钢结构在装配式建筑中的实施对策

王星

（山西三建集团有限公司， 山西 长治 046011）

在以往的建筑工程施工建设中， 采取的是钢筋混凝土结构， 此种施工方式需要消耗大量资源， 会产生严重的扬尘污染、 噪音污染、 水体污染、 固体废弃物污染等， 给生态环境带来不可逆的影响， 而且施工过程中很容易出现突发状况， 施工企业很难对整体施工时间进行有效把控， 进而影响到建筑工程的综合效益。 将钢结构结合使用在装配式建筑中有着至关重要的现实意义和社会意义， 采取钢结构施工方式具有较高的灵活性， 抗震性能优异， 提高了建筑整体的稳定性和安全性， 同时缩短施工周期，降低施工成本， 具有良好的综合效益。

1 钢结构在装配式建筑中的优势

1.1 自重轻， 运用灵活性高， 抗震性能优异

进行装配式建筑施工建设时， 在选择施工材料时首选较轻重量的绿色材料， 而装配式钢结构具有较轻的自重以及较高的结构强度， 自然受到了施工企业的青睐和广泛关注。 由于钢材是主要的承重结构， 基于自身自重轻、 运用灵活、 强度高等特性，可以起到稳固建筑物的效果， 提高建筑物整体的稳定性和安全性， 也与当前建筑产业化发展需求保持一致。 相关数据表明， 在抗震设防区内， 即使受到地震作用的影响， 钢结构装配式建筑仍旧可以确保主体结构的完整度， 当地震强度较大时， 此种结构形式的建筑物也不用太过于担心倒塌问题。 如果发生地震， 在内部紧固件的连接作用下， 钢结构可以形成一个稳定体系， 会随着地震持续振动， 但是不会产生地板下降、 墙体坍塌情况， 为人们的生命安全和财产安全提供了强有力的保障[1]。

钢结构主体自身具有很轻的重量， 在相同强度的地震条件下， 跟普通混凝土结构的建筑物相比，它的受力更小， 防震效果更好。 建设过程中， 承重部件主要以钢结构为主， 一些质量相对较轻的建筑材料应用在楼面板、 墙体等位置， 这样可以有效减轻整个建筑项目的整体重量。

1.2 与可持续发展理念高度契合

将钢结构应用在装配式建筑施工建设中， 无论是材料选择、 施工环节， 还是后期的运营维护环节以及建筑物拆迁修理环节， 都能起到良好的节能降耗作用。 进行钢结构装配式建筑建设时， 由于预制构件是在加工厂生产制作的， 施工现场只需要组合安装构件即可， 这样施工过程中就不会产生过大的施工噪音和粉尘污染， 而且材料利用率较高， 所产生的建筑垃圾、 固体废弃物甚少， 从而最大限度降低对环境的破坏力和污染程度（钢结构装配式建筑的实际节能降耗水平如表1 所示）[2]。 此外， 跟钢筋混凝土结构相比， 钢结构装配式建筑在拆除、 改造环节， 施工简单方便， 所拆解的钢材还可以收集起来， 用在后续建筑工程建设中， 实现建筑材料的循环再利用， 提高钢结构建筑节能减排综合效益， 这与国家的可持续发展观念不谋而合。

表1 钢结构装配式建筑的节能降耗水平

在此钢结构装配式建筑项目中， 整个建筑项目细致划分为多个功能模板， 如主体结构模块、 墙体模块、 楼板模块、 屋架模块等， 各个模块部分都可以直接在预制加工厂规模化、 批量化生产各种零部件和钢结构预制构件， 并且可以直接在施工现场组装拼接各个模块部分， 有效避免施工现场的湿作业，也能大大降低施工现场的噪音污染、 粉尘污染、 固体废弃物污染， 减少对周围环境以及人们日常生活的不良影响。

1.3 缩短施工周期， 降低施工成本， 综合效益高

就实际情况而言， 将钢结构应用在装配式建筑中能够大大缩短施工周期， 设计、 构件生产、 施工安装环节不需要投入过多的人力资源， 而且施工周期相对较短， 总体施工成本显著降低， 为施工企业创造良好的经济效益。 跟传统现浇建筑相比， 钢结构装配式建筑可缩短施工周期28%左右。 在钢结构装配式建筑建设中， 设计人员会全面了解施工区域的地质条件、 水文条件等各项施工基础性信息， 并根据实际的建设要求和设计需求确定科学合理的钢结构设计体系， 在此基础上有序开展设计工作。 在设计过程中， 需要将简单、 规则、 对称原则作为首要设计原则， 这样才能确保装配式建筑的实际建设构造得到充分满足， 并为后续施工的高效进行打下坚实基础。

具体来说， 钢结构装配式建筑的综合效益主要表现在以下几个方面： 1） 钢结构预制构件生产具有标准化、 技术性、 产业化、 规模化特征， 避免出现材料浪费情况， 可以节省一定的材料成本和人工成本； 2） 在整个施工过程中， 外界环境因素、 季节等不会对施工操作产生任何影响， 确保施工进度按照原定计划有序进行， 不会出现工期拖延现象； 3） 当合理划分好施工区域后， 施工人员就可以按照设计图纸组合连接各个功能模块的预制构件， 操作简便，施工难度降低， 极少出现人为操作失误问题， 不仅提高了施工效率， 也有效保证了施工精确性和施工质量[3]； 4） 进行预制构件安装时， 只需要有效连接螺栓与自攻螺钉， 不需要进行焊接作业， 大大加快了施工进度， 在较短时间内尽快构成一个系列化、安装度高的结构体系。

2 钢结构在装配式建筑中的实施对策

2.1 科学设计装配式建筑钢结构体系

在装配式建筑中应用钢结构时， 由于钢结构的特点会直接决定实际的应用方式， 所以， 在施工前期， 就需要将装配式建筑的抗震能力要求、 功能需求纳入考虑范畴， 并做好装配式钢结构建筑结构体系设计工作： 1） 钢支撑结构、 框架结构、 交错桁架结构、 移动桥梁结构等常见的预制钢结构系统， 设计人员需要以建筑建设具体要求为依据科学选择结构体系， 当结构体系类型精准确定后， 才能有序开展后续设计工作， 提高设计质量； 2） 在设计装配式钢结构体系时， 建筑平面布置需要严格遵循简单化、对称性、 标准化原则， 所选用的钢结构需要注重关注结构质量和刚性变化， 并综合考虑外界温度、 湿度、 降水、 地震、 地基不均匀沉降等因素的影响。同时需要对伸缩缝、 抗震缝、 沉降缝的大小进行合理设置， 这样才能达到相应的构造标准要求， 并有效发挥出钢结构装配式建筑的使用功能[4]； 3） 设计人员还需要借助于力学方法全面分析整体钢结构体系的受力性能， 精准确定受力路径， 采取有效措施加强钢结构中受力不均匀的薄弱部分， 提高整体钢结构的承载性能和刚度， 最大限度降低风荷载、 地震荷载对钢结构的不良影响。

2.2 做好钢结构框架的钢柱定位工作

进行钢结构装配式建筑施工时， 需要准确定位第一节的钢柱， 提高钢柱位置的精准度， 这样为后续钢结构框架安装提供良好的基础条件， 最大限度降低钢柱垂直度的偏差， 将实际的偏差控制在误差范围内。 在此项目施工过程中， 具体的施工操作如下： 1） 在施工前， 施工人员会相应测试两个原始端点， 提高起点位置的准确性， 并且结合施工现场的实际情况科学合理确定第二测试点的具体位置。 一般来说， 选择第二测试点时， 需要将其定位在观察视野开阔、 不容易受到外界干扰、 不容易遭到外界破坏的位置， 这样就可以借助于闭合方式对钢柱各个点位在各个方向上的具体数值进行合理确定； 2）在进行钢结构起吊安装工作时， 需要将水准仪设置在钢柱两侧， 有效检查钢柱的垂直度。 同时可以使用全站仪开展其他测量工作， 确保钢柱顶头中心点、四周顶端角的垂直度符合实际施工要求[5]。 需要注意的是， 全站仪使用过程中为了对定点数值误差进行有效控制， 施工人员需要合理设置全站仪与钢柱间的距离。 而且， 仪器仰角会随着高度的增加而增加， 这样在进行钢柱第一节之上的垂直度测量时很容易加大测量误差， 所以， 施工人员需要在每个施工层面上设置多个位置开展放线工作， 并使用激光垂准仪定期测量垂直度

2.3 加强钢结构外围护系统建设

在钢结构装配式建筑施工建设过程中， 钢结构外围护系统搭建也是至关重要的施工环节， 它的施工质量直接关系着建筑物外部系统的抗震性能、 防火性能以及密封性能。 所以， 施工人员需要严格做好装配式钢结构建筑外围护系统的建设工作。 首先，施工企业需要安排专业技术人员实地勘察施工现场，掌握了解该建筑项目施工区域的气候条件、 地形地貌等， 并合理确定施工项目的性质。 其次， 需要根据建筑类型、 结构形式以及屋面系统的结构性能要求合理确定钢结构装配式建筑外围护系统类型， 确保所选择的外围护系统能够达到规定标准要求。 就目前装配式建筑的外围护系统搭建情况来看， 内嵌式、 外挂式、 嵌挂结合式是常见、 广泛运用的外围护连接形式， 各种外围护系统都有着自身的优劣势和施工特点， 通过合理选择、 合理应用才能充分发挥出外围护系统的应用价值。 再次， 外围护系统构建会使用一定量的外墙板材料， 由于结构层之间会存在位移情况， 而且外界温度变化会对外墙板材料产生一定影响。 所以， 施工企业需要全方位、 多角度综合考虑这些影响因素， 明确确定接缝材料的尺寸数据、 使用质量和使用性能， 合理设置接缝宽度，确保其符合实际的建设标准。 一般情况下， 如果钢结构装配式建筑使用的有外墙板， 那么接缝位置处所选择的密封材料就需要具有较大的弹性， 也需要采取措施有效预防不良因素破坏密封材料的综合性能。 最后， 也需要高度重视钢结构装配式建筑外围护系统的连接性能， 施工人员需要科学分析连接点的力学性能， 以受力大小合理判断材料的耐久性能，要始终保证材料的耐久性符合实际施工需求和设计标准要求， 这样才能确保外围护系统与主体连接点存在较大的承载力， 有效提高外围护系统的整体建设质量。 在后期钢结构装配式建筑投入使用后， 即使单个连接点失去效用， 也不会出现外墙板脱落事故， 最大限度防止质量事故发生概率， 强有力保障人们的生命安全和财产安全。 由于钢结构主体在使用过程中不可避免会出现一些变形现象， 所以， 施工人员还需要确保主体结构与外围护结构件连接点的牢固性， 为了有效抵消变形带来的不良影响可以使用柔性连接的方式有效处理主体结构与外围护结构之间的连接部位。

2.4 优化钢结构建筑的防火、 防腐处理

在钢结构装配式建筑建设中， 由于钢材使用数量庞大， 所以无论是设计环节还是实际施工环节，都需要对建筑的防火、 防腐工作提高重视度， 采取一系列的措施提高钢结构装配式建筑的防火性能和防腐性能， 增强装配式建筑整体安全系数， 有效延长建筑的使用年限， 确保使用安全。 在实际施工过程中， 施工人员可以综合考虑施工区域的实际情况，合理选择防火、 防腐技术手段和施工工艺， 并严格按照施工方案、 施工技术要点实施作业， 这样才能提高施工水平， 确保钢结构装配式建筑防火、 防腐工作取得显著成效， 保证建筑物的整体建设要求和建设质量符合行业标准。 在此装配式建筑项目施工过程中， 为了提高装配式建筑的防火性能， 施工人员采取了多种措施， 如将防火涂料均匀涂抹在钢结构材料表面； 将防火板材、 防火砌块密实包裹在钢柱外侧。 此种防火处理方式将防火工作与建筑装修有机结合在一起， 既能提高装配式建筑整体的耐火性， 也能起到装饰建筑物的作用， 达到一举两得的施工效果， 为施工企业节省了一定的施工成本。

3 结语

跟钢筋混凝土结构相比， 钢结构更能够将装配式建筑的优势和价值充分发挥到极致， 这也有利于推动装配式建筑高质量发展， 促进我国建筑产业现代化和产业转型升级。 尤其是在我国工业化高速发展情况下， 以钢结构组建的装配式建筑可以有效减轻建筑物整体重量， 提高整体建设质量， 而且具有更快的施工速度， 有效节省一定的人力、 物力、 财力成本， 同时能够显著发挥出优异的节能降耗作用，打造绿色低碳建筑， 践行低碳发展。 因此， 在装配式建筑建设中， 需要深刻认识到钢结构对装配式建筑发展的积极促进作用， 将钢结构合理应用到建筑施工的各个环节， 充分发挥出钢结构高效、 循环、绿色的特性以及制造规模化、 标准化、 智能化优势，打造高品质的钢结构装配式建筑， 提升建筑行业的整体发展水平。