装配式轻型钢结构工程施工技术分析

徐凌晓 金国栋 陈 明 高 寒 黄建国

（中国建筑第八工程局有限公司，上海 200000）

工业建筑指为工业生产、仓储、物流等活动提供空间和设施的建筑物，是社会经济的重要组成部分。工业建筑的需求量和质量不断提高，传统的现浇混凝土结构已经无法满足工业建筑的多样化、高效化、节能化、环保化等要求。因此，装配式轻型钢结构作为新型的工业建筑结构体系，得到越来越多的关注和应用。

1 我国工业建筑发展情况

随着社会经济的发展，工业建筑的结构形式不断演变，从简单的砖混结构和钢筋混凝土结构发展到高效的钢结构和轻型钢结构。砖混结构和钢筋混凝土结构虽然占据了我国工业建筑的大部分，但也存在诸多弊端，如自重大、施工慢、耗材多、能耗高、污染大等，不符合可持续发展的理念。钢结构和轻型钢结构作为新型的工业建筑结构形式，具有质量轻、施工快、材料省、能耗低、污染小等优点，尤其是轻型钢结构，与装配式建筑的模式高度契合，更适应工业建筑的发展需求[1]。

2 装配式轻型钢结构的分类

根据不同的分类标准，装配式轻型钢结构可以分为不同的类型。本文采用按照功能划分的方法，将装配式轻型钢结构分为3个大类，即装配式轻型钢结构支撑体系、外部防护体系和内装系统[2]。

2.1 装配式轻型钢结构支撑体系

轻型钢结构支撑体系能够起到承受主要荷载作用。体系有框架、桁架、网架、拱形等多种形式，均具有强度高、刚度好、变形小和抗震性能优异等特点[3]。这些特点使其能够满足工业建筑对大跨度、大空间和高层次的设计要求。

轻型钢结构如图1所示。

图1 轻型钢结构

2.2 外部防护体系

外部防护体系包括屋面体系、墙面体系、门窗体系等，旨在保护建筑内部的环境和设备。外部防护体系能够隔离外界的各种不利影响，如温度、湿度、声音、火焰和腐蚀等，且能够提高建筑的美观性和耐久性[4]。因此，外部防护体系对于工业建筑的舒适性和安全性具有重要意义。

2.3 内装系统

内装系统能够提供内部功能和空间划分的解决方案。内装系统由楼板、隔墙、吊顶、楼梯等部分构成，可根据需求和场景灵活组合，安装拆卸和调整。内装系统具有轻便耐用、安装方便、可重复利用等优点，能够提高工业建筑的空间效率和功能适应性，满足多样化的使用需求。

3 装配式轻型钢结构的优势

3.1 增强项目建设效益

装配式轻型钢结构是一种新型建筑结构，采用工厂预制和现场安装的方式进行施工可以大幅度缩短施工周期，降低施工成本，提高施工效率。装配式轻型钢结构具有质量轻、强度高、刚度好等特点，可以减少基础工程的投入，降低土地利用率，节约土地资源[5]。此外，装配式轻型钢结构还可以减少施工现场的噪声、粉尘、废弃物等污染物的排放，改善施工环境，提升项目建设效益[6]。

3.2 提高项目建设灵活性

装配式轻型钢结构由于具有轻便灵活、易于安装拆卸、可重复利用等特点，可以适应不同地域、气候、地形等条件下的工业建筑的建设需求，可以实现工业建筑的快速搭建和拆除以及功能和空间的灵活调整和变换，提高了工业建筑的建设灵活性和适应性[7]。

3.3 提高建筑设计精确度

钢结构建筑的总体设计是施工前的重要环节，涉及整个建筑的结构安全和功能实现。总体设计的主要内容是对主要构件进行分解，确定其尺寸、形状和连接方式，以便在钢构厂房内进行现场组装和拼接，构成完整框架[8]。为了保证构件的精度和质量，建筑设计中一般使用3D模型进行构件模拟组装，设计软件可以清晰表现建筑的每一个细节，从而提升设计和施工图纸的精确度，确保整个建筑的安全性和稳定性。

3.4 提升工程施工稳定性

传统的混凝土结构易发生墙体变形和裂缝等缺陷，影响建筑的安全性和美观性。装配式轻型钢结构具有较好的力学性能，能够适应温度的变化，具有优良的韧性、延展性及抗震能力[9]。

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4 装配式轻型钢结构的应用实践

4.1 构造分段装配工艺

构造分段装配工艺将支撑体系按结构和功能特点，划分为若干个相对独立的分段单元。分段单元在工厂内预制和预组装，组成刚度大和完整性较高的分段构件，再运输到现场，通过整体吊装或拼接安装，组合成完整的支撑体系。分段装配工艺能缩短施工周期，提高施工效率，降低施工难度，减少现场作业量，保证施工质量和安全。

4.2 整体安装技术

整体安装技术将外部防护体系或内装系统分成若干个完整单元，在工厂预制和预组装成整体构件，再运输到现场，用整体吊装或拼接的方式与轻型钢结构支撑体系连接。整体安装技术可以减少现场施工量和降低难度，缩短施工周期，提高施工效率和质量。

4.3 高空散装技术

高空散装技术将构件分散地装载在运输车辆上，按照预定的顺序和方式送达工地，利用起重机或其他设备将构件拼装或吊装起来[10]。高空散装技术具有显著的优点，如节省运输空间、减少运输车辆的数量和质量，从而降低运输成本和风险，也可以缩短运输时间，提高施工效率。高空散装技术是轻型钢结构工程的重要技术进步，对于提升建筑业的水平和竞争力具有积极的意义。

4.4 钢结构制作技术

首先，依据工程设计要求，绘制钢结构图纸，确定构件的尺寸、形状、位置和连接方式。其次，按图纸规格，对钢材进行切割、弯曲、打孔等加工，形成各种钢结构部件[11]。制作过程中，要检测钢材品质，保证其达到强度、韧性、耐腐蚀等工程标准。再次，根据建筑图纸和技术方法，设计合理的材料配比方案，将钢结构部件与其他材料（如混凝土、玻璃、木材等）组合成半成品。半成品要通过质量检测和装配，确保结构完整、尺寸准确、连接牢固。最后，焊接时使用二氧化碳保护钢材表面，防止其与氧气反应产生氧化物，影响焊接效果和钢结构性能。

4.5 钢柱定位技术

钢柱定位技术是轻型钢结构支撑体系现场安装的关键，要求用适当的方法和设备，精确地定位和固定轻型钢结构中的柱子，使其符合设计要求和规范标准。钢柱定位技术旨在保证轻型钢结构支撑体系的整体性和稳定性，防止柱子偏移或松动引起结构失效或变形。

5 装配式轻型钢结构的应用案例分析

上海宝业中心是一座集装配式、绿色和智能化于一体的办公大楼，由3个单体组成“L”形的建筑形态。大楼40%的建筑部分采用了装配式方式，主要使用了预制混凝土构件和玻璃纤维增强混凝土（GRC）幕墙。大楼还应用了自主研发的密拼叠合楼板技术，实现了预制构件的大型化和装配便捷化，显著提高了施工效率。为了更高效地节能减排，上海宝业中心团队对每个窗户的倾斜度和开口都进行了精细设计，根据每个窗户所在的位置和阳光倾斜的角度，利用模型测算内外温度交互的方案，使每个窗户都能达到节能减排的效果。整个建筑有上千个窗户，每个窗户都是先在工厂里制作并预制组装好，运输到现场进行装配。

6 装配式轻型钢结构的应用建议

6.1 提高装配式轻型钢结构设计水平

装配式轻型钢结构的设计水平决定了结构的安全性、经济性和美观性。设计装配式轻型钢结构时，应根据工业建筑的功能、位置、规模、形式等需求和条件，综合考虑结构的力学性能、施工工艺、耐久性能等，选择合理的结构、尺寸、连接方式和材料品种，避免结构复杂和材料浪费。应充分利用BIM、CAD等数字化设计和管理技术，实现装配式轻型钢结构的标准化、模块化和信息化，提高设计精度和效率，方便与施工、运营等各方协调沟通。例如，设计屋面时可以通过BIM技术进行三维建模和模拟分析，确定适宜的屋面形式、坡度、支撑系统等，生成施工图纸和材料清单，提高屋面的防水性能和施工速度。

装配式轻型钢结构建筑设计应遵循相关原则和方法，以提高建筑的质量和效率。首先，平面设计要合理利用室内空间，尤其是厨房、卫生间等功能区域，既要满足使用要求，又要符合建筑的结构和美观。其次，细部结构设计要注意防止出现质量缺陷和漏水现象，对墙板的导流方式、空腔的结构、接缝的处理方法等小构件进行严格控制和优化。此外，预制和内墙的几何尺寸要精确控制，避免出现误差和变形，对每个节点进行整体设计，保证结构的稳定性和可靠性。最后，外墙和立面设计要兼顾建筑的美感和性能，选择合适的材料和形式，确保外墙具有良好的隔音、保温、防水、防火等功能，同时符合施工的技术要求。

6.2 加强物质基础保障

装配式轻型钢结构的应用效果不仅取决于其设计水平，还与其物质基础保障密切相关。物质基础保障主要包括轻型钢材的生产和供应、预制和预组装设备和场地的建设和改善、运输和安装设备等方面。应加强轻型钢材的生产标准和质量监督，保证钢材性能、规格、数量符合需求；加强预制和预组装设备的更新换代，提高设备的自动化、智能化水平，优化预制和预组装场地的规划和布局，提高空间利用率和生产安全性；加强运输和安装设备的维护和检测，提高设备的可靠性和适应性。

7 结语

装配式轻型钢结构具有高效、节能、环保等特点，符合现代建筑需求。为了保证施工质量和水平，应根据工程特点，采用合适的施工技术。例如，预制、预组装、模块化等技术可以提高部件的加工和组合速度和精度，减少现场作业量和浪费。此外，还应加强施工监控，确保施工安全和质量达标，避免安全隐患和质量缺陷。上述措施可以提升装配式轻型钢结构的施工水平，为建筑业的可持续发展奠定基础。