高层建筑钢结构装配式施工技术应用分析

石明宝

（甘肃第四建设集团有限责任公司，甘肃 兰州 730060）

装配式高层钢结构属于一种新型的施工方式，在目前建筑项目施工中具有较大的应用优势及发展前景。装配式建筑，属于一种建筑的现代化施工方式，主要通过对房屋结构进行设计后，对各个构件采取工厂预制、现场组装的方式完成项目施工，对于提高建筑性能及产品质量、促进能源节约及环境保护具有重要作用，符合当前我国可持续发展战略的要求，对实现建设低碳环保及节能型建筑具有极大的应用优势及前景。目前，该类建筑可根据其所使用构建的不同进行分类，包括：预制混凝土结构、预制装配式结构、预制集装箱式结构。以上3种形式各有其有优势，装配式钢结构结构由于其结构强度高、承载力大及施工方便等优势，在装配式建筑项目设计与施工中被广泛应用。本文以装配式高层钢结构建筑设计与施工为例，进行说明与分析。

1 高层建筑钢结构建筑生产流程及优势分析

1.1 高层建筑钢结构建筑生产流程

装配式高层钢结构建筑项目生产流程主要包括4个部分：个性化定制、工厂化生产、装配化施工及工业化装修。个性化定制即设计方可结合需求制定多种设计方案供用户选择及使用，主要包括户型设计、结构体系设计、墙板系统设计及项目目标式设计等。以上设计过程属于装配式钢结构高层建筑实施的关键，也是保证其安全及客户需求的关键，对建筑使用及功能的完善具有重要的意义，因此，该项目设计时，对用户需求、区域特殊情况、周边环境特征、抗震要求等应重点考虑。工厂化生产：主要采用对所设计的建筑形式进行合理分割与拆分，形成一个个预构件，并对其进行实施与控制。目前，BIM技术的应用对保证其实施及预先进行碰撞试验可起到积极作用。装配式施工是质量控制的关键，该类实施方式主要以快速、简易实施为主，不需要大型的施工设备，具有一定优势，该阶段共需完成基础施工、钢导墙施工、地坪施工、墙体施工、楼面施工及屋面施工等，做好以上各部分的施工对控制质量具有积极意义。最后，为满足其功能与使用的舒适性，应充分考虑实施工业化装修。

1.2 装配式高层钢结构建筑应用优势

装配式高层钢结构建筑项目施工方式具有以下优势：一是结构高度集成化，与传统建筑项目实施而言，该类建筑所采用的结构类型具有施工灵活的优点，如施工所使用的构件可根据模数及建筑情况自由确定并合理实施，能使施工效率得到显著提升，对提高建筑项目实施的可靠性具有重要的意义。二是施工周期短，即该类实施方式强调工厂预制与现场施工的安装模式，对构件的强度及精度要求高，同时可引入各类数控机床等用于加工，可明显缩短施工周期，节约材料。三是综合性能高，如装配式钢结构建筑多采用轻质高强钢材实施，减少了材料的试验，提高了工厂流水线生产，对控制环境污染及减少人工成本具有重要价值。综合来讲，装配式高层钢结构建筑实施较传统建筑项目实施而言，具有较大的经济效益及环境效益，可在后期项目实施中投资与推广使用。

2 高层建筑钢结构设计原则及主要形式说明

2.1 高层建筑钢结构设计理念及原则分析

对于装配式建筑设计而言，在进行设计时应遵循以下原则：一是建筑物的设计应符合国家的有关政策、法规，做到安全可靠、先进适用、经济合理、环境友好；二是结合工程特点，积极慎重采用具备应用条件的新技术、新设备、新材料、新工艺；三是结构设计时应坚持以节约资源、充分考虑社会效益为原则；四是项目设计及实施中应采取切实有效的措施节约用地、保护环境、满足劳动安全要求。

对于该类建筑项目设计施工中预制装配的有效管理及实施，应从以下方面进行考虑：一是总体规划设计应遵循模块化、标准化、构件标准化、部品标准化、门窗标准化等；二是构件拆分原则应坚持以模具数量最小化、连接节点简单化、尺寸、重量合理化、复杂节点工厂化为原则；三是装配式结构设计应采取有效措施加强结构的整体性，装配式结构的节点和接缝应受力明确、构造可靠，并满足可靠性、耐久性和舒适性等要求。此外，设计施工时应充分考虑施工现场情况，根据预制构件的功能和安装部位、加工制作及施工精度要求，确定合理的公差，确保现场施工的可操作性；预制构件设计满足制作、运输、堆放、安装以及安全、质量、环保等要求。

2.2 高层建筑钢结构形式选择及分析

从现有装配式建筑项目施工而言，该项技术在我国的应用还处于基础阶段，现在所采用的结构形式主要有预制仓、钢筋混凝土装配式结构、钢结构等，以下对其进行说明。

2.2.1 预制仓

预制仓就是将设备集中放置在一个预制箱内，设备与箱体均在工厂组装完成，运至现场后完成拼装。该种结构的优点在于结构紧凑、占地小、可以做到无缝对接等；其缺点在于操作空间小，使用中会存在漏水等情况，档次低，后期维护使用成本高。

2.2.2 钢筋混凝土装配式建筑

该种结构主要是将结构构件（如梁、板等）按照设计图纸要求完成预制后运送至现场完成组装。该种形式对于接缝的处理常需要细石水泥土进行连接，进而对保证连接点的可靠性具有积极作用。但施工中的缺点也是明显的，如梁板、柱运输的吊装难度大、需要较多的湿作业及抗震作用差，使得其使用受到限制。

2.2.3 钢结构建筑

钢结构装配式结构属于现有装配式建筑使用的重点，具有以下特点：大多连接均采用螺栓连接，仅小部分需要在现场进行焊接或浇筑，减少了室内及室外装修的工作量；构件的加工及生产不受现场环境的影响，且在建筑“三通一平”未开工前即可实现对建筑项目的实施，减少施工周期。此外，抗震性能好及自重轻也是主要优势。

3 高层建筑钢结构施工关键技术分析

3.1 高层建筑钢结构施工防火技术及分析

按照我国2013年新颁布的《建筑设计防火规范》对建筑防火的具体要求，建筑的柱、梁等的耐火等级必须达到2.5 h及1.5 h以上。因此，在装配式建筑项目设计中，为增加梁、柱的防火等级，梁、柱及与墙面所连接的一些构件均应进行防火处理，且应在表面涂抹防火涂料，以保证其耐火性。与此同时，对于现有装配式建筑施工所使用的材料如ALC材料，厚度应符合要求，满足《建筑设计防火规范》中对防火墙耐火极限不低于3 h的要求。

3.2 高层建筑钢结构施工钢结构防腐技术及分析

防腐技术是钢结构建筑必须考虑的问题，而钢材作为现有装配式建筑所用的主要材料，其防腐应作为重点进行考虑。按照设计规范，对于钢结构配件的最低除锈等级应满足sa2 1/2级的要求。现在采用喷涂“冷喷锌+面漆”作为主要防腐形式，即先喷涂ZD96-1冷喷锌，后复涂聚氨酷面漆。该种形式中，冷喷锌层中锌含量必须大于96%以上，且喷锌层的耐盐雾考核应该满足1800 h的要求。此外，对于防腐要求应能满足30年不发生腐蚀的限制，以保证施工材料在混凝土内不发生腐蚀。

3.3 高层建筑钢结构施工墙面接缝的处理技术及分析

装配式结构建筑选用的ALC墙板与墙板、楼地面、墙板与梁柱之间的接缝是必须处理的技术问题，以防止后期使用中出现漏水问题，对建筑功能造成影响。通常情况下采用填缝剂封缝，但实际施工中，施工人员在刮腻子前应先对墙板缝使用耐碱玻纤网格布，防止墙板出现裂缝。此外，为防止构件拼接处出现漏水情况，施工时应利用材料特性对拼缝进行密封，实现防水。此外，采用现有新兴的空心橡胶密封条防水也是主要的选择。

综上所述，当前建筑施工中强调能源节约及环境保护，提高建筑项目实施的经济效益，实现可持续发展。装配式结构施工对实现绿色施工、降低能源消耗发挥了重要作用。本文以装配式建筑施工为例，对该种施工方式的价值及常规施工形式进行了说明，并提出了该类建筑施工质量保证的主要技术，可为后期该类建筑施工提供参考及借鉴。