)連接位置，并再次檢查外墻板及各種預(yù)制構(gòu)件的型號和安裝位置。然后，采用起重機(jī)吊裝預(yù)制墻板，將預(yù)制墻板吊裝至安裝位置，并且對墻板和預(yù)制構(gòu)件的位置進(jìn)行適當(dāng)微調(diào)；最后，對外墻板進(jìn)行固定焊接，并且將預(yù)制構(gòu)件埋件與鋼結(jié)構(gòu)柱埋件進(jìn)行焊接，確保外墻板的安裝牢固可靠。

2.4 鋼結(jié)構(gòu)梁、柱安裝技術(shù)分析

采用BIM 技術(shù)對裝配式建筑鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)對建筑物整體和鋼結(jié)構(gòu)的梁柱進(jìn)行三維立體模型搭建。在鋼結(jié)構(gòu)立柱安裝施工之前，利用BIM 技術(shù)對施工方案進(jìn)行施工進(jìn)度的模擬預(yù)演，實(shí)現(xiàn)對施工各環(huán)節(jié)階段的碰撞檢查，并根據(jù)三維模擬進(jìn)行細(xì)節(jié)方面的優(yōu)化，確保施工過程的鋼結(jié)構(gòu)立柱尺寸和位置符合施工方案要求。由于鋼結(jié)構(gòu)的各個構(gòu)件的質(zhì)量直接關(guān)系到裝配式建筑整體的質(zhì)量和性能，同時也為了保證施工過程的安全，應(yīng)仔細(xì)檢查核對鋼結(jié)構(gòu)柱和梁的質(zhì)量信息。在大重量鋼結(jié)構(gòu)吊裝之前，將主梁材料兩側(cè)用繩子捆綁結(jié)實(shí)，避免鋼結(jié)構(gòu)吊裝過程中重心偏移而發(fā)生結(jié)構(gòu)錯位。鋼結(jié)構(gòu)安裝時，當(dāng)梁柱的單次起吊重量小于5t時，可以結(jié)合工程情況采用“一鉤多吊”的吊裝方法，這樣可以最大程度上保證安裝施工效率。

2.5 減震消能技術(shù)分析

隨著城市高層建筑的不斷增多，建筑物的運(yùn)行安全性能和抵御災(zāi)害能力要求也會提高。對于裝配式高層建筑來說，其抵抗火災(zāi)、強(qiáng)風(fēng)、地震等災(zāi)害的能力是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。因此，裝配式建筑的設(shè)計(jì)和施工，其安全消防和抗震性能應(yīng)滿足相應(yīng)的規(guī)范要求。利用減震消能技術(shù)可以提高建筑物的安全性和穩(wěn)定性，降低地震災(zāi)害導(dǎo)致的建筑物倒塌風(fēng)險。

近年來，隨著高層建筑的普及和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，抗震技術(shù)也得到了創(chuàng)新與發(fā)展。減震技術(shù)的原理就是在建筑物中安裝一定數(shù)量的減震消能裝置，增加建筑物的結(jié)構(gòu)阻尼起到抗震減震效果。高層建筑中減震裝置安裝方式多種多樣，應(yīng)根據(jù)建筑的具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)。高層建筑的減震消能裝置經(jīng)常安裝在樓層之間、結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)和剪力墻等部位，同時在剪力墻設(shè)計(jì)中采用無屈曲波紋鋼板可以進(jìn)一步提高高層建筑的減震消能效果。該類型的剪力墻在外力作用下具有較大的剛度，對于地震、臺風(fēng)導(dǎo)致的單側(cè)外力增加，剪力墻僅會屈服而不會產(chǎn)生屈曲變形，一定程度上提高了剪力墻的承載力。當(dāng)出現(xiàn)地震等災(zāi)害時，該設(shè)計(jì)可以有效降低地震災(zāi)害對建筑結(jié)構(gòu)的破壞。

高層建筑也對消防設(shè)計(jì)提出了很高的要求，其高度和復(fù)雜結(jié)構(gòu)都增加了火災(zāi)風(fēng)險和消防救援難度。剪力墻施工時，在無屈曲波紋鋼板兩側(cè)使用不燃燒約束板，可以顯著提高建筑的防火性能。

3 結(jié)語

裝配式建筑以其特有的施工方式符合當(dāng)前階段人們對于低碳環(huán)保、快速高效的建筑施工要求，裝配式建筑的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件采用工廠化流水線精準(zhǔn)定制生產(chǎn)，施工現(xiàn)場采用組裝施工的方式，取消了傳統(tǒng)施工現(xiàn)場的混凝土澆筑環(huán)節(jié)，改變了傳統(tǒng)工地現(xiàn)場揚(yáng)塵噪聲污染、作業(yè)施工危險、施工周期漫長的狀況。本文通過論述鋼結(jié)構(gòu)在裝配式高層建筑的應(yīng)用并對關(guān)鍵施工技術(shù)進(jìn)行分析，對鋼結(jié)構(gòu)在裝配式建筑中的施工應(yīng)用具有一定的指導(dǎo)意義。