钢结构在建筑工程施工技术中的应用

摘 要：分析钢结构技术的施工特点，论述建筑工程钢结构施工的技术要点。采用案例分析法，以某一高层建筑作为对象，探究了钢结构施工中的关键流程及技术要点，凸显了钢结构施工技术的优势。在各种类型的建筑工程项目中，施工人员需合理应用钢结构技术，遵循施工的技术规范，加强施工全过程的质量控制，全力解决钢结构施工中的技术、质量问题。

关键词：建筑工程；钢结构；施工技术；应用

中图分类号：U415.1                               文献标识码：A                                 文章编号：2096-6903（2023）12-0017-03

1 钢结构施工特点

1.1 抗压能力强

钢结构的抗压能力较强，基本能满足结构施工要求。钢结构不同于传统的结构施工作业，其主要材料为钢材，整个结构体系中每一部位对结构施工的要求各有不同，所用钢材的性能要求有显著差异。

市场上可用于钢结构施工的钢材种类众多，这些材料的性能不同，通过受力分析可优选出各个部位所需的钢材料。在评价钢筋材料的性能时，主要关注刚度与韧性。韧性反映了钢材料的变形能力、抗裂性，如钢材韧性较好，就具有极强的外力抵抗能力，有利于提高钢结构的抗压能力。

1.2 施工速度快

大型建筑工程中采用钢结构技术，并在现场遵循规范化施工作业，可大大提高施工效率，缩短整个项目的建设周期。钢结构作为标准型材，不仅能按需采购，还能依据设计图纸规定来预制生产。预制生产的效率较高，可避免频繁变更构件尺寸等延长施工周期。钢结构的组装、搭建能与建筑工程的其他工序相互配合，如钢结构与混凝土楼板交叉技术，不仅可提高结构组装的便捷性，更能通过交叉施工来提高施工效率，节约资源[1]。

1.3 安全性高

建筑工程在原先的结构施工中，大多采用的是现浇混凝土工艺。此工艺下的施工任务庞大，由于混凝土的固有特点，在结构中出现裂缝的可能性较大，增大了结构风险。而钢结构技术下所构成的结构体系，能抵抗外部冲击力，且抗震性良好，基本能达到结构安全目标，可保障使用安全性。

1.4 环保性方面

传统的混凝土施工作业中，砂石、水泥为主要材料。如果建筑规模庞大的话，对砂石、水泥等材料消耗较大，施工作业对施工现场周围环境的影响也较大。但钢结构施工中因为所用材料为钢材，只需在现场组装与拼装即可，施工过程中产生的废料较少，并且太多废料能重复使用，对现场环境的破坏较小，整个施工作业十分环保。

2 建筑钢结构施工技术的具体应用及相关要点

某科研中心的超高层建筑高210 m，总建筑面积达21万m2。在最初筹建阶段，建设方多次强调了建筑的节能环保性，为达到这些施工目标，主体结构采用混凝土核心筒、钢结构框架。

2.1 選择设备及材料

建筑工程的钢结构施工中，设备与材料为不可或缺的要素，只有按照要求配备相应的设备和材料，才能确保施工作业的稳步推进。前期的准备阶段相关人员需进入现场了解情况，依据现场的地质地形条件，制定总体的钢结构施工方案，在施工方案中明确施工建设中所需的设备及材料类型。

由于本工程项目的规模庞大，钢结构吊装时的风险高，需在恰当的位置搭设吊装设备。内爬式塔式起重机的应用范围较广，此设备在吊装钢材料时有显著优势。施工人员在安装内爬式塔式起重机时，必须全面了解各项施工参数，如钢材质量，在这些前提下确定设备的安装位置，并选定吊装方式及吊点。由于在吊装作业结束后还需立即拆除这些设备，在安装塔式起重机时，有关人员也需分析拆除的便捷性因素，优选拆除设备。钢结构施工中材料为关键要素，材料性能关乎结构稳定性、安全性。

案例工程的建筑高度较高，除了需关注钢材料的刚度、韧性等基本性能外，还需考虑耐火性，优先采用符合行业规范的耐火钢材料。市场上的钢材料类型较多，但普遍存在导热性、耐火性不足的问题。如能合理使用耐火钢，可大大提高建筑的防火等级。

2.2 吊装施工技术

钢结构施工中涉及大尺寸构件，这些构件的搬运困难，现场需进行吊装施工。由于吊装作业中常常面临诸多风险，为减少事故，相关人员在具体的工作中必须根据实际情况选择吊装方法，并合理控制起吊速度，确保吊装作业的有效性与安全性。

施工作业开始后，专业人员应仔细分析施工图纸，关注图纸细节，在现场选定吊装区域与顺序，并综合分析钢结构形状、数量、质量、塔吊数量等。一般来说，施工人员在前期的工作中应根据项目所在地情况，确定吊装区域。在工程现场可将施工区域细分为2～4个区域进行吊装作业，遵循从低到高、从内向外的顺序组织吊装作业，一个平面的吊装任务结束且通过验收后，进入下一平面的吊装作业。

2.3 测量施工技术

建筑工程的钢结构施工作业中，相关人员也需严格按照相应要求完成测量工作。为保障测量结果精度，相关人员需采用追踪测量、预先设定等方法，将测量数据作为后续施工作业的参考。

在现场作业中采用预先设定法，是指在正式施工作业开始之前，专业人员与技术人员加强合作，共同进入现场展开调研，测得与建筑工程相关的各项参数，将误差控制在正常标准。进入施工阶段后，施工单位应安排专业人员开展追踪测量，对比测量数据与正常数据，判定是否有误差。如果存在误差，还需分析误差是否处于正常标准，如误差过大，则需要采取一定的调整措施。

2.4 预埋螺栓

预埋工作也是建筑工程钢结构施工的重点，一般可选择直接埋设、框架埋设、后植埋设等。钢结构体系中的锚栓数量较少，直接埋设法更为适用，其操作简单、安全且高效，成本投入低。但也存在一定的不足，直接埋设时受外部因素的干扰较大，很难达到埋设的精度标准。结构体系中的锚栓数量较多，主要选择支架埋设法，其施工精度高，但操作流程多、要求高，成本略高[2]。

后植埋设法多用在锚栓遗漏的情况下，此方式操作简单，容易把控精度，但它存在成本较高的缺陷。在螺栓预埋的前期阶段，相关人员必须综合诸多因素，选择恰当的埋设方法，在选定埋设方法后合理优化埋设操作过程。在埋设螺栓时，应保持螺栓埋设位置、中心线与定位点的完全重合，并在此前提下固定螺栓支架。在定位埋件位置时需使用全站仪，规范操作步骤，确保定位精度。

2.5 钢结构安装

钢结构的安装作业中涉及了诸多技术及要点，任何一个环节出现问题，都会影响最终的结构性能。针对本项目的钢结构安装施工，需做好核心筒钢柱、外框钢柱钢梁、局部钢柱滑移安装等环节。

在核心筒钢柱的安装作业中，施工人员必须合理定位，确保定位精度。在位于2～3层楼高的地方定位，在定位工作结束后借助专业化设备安装核心筒钢柱，将不同机械设备的距离控制在正常范围。

此项安装工作中需注意以下3方面：①由专人检查吊装机械设备与施工图纸的要求是否一致，能否为钢柱吊装提供有效保障。②配备防护用具、定位工具，完成定位工作。③检查钢柱表面是否整齐与干净，及时清理钢柱表面，随后开始正式吊装[3]。

外框钢柱、钢梁的安装作业中，主要需注意以下4方面：①按照要求做好前期准备工作，对比坐标值。②控制钢柱的垂直度与标高，将误差控制在正常标准内。③选择恰当的焊接工艺。④先安装主框梁，再安装次框梁。

局部钢柱滑移安装方面，关键应注意以下3个要点：①按照设计图纸的规定铺设轨道梁，控制铺设的具体位置，主要在施工楼层下面一层，铺设过程中需使用槽钢，但需把控安装间距，可使用方钢管作为限位工具。②在滑移轨道的相应位置安装钢柱，保障钢柱位置的正确性，选择恰当的焊接工艺，保障焊接质量。③计算滑移平台承重力、安装牵引力，选定安装方法。钢结构安装作业中可选择以下3种方式。

2.5.1 高空拼装法

工厂厂房、体育馆等网架结构的钢结构施工中多用高空拼装法。施工人员需先将构件如零件和部件等放置到地面的规定位置，随后用起重机将构件吊装到安装位置，按照结构要求组装到钢结构上。施工现场采用高空拼装法时吊装构件的数量较多，高空作业量大，需尤其关注安全管理工作。

一些高空拼装法施工作业下，有关人员需利用钢管搭建施工平台，使该平台支撑网架，为拼装作业提供便捷，并将网架高度控制在正常标准。网架拼装阶段，现场需配备各种中小型塔式起重机，借助这些设备将构件提升到特定高度，最后实施拼装作业。针对高空拼装法，一般无需使用大型塔式起重机，但钢管架的需求量较大，无论是组装还是拆卸，难度较大，且耗时较长。

施工现场利用高空拼装法时，施工步骤为：①将钢管组装成单元节点之前，有关人员需全面检查各个待拼装的零部件，按照特定的顺序摆放这些零部件。②在按照要求拼装好各个零部件以后，使用扳手检查螺栓的牢固程度。拼装作业期间借助水平仪、经纬仪完成测量工作，将网架位置的拼装误差控制在正常标准。③将网架组装到一定高度后，在下弦设置1个临时支撑柱，起到支撑与加固作用。

2.5.2 整体安装法

建筑物钢网架、钢屋架等均可采用整体安装法，该方法在各种类型的重型钢构架安装中效果较为理想。当施工人员组装好钢构架后，应借助起重设备将钢构架吊装到指定位置，再利用吊装或者就地旋转的方式实现就位。整体安装法的吊装方法较多，吊链法、螺旋法、把杆提升法等比较常用。无论选择何种吊装方式，其吊装高度都相对较小，高空作业少，焊接作业简单。

工程现场如采用整体安装法，在组装钢构架时可直接采用施工现场地面、支柱错位、现场外等方法。施工步骤为：①选择现场地面、支柱错位整体安装时，吊装作业开始之前需断开与支柱连接的框架梁。②现场地面与支柱错位的组装方式在拔杆吊装方面相对常用，必要情况下可将拔杆吊装与滑移法相结合。③按照规定起升钢构架后，在空中转动或平移到安装位置上方再下降完成就位。当钢构架吊装就位以后，开始安装框架梁，以提高钢架构的整体稳定性。④地面上的建筑結构在钢构架整体吊装就位后立即开始，不得与钢构架的组装作业同步开展[4]。

2.5.3 全自动施工法

钢结构安装施工中也可采用全自动施工法，自动化系统包含顶置式帷幕、运输系统两部分，顶置式帷幕也就是施工面作业棚，细分为钢结构框体、外墙安装架、顶升装置、顶棚等构成部分。运输系统主要有物料提升机、上部行走台车等关键部分。

在施工作业中，运输系统先将物料从储存位置水平运输到提升位置，再将物料从提升位置垂直运输到工作面，最后从工作面水平运输到施工面组装点，先后经历水平、垂直和水平运输过程。针对钢结构中的钢柱、钢梁等焊接任务，可配备焊接机器人进行施工处理。

2.6 焊接施工技术

建筑工程钢结构施工期间，因为涉及的构件数量较多，不同构件之间存在连接关系，为保障施工质量，相关人员需采用焊接施工工艺。在焊接作业之前，有关人员需结合各个部位的焊接施工要求，编制完善的焊接施工方案。在该方案中选定焊接工艺，并完成工艺试验，清晰规定各个焊接参数。焊接作业中需依赖专业工具，在选定工具时应做好综合性分析，以确保工具性能、功能符合焊接要求。本工程项目中部分焊接作业的难度系数较大，施工人员应安排专业的焊接人员来负责，加强焊接全过程管理。

2.7 除锈涂层技术

钢结构施工中，如果钢构件有锈蚀现象，将严重影响施工效果。为此，涂层施工期间，施工人员需做好除锈工作，确保除锈工作符合行业规定，且应关注涂料、涂刷厚度等能否达到要求，增强施工美观性。一般在涂层施工中需涂刷4～5遍，针对配好的涂料，则应控制放置时间，避免放置时间过长导致涂料变质。涂层施工期间有关人员需合理控制温度与湿度，创造良好的涂层施工条件。

3 结束语

钢结构具有传统结构技术无法比拟的优势，当前的许多建筑中均采用钢结构技术。为提高钢结构施工水平，工程人员需综合项目实际情况，合理优化钢结构施工流程，加强施工全过程的技术管理与质量控制。

在当前的建筑工程项目中，钢结构技术应用相对较多，因此在钢结构施工作业期间，相关人员需优化钢结构施工工艺，持续创新钢结构施工流程，构建科学的施工技术体系，发挥此技术在工程结构施工中的优势。

参考文献

[1] 李大贵，孟珊，肖星星，等.BIM技术在高层建筑钢结构安装工程中的应用分析[J].工程建设与设计，2022（24）：126-128.

[2] 史露.大型建筑钢结构虚拟施工建模关键技术研究[J].中国设备工程，2022（24）：181-183.

[3] 蔡武.高层建筑钢结构工程施工技术[J].大众标准化，2022 （24）：157-159.

[4] 孙杰，王飞.建筑工程中钢结构的抗震设计要点研究[J].房地产世界，2022（22）：70-72.

收稿日期：2023-09-01

作者简介：何小平（1981—），男，浙江丽水人，本科，高级工程师，研究方向：建筑结构。