建筑工程施工中钢结构安装的技术研究

许子波

北京城建七建设工程有限公司 北京 100029

引言

本文围绕钢结构的设计与安装展开详细论述，其中第一个部分就钢结构在建筑工程施工中的应用意义展开探究分析，分别从钢结构的设计优越性、钢材质的柔韧性以及环保性进行详细论述；第二个部分就建筑工程中钢结构的设计要求进行总结分析，并从钢结构的设计原则、钢材料的选择、钢结构的稳定性以及钢结构的安全预防性等方面展开详细论述；第三个部分就建筑工程施工中钢结构安装的技术要求进行研究，分别从钢结构的设计、钢结构预设位置的规划以及钢结构的安装展开具体论述。

1 建筑工程施工中应用钢结构的意义

1.1 钢结构在设计上具备较高的优越性

近些年来，随着经济水平的发展，建筑工程基础结构从木结构发展到石结构再到钢结构，建筑工程的稳定性与安全性也随之提高。钢结构基于钢料的特性，在实际应用中具备较高的价值。钢料密度大，在提供相同支撑力的条件下，钢结构的体积较小；而随着混合金技术的发展，钢料可以和其他金属相混合，生产出更具优越性的混合钢结构。其次，钢结构的安装方式较为简单，没有繁复的施工流程，只需经过埋设、安装、固定这三大步骤即可完成钢结构的安装。钢结构的安装效率较高，能够减少工期，提高整个建筑工程的性价比。钢结构的设计具有一定的灵活性，建筑工程规模各异，使用钢结构作为建筑的主要支撑结构，在钢结构设计过程中，可以根据建筑要求以及建筑规模设计合适的钢结构；而对于相同类别的建筑工程时，可以对钢结构的尺寸进行调整，无须重新设计，这不仅能够缩短工期，还能降低施工成本。综上所述，钢结构在设计上体现的优越性以及钢结构在建筑工程造价上的高性价比，使其在现代建筑工程中具备较广的应用范围。

1.2 钢材质具有柔韧性，对于结构设计以及空间调整意义较大

钢结构的建筑学概念是指由型钢与钢板制成的工程结构，钢主要由碳与铁组成，根据用途的不同会添加不同比例的锰、镍、钒等金属，所以钢结构具有较多金属的优越性质。而在建筑工程学中，由于钢由混合金属构成，所以钢具备较高的延展性与柔韧性，可以根据建筑要求设计不同形状的钢材质。钢结构的连接方式主要有焊接、螺栓以及铆钉连接这三种，由于钢料具备较高的延展性，钢结构连接耗时也随之减少。其次，钢材料的柔韧性对于建筑空间调整意义重大。建筑工程施工期间，会根据设计图纸完成各个施工区域，由于外界原因与施工人员技术原因，会出现钢材焊缝衔接不齐以及钢板衔接不齐的问题，如果将钢结构重新安装，则会耗费大量的人力与物力，提高施工成本；而基于钢材料的柔韧性，可以采取加热、拉伸等方式实现无缝焊接。虽然钢结构具备良好的延展性与柔韧性，但是在实际施工对钢结构进行拉伸与压缩过程中，一定要对拉伸与压缩的时间与力度进行控制，以免影响整个钢结构的性能，进而导致建筑工程的结构稳定性下降[1]。

1.3 钢材质具备环保性，有利于可持续发展

钢结构的使用价值还体现在其具备较高的环保性上，对于建筑行业的可持续发展与永利发展是十分有利的。钢材料在建筑工程施工中的大面积应用，使得建筑建造方式发生变革。传统的建筑方式多使用沙子、泥土、石子等材料，建筑施工过程中会产生较多的施工垃圾，施工废料极有可能流入周围的水源与农田中，不仅会对周围环境产生较大的污染，对于周围居民的生命安全也会造成威胁，并且传统施工方式所产生的施工废料降解速率低下，会持续对周围环境造成污染。而新型建筑施工方式则大量使用钢材料作为施工主料，能够缩短建筑工期，所产生的建筑废料也随之减少，不会持续对工地周围持续造成污染，并且产生的建筑废料可以经过锻造回收，进行二次利用，对于环境十分友好。除此之外，使用钢材料作为主要施工用材，在施工过程中，不会产生大量的粉尘，对于施工人员的生命健康有益；并且钢材料的主要组成元素为碳和铁，在废料处理过程中，可以通过氧化的方式，生成碳氧化合物与铁氧化合物，并选择环保的方式进行排放。

2 建筑工程中钢结构安装前的设计要求

2.1 钢结构的设计原则

钢材料在现代建筑工程中主要对建筑物起到定型与支撑作用，为了提高建筑工程的稳定性与坚固性，钢结构需要遵循科学的设计原则。第一，减少较高密度钢材料的应用。前文中提到钢材料是由碳、铁为主要组成部分，镍、钒、锰等金属根据钢材料用途按相应比例掺入其中，所以不同型号的钢材的密度会有所不同。在满足建筑工程结构承重要求的情况下，可以减少高密度钢材的使用。第二，根据钢结构的安装方式与塑性系数，在结构设计过程中留有相应的缝隙。现代建筑工程施工过程中，钢结构摆放方式常为横向水平或者纵向竖直，基于物质热胀冷缩以及分子运动的理论，钢结构的大小会发生一定的变化，对于钢结构的稳定性也会产生一定的影响。因此，钢结构在设计过程中，可以采取安装滚轮装置与涂防护涂料的方式，来减少钢结构的变化。第三，在钢结构设计初期，需要对钢结构的称重力度进行测量，选择大小合适、材质尚佳的钢材制作钢结构组件，确保房屋建筑具备较高的稳定性[2]。

2.2 钢材料的选择

钢材料是由混合金属制成的，由于组成金属元素比例不同钢材料分为多个型号，在钢结构设计过程中，可以根据不同型号钢材的性质进行选择。常见的钢结构的材质有普通钢、不锈钢、高锰钢以及高速钢等等，钢结构安装之前，需要对主体承重结构的承重力、强度以及破坏机理进行调查研究，继而选择合适的钢结构施工类型与钢结构安装方式。例如，对于纵向竖直的称重结构，可以选择塑性系数较低的钢材（变形量较小）制作；在安装时，可以选择焊接与螺栓的连接方式。在现代建筑工程中，为了提高房屋建筑的安全性与稳定性，对于钢结构的抗震性应当有一定的要求。例如，在钢结构的制作过程中，可以采用全钢边框结构，对于地质灾害频发地区，可以采取中心支架或者钢筋管支撑的方式来提高房屋建筑的抗震性。除此之外，由于钢材料具备一定的延展性，在钢结构安装过程中，施工人员可以在钢结构内部嵌入空心混凝土砌砖以及轻质隔热材料，降低外力对于钢结构的影响。

2.3 钢结构中转场地的选择以及钢结构组件的核查

现代建筑工程施工流程中，需要根据设计要求生产一批钢结构，在钢结构实地安装之前，需要选择中转场地进行调度。中转场地的作用在于暂时储存钢结构，为钢结构的安装做准备，也可以用于收集储存施工废弃钢料。选择钢结构中转场地时，应当选择干燥、空旷的场所，避免将钢结构与其他金属材料或者活跃的非金属物质储存在一起，防止发生化学反应，使钢结构材料稳定性下降。其次，钢结构材料尽量不要贴墙储存，防止出现碰撞，影响钢结构的特性与美观性。在钢结构安装过程中，如果出现钢件损坏的现象，可以将损坏的部件标号记录，储存在中转场地内部。在钢结构安装之前，需要对钢结构组件进行核查，核查内容包括钢结构组件数目、类型、完整性以及质量合格证书。例在储存钢结构时，可以将同类别钢件以统一前缀标签进行编号，便于核查。例如，可以将钢板以GB为前缀标签进行编号；将螺栓以LS为前缀标签进行标号。

2.4 钢结构预设位置的规划以及吊装方式的选择

基于钢结构安装作业的流水性质，不同类别的钢结构组件的安装位置并非固定的，因此，在钢结构安装工作进行时，需要对钢结构的预设位置进行规划。正式开工之前，钢结构安装人员可以利用AR测量技术对钢结构部件尺寸进行测量，并根据工程规模以及施工时长估算钢材的消耗。为了准确把握钢结构部件的预设位置，可以利用3D技术绘制施工建模，确定每一个钢结构组件的位置，并利用AR技术根据比例得出该组件的实际安装位置。为了提高预设位置的准确性，可以采用多次测量取平均值的方式。例如，可以将施工现场的测量人员以5～6人为一队，分为四队，其中两个队伍使用AR测量工具进行测量，另外两个队伍手工进行测量，各个队伍都至少要测量三次，然后将所有数据取平均值作为最终结果。除此之外，钢结构部件大多质量较大且安装位置较高，需要利用塔吊完成吊装。在吊装钢板类结构组件时，可以使用履带式塔吊；而吊装钢筋类组件时，可以使用轨道式吊机。

3 建筑工程施工中钢结构安装的技术研究

3.1 钢板组件的安装技术研究

作为钢结构的主要组件之一，钢板在安装时，多采用焊接与螺栓的方式进行连接，由于各类焊接技术的飞速发展，焊接已经成为钢板结构的主流连接方式。焊接焊接技术对专业性要求很高，在焊接之前，需要对焊接人员进行筛选。焊接技术主要可以分为气焊、电弧焊和电阻焊这三大类别，其中气焊是利用可以燃烧的气体在空气中燃烧产生的热量，将焊材连接处进行熔化而实现连接，气焊的钢板具有较强的稳定性与坚固性，且通入的气体较为稳定，不会与钢材发生反应；电弧焊是利用两电极之间因为短路形成的电弧对焊材进行熔化连接的一种焊接技术，利用电弧焊焊接钢板时，需要选择两个电极，其中一个电极是钢板，另外一个电极可以是金属丝或者焊条，在引燃电弧后，需要在钢板与金属丝或者焊条之间保持一定的电压，利用电弧焊焊接钢板时要做好用电安全防护；还可以采用电阻焊完成钢板的焊接工作，电阻焊是一种以电阻热为热源的焊接技术，包括电阻焊和电渣焊，焊接过程中需要通入较大的电流，为了提高焊接质量，在焊接过程中要一直施加压力，该焊接方式危险系数与操作难度较大，使用频率较低。除此之外，在焊接之前，需要对钢板表面进行清洁，避免钢板表面氧化物在高温下与焊件材料发生反应，避免钢板的稳定性出现改变。

3.2 钢结构的吊装技术研究

大部分钢结构的安装位置较高，需要借助塔吊完成安装，钢结构的吊装方式共有两种：①高空吊装法；②整体安装吊装法。其中高空吊装法的具体操作是根据工程设计图纸在钢结构。

预设位置安置支架与枕座，再利用塔吊将钢结构部件运输到预设位置安装即可。这种方法操作思路简单，将大型钢结构部件进行拆分，基本上无须调用大型塔吊设备，但是需要进行大量的高空作业，危险系数较高，为了提高施工的安全性，该吊装方式的使用频率逐渐降低。而整体安装吊装法则是在地面完成钢结构部件的整体安装，再利用塔吊设备将整个钢结构部件吊装至预设位置完成安装。该吊装方式无须预设支架与枕座，且不用进行大量高空作业，安全性较高，但是需要动用大型塔吊设备对钢结构部件完成吊装，对于施工人员的技术水平要求较高，提高了施工成本[3]。

3.3 钢结构施工后期技术研究

现代建筑工程施工过程中，钢结构安装结束之后，需要对钢结构组件的稳定性与完工程度进行检查。首先，应该根据钢结构设计文件对钢结构的实际制作效果进行检测，并根据钢结构规模、数目文件对所使用的钢结构以及其他组件进行核对，并对废弃钢料进行记录，便于回收再利用。其次，需要对各类钢结构组件贴上标签，避免因技术人员操作不当而导致组件损坏。例如，可以将钢板组件上标记“GB-001、生产批次、安装日期”等内容，可以使用刻印技术刻在钢板上，避免出现磨损。再者，钢结构安装技术人员需要定期对其进行质量检测，提高钢结构的耐用性与建筑工程的安全性。对于废弃的钢结构部件应该予以回收处理，对于建筑基地的施工垃圾应当选择合适的处理方式，降低施工对周围环境造成的污染。除此之外，建筑工程施工管理部门应该对钢结构组件相关质量安全检测文件进行整理，确保所使用的建筑材料都是符合相关规范的。

4 结束语

钢结构在整个建筑工程中起到定型与支撑的作用，而钢结构的稳定性与安全性又由钢结构的设计方式、钢料类型以及安装技术等方面决定。本文围绕钢结构的设计展开详细论述，对钢结构的应用价值、设计要求以及安装技术要求等方面进行总结分析，并对钢结构的优化提出设想，以此来加强建筑工程的坚固性与安全性。