高层建筑装配式钢结构施工关键技术研究

杨仰衡

广东南华建设集团有限公司 广东 汕头 515000

引言

钢结构建筑是工业化建造主要结构形式，钢质材料自重轻、便于装配，并且在建筑工程不同施工阶段能够达到节水、节能的效果，而生产、施工、使用到拆除的各个环节都具有良好的经济性特征，以下进行相关分析。

1 装配式钢结构施工的主要特点与难点

1.1 装配式钢结构施工主要特点

在当前的建筑工程中，预制构件在工厂集中生产之后运往施工现场进行组装，能够减少构件加工环节带来的污染，而装配式施工技术在钢结构钢混结构施工过程中能够有效保证施工效率。根据住建部要求，2025年我国装配式建筑占比要达到50%，整体来看装配式钢结构施工主要特征与优势如下。

1.1.1 集成化程度高。装配式钢结构的预制构件在工厂集中生产，各构件可以通过灵活组装方式加以安装，由此降低了对其他材料的应用，达到节约施工成本的目标。相较于以往的混凝土施工技术，装配式钢结构建筑整体布局具有自由性特征，并且相同尺寸构件能够批量化生产，只需最特殊尺寸构件加工，进而保证了整体生产进度[1]。

1.1.2 施工周期短。相较于混凝土结构，应用钢结构施工可以优化施工流程，更好的管控不同施工环节，尤其是和BIM技术结合更能达到缩短施工周期、提升施工效率的目标。此外，钢结构建筑构件制作专业性强能够减少尺寸以及质量不合格导致的返工。

1.1.3 稳定性更强。在高层建筑施工过程中，应用装配式钢结构施工技术可以凭借钢材料的特殊性能提升建筑稳定性，在传统的混凝土工程当中受温度因素的影响可能出现结构性能稳定性下降情况，应用装配式施工技术可以提升建筑稳定性，延长建筑使用年限[2]。

1.1.4 空间感提升。不同于以往的建筑结构形式，应用钢结构可以打造更加良好的建筑空间，并且钢结构具有稳定性好、强度高、抗压能力强的优势，所以应用装配式钢结构可以对建筑空间充分应用。

1.1.5 环保性强。装配式钢结构的构件安装期间所产生的固体废弃物、粉尘较少，并且施工期间噪音较小，有利于达到绿色施工目标。

1.2 装配式钢结构施工的难点

1.2.1 对吊装精度要求高。在当前的高层建筑当中钢结构得到了广泛应用，而实地施工过程中部分高层建筑难以高质量完成钢结构吊装施工，一些工程对构件精确性把控不足，不利于一体化操作，并且施工期间也会受多种因素影响，这就要求施工单位强化质量控制意识，规范操作，尤其是在吊装施工过程中做好全面分析搜集相关参数。

1.2.2 渗透防水操作要求高。进行装配式钢结构施工的过程中也需要重视防水问题，而外墙防水技术的应用效果也影响着钢结构施工技术的作用。新时期，需要继续加强技术创新优化，采取相关措施，有效解决外墙渗的问题[3]。

2 高层建筑装配式钢结构施工关键技术

某小区工程造价为6.95亿元，共建设4栋高层住宅，每栋住宅高度21层，施工单位应用装配式钢结构。结合项目实际情况钢结构体系当中应用矩形钢管混凝土柱，楼板应用钢筋桁架混凝土叠合板，梁等支撑结构所使用的钢材为焊接H型钢和热轧H型钢，项目外墙应用混凝土桥板，并在内部嵌入钢框架。此外，钢框架结构体系当中钢管混凝土柱，通过焊接组合面制作箱型截面，如今工程已顺利交付。

2.1 建模技术

在当前的高层建筑装配式钢结构施工过程中，BIM技术发挥出了重要作用，能够有效提升构件精确性和施工效率。通过BIM技术建模模型当中搭载的项目设计和施工的各类参数，工厂结合建筑模型预制加工构件，之后运往施工现场，满足安装和施工要求。BIM技术结合建筑结构参数，把传统的二维图纸转换成三维模型，便于把控预制构件节点，在建模过程中搭配使用AUTOCAD和TEKLA能够模拟施工环境，进而增强钢构件安装效率[4]。

2.2 预制构件分段施工

进行钢结构建筑装配式施工期间，针对长度超过12m、宽度超过2.8m、高度超过4.5m的预制构件，施工人员采取分段安装预制构件的方法，由此保证了起吊安装环节的安全性，提升施工效率。施工要点如下：其一，制造加工钢零件。结合整体设计方案进行钢零件制造，用于制造的钢结构零件全部进行预测，确保韧性强度达到质量要求，之后结合结构图进行配料，让焊接钢部件尺寸与质量都能达到工艺要求，并且做好防锈处理；其二，布置钢制零件。提升作业前对连接表面清洁处理，然后调节起重螺栓或者增加垫圈，确保板的底部高度达到设计要求，放置钢构件之后设置支撑系统，要求钢构件至少应用两组斜支撑，支撑点和组件底部距离处于整体高度1/2～2/3处，然后进行组件垂直度调整。

2.3 预制构件运输和吊装

运输预制构件过程中管理人员科学规划运输距离，确定运输车辆，并且为了保证构件的完好采取保护措施。在构件吊装作业期间，现场管理人员结合结构设计方案对吊装作业流程进行规划，确保整个施工环节的安全性，要求施工人员佩戴安全设备和防护用具。与此同时，技术人员在吊装前全面分析吊装方案，合理选择施工设备，其中包括确定起重装置的规格与型号，确保能够覆盖整个吊装区域。此外，施工人员科学计算起重设备吊锁吊架的参数，并且在吊装期间把起重构件相关参数控制在允许范围内[5]。

2.4 建筑外墙安装

进行装配式钢结构高层建筑施工期间，建筑外墙构件以及节点构件需要在加工厂集中生产，制作完成之后运往施工现场继续作业。施工人员进行外墙板安装过程中先连接分块的外墙板，主要应用全熔透焊接法进行连接，整个外墙安装期间施工人员严格遵守施工图要求，控制好安装误差，每个安装环节完成后进行质量检测，确保墙板垂直度达到设计要求。装配式钢结构建筑外墙单块墙板重量较大，一般达到400kg，使得安装存在较大难度，为此在起吊墙板过程中注意以下方面：其一，施工人员提前检查钢结构表面平整性以及垂直度，之后合理调整；其二，结合施工图纸对外墙主要节点的连接位置进行校准，之后检查外墙板和预制构件的型号与安装位置；其三，施工人员应用单轨吊车移动操作，成功起吊之后保持平稳，通过撬棍工具配合让墙板和建筑物之间的水平性垂直度得到控制。此外，外墙构件制度建筑后施工人员焊接预埋件，由此提升连接稳固性。

2.5 钢梁和钢柱的安装

进行钢梁与钢柱安装期间，施工人员结合施工顺序加以调整，关键在于对钢立柱尺寸和安装位置精确性进行反复确定，本工程通过BIM技术建立三维模型，由此分析了钢结构梁柱安装环节的碰撞情况，由此减少作业次数。进行钢结构施工期间梁和柱的承重作用十分关键，在发生火灾事故或者自然灾害后，整个建筑结构能够具有良好的稳定性，因此在施工之前全面进行了梁和柱的预制构件质量分析，避免质量不合格的材料进行安装。后续进行吊装施工，并且绑扎主梁，通过该方法有效避免错位现象，确保吊装作业的顺利进行。此外，为了保证施工效率，本工程由技术人员判断施工现场情况，合理应用一钩多吊方式，要点在于对梁和柱构件起吊质量加以控制，单次起吊质量不得超过5t。

2.5.1 钢柱安装。本工程采取4点起跳方式，应用千斤顶矫正法进行校正，通过对称标高控制设计层高线，施工现场确保一次就位，矫正和固定在钢构件吊装过程中应用TC5610-6型塔吊，下部通过多辆汽车吊辅助安装。在分段结构钢构件时确保箱型钢柱达到设计要求，钢梁型钢主要为热轧H型型钢以及焊接H型型钢，主要型号为500×150×10×10mm、400×150×8×10mm、350×150×6×10mm，吊装运输前期彻底清除下截柱的杂质，确保每个环节钢柱的接触面能够紧密连接，钢柱安装期间使用高强度螺栓，然后焊接上截柱和下截柱，钢柱吊装施工之后需要确保中心线和下一段钢柱中心线吻合，之后通过螺栓临时连接缆风绳以及斜撑，能够进一步稳固钢柱、在钢柱整体稳定后再次校对，确保钢柱精准性每个钢柱的垂直偏差控制在1‰之内[6]。

2.5.2 钢梁安装。本工程楼层钢梁数量偏多、质量较轻，为了进一步提升吊装效率，采取多根钢梁同时吊装的方法进行施工，不过每次吊装期间总体钢梁质量不得超出塔吊承载能力。钢梁吊装之后根据施工图纸加以施工，关键在于楼盖梁安装到位之后需要应用中钉稳固梁的两端，然后使用螺栓加固处理，所使用的螺栓数量不得低于螺栓总数1/3。

2.6 围护结构施工

2.6.1 墙板体施工。在建筑装配式钢结构施工过程中应用的围护结构墙体材料主要为板材砌块或者砖块，考虑墙体节能要求当前板材应用是首选，外墙板将板桥作为基础材料，由此保证建筑强度，并且有利于针对性地进行施工安装，能够提升工程建设效率。当前板材类墙体材料较多，其中包括钢筋混凝土绝热材料、复合墙板增压轻质加气混凝土板，其中后者主要是混合水泥、石膏等材料，然后均匀搅拌，为了有效提升建筑性能需要加入少量铝粉。

2.6.2 外墙板安装。通常把外墙板在工厂预制，然后运往施工现场，采取上拉下托的方法，外墙板节点连接建筑主体结构，之后通过高强螺栓加以连接。起吊预制好的外墙板是需要保证型号匹配，并且底部设置硬泡沫等材料加以保护，缓慢提升到距离地面5cm时稍作停顿，进一步检查起吊设备以及吊装的牢固性。墙板接近作业面时再次校正，然后使用垫片并应用靠尺检查垂直度以及相邻楼板的间隙[7]。

2.6.3 内墙板安装。安装期间梁的底部使用砌块调整标高，要求缝隙不得超过3cm，水平方向，使用砂浆封堵缝隙，竖向如果存在缝隙使用防火型岩棉填充，预制混凝土夹芯轻质内墙为挂板结构，施工期间需要做好垂直度调整，然后取出全部垫块，之后使用柔性抗裂砂浆封堵缝隙，由此确保施工效果。

2.7 减震消能技术

当前城市中高层建筑数量不断增加，对建筑物的抗灾害能力和安全运行能力提出了更高要求，装配式高层建筑施工需要重点分析抗风、抗地震的能力，应用减震消能技术可以达到预期目标。减震消能技术原理主要是在建筑物当中安装减震消能装置，由此提升建筑物结构阻尼，达到抗震目标。建筑物当中减震装置安装方式多样，需要结合建筑物结构加以设计，通常减震消能装置安装于楼层结构节点以及剪力墙，比如剪力墙设计过程中应用无屈曲波纹钢板可以提升剪力墙刚度，减少变形，提升地震等灾害对建筑结构的破坏性，还具有良好的防火效果。

2.8 节能环保处理

随着建筑行业的发展，多种施工技术得到创新和应用，其中钢结构装配式施工技术还处于发展阶段。从节能环保的角度讲，构件截面尺寸较小、重量更轻，由此提升了建筑结构的稳定性和安全性，而施工期间本工程同样加强现场管理，达到了节约建设成本的目标。以往施工期间所产生的建筑垃圾和污染物如果未能妥善处理将造成环境污染问题，而本工程当中应用装配式钢结构之后，不管是预制构件还是后续安装都有效地降低了噪声污染、粉尘污染[8]。

3 结束语

综上所述，在高层建筑当中装配式结构得到了越来越多的应用，在实际施工中需要施工单位把握施工要点，严格遵守施工规范，由此打造更加舒适的室内环境，促进我国建筑行业健康发展。