鋼框架結(jié)構(gòu)在建筑中的應(yīng)用及其施工技術(shù)研究

梁人之

（中鐵鐵工城市建設(shè)有限公司，濟(jì)南 250000）

隨著城市化和工業(yè)化的發(fā)展，建筑行業(yè)面臨著日益嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)建筑材料的局限性，導(dǎo)致建筑的安全性、環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)性受到了制約。因此，人們開始探索新型綠色材料，以滿足現(xiàn)代建筑對于環(huán)保、高效、耐用等方面的要求。

鋼結(jié)構(gòu)作為一種輕量化、高強(qiáng)度、可循環(huán)利用的綠色建材，近年來得到了廣泛應(yīng)用，特別是在高層建筑和超高層建筑中。鋼框架結(jié)構(gòu)由于具有剛度好、自重輕、抗震能力強(qiáng)和施工便捷等優(yōu)點(diǎn)，成為建筑領(lǐng)域中備受矚目的技術(shù)之一。然而，在其應(yīng)用過程中，還存在一些問題亟待解決，如施工工藝不夠成熟、質(zhì)量難以保證等。

本文旨在對鋼框架結(jié)構(gòu)在建筑中的應(yīng)用現(xiàn)狀及其施工技術(shù)進(jìn)行深入研究，探討其施工技術(shù)及存在的問題，并提出相應(yīng)的解決方法。通過文獻(xiàn)綜述、案例分析、實(shí)地觀察等方法，全面系統(tǒng)地介紹鋼框架結(jié)構(gòu)在建筑領(lǐng)域中的應(yīng)用情況，探討其設(shè)計(jì)、施工、質(zhì)量控制等方面的技術(shù)問題，并提出可行的改進(jìn)措施。本研究的成果將為今后鋼框架結(jié)構(gòu)的應(yīng)用提供一定的參考依據(jù)。

1 研究目的

鋼框架結(jié)構(gòu)作為一種優(yōu)良的建筑結(jié)構(gòu)形式，在現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)中得到了廣泛應(yīng)用。其自重輕、強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好、抗震能力強(qiáng)及可塑性好等特點(diǎn)，使其適應(yīng)了越來越多的建筑領(lǐng)域[1]。本文旨在探索鋼框架結(jié)構(gòu)在建筑中的應(yīng)用，并研究其施工技術(shù)，以期為實(shí)際工程提供可供借鑒的參考。

對于高層建筑、立交橋、體育館和機(jī)場等大型建筑物而言，其結(jié)構(gòu)體系通常采用鋼框架結(jié)構(gòu)，這是因?yàn)殇摬木哂斜绕渌牧细叩膹?qiáng)度和穩(wěn)定性，同時(shí)也有著優(yōu)異的加工性和可塑性。除此之外，鋼框架結(jié)構(gòu)還具有較高的抗震能力，這使得其成為了人們在設(shè)計(jì)抗震性建筑時(shí)的理想選擇，因此這種結(jié)構(gòu)類型在建筑領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用[2]。如圖1 所示。

圖1 鋼框架三維圖

鋼框架施工的過程需要考慮諸多因素，如鋼材的強(qiáng)度和易損性、施工現(xiàn)場的安全等。為了保證施工質(zhì)量，必須對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行精細(xì)的制造和加工，同時(shí)需采取多樣化的安裝手段及嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，在此基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)鋼框架在建筑中的應(yīng)用[3]。本文將分析特殊形狀和受力狀態(tài)下的鋼框架結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)和注意事項(xiàng)，并探討一些新的施工方法，如三維打印、數(shù)字化制造等技術(shù)在鋼框架結(jié)構(gòu)的制造和施工中的應(yīng)用[4]。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和社會的不斷變革，人們對建筑空間和環(huán)境的要求也在穩(wěn)步提高，對于鋼框架結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，也面臨著更高的設(shè)計(jì)和施工要求，例如對其造型和結(jié)構(gòu)的要求越來越高。因此，本文將深入研究如何推進(jìn)鋼框架結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品創(chuàng)新，探索新的制造工藝、用于分析和優(yōu)化結(jié)構(gòu)的數(shù)字化設(shè)計(jì)和模擬等技術(shù)，并基于這些技術(shù)，進(jìn)一步探究和開拓鋼框架結(jié)構(gòu)在更多領(lǐng)域的應(yīng)用[5]。

2 研究方法

本文的研究方法包括以下幾個(gè)方面。

2.1 文獻(xiàn)綜述

通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，了解國內(nèi)外鋼框架結(jié)構(gòu)在建筑中的應(yīng)用及其施工技術(shù)的最新研究成果和發(fā)展趨勢，為本研究提供參考和支持。例如，王洪亮等[1]的文獻(xiàn)綜述里對于鋼結(jié)構(gòu)半剛性節(jié)點(diǎn)抗震性能的研究進(jìn)行了較全面深入的描述。如圖2 所示。

圖2 帶節(jié)點(diǎn)，頂層裝飾梁布置圖

2.2 案例分析

選取多個(gè)具有代表性的鋼框架結(jié)構(gòu)項(xiàng)目，通過對其進(jìn)行詳細(xì)的分析，探討鋼框架結(jié)構(gòu)在不同場景下的應(yīng)用特點(diǎn)、優(yōu)缺點(diǎn)等，為本研究提供實(shí)證數(shù)據(jù)支持。例如，李曉東等[2]在其研究中，就以高層建筑為案例，對鋼框架結(jié)構(gòu)在該場景下的應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行了探討。如圖3所示。

圖3 剖面各層梁布置圖

2.2.1 工程概況

該項(xiàng)目為一座多功能綜合體，由多棟高層建筑和2 棟中心展館組成。其中最大的展館跨度為80 m，高度達(dá)到38 m。鑒于地處地震頻發(fā)區(qū)域，項(xiàng)目采用了鋼框架結(jié)構(gòu)。

2.2.2 重難點(diǎn)分析

1）建筑高度巨大，對結(jié)構(gòu)的牢固性和穩(wěn)定性提出了更高的要求。

2）大跨度鋼結(jié)構(gòu)的制作和安裝難度較大，需要采用先進(jìn)的加工和施工技術(shù)。

3）現(xiàn)場施工環(huán)境復(fù)雜，有限的空間往往會加劇施工難度。

2.2.3 方案比選

在考慮諸多方面因素后，鋼框架結(jié)構(gòu)被確定為該項(xiàng)目的最佳建筑形式。在設(shè)計(jì)方案的比選中，選擇了雙向網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)、大跨度空間結(jié)構(gòu)、屋面桁架結(jié)構(gòu)等類型的鋼框架結(jié)構(gòu)。

2.2.4 施工工藝及施工過程

1）鋼結(jié)構(gòu)測量：通過精確的測量和模擬，確定結(jié)構(gòu)尺寸和幾何形狀。

2）鋼結(jié)構(gòu)加工：在鋼材生產(chǎn)廠家進(jìn)行加工，進(jìn)行裁剪、焊接、整體拼裝等加工過程。

3）施工現(xiàn)場的臨時(shí)加固：為了保證安全施工，需對場地臨時(shí)加固，并對設(shè)備進(jìn)行安全檢查。

4）鋼結(jié)構(gòu)懸吊：采用塔吊或車吊的方式將整體組合體懸掛到工地的安裝位置。

5）鋼結(jié)構(gòu)組裝：將預(yù)先制作好的鋼結(jié)構(gòu)分別按設(shè)計(jì)要求逐個(gè)組裝起來。

6）檢驗(yàn)及質(zhì)量控制：在鋼框架結(jié)構(gòu)完成組裝之后，需要進(jìn)行相關(guān)的檢測和質(zhì)量控制確認(rèn)所有連接點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)的牢固性和穩(wěn)定性。

7）防腐和噴漆：將鋼結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行清潔處理和防腐涂層處理，延長其使用期限。

2.2.5 施工難重點(diǎn)的應(yīng)對方法

1）采用3D 建模技術(shù)指導(dǎo)精確測量和鎖定位置，同時(shí)提前進(jìn)行全盤的動態(tài)評估。

2）針對大跨度構(gòu)件的安裝難題，采用細(xì)節(jié)化施工操作，避免過早拆解，保證整個(gè)施工過程的連續(xù)性和穩(wěn)定性。此外，還采用了多臺塔吊，以提高安全性和效率。

3）在現(xiàn)場增加專門的加固臨時(shí)設(shè)備或防護(hù)措施來確保鋼結(jié)構(gòu)在安裝期間的牢固性和穩(wěn)定性。

2.3 實(shí)地調(diào)查

選取數(shù)個(gè)正在進(jìn)行或已經(jīng)完成的鋼框架結(jié)構(gòu)項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)地觀察和研究，通過觀察現(xiàn)場操作流程、注意事項(xiàng)等方面，了解鋼框架結(jié)構(gòu)在實(shí)際施工中的情況，為本研究提供更加具體的支持。例如，劉啟明和金華[4]通過實(shí)地調(diào)查，對鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題進(jìn)行了研究。

2.4 專家訪談

通過向鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的專家學(xué)者請教并聽取他們對于鋼框架結(jié)構(gòu)在建筑中應(yīng)用及其施工技術(shù)的意見、建議和經(jīng)驗(yàn)，從業(yè)內(nèi)權(quán)威人士的角度來研究和探討該領(lǐng)域的問題，為本研究提供更深入的思路和指導(dǎo)。

2.5 數(shù)值仿真

采用有限元軟件對不同形式的鋼框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力計(jì)算和分析，驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的合理性和可行性，為本研究提供科學(xué)的數(shù)據(jù)支撐。

綜上所述，本文的研究方法包括文獻(xiàn)綜述、案例分析、實(shí)地調(diào)查、專家訪談和數(shù)值仿真等多種研究方法，以期全面深入地探究鋼框架結(jié)構(gòu)在建筑中的應(yīng)用及其施工技術(shù)。

3 研究過程

3.1 鋼框架結(jié)構(gòu)在建筑中的應(yīng)用

鋼框架結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于各種不同類型的建筑工程，如住宅、商業(yè)、工業(yè)及公共建筑等。為了深入了解鋼框架結(jié)構(gòu)在不同類型建筑工程中的應(yīng)用情況，在文獻(xiàn)調(diào)研的基礎(chǔ)上，本論文進(jìn)行了實(shí)地考察和案例研究。

通過實(shí)地考察，發(fā)現(xiàn)鋼框架結(jié)構(gòu)在住宅工程中的應(yīng)用越來越廣泛，而且具有較高的適應(yīng)性和靈活性，可以實(shí)現(xiàn)多種不同功能和風(fēng)格的住宅設(shè)計(jì)；在商業(yè)和工業(yè)建筑方面，鋼框架結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于超市、廠房、倉庫和大型體育場館等建筑中。同時(shí)，以高鐵站、機(jī)場等為代表的公共建筑也采用了鋼框架結(jié)構(gòu)，其獨(dú)特的抗震性和耐腐蝕性也得到了充分的發(fā)揮。

以下是一個(gè)關(guān)于鋼框架結(jié)構(gòu)應(yīng)用和施工技術(shù)研究的實(shí)例分析。

項(xiàng)目名稱：廈門國際會展中心。

項(xiàng)目地址：福建省廈門市思明區(qū)。

項(xiàng)目概述：該項(xiàng)目是一座大型的國際會展中心，總建筑面積約31 萬m2，由多個(gè)展館和配套設(shè)施組成。其中最大的展館跨度為108 m，高度達(dá)到36 m。為了滿足建筑要求，該項(xiàng)目采用了鋼框架結(jié)構(gòu)。

鋼框架結(jié)構(gòu)在這個(gè)項(xiàng)目中的應(yīng)用：鋼框架結(jié)構(gòu)被用于支撐整個(gè)建筑物，包括多個(gè)展館和配套設(shè)施。其中，最大的展館采用了雙向網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，通過預(yù)制4 根主軸線和128 個(gè)斜桿進(jìn)行組合來形成網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)形式不僅美觀，而且可以增加建筑物的穩(wěn)定性和抗風(fēng)能力。此外，在其他展館中也廣泛應(yīng)用了鋼框架結(jié)構(gòu)，如大跨度空間結(jié)構(gòu)、屋面桁架結(jié)構(gòu)等。

鋼框架結(jié)構(gòu)施工技術(shù)研究：在這個(gè)項(xiàng)目中，鋼框架結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)得到了充分的研究和應(yīng)用。例如，采用先組裝后吊裝的施工方法來加速施工進(jìn)度，鋼構(gòu)件在地面上完成預(yù)拼裝后，再使用塔吊進(jìn)行吊裝。此外，還利用了空間定位儀器進(jìn)行精準(zhǔn)測量，在鋼框架結(jié)構(gòu)的組裝和安裝過程中保證了高度精度。同時(shí)，還采用了復(fù)合式連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，使結(jié)構(gòu)更加牢固和穩(wěn)定。如圖4 所示。

圖4 柱網(wǎng)布置圖

通過對一些典型案例的研究，總結(jié)出鋼框架結(jié)構(gòu)在建筑中的應(yīng)用優(yōu)勢，包括耐久性、剛度、穩(wěn)定性、抗震能力、施工速度和綠色環(huán)保等特點(diǎn)。

3.2 鋼框架結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)研究

鋼框架結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)是影響其質(zhì)量和效益的關(guān)鍵因素。本文對鋼框架結(jié)構(gòu)在建筑中的施工技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)研究，包括工藝流程、材料選用、施工組織設(shè)計(jì)和質(zhì)量控制等。

通過文獻(xiàn)調(diào)研和實(shí)地考察，發(fā)現(xiàn)鋼框架結(jié)構(gòu)的施工工藝主要包括以下環(huán)節(jié)：基礎(chǔ)處理、加工制作、運(yùn)輸拼裝和防腐處理等。其中每個(gè)工序都需要嚴(yán)格控制，以確保鋼框架結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和安全性。如圖5 所示。

圖5 鋼柱布置圖

在材料選擇方面，必須嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范選用合格的鋼材，并對其進(jìn)行必要的檢驗(yàn)和試驗(yàn)，以保證鋼框架結(jié)構(gòu)的安全可靠。

在施工組織設(shè)計(jì)方面，必須根據(jù)不同的施工需求和工程情況，科學(xué)設(shè)計(jì)施工方案，充分考慮施工生產(chǎn)線的連貫性和安全性，避免出現(xiàn)重復(fù)工序和浪費(fèi)。同時(shí)，必須合理安排施工進(jìn)度和途中驗(yàn)收，以確保施工質(zhì)量和安全。

在質(zhì)量控制方面，必須嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，對鋼框架結(jié)構(gòu)的每個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行檢驗(yàn)和監(jiān)控，并對其進(jìn)行質(zhì)量記錄和追溯，以確保工程的質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)束語

本文主要研究了鋼框架結(jié)構(gòu)在建筑中的應(yīng)用及其施工技術(shù)。通過文獻(xiàn)調(diào)研、實(shí)地考察、案例分析等方法，深入探討了鋼框架結(jié)構(gòu)在不同類型建筑工程中的應(yīng)用情況、特點(diǎn)和優(yōu)勢；同時(shí)研究了鋼框架結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)，包括工藝流程、材料選用、施工組織設(shè)計(jì)和質(zhì)量控制等方面。

本文的研究結(jié)果表明，鋼框架結(jié)構(gòu)在建筑領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用前景，其具有耐久性、剛度、穩(wěn)定性、抗震能力、施工速度和綠色環(huán)保等特點(diǎn)，適用于各種不同類型的建筑工程。同時(shí)，鋼框架結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)也是影響其質(zhì)量和效益的關(guān)鍵因素，必須嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工管理和質(zhì)量控制。

但是，在鋼框架結(jié)構(gòu)在建筑中的應(yīng)用和施工技術(shù)研究的過程中，還存在一些問題和挑戰(zhàn)。如何提高鋼框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工的精度和效率，如何進(jìn)一步降低應(yīng)用成本和提高安全性等問題，需要在未來的研究中加以解決。

總之，鋼框架結(jié)構(gòu)在建筑領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用前景和發(fā)展?jié)摿Γ诮窈蟮墓こ虒?shí)踐和學(xué)術(shù)研究中將會得到更加深入的認(rèn)識和探索。