高層建筑建設(shè)中的鋼結(jié)構(gòu)裝配式施工技術(shù)

曾艷婷

江西建工第一建筑有限責任公司 江西南昌 330000

在現(xiàn)代建筑建造業(yè)中，需要對高層建筑出現(xiàn)的新發(fā)展方向格外重視，以促進整個建筑行業(yè)的技術(shù)發(fā)展。裝配式鋼結(jié)構(gòu)建造技術(shù)完全適應(yīng)高層建筑的發(fā)展現(xiàn)狀和未來趨勢，其主要以預(yù)制構(gòu)件和鋼結(jié)構(gòu)體系作為建筑工程的受力部分，并且工程的圍護結(jié)構(gòu)采用輕質(zhì)建筑材料[1]。從目前的施工情況來看，它能有效地克服簡單鋼結(jié)構(gòu)的缺點，從而在高層建筑中得到了較為廣泛的使用。

1 國內(nèi)外裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展現(xiàn)狀

我國自上世紀70年代才開始出現(xiàn)使用裝配式技術(shù)建造的房屋，經(jīng)歷了六七十年的發(fā)展，已經(jīng)取得很大的理論和實踐成果，但在裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑方向的發(fā)展始終比較緩慢。2016年國務(wù)院辦公廳印發(fā)文件，明確了未來要大力發(fā)展裝配式建筑的宏偉藍圖，相關(guān)政策迅速跟進出臺，推進發(fā)展裝配式建筑上升到國家戰(zhàn)略。裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑作為裝配式建筑中的主要形式，其發(fā)展也受到了很大的推動。但國內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)滲透率相較西方國家仍較低，以2018年為例，2018年全國鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)量占鋼產(chǎn)量的7.4%，而發(fā)達國家的平均比重在30%左右，此方面與發(fā)達國家有所差距[2]。據(jù)統(tǒng)計，2018年鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)值占總建筑業(yè)總產(chǎn)值的2.87%，而鋼結(jié)構(gòu)住宅在建筑住宅中占比不到2%，但相對已有較大提升，可見國家大力發(fā)展裝配式建筑的政策有不錯的效果。相比國內(nèi)，發(fā)達國家在裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑方面有著明顯的優(yōu)勢，美國的裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅已經(jīng)實現(xiàn)集成化，集結(jié)構(gòu)主體、建筑節(jié)能、防火隔聲以及設(shè)計施工一體化為一體，依靠統(tǒng)一的設(shè)計施工標準，能夠高效率地完成建設(shè)。日本85%以上高層集合住宅都采用了預(yù)制構(gòu)件，裝配式住宅的比例達20%-25%。且日本對裝配式建筑的認定標準非常嚴格，要求整體預(yù)制率要超過三分之二，且主要結(jié)構(gòu)部分均為工廠生產(chǎn)的規(guī)格化部件。在這樣嚴格的標準下，日本新增裝配式住宅戶數(shù)依然高速增長，且其中大部分為裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅[3]。對比國內(nèi)外裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的現(xiàn)狀可知，國內(nèi)裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑相較國外有一定的差距，在住宅數(shù)量、施工技術(shù)和規(guī)范標準方面都有所欠缺。但隨著我國對裝配式建筑尤其是裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的大力推廣，我國新增裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑數(shù)量大幅增長，鑒于我國是發(fā)展中國家，且人口體量巨大，對建筑的需求很大，政府對建筑行業(yè)的發(fā)展又尤為重視，建筑行業(yè)發(fā)展前景必定廣闊，未來超越其他工業(yè)發(fā)達國家只是時間問題，裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的高質(zhì)量發(fā)展需要行業(yè)不斷根據(jù)自身情況完善相關(guān)規(guī)范標準，努力響應(yīng)國家號召推廣裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑，這樣才能更早實現(xiàn)超越。

2 高層建筑鋼結(jié)構(gòu)裝配式技術(shù)的要點

2.1 裝配式構(gòu)件生產(chǎn)的要點

鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件在生產(chǎn)之前，應(yīng)該根據(jù)高層建筑的整體結(jié)構(gòu)給予鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計白圖。并且根據(jù)施工單位和設(shè)計單位的協(xié)調(diào)，讓施工白圖轉(zhuǎn)變成施工藍圖。從而可以進行正式的施工。結(jié)構(gòu)設(shè)計圖紙是引導(dǎo)工程建設(shè)的方針，鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑施工之前，應(yīng)該對鋼結(jié)構(gòu)的半成品和零部件的質(zhì)量進行檢測。同一批的檢測質(zhì)量合格之后，才可以進行大規(guī)模的生產(chǎn)。這樣能夠保證生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)營效益，也能夠提升在正式施工之后的施工質(zhì)量。與此同時，檢測的過程中也應(yīng)該對焊接的部位使用二氧化碳進行保護。二氧化碳能夠隔絕氧氣對焊接部位的損壞。從而保證設(shè)備的精準程度。鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件在生產(chǎn)過程中必須做好嚴格的保護設(shè)施。這個保護設(shè)施指的是對工人的保護、器械的保護以及生產(chǎn)成品的保護三個方面。首先，人員的保護。必須讓人員配備相應(yīng)的防護器具，避免在施工過程中造成肢體的損傷。對于設(shè)備的保護，應(yīng)該保證設(shè)備的工作時長和養(yǎng)護條件處于正常的范圍之內(nèi)，這樣才可能保證其生產(chǎn)出合格的鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品。對于已經(jīng)產(chǎn)出的合格的鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，應(yīng)該讓施工人員將其放置在安全的范圍之內(nèi)，避免因錯誤的操作造成成品的損壞。

2.2 鋼柱定位

工程主要采用鋼結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)的體系，需要非常準確地定位第一節(jié)鋼柱位置，以保證后面上部鋼柱垂直度誤差在允許范圍內(nèi)。復(fù)測可通過對部分兩個原點進行測量來保證原點位置的準確性，后在施工現(xiàn)場選擇在不易損壞、視野廣闊的地方設(shè)置二級測量點，保證各個點位的精準度。為了保證錨栓的精度需運用到錨栓固定板，采取錨栓支架平臺的設(shè)計結(jié)構(gòu)，以平臺四周采用L70mm×5mm型號角鋼作為斜撐保證支架的良好穩(wěn)定性和防止錨桿因其側(cè)向力而移動，并避免對后期的混凝土澆筑等作業(yè)產(chǎn)生影響。利用全站儀放線確定柱中心位置，同時準確確定錨栓安裝測量支架四周的邊線[4]。支座錨栓定位固定好以后再用全站儀測量錨栓的位置以保證準確性，若不準確應(yīng)進行調(diào)整校核，通過多次定位復(fù)核確保精度。

2.3 預(yù)制鋼管柱成套技術(shù)

采用鋼管柱工廠預(yù)灌注混凝土的方法解決了小截面方管柱不安全、質(zhì)量不穩(wěn)定、工期較長等問題。每層可有效節(jié)約工期1.5天，顯著提升了施工效率及施工質(zhì)量。通過鋼柱內(nèi)部特殊結(jié)構(gòu)，對預(yù)制鋼管混凝土柱進行現(xiàn)場對接安裝，并進行灌注高強灌漿料補強。與傳統(tǒng)施工方式造成鋼管柱灌漿不密實的弊病相比，該技術(shù)提高整體施工質(zhì)量；能夠降低施工過程造成的噪音、揚塵等不良影響；受氣候條件制約小，節(jié)約項目冬施成本費用。

2.4 制作加工技術(shù)

Tekla、AutoCAD等多種三維仿真軟件和BIM技術(shù)在建筑鋼結(jié)構(gòu)零件加工和制作中使用。這里BIM技術(shù)主要是指通過建造工程的三維物理模型把所有的建筑信息都連接了起來，有效地轉(zhuǎn)換了建筑生產(chǎn)經(jīng)營方式，并合理地進行管理[5]。特別需要注意的一點就是，該技術(shù)在實現(xiàn)虛擬建筑的配置及資源設(shè)計等各個方面都具有突出優(yōu)點，它既能夠在復(fù)雜的建筑情況下控制整個建筑，還能夠充分地利用所建造的三維物理模型，按照建造者的空間與時間順序來模擬整個建筑的主體構(gòu)件，準確地構(gòu)建三維物理化的模型，這樣在施工過程中提供許多方便，減少在施工過程中出現(xiàn)的各類錯誤，同時也可以有效地改善施工質(zhì)量。動態(tài)模擬三維建筑配置構(gòu)建通常是在BIM、AutoCAD和Tekla等三維模擬軟件中實現(xiàn)，可以通過BIM軟件直接轉(zhuǎn)換到所有建筑材料使用的詳細圖紙，Tekla軟件也可以直接對建筑材料進行編輯，設(shè)置加工工藝。除了能夠精準地控制整個建筑物外，它的功能還可分為兩個主要的方面。一是用來做制造和加工支撐。為了防止光束首先到達，支撐不能直接到達，必須首先做好加工支撐，并及時修復(fù)有缺陷的柱子，保證異型和變截面鋼柱的生產(chǎn)和加工質(zhì)量，保證柱子的彎曲和變形不至于影響施工，大大地節(jié)約了施工的原料。二是主要負責鋼梁在組裝過程中提高強度和增強穩(wěn)定性的位置固定板、剛性平臺、基礎(chǔ)和平面上的數(shù)控鉆床上各個孔的匹配模板，這些都是對于構(gòu)成鋼梁的加工和制作平臺的四個重要方面，可以確保對于界面不同類型的鋼梁進行加工和制作。

2.5 裝配式構(gòu)件節(jié)點施工的要點

首先，在連接H型柱與梁結(jié)構(gòu)的過程中，由于高層建筑的裝配式建筑需求比較大，所以應(yīng)該使用高強度的螺栓進行連接。這樣能夠保證連接過程的穩(wěn)定程度，也要盡可能避免焊接的形式。由于焊接過程可能會因為人為或環(huán)境的影響，減少其連接的穩(wěn)定性，造成不必要的施工危險性。第二點，就是在板結(jié)構(gòu)施工的過程中，應(yīng)該在高層建筑墻板比較多的部位使用加氣混凝土板[6]。這樣的混凝土板能夠保證整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性能，同時由于自身的重量比較小，保溫性能也比較好成為施工中的首選。一般情況下，這種墻板的密度保持在0.55g/cm3。墻板與墻板之間的連接應(yīng)該使用鋼骨架進行連接。鋼骨架與墻板的間距一般保持在300mm，并且使用的應(yīng)該是長度為50mm的自動螺釘進行固定。

2.6 鋼管混凝土柱防火節(jié)點處理技術(shù)

鋼管混凝土柱的防火處理組合方案：厚型防火涂料+加氣混凝土防火板，加氣混凝土防火板能夠有效解決反水、潮濕問題；厚型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料保溫隔熱性能好，耐火、耐候、防腐性能優(yōu)異，粘結(jié)牢，附著力強，直接噴涂和抹涂施工，施工方便快捷，干燥固化快。

2.7 鋼立柱的安裝技術(shù)

在制作了梁、柱及建筑物整個模型之后，就可以進行安裝到施工現(xiàn)場。柱子的安裝三維仿真及碰撞測試檢查是基于BIM技術(shù)仿真模擬現(xiàn)場施工的先后次序，得到最佳的鋼柱安裝方式和位置。在臨時安裝過程中，應(yīng)對臨時需要安裝的鋼柱進行垂直面和水平測試，以確保在安裝過程中不會發(fā)生錯誤。

3 裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展建議

3.1 加大對裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的宣傳

裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑存在諸多優(yōu)點，因而國家層面正在大力推廣宣傳該類建筑，但是在社會層面對裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的了解并不充分，甚至存在很多誤解。所以，當務(wù)之急是加大對裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的宣傳，加深人們對裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的認識和理解，從源頭上解決裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展中遇到的問題。此外，裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑目前缺少典型工程，無法建立起社會對其的廣泛認同，建議多與大型房地產(chǎn)商溝通合作，建立起成規(guī)模的住宅群作為典型工程，進而產(chǎn)生口碑效應(yīng)，產(chǎn)生良性循環(huán)。

3.2 引進先進的施工技術(shù)

快速裝配式鋼結(jié)構(gòu)的施工離不開各種技術(shù)的應(yīng)用，房屋建筑工程更加離不開各種技術(shù)與機械設(shè)備，有的房屋建筑企業(yè)為了節(jié)省施工成本使用一些價格較低的材料與設(shè)備，技術(shù)水平也較低，設(shè)備在實際的施工過程中容易出現(xiàn)故障，耽誤進程，快速裝配式鋼結(jié)構(gòu)施工中離不開吊裝技術(shù)的應(yīng)用，施工中主要是鋼梁和鋼柱的吊裝，需要注意的是在進行鋼柱的吊裝時要避免鋼柱腳部螺栓的摩擦與損壞。吊裝影響著整個施工質(zhì)量，因此不管是鋼梁還是鋼柱都要做好安全措施，避免出現(xiàn)損壞，破壞結(jié)構(gòu)。焊接技術(shù)就是將所有的接口焊接起來，但焊接要嚴格按照焊接標準進行，焊接的材料、焊接參數(shù)、焊接順序、控制變形的要求、預(yù)熱或后熱或熱處理要求、焊縫的外觀處理等都要注意，保證焊接效果，確保施工焊接的質(zhì)量。吊裝與焊接技術(shù)影響房屋的穩(wěn)定性。因此引進先進施工的技術(shù)，可以加快施工進程，提高了快速裝配式鋼結(jié)構(gòu)房屋建筑的穩(wěn)定性和安全性。

3.3 機械設(shè)備的使用必須合理，提高工作效率

員工在使用和操作設(shè)備前，要了解相關(guān)設(shè)備使用說明書內(nèi)容，使用和操作設(shè)備時愛惜設(shè)備，提升生產(chǎn)力，制造質(zhì)量合格的配件，在材料收集和管理方面必須妥善管理資料。

3.4 裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系與BIM技術(shù)結(jié)合

數(shù)字化、信息化的建設(shè)是未來建筑行業(yè)的大趨勢，將裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑與BIM技術(shù)相結(jié)合，建立信息模型，能夠起到虛擬建造的效果，為現(xiàn)場施工提供一定的可視化依據(jù)。隨著國內(nèi)的發(fā)展，未來一定能夠通過信息化的數(shù)據(jù)管理，利用人工智能機器人和數(shù)控機床實現(xiàn)數(shù)字化制造。此外，在現(xiàn)場安裝階段，還能夠通過信息化技術(shù)反饋安裝誤差問題，達到精細化管理的目的。裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展，不僅要依靠其本身具有的優(yōu)點，更需要國家完善相關(guān)法律法規(guī)，大力推動產(chǎn)業(yè)改革。在信息化的時代，更要推動裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑與最先進、最成熟的技術(shù)相結(jié)合，才能發(fā)揮出體系整體的優(yōu)勢。科學(xué)的產(chǎn)業(yè)模式、完善的技術(shù)政策、合理的資源配置是建筑行業(yè)發(fā)展的方向，只有這樣的項目建成后，才能建立一套設(shè)計完善的技術(shù)體系，在公平競爭和合理競爭之間取得平衡。建筑企業(yè)應(yīng)給予裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑更多的關(guān)注，從多個角度完成技術(shù)革新，同時國家層面應(yīng)鼓勵各高校加快對裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的研究，從基礎(chǔ)領(lǐng)域給予技術(shù)支持，確保裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑實現(xiàn)更高質(zhì)量、更高速的發(fā)展。

4 結(jié)語

總而言之，高層建筑中應(yīng)用裝配式鋼結(jié)構(gòu)施工材料能夠讓鋼結(jié)構(gòu)在低耗能和高效使用的層面上進一步發(fā)展。并且從綠色環(huán)保的角度來看，能更好地促進人們的生活水平。因此，在我國現(xiàn)階段，國內(nèi)的建筑企業(yè)也對鋼結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用采取了正視的態(tài)度，并且裝配式鋼結(jié)構(gòu)材料在施工中的施工體量進一步增大，這對于裝配式建筑而言有著重要的促進意義。