浅谈钢结构装配式住宅特点和施工质量控制要点

文/吴强、梁军　中国十七冶集团有限公司 安徽马鞍山 243000

随着我国城镇化进程的加快和科学技术的进步，人们的居住环境得到改善，生活方式也有很大的改变，建筑行业呈现出蓬勃发展的态势，建筑风格和建筑结构形式也呈现多元化发展。砖混结构、钢筋混凝土结构等发展也日渐成熟，不管是从规范、设计、质量管理都形成了一套完整、成熟的体系。传统的砖、混凝土都是不可再生材料，拆除后材料利用率低，对环境的保护带来了严重影响，形成难以处理的建筑垃圾，不符合国家可持续发展战略的要求。随着国家可持续发展战略的提出，新技术、新材料、新工艺得到了广泛的应用，钢结构住宅以其经济合理、高效和绿色环保等优点，开始登上历史的舞台，这种新型建筑的工业化对改变建筑业现状、实现建筑行业的高效可持续发展具有重要的现实意义。

1、钢结构住宅的特点

1.1　钢结构住宅的优点

1.1.1　适用性高

传统的房屋建筑由于所用材料的特性，在空间布置上受到建筑构件尺寸和空间尺寸的限制。若是房屋的开间尺寸过大，就会增加结构的尺寸，比如增加承重板的厚度、加大梁柱的截面尺寸等，既增加了结构的重量又增大了建造成本，还影响室内的美观，从而限制了人们对空间的使用自由。一方面，与传统钢筋混凝土结构相比，当构件拥有相同的尺寸时，钢结构能够承受更大的荷载；当结构承受相同荷载时，钢结构所用材料的量更小。另一方面，建筑结构截面尺寸的降低，可以提高房屋室内面积的使用率，与传统的砖混结构或者钢筋混凝土结构相比，钢结构的室内面积使用率提高了6%左右。更重要的是，钢结构的重量轻，且钢材具有一定的延展性，当结构受到地震荷载破坏力作用时，可以吸收较多的能量，从而降低了结构脆性破坏的危险程度，所以钢结构抗震性能好，结构的安全性更高。有报道称，1999年9月21日在我国台湾发生的里氏7.6级强烈地震中，钢筋混凝土和砖混结构的建筑遭受严重破坏，破坏率达75%以上，而这次大地震中钢结构建筑的破坏率极小，仅占0.6%。[1]

1.1.2　综合效益高

目前，我国的钢结构的发展水平仍然处在较低的水平，其经济性制约了钢结构发展。一般而言，钢结构住宅的土建造价要比钢筋混凝土住宅高10%-20%，但钢结构住宅在基础造价上要比钢筋混凝土结构节约30%，房屋室内面积的使用率可提高6%左右，并且钢结构住宅的施工工期也比钢筋混凝土结构缩短30%，这样就使得建筑工程的投资资金的占用周期大大缩短，加速了资金的周转速度。另外，钢结构住宅工程的施工用水少、占地少，不污染周围环境，降低了噪声、粉尘和建筑垃圾对周围环境的二次污染，且拆除后钢材的利用率高。从长远利益出发，钢结构比传统建筑结构在环境保护上更具有优势，属于绿色环保型建筑结构，符合可持续发展的要求。综合考虑，在新型建筑工业化的进程中，钢结构住宅的综合效益就会越来越明显。

1.1.3　工业化的生产

在现代建筑工程管理中，计算机的应用贯穿至工程的设计、施工、验收、使用等整个过程始终。更先进的计算机软件使钢结构住宅设计周期变短，同时实现了结构构件的标准化生产，所用构件在工厂大批量加工制造，质量和精度上得到了保证。施工上采取机械化的装配模式，提高了施工速度和施工效率，降低了整个工程的施工周期。

1.2　钢结构住宅的缺点

1.2.1　材料本身的缺点

钢材具有强度高、塑性好、韧性好等优点，但是钢材易受空气中水分、氧气等多种因素的影响而产生锈蚀现象，即其耐腐蚀性差。钢材经过锈蚀后，会使其本身的强度降低，影响其使用性能，而且局部的腐蚀会引起钢结构的集中应力，从而影响了结构使用的安全性。另外，钢材的耐火性差，一般常用建筑钢材的临界温度为540℃，一般而言，建筑火灾中火焰的温度一般在800～1200℃之间，当建筑火灾发生时，火焰的温度会迅速升高，10分钟内火焰温度就可以高达700℃，这已经超出钢材的临界温度，此时钢材已经失去承载能力，从而导致钢结构建筑物的垮塌。因此钢结构构件要有很好的防火、防腐措施，钢构件表面和细部节点涂料的涂刷成为控制的重点。而钢结构柱体，通常和钢筋混凝土材料共同使用，如钢柱外包钢筋混凝土。

1.2.2　与其他工程的整体性差

应用于住宅中的钢结构并不是独立存在的一个个体，它只是住宅的主体结构。它和墙体工程、屋面工程、水电安装工程、防水工程等配套设施形成了一个复杂的体系。当前材料的性能和安装等方面，与钢结构设计在保温、隔热、防水以及耐久性能方面还有些不相匹配。如当前墙体材料经常使用的是蒸压轻质加气混凝土板（简称ALC板），它具有防水、防渗露、保温性能好等特点被广泛使用，但是在施工当中连接方式和细部节点的处理不当和板缝之间的密封材料的选择不当，容易造成墙体的渗漏。

2、质量控制要点

2.1　施工前期准备

施工图纸会审和技术交底是施工准备的重点内容，做好施工图纸会审和技术交底工作是保障钢结构施工顺利进行的前提。施工图纸作为施工的依据，工程项目技术部门在进行施工之前应当组织相关技术人员进行审查，其一是为深入了解图纸设计者的意图，掌握整个工程的特点，提前找出需要解决的技术难题，其二是为了对施工图纸进行复查，将图纸中影响施工的问题检查出来，防止图纸出错。其三是在图纸会审的时候可以提出问题，把图纸有疑问、漏项地方同建设单位、设计单位共同解决，有利于施工的顺利进行。

技术交底是为了让直接参与工程的施工人员能够了解施工过程中需要注意的事项，把握影响施工质量的关键点，以做到施工和设计的相结合、钢结构吊装和土建施工相结合、钢结构和混凝土施工相结合。另外，项目技术人员要对于新技术、新工艺的施工要进行学习，对施工工艺充分了解、对工序之间的施工衔接安排得当、对施工人员做好安全技术交底工作。在保证质量的同时安全工作作为重点控制点。

2.2　钢结构深化设计

作为钢结构工程中一项必不可少的工作，深化设计的深度、精度直接影响到钢结构的加工、安装质量；尤其是新型高层钢结构住宅工程，钢筋混凝土构件与钢构件的连接通常采用钢构预留穿筋孔、预焊钢筋套筒、设置钢牛腿环板与受力钢筋焊接等方式，因此深化设计不能单纯考虑钢构件深化，还应该细化到与钢筋混凝土构件的衔接，加大了深化设计的难度，因此要求深化设计人员加强与土建、钢筋翻样人员的密切配合，避免日后施工产生过多的矛盾；外墙维护结构采用预制蒸压加气混凝土板（ALC板）的，由于ALC板安装工艺要求采用铁件与主体钢构件焊接固定，为保证焊接固定质量，固定铁件宜在钢结构深化设计时同步考虑，在钢构件加工时工厂同步完成，有条件的可利用BIM软件进行辅助设计。

2.3　钢结构加工、运输质量控制

钢结构工程的施工过程主要包括钢结构构件的工厂制作和现场安装两个阶段，钢结构构件加工质量的好坏直接影响到钢结构施工过程中的质量和使用过程中的安全；由于钢结构住宅造价略高的原因，业主在考虑建造经济成本时，往往会要求设计单位尽量降低单位平方用钢量，钢构件设计的较为细弱，极易产生扭曲变形；因此，为了保障钢结构构件的安装施工质量，钢构件在加工时除了要按照常规加工要求严格控制加工质量，还应该加强构件成型后涂装前的二次矫正工作；为防止钢构件在运输过程中产生扭曲变形，给后续安装精度造成影响，构件运输时绑扎必须牢固，防止松动，钢构件在运输车上的支撑方式、两端伸出支点的距离和绑扎方式都应能确保钢构件不产生变形，并且钢构件也要有保护表面涂层不受损坏的措施，通过这些保障措施使运输对钢构件的危害程度降到最低保证运输安全。

2.4　钢结构的安装质量控制

钢结构的安装质量控制主要包括安装前、安装过程当中和安装完成后的质量控制。在钢结构构件安装前，应对构件的质量、出场合格证及预拼装记录进行检查，重点对钢构件的变形程度检查复核，如果构件的变形、缺陷超出规范和设计规定的范围，要对钢构件进行矫正处理达到允许范围之后再进行安装。安装过程当中要加强施工人员的管理，严格按照技术交底作业，并及时检查保证施工质量。钢结构柱体安装完毕校正后，及时对柱脚进行灌浆，用膨胀混凝土进行浇筑，振捣要密实到位。就高层钢结构的安装而言，下面着重介绍焊接变形控制和钢构安装的测量校正。

2.4.1　焊接工程的质量控制

焊接工艺是钢构件制作和安装过程中的重点控制环节。焊接质量问题较多存在于手工焊缝，应加强焊前焊接工艺评定工作，对于不合格的焊缝，需要报技术人员进行焊接工艺的讨论，确定方案后进行处理，不得擅自处理，对于同一位置的焊缝反复处理次数不应大于2次。大批量焊接应以控制钢构件的应力、应变为基本出发点，制定详细的焊接方式和顺序，禁止把焊口合拢的部位留置在构件应力集中的位置。对于框架结构来说，柱刚性接头的焊接施工，首先从整个结构的中间构件上焊接，形成框架以后再向两侧对称施焊。对于柱和柱之间的对接焊接，要安排两名焊工从柱体两侧相反方向对称焊接。H型钢柱首先焊接翼缘板，然后焊接腹板。要有防止温度过高的措施，减小温度应力。当焊缝超过一定长度时，可采用两名焊工分段同步焊接的跳焊法，用来减少构件变形。最后一层焊缝施工要一次成型，禁止分段焊接。

2.4.2　钢构安装的测量校正

高层住宅钢结构的安装对精度控制要求极为严格，以高度100米的钢构为例，垂直安装误差要求控制在2cm内才能不影响后续维护结构的施工质量，因此要求在每一安装高度段都必须严格测量控制，避免出现“下层差之一毫，上层偏之千里”的不利局面。安装测量工作应从基础预埋时就高度重视，严格控制预埋地脚螺栓的平面尺寸和支撑固定的稳定性；土建施工过程中跟踪监测埋件偏移情况，遇有问题及时处理，为后续安装精度打下良好的基础。竖向构件安装时每一个安装高度段内，应对所有构件逐个用两台经纬仪从90度方向进行反复校正垂直度；钢梁安装时宜从中间位置向两边对称施工以减小累计误差的影响，同一安装高度内所有构件安装完成应再次全面复核校正后再实施横竖向构件的紧固和焊接。

结语：

钢结构以其施工速度快、综合效益好、绿色环保、工业化的生产等优点应用在建筑工程中，钢结构住宅也必然会成为以后住宅工程的发展方向。在工程施工过程中，加强质量的控制使房屋在功能性和适用性上更好满足人们的需求，实现人们的居住环境和经济的协调发展。

参考文献:

[1]王亚勇.台湾9.21大地震特点及震害经验[J].工业抗震，2000（2）.

[2]钢结构高强度螺栓连接的设计、施工及验收规程JGJ82-91.

[3]钢结构工程施工质量验收规范GB50205-2001.