王文輝

（濰坊昌大建設(shè)集團(tuán)有限公司,山東 濰坊 261061）

1 引言

傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和組合型鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法在建造、基礎(chǔ)模量確定、平面位置和設(shè)計(jì)取向等諸多方面都有很大的差異。鋼結(jié)構(gòu)采用了自然裝配式鋼結(jié)構(gòu)，其中所有的鋼結(jié)構(gòu)、圍護(hù)系統(tǒng)、設(shè)施、管線系統(tǒng)和內(nèi)部控制系統(tǒng)都可以和諧、統(tǒng)一地安裝到這種鋼結(jié)構(gòu)中。裝配式鋼結(jié)構(gòu)以其獨(dú)特的技術(shù)要求和先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念，在不同行業(yè)中被廣泛使用，展現(xiàn)了鋼結(jié)構(gòu)在建筑產(chǎn)業(yè)化發(fā)展方面的巨大優(yōu)勢(shì)和重要價(jià)值。因其對(duì)建筑業(yè)的發(fā)展有著極其重要的作用，因此本文對(duì)裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計(jì)和研究具有重要的意義。

2 裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的定義及特性

2.1 裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的定義

所謂大型裝配式整體裝配式大型鋼結(jié)構(gòu)綜合建筑，并非僅僅是一種大型裝配式的整體裝配式鋼結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)在實(shí)際建筑應(yīng)用中通常具有較好的整體承載力，它可以有效節(jié)約更多結(jié)構(gòu)材料和利用更多空間，減小了整個(gè)建筑物的截面積，從而大大增加了建筑室內(nèi)空間，抵抗突發(fā)性自然災(zāi)害能力更強(qiáng)，所以在整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性方面比其他結(jié)構(gòu)類型更具優(yōu)勢(shì)，從而促進(jìn)建筑的生態(tài)循環(huán)發(fā)展。鋼結(jié)構(gòu)的施工過(guò)程中，材料內(nèi)力分布均勻，可以保證整個(gè)建筑受力均勻，充分發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)本身的塑性和韌性，提高整個(gè)建筑的承載力。當(dāng)受到外力時(shí)，建筑可以利用其強(qiáng)大的塑性，增強(qiáng)其抗斷裂能力，從而保證建筑的安全性和穩(wěn)定性。此外，裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑吻合了建筑行業(yè)的綠色發(fā)展需求。建筑鋼結(jié)構(gòu)的實(shí)際應(yīng)用中，由于其和環(huán)保以及綠色的發(fā)展理念相適應(yīng)，在施工中只要對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行安裝即可，避免了施工現(xiàn)場(chǎng)中出現(xiàn)粉塵以及浪費(fèi)大量資源的問(wèn)題出現(xiàn)。且鋼結(jié)構(gòu)自身的穩(wěn)定性與可靠性較強(qiáng)，拆除后可以直接回收利用，具有較高的利用率，這無(wú)疑成了裝配式鋼結(jié)構(gòu)的主要技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

2.2 裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的特性

裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑根據(jù)建筑物的高度可劃分為單層工業(yè)用廠房，中高層、多級(jí)、超裝配型鋼結(jié)構(gòu)建筑等；裝配式鋼結(jié)構(gòu)根據(jù)框架結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可劃分為框架結(jié)構(gòu)、框架－筒體支撐結(jié)構(gòu)、框架－筒體結(jié)構(gòu)、巨型框架結(jié)構(gòu)、門式剛架－輕鋼框架結(jié)構(gòu)、大跨空間結(jié)構(gòu)、交錯(cuò)桁架框架結(jié)構(gòu)等，不同類型的結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)不同規(guī)格和規(guī)模的建設(shè)類型；根據(jù)結(jié)構(gòu)原材料可劃分為鋼－混凝土、鋼－砼組合結(jié)構(gòu)等，不同類型的裝配式鋼結(jié)構(gòu)適合應(yīng)用于不同的建設(shè)環(huán)境當(dāng)中，實(shí)際施工時(shí)可以依據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和施工需求靈活進(jìn)行選擇。

裝配式鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)主要有：裝配式鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)化、一體化，全部結(jié)構(gòu)構(gòu)件均為工廠一體化生產(chǎn)，并能夠依據(jù)工程項(xiàng)目的實(shí)際要求對(duì)構(gòu)件參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，準(zhǔn)確性較高，質(zhì)量較高；設(shè)備管線內(nèi)部是系統(tǒng)集成和自動(dòng)化相互集成的一種裝配式補(bǔ)充劑，采用了零部件，可以改善功能，提升了項(xiàng)目質(zhì)量，降低了成本，節(jié)約了時(shí)間。

而從缺陷角度來(lái)看，裝配式鋼結(jié)構(gòu)的最大缺陷集中在造價(jià)成本方面。建設(shè)費(fèi)用高是一個(gè)阻礙裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑尤其是居住房屋和大型商業(yè)區(qū)發(fā)展的重要因素，與傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)房屋相比，鋼結(jié)構(gòu)的價(jià)格明顯偏高。實(shí)際上，近幾年由于鋼材價(jià)格的下調(diào)，輔料及零部件行業(yè)的成熟，裝配式鋼結(jié)構(gòu)樓宇的造價(jià)已經(jīng)接近傳統(tǒng)的混凝土剪力墻，加上其工期短、質(zhì)量?jī)?yōu)、組裝率高等因素得到行業(yè)內(nèi)部的高度認(rèn)可。但由于受困于產(chǎn)業(yè)體系和技術(shù)體系的影響，裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的普及程度相對(duì)較低，依然處于初期發(fā)展階段。

3 裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

3.1 裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑防火設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

裝配式鋼結(jié)構(gòu)的防火設(shè)計(jì)要求在裝配式鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中是一個(gè)非常重要的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。裝配式鋼結(jié)構(gòu)在各個(gè)行業(yè)的實(shí)際應(yīng)用情況中，均應(yīng)按照國(guó)家的防火技術(shù)規(guī)范要求來(lái)進(jìn)行建造，而且必須建立一套相應(yīng)的裝配式鋼結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，特別是對(duì)于發(fā)生火災(zāi)或者危險(xiǎn)性較大的建筑，如配電站和自動(dòng)化變電站、大型的公共建筑、超大型倉(cāng)庫(kù)等。裝配式鋼結(jié)構(gòu)的防火處理設(shè)計(jì)技術(shù)要求主要包括幾個(gè)基本方面：第一，裝配式鋼結(jié)構(gòu)的外墻和基礎(chǔ)表面宜盡量選擇一種具有較高防火特性的巖棉三明治鋼板，對(duì)裝配式鋼結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)和墻面進(jìn)行一定的防火處理；第二，裝配式鋼結(jié)構(gòu)的彩色鋼板外層采用氟碳風(fēng)格防腐材料涂層，外墻和基礎(chǔ)層連接處使用低波紋垂直的彩板，不僅可以充分滿足整個(gè)建筑房間的視覺(jué)效果，還可以延長(zhǎng)裝配式鋼結(jié)構(gòu)的防腐使用年限；第三，裝配式鋼結(jié)構(gòu)爆破墻內(nèi)部要使用防火力較高的石膏板，而且在石膏板內(nèi)部一定要填充有較高防火性能的巖棉，并采取加強(qiáng)其他防火保護(hù)措施。

3.2 裝配式鋼結(jié)構(gòu)的接地防雷設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

由于部分工程行業(yè)對(duì)裝配式鋼結(jié)構(gòu)的技術(shù)要求和設(shè)計(jì)特點(diǎn)不同，對(duì)于相關(guān)裝配式鋼結(jié)構(gòu)的工藝和設(shè)備要求也不一致。在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，裝配式鋼結(jié)構(gòu)必須注意增加對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行接地和防雷保護(hù)。一些工業(yè)建筑，如配電站，就需要使用相關(guān)裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑物進(jìn)行接地和防雷。針對(duì)裝配式的裝配式建筑物和房屋進(jìn)行接地式的防雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)，不僅能夠有效地改善防雷系統(tǒng)暴露在外部的情況，還可以減少建筑物內(nèi)避雷針的安裝。

3.3 裝配式鋼結(jié)構(gòu)的屋面防水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

裝配式鋼結(jié)構(gòu)屋頂防水工藝標(biāo)準(zhǔn)屋頂防水處理規(guī)范措施十分必要，裝配式鋼結(jié)構(gòu)在其設(shè)計(jì)的過(guò)程中需要嚴(yán)格遵守屋頂防水規(guī)范的設(shè)計(jì)要求，就必須保證裝配式鋼結(jié)構(gòu)不會(huì)漏水或滲透，可通過(guò)懸浮裝置等技術(shù)將鋼結(jié)構(gòu)屋頂安放到建筑物內(nèi)部及其相應(yīng)的部位。夏季和冬季時(shí)室內(nèi)外氣溫差大，直立式鎖定技術(shù)下建筑屋頂系統(tǒng)的溫度適應(yīng)性好，能有效保持良好的平衡。為了萬(wàn)無(wú)一失，還可利用裝配式鋼結(jié)構(gòu)擴(kuò)大屋頂?shù)呐潘露?，有效地加快屋頂系統(tǒng)的排水速度。

4 裝配式建筑工程鋼結(jié)構(gòu)工程技術(shù)分析

4.1 防火以及防腐技術(shù)

鋼結(jié)構(gòu)的防火和抗銹性能差，需要用涂料進(jìn)行保護(hù)。涂料在使用壽命上一般只有10年左右，與其他建筑設(shè)計(jì)使用壽命相差甚遠(yuǎn)。由于使用條件不同，公共建筑物可以允許后期進(jìn)行檢查和維修，然而，大多數(shù)居住建筑鋼結(jié)構(gòu)在日常使用過(guò)程中不能夠在室內(nèi)進(jìn)行檢查和保養(yǎng)，這樣似乎成了一個(gè)致命的問(wèn)題。事實(shí)上，居住建筑鋼結(jié)構(gòu)材料在室內(nèi)正常環(huán)境下發(fā)生的銹蝕是極其有限的，即使初期涂裝的使用年限較長(zhǎng)，腐蝕仍然會(huì)保持在可控制的范圍內(nèi)，對(duì)結(jié)構(gòu)安全沒(méi)有影響。根據(jù)某些國(guó)家的實(shí)踐，目前在建造中使用的鋼結(jié)構(gòu)已普遍不再需要使用防腐處理。防火性能還可以通過(guò)粘貼涂層片獲得，比使用防火涂料更耐用[1]。

4.2 單邊螺栓連接技術(shù)

單邊螺栓連接技術(shù)使梁柱端板(見(jiàn)圖1)緊密地相互結(jié)合，可以廣泛應(yīng)用于各種鋼結(jié)構(gòu)的封閉橫截面上的梁柱之間連接，是對(duì)大量采用鋼柱的各種鋼結(jié)構(gòu)的一種有力保護(hù)。行業(yè)內(nèi)部目前在這兩個(gè)方面已經(jīng)做了大量的工作，使加固方面也已經(jīng)有了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)和工程理論實(shí)踐。

圖1 單邊螺栓的端板連接圖

4.3 節(jié)點(diǎn)的集成與完成標(biāo)準(zhǔn)

探索鋼結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場(chǎng)高效組裝技術(shù)，可以根據(jù)組件和節(jié)點(diǎn)分離的想法，將節(jié)點(diǎn)整合成成品。例如，國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)的蝴蝶節(jié)點(diǎn)，國(guó)外也有類似的快速安裝節(jié)點(diǎn)。這種快速裝配節(jié)點(diǎn)技術(shù)能夠在裝配式的建筑中，將鋼結(jié)構(gòu)的最終目標(biāo)型鋼構(gòu)件通過(guò)各種鋼鐵廠的簡(jiǎn)易加工（如切割、打孔等），作為一種標(biāo)準(zhǔn)化的構(gòu)件直接從建筑中運(yùn)輸出去，并組裝成高效率的連接節(jié)點(diǎn)，可以與耐火鋼和未涂層的防火涂料相結(jié)合，來(lái)解決其他材料的防火和抗銹性問(wèn)題。當(dāng)然，要真正實(shí)現(xiàn)此次理想化的發(fā)展目標(biāo)，還有許多科學(xué)研究方面的工作需要繼續(xù)努力，需要國(guó)家相關(guān)規(guī)范的指導(dǎo)和支持。

5 建筑鋼結(jié)構(gòu)裝配式工程技術(shù)的具體應(yīng)用

5.1 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(guò)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(lái)，有效地轉(zhuǎn)換了建筑生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)方式，并合理地進(jìn)行管理。特別需要注意的一點(diǎn)就是，該技術(shù)在實(shí)現(xiàn)虛擬建筑的配置及資源設(shè)計(jì)等各個(gè)方面都具有突出優(yōu)點(diǎn)，它既能夠在復(fù)雜的建筑情況下控制整個(gè)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(shí)間順序來(lái)模擬整個(gè)建筑的主體構(gòu)件，準(zhǔn)確地構(gòu)建三維物理化的模型，這樣在施工過(guò)程中提供許多方便，減少在施工過(guò)程中出現(xiàn)的各類錯(cuò)誤，同時(shí)也可以有效地改善施工質(zhì)量。動(dòng)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(shí)現(xiàn)，可以通過(guò)BIM軟件直接轉(zhuǎn)換到所有建筑材料使用的詳細(xì)圖紙，Tekla軟件也可以直接對(duì)建筑材料進(jìn)行編輯，設(shè)置加工工藝。除了能夠精準(zhǔn)地控制整個(gè)建筑物外，它的功能還可分為兩個(gè)主要的方面。一是用來(lái)做制造和加工支撐。為了防止光束首先到達(dá)，支撐不能直接到達(dá)，必須首先做好加工支撐，并及時(shí)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(fù)責(zé)鋼梁在組裝過(guò)程中提高強(qiáng)度和增強(qiáng)穩(wěn)定性的位置固定板、剛性平臺(tái)、基礎(chǔ)和平面上的數(shù)控鉆床上各個(gè)孔的匹配模板，這些都是對(duì)于構(gòu)成鋼梁的加工和制作平臺(tái)的四個(gè)重要方面，可以確保對(duì)于界面不同類型的鋼梁進(jìn)行加工和制作。

5.2 鋼立柱的安裝技術(shù)

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

5.3 安裝梁梁和支撐柱子都在建筑物中起到了負(fù)載作用

在施工現(xiàn)場(chǎng)，要仔細(xì)地檢查所有貨梁的品種質(zhì)量以及型號(hào)，是否滿足施工規(guī)范要求，檢查結(jié)束后還需要特別注意佩戴安全的扶手繩和安裝正確的扶手。事前的準(zhǔn)備工作做好后，現(xiàn)場(chǎng)要設(shè)置一根橫梁，以防落地、移動(dòng)。在安裝大梁的過(guò)程中，要把橫梁兩邊都綁好，然后依次將剩下的梁逐根舉起。在提高輔助梁強(qiáng)度同時(shí)，為了能夠加快施工的速度和盡量減少施工時(shí)間，需要使用近鉤多升技術(shù)，該技術(shù)還可以使用單升重量5t的輔助梁[2]。

6 裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的應(yīng)用管理以及發(fā)展策略

在裝配式鋼結(jié)構(gòu)的建筑發(fā)展推進(jìn)過(guò)程中，要積極利用節(jié)能門窗、中空玻璃、保溫墻、組合地板等綠色材料，鼓勵(lì)企業(yè)業(yè)主及設(shè)計(jì)師們采用創(chuàng)造性的新的結(jié)構(gòu)方法和形式，增強(qiáng)對(duì)施工專業(yè)技術(shù)人才的培養(yǎng)，完善裝配式鋼結(jié)構(gòu)的一些相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定，保障裝配式鋼結(jié)構(gòu)的實(shí)際施工質(zhì)量，充分發(fā)揮其施工進(jìn)度快、節(jié)省資源等特點(diǎn)，體現(xiàn)建設(shè)項(xiàng)目的綠色基礎(chǔ)性要素[3]。

因此，施工各階段都需要嚴(yán)格地對(duì)鋼結(jié)構(gòu)及其原材料的產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)和驗(yàn)收，在購(gòu)買鋼結(jié)構(gòu)原材料時(shí)還需要比較不同企業(yè)的生產(chǎn)加工方法，然后再對(duì)原材料的性能進(jìn)行檢查，不能片面追求材料的經(jīng)濟(jì)性，必須在確保質(zhì)量和規(guī)格的基礎(chǔ)上才能進(jìn)一步追求性價(jià)比。需要注意的是，原材料的采購(gòu)需要嚴(yán)格遵循建筑工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，必須嚴(yán)格按照規(guī)定購(gòu)買，對(duì)工程的質(zhì)量和人身安全負(fù)責(zé)[4]。同時(shí)，機(jī)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(shuō)明書(shū)內(nèi)容，使用和操作設(shè)備時(shí)愛(ài)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[5]。

7 結(jié)論

綜上所述，本文對(duì)我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)建筑施工中應(yīng)用的技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行了深入的研究和討論，在裝配式建筑工程設(shè)計(jì)與加工技術(shù)方面要進(jìn)一步完善我國(guó)裝配式鋼結(jié)構(gòu)主體和構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化，鼓勵(lì)其他生產(chǎn)廠家完善其裝配式主體構(gòu)件的品種和尺寸，希望通過(guò)提出相關(guān)的管理建議，更好地推動(dòng)組裝制造的建筑鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目工程技術(shù)水平的提高，為組裝制造相關(guān)的施工企業(yè)有效地節(jié)約資源，降低成本，提高工程質(zhì)量。