裝配式鋼結構建筑施工技術探究

張罡睿

（廣西建筑科學研究設計院，廣西 南寧 530031）

1 裝配式鋼結構分類和技術特點

1.1 裝配式鋼結構分類

（1）鋼框架結構。鋼框架結構是裝配式鋼結構建筑的一種常見分類，該結構采用鋼柱、鋼梁和鋼框架搭建，具有良好的剛性和承載能力。鋼框架結構適用于中小型建筑，例如，倉庫、廠房以及輕型居住建筑等，由于采用了工廠化生產，鋼框架結構的構件質量可控，能夠有效減少現場施工時間和安全風險。

（2）鋼筋混凝土框架結構。鋼筋混凝土框架結構是裝配式鋼結構建筑的另一種分類，該結構采用鋼筋混凝土柱、梁和樓板的組合，并以鋼筋混凝土墻體填充，這種結構具有較高的剛性和穩定性，適用于大型建筑和高層建筑，如商業綜合體、寫字樓以及公共建筑等。裝配式鋼筋混凝土框架結構的生產過程中工廠化程度高，可以確保構件質量的穩定性。

（3）鋼管混凝土結構。鋼管混凝土結構也屬于裝配式鋼結構建筑的一種分類，該結構通過鋼管作為外模，再進行混凝土澆筑，以增加結構的剛性和承載能力。鋼管混凝土結構適用于柱、梁等承重構件，具有優異的抗震性能，相對傳統的鋼筋混凝土結構，該結構的制造相對簡單，同時，在施工過程中能夠減少需現場加工，節省了施工時間和資源。

1.2 裝配式鋼結構建筑的特點

（1）工廠化生產。裝配式鋼結構建筑的構件大部分在工廠內進行制造，通過工廠化生產，可以實現工藝流程的標準化和質量的可控，有效降低施工過程中的人為失誤，同時，工廠化生產減少了現場施工的時間和安全風險，提高了施工效率。

（2）現場組裝。裝配式鋼結構建筑的施工過程主要是進行構件的組裝和連接，由于構件在工廠中預制完成，現場施工主要集中在結構的組裝和安裝上，大大縮短了施工周期，這種現場組裝的方式減少了現場加工和浪費，提高了施工效率。

（3）輕量化設計。裝配式鋼結構建筑相較傳統的鋼結構，采用了輕量化設計，通過使用輕質材料和優化結構設計，減輕了建筑自重和地基負荷，這不僅減少了對地基的要求和成本，還節約了施工過程中的材料和能源消耗。

（4）環保節能。裝配式鋼結構建筑采用可循環利用的材料，如可再生材料和可回收材料，通過降低對自然資源的消耗，裝配式鋼結構建筑減少了對環境的負面影響。此外，由于優化的結構設計和現代建筑技術的應用，裝配式鋼結構建筑能夠實現高效的能源利用和室內環境控制。

（5）耐久性和可靠性。裝配式鋼結構建筑具有較高的強度和穩定性，能夠滿足相應的抗震、抗風等安全要求，通過合理的結構設計和施工工藝，裝配式鋼結構建筑能夠經受自然災害和外力作用的考驗，此外，裝配式建筑還可以進行單體化的構件檢測和質量控制，保證了建筑的可靠性和耐久性。

（6）靈活性和可拆裝性。裝配式鋼結構建筑的構件可以進行組裝和拆卸，這使得建筑的后期改造、擴建或拆除變得更加方便和靈活，相比傳統的建筑結構，裝配式鋼結構的可拆裝性為建筑提供了更多的發展潛力和可持續利用的可能性。

2 裝配式鋼結構建筑施工技術的優勢

2.1 快速施工和高效率

裝配式鋼結構建筑采用工廠預制和模塊化設計，能夠大幅度縮短施工周期，相比傳統施工方式，裝配式鋼結構建筑的制造和施工可以同時進行，不受現場氣候和季節的限制。鋼構件在工廠中進行精確制造后，便可直接運輸至現場進行快速組裝，大大縮短了工程周期。此外，模塊化設計使得施工流程高度標準化，可以實現易于操作、高效率的裝配工作，有效提高了施工速度。

2.2 質量控制和安全保障

裝配式鋼結構建筑在制造工廠中進行嚴格的質量控制，通過標準化的制造過程和詳細的質量檢驗，確保構件的準確性和一致性，此外，模塊化的設計和施工能夠大大減少人為失誤的可能性，提高了施工的精確度和質量的可控性。在現場施工過程中，各個構件的精確對接和牢固連接也能夠確保整個結構的穩定性和安全性，裝配式鋼結構建筑還可采用該建筑模型的專門設計規范，進一步加強結構的安全性。

2.3 環保和可持續發展

裝配式鋼結構建筑強調工業化生產和模塊化設計，有效減少了現場施工對資源和能源的需求。鋼材作為可回收材料，能夠有效地減少建筑廢棄物的產生，并實現資源的再利用。此外，鋼結構建筑相比傳統混凝土建筑具有輕質化特點，減少了建筑對土地的承載壓力，是一種可持續發展的建筑形式。同時，裝配式施工過程中能夠減少噪音、灰塵和污染物的釋放，對周邊環境影響較小，這些環保和可持續的特性使得裝配式鋼結構建筑成為未來建筑發展的趨勢。

3 裝配式鋼結構建筑施工技術應用

3.1 鋼結構制造與預制技術

裝配式鋼結構建筑的制造過程通常涉及多個步驟，其中包括鋼材的切割、焊接和拼裝等工藝。根據設計圖紙中的尺寸要求，工程師會對鋼材進行精確的切割，可通過高精度設備如數控切割機實現，確保鋼材的準確度和一致性。然后，經過切割的鋼材會通過焊接工藝連接在一起，形成構件的基本形狀。焊接通常使用各種焊接技術，如電弧焊、氣焊、激光焊等，以確保連接的強度和穩定性，預制的鋼構件可以按照計劃進行標記、包裝和運輸，以便在現場進行快速組裝。

3.2 模塊化設計與施工

裝配式鋼結構建筑的核心思想是模塊化設計和施工，這意味著將整個建筑劃分為多個標準化的模塊，每個模塊都可以獨立制造和運輸。模塊化設計可以極大地提高施工效率和質量控制，減少現場工作量和時間，模塊化還允許同時進行多個工作任務，如制造、運輸和現場安裝，從而實現施工進度的有效管理和控制。每個模塊都經過精確設計和制造，以確保在現場組裝時的高度匹配和連接。

3.3 現場安裝與吊裝技術

裝配式鋼結構建筑的組裝通常通過吊裝完成，在現場施工前，必須進行現場調查和準備工作，確保場地的空間和設備能夠容納吊裝操作。然后，吊車或起重機將預制的鋼構件準確地吊裝到建筑物的預定位置，吊裝需要高度協調和準確操作，以確保構件的安全性和穩定性。事先進行吊裝方案和風險評估是必要的，以確保安全施工，一旦構件安裝到位，需要進行進一步的精確調整和固定，如螺栓連接、焊接等，以確保結構的穩定性和安全性。

3.4 基礎處理與固定

鋼結構建筑的基礎處理是確保整個建筑物穩定性的重要步驟，需要進行地基處理，這可能包括挖掘、填土和加固等。地基處理的目的是確保地基承載能力滿足建筑物的要求，并提供穩定的支撐。此外，在地下施工中，還需要考慮地下管線的布置和地下結構的建設，如地下停車場或地下設施。在安裝鋼結構前，必須在基礎上進行固定和加固，以確保整個建筑物的穩定性和承載能力。這可能涉及混凝土澆筑、螺栓固定和鋼筋加固等工藝。

3.5 配套設施與裝修

裝配式鋼結構建筑在施工過程中，還需要考慮配套設施的安裝，包括水電管線、消防系統、空調系統等基礎設施的布置和連接，這些配套設施的安裝需要與鋼結構的施工相協調，以確保管線的合理布置和連接，保證安全、可靠的使用。此外，裝配式鋼結構建筑在完成施工后還需要進行內外裝修工程，包括墻面裝飾、地板鋪設、室內設備安裝等。

4 裝配式鋼結構建筑的施工工藝創新

4.1 預制工廠化生產

裝配式鋼結構建筑的施工工藝創新之一是采用預制工廠化生產的方式，即在工廠中提前制造好各種構件和模塊，然后運到現場進行裝配。這種方式能夠提高施工效率，減少現場施工時間，同時能夠保證施工質量和安全。在傳統的施工方式中，鋼結構建筑的構件需要在現場進行加工、焊接和鉆孔等繁瑣的工序，而預制工廠化生產將這些工序轉移到了工廠中完成。在工廠內，可以通過高度自動化的生產線進行構件的制造和裝配，提高工作效率和質量控制。同時，工廠環境相對穩定，可以提供更好的工作條件，減少對施工人員的身體負荷，降低事故風險。預制工廠化生產還可以有效縮短施工周期，在傳統的施工過程中，施工現場需要進行大量的協調和組織工作，而預制工廠化生產可以將這些工作提前完成。一旦現場準備就緒，預制的構件和模塊可以迅速運輸到現場，并進行快速的拼裝和安裝。因此，與傳統施工方式相比，預制工廠化生產可以將整個施工周期縮短30%～50%。

4.2 模塊化設計與標準化

裝配式鋼結構建筑的施工工藝創新還包括模塊化設計與標準化，通過將建筑模塊化設計，將其制作成標準化構件和模塊，實現了工程的標準化和規模化生產，可以降低設計和施工難度，提高整體施工效率，并且方便后期拆卸和重新組裝。模塊化設計是將建筑劃分為獨立的模塊，每個模塊都是一個完整的單元，在制造過程中可以獨立生產和檢查，這樣的設計可以加速施工速度，因為各個模塊可以并行制造和運輸，然后在現場組裝。此外，模塊化設計還可以提高建筑的靈活性，因為模塊可以根據需要進行組合和重新配置，實現個性化的設計和改變。標準化是指將不同的構件和模塊進行統一的規格和尺寸設計，以便在不同的項目中通用，通過標準化設計，可以減少設計和生產的時間和成本，提高生產效率。同時，標準化還可以提高質量控制，減少因為不同供應商和承包商之間的差異而導致的問題。

4.3 現場裝配技術

傳統的鋼結構建筑施工需要在現場進行焊接和鉆孔等繁瑣的工序，而裝配式鋼結構建筑的施工工藝創新在現場采用更加簡便快捷的現場裝配技術，這些技術包括采用螺栓連接、快速安裝法蘭等方式，減少了施工工藝的復雜性和施工時間，提高了施工效率。現場裝配技術是將預制好的構件和模塊在現場進行快速的拼裝和安裝。其中，螺栓連接是一種常用的技術，通過預先在構件上打孔，然后使用螺栓進行連接，這種方式相比焊接可以更靈活地組裝和更加方便地拆卸，同時也減少了對現場高溫焊接的需求，降低了安全風險。快速安裝法蘭是另一種常用的現場裝配技術，通過在構件之間使用法蘭進行連接，這種方式可以減少施工中的焊接工序，提高施工效率，并且方便后期的維護和改動。采用現場裝配技術可以大幅度縮短施工周期和減少現場工作量。由于構件已經在工廠中進行了預制和加工，現場的施工只需要進行組裝和連接即可，與傳統的施工方式相比，現場裝配技術可以將施工時間縮短約50%～70%，從而節約了人力資源和施工成本。

4.4 數字化施工管理

裝配式鋼結構建筑的施工工藝創新還包括數字化施工管理，通過引入先進的信息技術和建筑信息模型(BIM)等工具，實現施工過程的全過程可視化和數字化管理，這樣可以提前發現和解決施工中的問題，協調各方的工作，提高施工效率和質量，并降低成本和安全風險。數字化施工管理的關鍵是建筑信息模型(BIM)的應用，BIM 是一種基于三維模型的數字化建筑設計和管理的方法，通過BIM，可以將建筑項目的各個方面包括設計、施工、運維等信息整合到一個統一的模型中，實現全過程的可視化和協同管理。在裝配式鋼結構建筑的施工中，BIM 可以被用來進行設計和碰撞檢測，通過BIM 模型的建立，可以對建筑的各個部分進行仿真和預測，發現設計問題、空間沖突等潛在的施工難點，提前進行協調和優化。此外，BIM 還可以用于施工進度管理、資源調配和材料供應等方面，實現施工過程的精細化管理。

5 結語

首先，采用智能化裝配工具和精密制造的鋼結構構件，有效降低了高空作業的風險，并提高了整體結構的穩定性與可靠性。其次，裝配式鋼結構建筑施工技術能夠顯著提高施工效率，通過工廠化生產、標準化設計和流水線作業，大幅縮短了施工周期，使得工程項目能夠更快速地完工。在實際案例中，裝配結構的施工周期縮短了50%以上。裝配式鋼結構建筑施工技術能夠保證施工質量的一致性和穩定性，通過工廠內精密制造和嚴格質量控制，確保了構件質量的高度可控，標準化的設計和施工流程減少了人為因素引起的質量問題，使得建筑具有更出色的抗震性、抗風性和耐久性。