【摘要】鋼結構因其具有強度高、自重輕、施工速度快等優(yōu)點，在高層建筑施工中得到了廣泛應用。文中通過對鋼結構施工技術的特點和優(yōu)勢進行分析，探討了鋼結構在高層建筑施工中的具體技術要點，包括鋼結構的制作與安裝、連接技術、防火與防腐處理等方面。同時，對施工過程的質量控制進行了深入探討；展望了鋼結構施工技術在高層建筑施工中的發(fā)展趨勢，為鋼結構在高層建筑施工中的應用提供了有益的參考。

【關鍵詞】鋼結構；高層建筑；施工技術；質量控制

【中圖分類號】TU391 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-6028（2024）07-0133-03

0 引言

隨著人口增長和城市用地日趨緊張，高層建筑已成為城市發(fā)展的必然趨勢。鋼結構作為一種前沿且高效的建筑結構形式，在高層建筑的建設中扮演著舉足輕重的角色。鋼結構施工技術不僅能夠充分滿足高層建筑對于結構強度與穩(wěn)定性的高要求，更能顯著縮短施工周期，有效控制工程造價，進而提升建筑的整體使用性能與舒適度。因此，鋼結構施工技術在高層建筑中的應用前景廣闊，將為城市的可持續(xù)發(fā)展注入新的活力。

1 鋼結構施工技術的特點和優(yōu)勢

1.1 鋼結構的特點

1）強度高。鋼結構的強度遠高于傳統(tǒng)的混凝土和磚石結構。在相同的承載要求下，鋼結構構件的截面尺寸可以更小，從而為建筑提供更大的使用空間。

2）自重輕。相比混凝土結構，鋼結構的自重通常只有其一半左右。這一特點在高層建筑中尤為重要。因為建筑物的自重會對建筑基礎產生巨大的壓力[1]。使用鋼結構可以顯著減輕建筑物的自重，從而降低建筑基礎的造價和施工難度。

3）施工速度快。鋼結構構件可以在工廠進行預制，然后運輸到施工現場進行拼裝。工廠化生產方式大大提高了施工效率，縮短了施工周期。在工廠預制的構件具有較高的精度和質量，減少了現場施工中的誤差和整改工作。

1.2 鋼結構的優(yōu)勢

1）抗震性能好。鋼結構具有良好的延性和耗能能力，在地震作用下能夠有效地吸收和分散能量，從而減少結構的破壞。鋼結構的柔性連接方式使得結構在受到地震力時能夠產生一定的變形，而不會立即發(fā)生脆性破壞。

2）綠色環(huán)保。鋼結構可以回收利用，符合可持續(xù)發(fā)展的要求。當建筑物達到使用壽命或需要拆除時，鋼結構可以被拆解并重新加工利用，減少建筑垃圾的產生。同時，鋼結構的生產過程相對較為清潔，對環(huán)境的污染較小[2]。與傳統(tǒng)的混凝土結構相比，鋼結構在全生命周期內的能耗和碳排放也更低。

3）空間布置靈活。鋼結構的構件截面較小，可以靈活地布置建筑空間，滿足不同的功能需求。無論是住宅、商業(yè)還是工業(yè)建筑，鋼結構都能夠提供多樣化的空間布局方案。

2 鋼結構在高層建筑施工中的技術要點

2.1 鋼結構的連接技術

1）焊接連接。焊接連接具有連接強度高、密封性好等優(yōu)點，能夠實現鋼結構的剛性連接。然而，焊接過程中由于局部高溫會導致鋼材組織和性能的變化，容易產生焊接變形和殘余應力。為了控制焊接變形，可以采用合理的焊接順序、預留收縮余量、反變形法等措施。對于殘余應力，可以通過焊后熱處理、振動消除法等進行消除。

2）螺栓連接。普通螺栓連接施工方便，成本較低，但連接強度相對較低，通常用于次要結構或臨時連接。高強度螺栓連接具有強度高、連接可靠的特點，廣泛應用于鋼結構的重要連接部位。高強度螺栓連接分為摩擦型連接和承壓型連接，摩擦型連接依靠摩擦力傳遞荷載，承壓型連接則在摩擦力被克服后依靠螺栓桿抗剪和孔壁承壓傳遞荷載。

3）鉚連接。鉚連接在鋼結構中的應用相對較少，但其連接可靠、傳力均勻。鉚連接需要在現場進行鉚接作業(yè)，施工效率較低，成本較高。然而，在一些對連接質量要求極高的特殊結構中，鉚連接仍有其應用價值。

2.2 鋼結構的防火與防腐處理

一方面，鋼結構的耐火性能較差，當溫度達到一定程度時，其強度和剛度會迅速下降。因此，需要進行防火處理以提高其耐火極限。常用的防火措施包括噴涂防火涂料、包裹防火板材等。防火涂料具有施工方便、成本較低的優(yōu)點，但耐久性相對較差[3]。防火板材如硅酸鈣板、巖棉板等具有較好的防火性能和耐久性，但施工難度較大。

另一方面，鋼結構在潮濕和腐蝕性環(huán)境中容易發(fā)生銹蝕，影響結構的安全性和耐久性。防腐處理的方法主要有涂刷防腐涂料、熱浸鍍鋅等。防腐涂料能夠在鋼材表面形成一層保護膜，阻止腐蝕介質的侵入。熱浸鍍鋅則是將鋼材浸入熔融的鋅液中，使鋼材表面形成一層鋅層，具有良好的防腐效果。

3 鋼結構在建筑工程施工中的質量控制

3.1 原材料的質量控制

1）鋼材質量直接決定了結構承載能力和耐久性。在采購鋼材時，要嚴格審查供應商的資質和產品質量證明文件，確保所采購的鋼材符合國家標準和設計要求。同時，對進場的鋼材進行抽樣檢測，包括化學成分分析、力學性能測試等。

2）焊接材料的選擇和質量控制同樣不容忽視[4]。不同類型的鋼材需要匹配相應的焊接材料，以保證焊接接頭的質量。對焊接材料進行檢驗，確保其熔敷金屬的化學成分、力學性能以及工藝性能符合要求。

3）螺栓作為鋼結構連接的重要部件，其質量也必須得到保證。高強度螺栓的強度等級、扭矩系數等參數要經過嚴格檢測，普通螺栓的尺寸、螺紋精度等也要符合標準。

3.2 制作過程的質量控制

鋼結構構件的制作工藝直接影響其質量。

1）放樣。放樣必須保證精確無誤，否則后續(xù)工序將產生累積誤差。

2）下料。下料時，要根據鋼材的規(guī)格和構件的尺寸，選擇合適的切割方法，如火焰切割、等離子切割或激光切割，并控制切割的精度和表面質量。

3）焊接。焊接是鋼結構制作中的關鍵工序。焊接工人必須具備相應的資質和技能，嚴格按照焊接工藝規(guī)程進行操作。在焊接過程中，要控制焊接電流、電壓、焊接速度等參數，以獲得良好的焊縫成型和內部質量。焊接完成后，對焊縫進行外觀檢查，查看是否存在裂紋、氣孔、夾渣等缺陷，并采用無損檢測方法（如超聲波檢測、射線檢測）對焊縫內部進行檢測。

4）制孔。制孔工序的精度對于構件的連接至關重要。要保證孔的直徑、位置、垂直度等符合設計要求，避免因孔位偏差導致連接不緊密或無法安裝。

3.3 安裝過程的質量控制

鋼結構安裝是將制作好的構件組合成整體結構的過程，這個階段的質量控制尤為關鍵。構件的垂直度、平整度和軸線位置直接影響結構的整體穩(wěn)定性。

1）在安裝前，要對基礎的標高、軸線進行復測，確?；A的平整度和位置偏差在允許范圍內。

2）安裝過程中，使用經緯儀、水準儀等測量儀器對構件的垂直度、平整度和軸線位置進行實時監(jiān)測，及時調整偏差。同時，要注意安裝順序和臨時支撐的設置。合理的安裝順序可以保證結構受力均勻，避免出現局部受力過大導致變形或失穩(wěn)。

3）臨時支撐要經過計算和設計，確保其能夠承受施工過程中的荷載。

3.4 連接質量的控制

鋼結構的連接方式主要有焊接連接和螺栓連接。連接質量的好壞直接關系到結構的整體性和安全性。

1）焊接連接。除了前面提到的在制作過程中的質量控制外，在現場安裝時還要對焊縫的外觀進行檢查，對重要焊縫進行無損檢測。同時，要注意焊接環(huán)境的溫度、濕度等條件，避免在不利條件下進行焊接作業(yè)。

2）螺栓連接的質量控制主要包括螺栓的擰緊力矩、螺栓的預緊力以及螺栓的安裝順序等。對于高強度螺栓連接，要進行扭矩系數和抗滑移系數的試驗，確保連接的強度和可靠性。

4 鋼結構施工技術在高層建筑施工中的發(fā)展趨勢

4.1 新材料與新技術的應用

4.1.1 高性能鋼材的研發(fā)與應用

隨著科技的不斷進步，高性能鋼材在鋼結構領域的研發(fā)和應用正逐漸成為主流趨勢。高性能鋼材具有更高的強度、更好的韌性和耐腐蝕性，能夠滿足高層建筑對結構安全性和耐久性的更高要求。例如，高強度低合金鋼材的屈服強度和抗拉強度比傳統(tǒng)鋼材顯著提高，使得在相同承載能力下可以減少鋼材的使用量，從而減輕結構自重，降低基礎造價。同時，耐候鋼的出現也為鋼結構的長期使用提供了保障，使其能夠在自然環(huán)境中形成穩(wěn)定的氧化層，有效抵抗大氣腐蝕，減少維護成本。

4.1.2 新型連接技術的發(fā)展

連接技術是鋼結構施工中的關鍵環(huán)節(jié)，新型連接技術的不斷涌現為鋼結構的應用帶來了更多可能性。除了傳統(tǒng)的焊接和螺栓連接，一些新型的連接方式如銷軸連接、鑄鋼節(jié)點連接、黏接技術等逐漸得到應用。

1）銷軸連接具有安裝方便、受力明確等優(yōu)點，特別適用于大跨度鋼結構節(jié)點的連接。

2）鑄鋼節(jié)點則能夠實現復雜的幾何形狀，提高節(jié)點的承載能力和抗震性能。

3）黏接技術在鋼結構中的應用也在研究和探索之中，有望為鋼結構的連接提供一種新的選擇。

4.2 綠色施工與可持續(xù)發(fā)展

4.2.1 節(jié)能減排措施在鋼結構施工中的應用

在全球倡導節(jié)能減排的背景下，鋼結構施工也在積極采取措施降低能源消耗和減少環(huán)境污染。在鋼材的生產過程中，采用先進的生產工藝和設備可以降低能耗和污染物排放。在施工過程中，合理安排施工順序、優(yōu)化施工方案，能夠減少不必要的資源浪費。例如，采用預制鋼結構構件可以減少現場加工帶來的能源消耗和噪聲污染。此外，利用可再生能源為施工設備提供動力，也是實現節(jié)能減排的有效途徑。

4.2.2 鋼結構建筑的全生命周期評價

鋼結構建筑的全生命周期評價包括從原材料的開采、加工、運輸，到建筑的施工、使用、維護，直至拆除和回收的整個過程。通過對鋼結構建筑全生命周期的環(huán)境影響和資源消耗進行評估，可以為設計和施工提供科學依據，以實現資源的最優(yōu)利用和環(huán)境的最小影響。

1）在設計階段，考慮建筑的可拆卸性和可回收性，選用環(huán)保材料。

2）在施工階段，加強廢棄物的管理和回收利用。

3）在使用階段，優(yōu)化建筑的能源管理，降低運行能耗。

4）在拆除階段，制定合理的拆除方案，最大程度地回收利用建筑材料。

4.3 與其他建筑技術的融合

4.3.1 與預制混凝土技術的結合

鋼結構與預制混凝土技術的結合能夠充分發(fā)揮兩種材料的優(yōu)勢，提高建筑的性能和施工效率。預制混凝土構件可以提供良好的防火、隔音和耐久性，而鋼結構則能夠提供大跨度空間和快速施工的能力。例如，在高層建筑施工中，可以考慮采用預制混凝土核心筒和鋼結構框架的組合結構體系，核心筒承擔大部分的水平荷載，鋼結構框架承擔豎向荷載。這種組合結構既能夠滿足建筑的功能要求，又能夠縮短施工周期。

4.3.2 BIM技術與鋼結構的深度整合

BIM（建筑信息模型）是建筑學、工程學及土木工程的新工具。BIM技術為鋼結構施工帶來了全新的管理模式和協同方式。通過建立鋼結構的BIM，可以實現從設計、施工到運維的全過程信息化管理。在設計階段，BIM技術可以幫助設計師進行精確建模和分析，優(yōu)化鋼結構的設計方案。在施工階段，施工人員可以通過BIM獲取詳細的施工信息，包括構件尺寸、連接方式、施工順序等，提高施工的準確性和效率。同時，BIM技術還能夠實現各參與方之間的信息共享和協同工作，及時解決施工中的問題，減少變更和返工。

5 結語

綜上所述，鋼結構憑借其獨特的特點和顯著的優(yōu)勢，成為高層建筑施工中的關鍵技術。在施工過程中，鋼結構的制作與安裝、連接技術以及防火與防腐處理等技術要點的把控，對于保障建筑的質量和安全性至關重要。同時，通過對原材料、制作過程、安裝過程以及連接質量的嚴格控制，能夠有效提升鋼結構在高層建筑中的施工質量，確保建筑的穩(wěn)定性和可靠性。相信在不斷的技術創(chuàng)新和實踐探索中，鋼結構施工技術將在高層建筑領域發(fā)揮更大的作用，為城市的發(fā)展和人們的生活創(chuàng)造更加優(yōu)質、舒適和安全的空間。

參考文獻

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[作者簡介]孫鳳山（1987—），男，山東濰坊人，本科，工程師，研究方向：建筑施工。