鋼結(jié)構(gòu)在裝配式建筑中的實施對策

王星

（山西三建集團有限公司， 山西 長治 046011）

在以往的建筑工程施工建設(shè)中， 采取的是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)， 此種施工方式需要消耗大量資源， 會產(chǎn)生嚴(yán)重的揚塵污染、 噪音污染、 水體污染、 固體廢棄物污染等， 給生態(tài)環(huán)境帶來不可逆的影響， 而且施工過程中很容易出現(xiàn)突發(fā)狀況， 施工企業(yè)很難對整體施工時間進行有效把控， 進而影響到建筑工程的綜合效益。 將鋼結(jié)構(gòu)結(jié)合使用在裝配式建筑中有著至關(guān)重要的現(xiàn)實意義和社會意義， 采取鋼結(jié)構(gòu)施工方式具有較高的靈活性， 抗震性能優(yōu)異， 提高了建筑整體的穩(wěn)定性和安全性， 同時縮短施工周期，降低施工成本， 具有良好的綜合效益。

1 鋼結(jié)構(gòu)在裝配式建筑中的優(yōu)勢

1.1 自重輕， 運用靈活性高， 抗震性能優(yōu)異

進行裝配式建筑施工建設(shè)時， 在選擇施工材料時首選較輕重量的綠色材料， 而裝配式鋼結(jié)構(gòu)具有較輕的自重以及較高的結(jié)構(gòu)強度， 自然受到了施工企業(yè)的青睞和廣泛關(guān)注。 由于鋼材是主要的承重結(jié)構(gòu)， 基于自身自重輕、 運用靈活、 強度高等特性，可以起到穩(wěn)固建筑物的效果， 提高建筑物整體的穩(wěn)定性和安全性， 也與當(dāng)前建筑產(chǎn)業(yè)化發(fā)展需求保持一致。 相關(guān)數(shù)據(jù)表明， 在抗震設(shè)防區(qū)內(nèi)， 即使受到地震作用的影響， 鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑仍舊可以確保主體結(jié)構(gòu)的完整度， 當(dāng)?shù)卣饛姸容^大時， 此種結(jié)構(gòu)形式的建筑物也不用太過于擔(dān)心倒塌問題。 如果發(fā)生地震， 在內(nèi)部緊固件的連接作用下， 鋼結(jié)構(gòu)可以形成一個穩(wěn)定體系， 會隨著地震持續(xù)振動， 但是不會產(chǎn)生地板下降、 墻體坍塌情況， 為人們的生命安全和財產(chǎn)安全提供了強有力的保障[1]。

鋼結(jié)構(gòu)主體自身具有很輕的重量， 在相同強度的地震條件下， 跟普通混凝土結(jié)構(gòu)的建筑物相比，它的受力更小， 防震效果更好。 建設(shè)過程中， 承重部件主要以鋼結(jié)構(gòu)為主， 一些質(zhì)量相對較輕的建筑材料應(yīng)用在樓面板、 墻體等位置， 這樣可以有效減輕整個建筑項目的整體重量。

1.2 與可持續(xù)發(fā)展理念高度契合

將鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用在裝配式建筑施工建設(shè)中， 無論是材料選擇、 施工環(huán)節(jié)， 還是后期的運營維護環(huán)節(jié)以及建筑物拆遷修理環(huán)節(jié)， 都能起到良好的節(jié)能降耗作用。 進行鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑建設(shè)時， 由于預(yù)制構(gòu)件是在加工廠生產(chǎn)制作的， 施工現(xiàn)場只需要組合安裝構(gòu)件即可， 這樣施工過程中就不會產(chǎn)生過大的施工噪音和粉塵污染， 而且材料利用率較高， 所產(chǎn)生的建筑垃圾、 固體廢棄物甚少， 從而最大限度降低對環(huán)境的破壞力和污染程度（鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑的實際節(jié)能降耗水平如表1 所示）[2]。 此外， 跟鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比， 鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑在拆除、 改造環(huán)節(jié)， 施工簡單方便， 所拆解的鋼材還可以收集起來， 用在后續(xù)建筑工程建設(shè)中， 實現(xiàn)建筑材料的循環(huán)再利用， 提高鋼結(jié)構(gòu)建筑節(jié)能減排綜合效益， 這與國家的可持續(xù)發(fā)展觀念不謀而合。

表1 鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑的節(jié)能降耗水平

在此鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑項目中， 整個建筑項目細(xì)致劃分為多個功能模板， 如主體結(jié)構(gòu)模塊、 墻體模塊、 樓板模塊、 屋架模塊等， 各個模塊部分都可以直接在預(yù)制加工廠規(guī)?；?、 批量化生產(chǎn)各種零部件和鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件， 并且可以直接在施工現(xiàn)場組裝拼接各個模塊部分， 有效避免施工現(xiàn)場的濕作業(yè)，也能大大降低施工現(xiàn)場的噪音污染、 粉塵污染、 固體廢棄物污染， 減少對周圍環(huán)境以及人們?nèi)粘Ｉ畹牟涣加绊憽?/p>

1.3 縮短施工周期， 降低施工成本， 綜合效益高

就實際情況而言， 將鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用在裝配式建筑中能夠大大縮短施工周期， 設(shè)計、 構(gòu)件生產(chǎn)、 施工安裝環(huán)節(jié)不需要投入過多的人力資源， 而且施工周期相對較短， 總體施工成本顯著降低， 為施工企業(yè)創(chuàng)造良好的經(jīng)濟效益。 跟傳統(tǒng)現(xiàn)澆建筑相比， 鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑可縮短施工周期28%左右。 在鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑建設(shè)中， 設(shè)計人員會全面了解施工區(qū)域的地質(zhì)條件、 水文條件等各項施工基礎(chǔ)性信息， 并根據(jù)實際的建設(shè)要求和設(shè)計需求確定科學(xué)合理的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計體系， 在此基礎(chǔ)上有序開展設(shè)計工作。 在設(shè)計過程中， 需要將簡單、 規(guī)則、 對稱原則作為首要設(shè)計原則， 這樣才能確保裝配式建筑的實際建設(shè)構(gòu)造得到充分滿足， 并為后續(xù)施工的高效進行打下堅實基礎(chǔ)。

具體來說， 鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑的綜合效益主要表現(xiàn)在以下幾個方面： 1） 鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)具有標(biāo)準(zhǔn)化、 技術(shù)性、 產(chǎn)業(yè)化、 規(guī)?；卣鳎?避免出現(xiàn)材料浪費情況， 可以節(jié)省一定的材料成本和人工成本； 2） 在整個施工過程中， 外界環(huán)境因素、 季節(jié)等不會對施工操作產(chǎn)生任何影響， 確保施工進度按照原定計劃有序進行， 不會出現(xiàn)工期拖延現(xiàn)象； 3） 當(dāng)合理劃分好施工區(qū)域后， 施工人員就可以按照設(shè)計圖紙組合連接各個功能模塊的預(yù)制構(gòu)件， 操作簡便，施工難度降低， 極少出現(xiàn)人為操作失誤問題， 不僅提高了施工效率， 也有效保證了施工精確性和施工質(zhì)量[3]； 4） 進行預(yù)制構(gòu)件安裝時， 只需要有效連接螺栓與自攻螺釘， 不需要進行焊接作業(yè)， 大大加快了施工進度， 在較短時間內(nèi)盡快構(gòu)成一個系列化、安裝度高的結(jié)構(gòu)體系。

2 鋼結(jié)構(gòu)在裝配式建筑中的實施對策

2.1 科學(xué)設(shè)計裝配式建筑鋼結(jié)構(gòu)體系

在裝配式建筑中應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)時， 由于鋼結(jié)構(gòu)的特點會直接決定實際的應(yīng)用方式， 所以， 在施工前期， 就需要將裝配式建筑的抗震能力要求、 功能需求納入考慮范疇， 并做好裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑結(jié)構(gòu)體系設(shè)計工作： 1） 鋼支撐結(jié)構(gòu)、 框架結(jié)構(gòu)、 交錯桁架結(jié)構(gòu)、 移動橋梁結(jié)構(gòu)等常見的預(yù)制鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)， 設(shè)計人員需要以建筑建設(shè)具體要求為依據(jù)科學(xué)選擇結(jié)構(gòu)體系， 當(dāng)結(jié)構(gòu)體系類型精準(zhǔn)確定后， 才能有序開展后續(xù)設(shè)計工作， 提高設(shè)計質(zhì)量； 2） 在設(shè)計裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系時， 建筑平面布置需要嚴(yán)格遵循簡單化、對稱性、 標(biāo)準(zhǔn)化原則， 所選用的鋼結(jié)構(gòu)需要注重關(guān)注結(jié)構(gòu)質(zhì)量和剛性變化， 并綜合考慮外界溫度、 濕度、 降水、 地震、 地基不均勻沉降等因素的影響。同時需要對伸縮縫、 抗震縫、 沉降縫的大小進行合理設(shè)置， 這樣才能達到相應(yīng)的構(gòu)造標(biāo)準(zhǔn)要求， 并有效發(fā)揮出鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑的使用功能[4]； 3） 設(shè)計人員還需要借助于力學(xué)方法全面分析整體鋼結(jié)構(gòu)體系的受力性能， 精準(zhǔn)確定受力路徑， 采取有效措施加強鋼結(jié)構(gòu)中受力不均勻的薄弱部分， 提高整體鋼結(jié)構(gòu)的承載性能和剛度， 最大限度降低風(fēng)荷載、 地震荷載對鋼結(jié)構(gòu)的不良影響。

2.2 做好鋼結(jié)構(gòu)框架的鋼柱定位工作

進行鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑施工時， 需要準(zhǔn)確定位第一節(jié)的鋼柱， 提高鋼柱位置的精準(zhǔn)度， 這樣為后續(xù)鋼結(jié)構(gòu)框架安裝提供良好的基礎(chǔ)條件， 最大限度降低鋼柱垂直度的偏差， 將實際的偏差控制在誤差范圍內(nèi)。 在此項目施工過程中， 具體的施工操作如下： 1） 在施工前， 施工人員會相應(yīng)測試兩個原始端點， 提高起點位置的準(zhǔn)確性， 并且結(jié)合施工現(xiàn)場的實際情況科學(xué)合理確定第二測試點的具體位置。 一般來說， 選擇第二測試點時， 需要將其定位在觀察視野開闊、 不容易受到外界干擾、 不容易遭到外界破壞的位置， 這樣就可以借助于閉合方式對鋼柱各個點位在各個方向上的具體數(shù)值進行合理確定； 2）在進行鋼結(jié)構(gòu)起吊安裝工作時， 需要將水準(zhǔn)儀設(shè)置在鋼柱兩側(cè)， 有效檢查鋼柱的垂直度。 同時可以使用全站儀開展其他測量工作， 確保鋼柱頂頭中心點、四周頂端角的垂直度符合實際施工要求[5]。 需要注意的是， 全站儀使用過程中為了對定點數(shù)值誤差進行有效控制， 施工人員需要合理設(shè)置全站儀與鋼柱間的距離。 而且， 儀器仰角會隨著高度的增加而增加， 這樣在進行鋼柱第一節(jié)之上的垂直度測量時很容易加大測量誤差， 所以， 施工人員需要在每個施工層面上設(shè)置多個位置開展放線工作， 并使用激光垂準(zhǔn)儀定期測量垂直度

2.3 加強鋼結(jié)構(gòu)外圍護系統(tǒng)建設(shè)

在鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑施工建設(shè)過程中， 鋼結(jié)構(gòu)外圍護系統(tǒng)搭建也是至關(guān)重要的施工環(huán)節(jié)， 它的施工質(zhì)量直接關(guān)系著建筑物外部系統(tǒng)的抗震性能、 防火性能以及密封性能。 所以， 施工人員需要嚴(yán)格做好裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑外圍護系統(tǒng)的建設(shè)工作。 首先，施工企業(yè)需要安排專業(yè)技術(shù)人員實地勘察施工現(xiàn)場，掌握了解該建筑項目施工區(qū)域的氣候條件、 地形地貌等， 并合理確定施工項目的性質(zhì)。 其次， 需要根據(jù)建筑類型、 結(jié)構(gòu)形式以及屋面系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)性能要求合理確定鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑外圍護系統(tǒng)類型， 確保所選擇的外圍護系統(tǒng)能夠達到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)要求。 就目前裝配式建筑的外圍護系統(tǒng)搭建情況來看， 內(nèi)嵌式、 外掛式、 嵌掛結(jié)合式是常見、 廣泛運用的外圍護連接形式， 各種外圍護系統(tǒng)都有著自身的優(yōu)劣勢和施工特點， 通過合理選擇、 合理應(yīng)用才能充分發(fā)揮出外圍護系統(tǒng)的應(yīng)用價值。 再次， 外圍護系統(tǒng)構(gòu)建會使用一定量的外墻板材料， 由于結(jié)構(gòu)層之間會存在位移情況， 而且外界溫度變化會對外墻板材料產(chǎn)生一定影響。 所以， 施工企業(yè)需要全方位、 多角度綜合考慮這些影響因素， 明確確定接縫材料的尺寸數(shù)據(jù)、 使用質(zhì)量和使用性能， 合理設(shè)置接縫寬度，確保其符合實際的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。 一般情況下， 如果鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑使用的有外墻板， 那么接縫位置處所選擇的密封材料就需要具有較大的彈性， 也需要采取措施有效預(yù)防不良因素破壞密封材料的綜合性能。 最后， 也需要高度重視鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑外圍護系統(tǒng)的連接性能， 施工人員需要科學(xué)分析連接點的力學(xué)性能， 以受力大小合理判斷材料的耐久性能，要始終保證材料的耐久性符合實際施工需求和設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)要求， 這樣才能確保外圍護系統(tǒng)與主體連接點存在較大的承載力， 有效提高外圍護系統(tǒng)的整體建設(shè)質(zhì)量。 在后期鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑投入使用后， 即使單個連接點失去效用， 也不會出現(xiàn)外墻板脫落事故， 最大限度防止質(zhì)量事故發(fā)生概率， 強有力保障人們的生命安全和財產(chǎn)安全。 由于鋼結(jié)構(gòu)主體在使用過程中不可避免會出現(xiàn)一些變形現(xiàn)象， 所以， 施工人員還需要確保主體結(jié)構(gòu)與外圍護結(jié)構(gòu)件連接點的牢固性， 為了有效抵消變形帶來的不良影響可以使用柔性連接的方式有效處理主體結(jié)構(gòu)與外圍護結(jié)構(gòu)之間的連接部位。

2.4 優(yōu)化鋼結(jié)構(gòu)建筑的防火、 防腐處理

在鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑建設(shè)中， 由于鋼材使用數(shù)量龐大， 所以無論是設(shè)計環(huán)節(jié)還是實際施工環(huán)節(jié)，都需要對建筑的防火、 防腐工作提高重視度， 采取一系列的措施提高鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑的防火性能和防腐性能， 增強裝配式建筑整體安全系數(shù)， 有效延長建筑的使用年限， 確保使用安全。 在實際施工過程中， 施工人員可以綜合考慮施工區(qū)域的實際情況，合理選擇防火、 防腐技術(shù)手段和施工工藝， 并嚴(yán)格按照施工方案、 施工技術(shù)要點實施作業(yè)， 這樣才能提高施工水平， 確保鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑防火、 防腐工作取得顯著成效， 保證建筑物的整體建設(shè)要求和建設(shè)質(zhì)量符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。 在此裝配式建筑項目施工過程中， 為了提高裝配式建筑的防火性能， 施工人員采取了多種措施， 如將防火涂料均勻涂抹在鋼結(jié)構(gòu)材料表面； 將防火板材、 防火砌塊密實包裹在鋼柱外側(cè)。 此種防火處理方式將防火工作與建筑裝修有機結(jié)合在一起， 既能提高裝配式建筑整體的耐火性， 也能起到裝飾建筑物的作用， 達到一舉兩得的施工效果， 為施工企業(yè)節(jié)省了一定的施工成本。

3 結(jié)語

跟鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比， 鋼結(jié)構(gòu)更能夠?qū)⒀b配式建筑的優(yōu)勢和價值充分發(fā)揮到極致， 這也有利于推動裝配式建筑高質(zhì)量發(fā)展， 促進我國建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。 尤其是在我國工業(yè)化高速發(fā)展情況下， 以鋼結(jié)構(gòu)組建的裝配式建筑可以有效減輕建筑物整體重量， 提高整體建設(shè)質(zhì)量， 而且具有更快的施工速度， 有效節(jié)省一定的人力、 物力、 財力成本， 同時能夠顯著發(fā)揮出優(yōu)異的節(jié)能降耗作用，打造綠色低碳建筑， 踐行低碳發(fā)展。 因此， 在裝配式建筑建設(shè)中， 需要深刻認(rèn)識到鋼結(jié)構(gòu)對裝配式建筑發(fā)展的積極促進作用， 將鋼結(jié)構(gòu)合理應(yīng)用到建筑施工的各個環(huán)節(jié)， 充分發(fā)揮出鋼結(jié)構(gòu)高效、 循環(huán)、綠色的特性以及制造規(guī)?；?、 標(biāo)準(zhǔn)化、 智能化優(yōu)勢，打造高品質(zhì)的鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑， 提升建筑行業(yè)的整體發(fā)展水平。