装配式钢结构住宅建筑发展的制约因素及可行性建议

刘 超，皇甫呈文

（信息产业电子第十一设计研究院科技工程股份有限公司山东分公司，山东济南 250101）

0 引言

从当前建筑领域发展环境角度来说，人们对装配式建筑的重视程度越来越高，这也促使该技术得到了大范围推广和应用。所谓装配式建筑，主要是在施工现场预先执行各种配套设施的布置任务，并做好组装工作，打造新的建筑物类型。相比于传统施工技术，装配式建筑施工技术不容易受到周围环境因素影响，能够帮助企业提升施工效率。在诸多优势的帮助下，建筑企业纷纷选择引入装配式建筑形式，在绿色建筑领域中的应用价值尤为突出[1]。

1 装配式钢结构施工技术的价值

1.1 提升建筑设计精准性

当开展施工设计时，因为当设置一样模型时，不同人员会设置出有所差异的建筑模型，进而达到各个专业之间的互动。所以，施工团队可借鉴这种设计方式，提升项目设计准确性，还可以尽可能体现装配式钢结构特点，避免发生建筑设计错误。另一方面，对项目引入3D 模型，可以把建筑结构特征有效彰显出来，能够更好观察设计细节，尽可能促使装配式设计更为合理。借助模拟软件辅助，对建筑项目相关的内容进行分析，检查设计技术能不能符合建筑项目的需求，促进建筑项目的正常进行。显而易见，装配式钢结构施工对行业存在着较大意义，除了可以减小设计中发生的误差，也可以借助模拟软件加强施工建设效果。

1.2 提升建设施工效率

该项技术一般是借助BIM 促使建筑设计更加准确与可靠，进而在建设中彰显出建筑连续性，尽可能提高施工进展与建设效果。施工团队具体施工中，应该科学安排施工中有关的环节且对其开展全面监督及把控，提升施工操作技术。此外，该项技术不被天气环境所干扰，还可以有效体现技术优势彰显其建设效果[2]。

2 装配式钢结构体系的优势

2.1 自重轻、抗震性能良好

装配式建筑钢结构建筑为轻质热轧型钢，而楼板与墙面用材也是轻质材料。这样能够明显减轻建筑物构件的自重，并且使截面受力比较平衡。装配式建筑钢构件比较轻巧，所以抗震效果比较良好，提高了建筑的抗震性能，而且在一定程度上保证了装配式建筑的安全性和稳定性。

2.2 节能降耗

由于我国建筑业发展比较快速，现在装配式钢结构在实践中得到了广泛的应用，对此的研究也取得了明显的成果。在用混凝土施工预制装配式钢构时，最主要的施工方式为整体钢筋混凝土浇筑法。与常规施工方法比较，使用该种方式的装配式建筑钢材构节约减排，效益更加突出。其建设废物的排放量可降低大约80%，促进了生态环境的和谐发展，对国内建筑业持续健康发展起了举足轻重的影响。正是因为它在建筑行业中的突出效果，这类建筑结构又被称之为绿色建筑。推广钢结构建筑技术在建设生产过程中的运用，在节能降耗方面发挥着积极的促进作用。

2.3 节省成本、缩减工期

装配式钢结构工程的主要生产活动都是在工厂完成的，这样就大大减少了在施工现场的工程量。同时，由于有效地进行了节能减排，大大降低了各类建筑的耗能，因此，也在一定程度上减少了建筑工程的生产成本。另外，新生产方式在厂房和传送带上的实现，也不易受气候等外部因素的影响，从而极大地提高了产量效益，也进一步减少了施工时间，有效提高施工时间的管理效率，促使装配式建筑施工保质保量的完成[3]。

3 高层建筑装配式钢结构施工技术要点

3.1 防火防腐技术

通常情况下，钢结构的耐火、耐腐蚀能力较差，需要涂料进行保护，而涂料的保质期通常只有10 年左右，与建筑物的结构寿命相去甚远。公共建筑由于使用条件的不同而允许事后检查和维护，这是毋庸置疑的。然而，住宅钢结构在使用过程中无法在室内进行检查和维护，因此这个问题显得很致命。事实上，住宅建筑钢结构的腐蚀在正常的室内条件下是极其有限的。即使第一层涂层在更长的时间内变质，腐蚀仍在受控区域内，对钢结构的安全性影响也较小。美国前些年对钢结构的使用就很好地印证了这一点，目前大多数国家在建的钢结构已不再使用防腐涂料。

3.2 外围集成技术与外围墙施工技术

首先，外围集成技术。施工团队在具体建设中，因为被建筑高度限制，为了尽可能体现该项技术的作用，可通过外围集成继续施工，有效解决墙体间的衔接点，进而提升建设效率同时提升具体施工效果。其次，外围墙施工技术。钢结构建设中，外围墙建设也属于相当关键的内容，以生产实践特征来分析，所借助的外墙板与节点衔接件，一般源于流水生产线，建设中常常选择上限点和下托点全方位衔接的方法，在此之中，一般通过全熔透焊手段进行焊接。实际的流程是，需根据图纸要求来标注参数，特别应该根据具体的施工状况，科学调节安装垂直度与平整度，在起吊前，需要认真核对型号与安装处，在确保无误的前提下方可开展后续操作。以实践结果来分析，对于预制外墙板，它的单块质量应该在400kg 上下，安装中可结合施工需要对吊车开展移动。全部构件调好后，就应该开展固定与焊接操作，同时把埋件进行连接，进而提高构件系统的安全性和稳定性[4]。

3.3 多专业协同设计要点

预制件的制造水平要求较高，例如内部钢筋、雨水管道等都是按照项目的要求在工厂内提前进行制作。而对于预制件的深入设计，则要求建筑、结构、机电等专业的专业人士共同合作，才能有效地解决各个专业之间的矛盾，从而保证工程的正常进行。在多专业协作设计中，BIM 技术可以灵活运用，通过模型分析，更直观地对各个专业进行评估，能直观地发现问题，并进行有效的协调。当某个专业的参数发生变化时，可以根据这些参数的变动进行相应的调整，从而减少设计者的工作量。在各个专业协作的基础上，设计单位要主动与施工方、构件生产方等参与方进行协调。设计者要深入工厂进行现场调查，了解生产情况，并结合当前的发展情况，进行合理的资源分配和设计。例如，工厂的吊装埋件采用带螺纹的套管，在设计中尽量避免使用吊环、吊钉作为吊件，否则会导致厂家重新进行招标、采购工作，使工程造价增高，工期延长，影响装配工程的顺利实施。

3.4 梁柱节点设计要点

焊接或采用完全熔融的坡口，根据节点、衬砌结构，在翼缘的两边分别设置支护；在梁的腹板下面，上部、中部和下部会呈现出一个扇形的角。然后，依据结构中的钢梁结构，在梁岩板上可采用扇形角构件，端部连接形式为圆弧，并加入点焊；在设计规范中，以达到设计规范为主导，促进梁柱连接。对钢结构的焊缝连接，可以采用斜焊。当钢板厚度小于1.6mm 时，采用双面胶焊，当焊缝处的厚度超过5mm 时，就必须要达到钢材的强度和硬度。在钢板厚度达到1.6mm 后，再用K 形的切口进行焊接。特别是在钢板厚度达到3mm 的时候，需要对钢材进行预热和后热处理。

4 装配式建筑施工技术存在的问题

4.1 预制件堆放管理问题

当预制件制作完成后，会将其运输到施工现场存放，在此期间，如果出现堆放管理不到位情况，便会导致预制件质量受到影响，甚至还会导致不同型号混合在一起，不利于后续施工工作的正常进行。针对预制件堆放管理，部分预制件对存放环境具备一定要求，稍有不慎，便会导致预制件被氧化，无法保持原有的预制件性能。如果该类预制件应用到建筑工程之中，会增加安全隐患问题的出现概率。受预制件型号混乱影响，施工人员容易拿错预制件，后续不得不重新进行施工，工程建设成本大幅提升[5]。

4.2 不注重运输工作

预制件运输时，受不恰当运输及放置方式影响，同样会提升预制件发生损坏现象的概率。部分工作人员不注重预制件运输计划制订，更无法将不同预制件之间的差异性特点展示出来，单纯采取统一运输模式，当预制件达到施工现场后，会出现部分损坏情况，不利于施工进程的延续。例如，在楼梯预制件运输方面，为了降低其损坏问题的发生概率，相关人员应选择平放形式。由于工作人员对此不够重视，并没有对楼梯预制件的运输注意事项进行研究，致使部分楼梯预制件竖放，很容易引发预制件运输损坏现象，后续安装操作很难及时进行。

4.3 施工人员工作能力有限

将装配式建筑施工技术应用与工程管理，相关施工人员个人能力并不满足施工要求。尤其是在现场装配任务执行时，施工人员应做到装配精确度的准确把控，了解施工规范、安装工艺等内容。但从实际工作开展中能够看出，部分施工人员个人能力不足，经常在施工时出现失误情况，由于装配式建筑施工技术各个程序之间的联系性紧密，一个程序出现问题，容易引发连锁反应，导致整个建筑工程施工管理工作无法正常进行，为企业带来不必要的损失。

5 装配式钢结构施工管理措施

5.1 提升管理质量

施工人员必须严格遵守相关建筑规范和指令，在合理的误差范围内进行严格控制，认真负责地对待每一项任务。如果测量结果的误差比较大，施工人员必须在既定时间内分析误差原因，纠正误差方向才能制定出科学有效的解决方法。为此，施工人员在生产中还应考虑以下几点：如果发现局部缺陷，必须在规定的范围内尽快纠正。在施工质量方面，更需要严格控制，并对施工作业现场进行实时监控，避免施工过程中出现一些不必要的问题。此外，施工人员还应参考检查说明，按图纸上的标记进行检查。当出现问题时必须及时加以解决。应立即向责任部门报告，并在相关部门进行整改，施工方可继续。

5.2 完善装配式建筑配套产业链

总的来说，目前我省的建筑工程招投标模式、施工许可制度以及验收管理等各个环节还是不符合装配式钢结构住宅建筑管理的模式。因此，要综合装配式钢结构住宅建筑需求以及技术要求，制定完善的管理制度，保障整体的协调性。政府部门要基于装配式钢结构住宅建筑发展趋势，制定完善的施工标准以及规范，制定相关法规要求。充分保障装配式钢结构住宅建筑项目有据可依。基于市场主体角度分析，将技术先进化、专业配套性以及规范化管理作为主要内容，重点推动装配式钢结构生产企业发展，是推动装配式钢结构住宅建筑良性发展的基础保障。综合装配式钢结构住宅建筑发展的不同阶段对产业监管模式进行优化完善，保障在钢结构构建的设计、预制构件的生产、施工运营管理等各个方面实现标准化管理，对整个生产链进行系统管理，协调各个环节以及企业，有效避免生产不足以及产能过剩等问题的出现。我省相关部门要充分的意识到政府产业监管的重要性，基于市场自我调节能力实现资源优化配置，在经济发展的角度培养技术先进、专业配套以及规范化管理的生产产业，通过产业监管与市场自我调节的有效融合，构建一个平衡的发展环境。

5.3 严格把控施工材料质量

钢结构的生产发展迅速，使得钢材的质量越来越具有竞争力。施工原材料是后期施工的基础。因此，在选择材料时，重要的是要确保材料强度达到工程要求的标准，同时保证材料质量符合资质标准，以利于装配式建筑工程的良好进行。相反，使用不合格的材料会给项目带来许多潜在的风险。因此，在施工前必须严格挑选原材料。在保证材料质量的同时，还需要考虑材料的价格，以确保能以尽可能低的价格购买到最好的施工材料。

5.4 可拆卸式、可升降式安全防护

现阶段，装配式钢结构住宅项目施工过程中，存在两大类安全隐患。

（1）楼承板及叠合板施工完成后，在钢筋绑扎及混凝土浇筑过程中，临边防护无法开展，存在立面安全隐患。对此，可以采用悬挂式临边防护消除此安全隐患：在钢柱外侧焊接卡环（防火涂料作业时可切除），用于后期临边作业时钢管竖向固定，再按照传统临边搭设的方式进行搭设（暂未实施）。

（2）解决了立面安全隐患，水平面安全隐患必须得到解决。最好的解决方式是制作可拆卸、可升降式水平防护网。目前，全国大力推广运用悬挑式钢板网。但此防护网片，仍存在下列弊端：防护网片上的垃圾清理较为困难；在高层建筑施工中，遇大风天气易被破坏，恢复较为困难；现场存在二次加工情况等。相信随着装配式钢结构的发展，此类问题均能得到解决。

6 结语

综上所述，高层建筑施工中，引入装配式钢结构建设技术存在较大意义。行业灵活运用现代化施工技术，可以切实提高建设水平，推动行业朝着更好的方向发展。目前，我国科技快速发展，在绿色环保建设技术视域下，应该对施工技术进行进一步研究，针对构件分段、外围集成等展开分析，进而切实提升装配式施工水平，推动行业稳健发展。除此之外，建设高层建筑时引入该项技术，为行业持续发展的核心内容之一，可以助力行业实现施工规范化与工业化。