裝配式輕型鋼結構工程施工技術分析

徐凌曉 金國棟 陳 明 高 寒 黃建國

（中國建筑第八工程局有限公司，上海 200000）

工業建筑指為工業生產、倉儲、物流等活動提供空間和設施的建筑物，是社會經濟的重要組成部分。工業建筑的需求量和質量不斷提高，傳統的現澆混凝土結構已經無法滿足工業建筑的多樣化、高效化、節能化、環?；纫?。因此，裝配式輕型鋼結構作為新型的工業建筑結構體系，得到越來越多的關注和應用。

1 我國工業建筑發展情況

隨著社會經濟的發展，工業建筑的結構形式不斷演變，從簡單的磚混結構和鋼筋混凝土結構發展到高效的鋼結構和輕型鋼結構。磚混結構和鋼筋混凝土結構雖然占據了我國工業建筑的大部分，但也存在諸多弊端，如自重大、施工慢、耗材多、能耗高、污染大等，不符合可持續發展的理念。鋼結構和輕型鋼結構作為新型的工業建筑結構形式，具有質量輕、施工快、材料省、能耗低、污染小等優點，尤其是輕型鋼結構，與裝配式建筑的模式高度契合，更適應工業建筑的發展需求[1]。

2 裝配式輕型鋼結構的分類

根據不同的分類標準，裝配式輕型鋼結構可以分為不同的類型。本文采用按照功能劃分的方法，將裝配式輕型鋼結構分為3個大類，即裝配式輕型鋼結構支撐體系、外部防護體系和內裝系統[2]。

2.1 裝配式輕型鋼結構支撐體系

輕型鋼結構支撐體系能夠起到承受主要荷載作用。體系有框架、桁架、網架、拱形等多種形式，均具有強度高、剛度好、變形小和抗震性能優異等特點[3]。這些特點使其能夠滿足工業建筑對大跨度、大空間和高層次的設計要求。

輕型鋼結構如圖1所示。

圖1 輕型鋼結構

2.2 外部防護體系

外部防護體系包括屋面體系、墻面體系、門窗體系等，旨在保護建筑內部的環境和設備。外部防護體系能夠隔離外界的各種不利影響，如溫度、濕度、聲音、火焰和腐蝕等，且能夠提高建筑的美觀性和耐久性[4]。因此，外部防護體系對于工業建筑的舒適性和安全性具有重要意義。

2.3 內裝系統

內裝系統能夠提供內部功能和空間劃分的解決方案。內裝系統由樓板、隔墻、吊頂、樓梯等部分構成，可根據需求和場景靈活組合，安裝拆卸和調整。內裝系統具有輕便耐用、安裝方便、可重復利用等優點，能夠提高工業建筑的空間效率和功能適應性，滿足多樣化的使用需求。

3 裝配式輕型鋼結構的優勢

3.1 增強項目建設效益

裝配式輕型鋼結構是一種新型建筑結構，采用工廠預制和現場安裝的方式進行施工可以大幅度縮短施工周期，降低施工成本，提高施工效率。裝配式輕型鋼結構具有質量輕、強度高、剛度好等特點，可以減少基礎工程的投入，降低土地利用率，節約土地資源[5]。此外，裝配式輕型鋼結構還可以減少施工現場的噪聲、粉塵、廢棄物等污染物的排放，改善施工環境，提升項目建設效益[6]。

3.2 提高項目建設靈活性

裝配式輕型鋼結構由于具有輕便靈活、易于安裝拆卸、可重復利用等特點，可以適應不同地域、氣候、地形等條件下的工業建筑的建設需求，可以實現工業建筑的快速搭建和拆除以及功能和空間的靈活調整和變換，提高了工業建筑的建設靈活性和適應性[7]。

3.3 提高建筑設計精確度

鋼結構建筑的總體設計是施工前的重要環節，涉及整個建筑的結構安全和功能實現?？傮w設計的主要內容是對主要構件進行分解，確定其尺寸、形狀和連接方式，以便在鋼構廠房內進行現場組裝和拼接，構成完整框架[8]。為了保證構件的精度和質量，建筑設計中一般使用3D模型進行構件模擬組裝，設計軟件可以清晰表現建筑的每一個細節，從而提升設計和施工圖紙的精確度，確保整個建筑的安全性和穩定性。

3.4 提升工程施工穩定性

傳統的混凝土結構易發生墻體變形和裂縫等缺陷，影響建筑的安全性和美觀性。裝配式輕型鋼結構具有較好的力學性能，能夠適應溫度的變化，具有優良的韌性、延展性及抗震能力[9]。

為了有效的保證小型水電站發電機組在工作運行的過程之中發揮出其應有的功效，就需要在工作運行的過程之中做到以下幾個方面：

4 裝配式輕型鋼結構的應用實踐

4.1 構造分段裝配工藝

構造分段裝配工藝將支撐體系按結構和功能特點，劃分為若干個相對獨立的分段單元。分段單元在工廠內預制和預組裝，組成剛度大和完整性較高的分段構件，再運輸到現場，通過整體吊裝或拼接安裝，組合成完整的支撐體系。分段裝配工藝能縮短施工周期，提高施工效率，降低施工難度，減少現場作業量，保證施工質量和安全。

4.2 整體安裝技術

整體安裝技術將外部防護體系或內裝系統分成若干個完整單元，在工廠預制和預組裝成整體構件，再運輸到現場，用整體吊裝或拼接的方式與輕型鋼結構支撐體系連接。整體安裝技術可以減少現場施工量和降低難度，縮短施工周期，提高施工效率和質量。

4.3 高空散裝技術

高空散裝技術將構件分散地裝載在運輸車輛上，按照預定的順序和方式送達工地，利用起重機或其他設備將構件拼裝或吊裝起來[10]。高空散裝技術具有顯著的優點，如節省運輸空間、減少運輸車輛的數量和質量，從而降低運輸成本和風險，也可以縮短運輸時間，提高施工效率。高空散裝技術是輕型鋼結構工程的重要技術進步，對于提升建筑業的水平和競爭力具有積極的意義。

4.4 鋼結構制作技術

首先，依據工程設計要求，繪制鋼結構圖紙，確定構件的尺寸、形狀、位置和連接方式。其次，按圖紙規格，對鋼材進行切割、彎曲、打孔等加工，形成各種鋼結構部件[11]。制作過程中，要檢測鋼材品質，保證其達到強度、韌性、耐腐蝕等工程標準。再次，根據建筑圖紙和技術方法，設計合理的材料配比方案，將鋼結構部件與其他材料（如混凝土、玻璃、木材等）組合成半成品。半成品要通過質量檢測和裝配，確保結構完整、尺寸準確、連接牢固。最后，焊接時使用二氧化碳保護鋼材表面，防止其與氧氣反應產生氧化物，影響焊接效果和鋼結構性能。

4.5 鋼柱定位技術

鋼柱定位技術是輕型鋼結構支撐體系現場安裝的關鍵，要求用適當的方法和設備，精確地定位和固定輕型鋼結構中的柱子，使其符合設計要求和規范標準。鋼柱定位技術旨在保證輕型鋼結構支撐體系的整體性和穩定性，防止柱子偏移或松動引起結構失效或變形。

5 裝配式輕型鋼結構的應用案例分析

上海寶業中心是一座集裝配式、綠色和智能化于一體的辦公大樓，由3個單體組成“L”形的建筑形態。大樓40%的建筑部分采用了裝配式方式，主要使用了預制混凝土構件和玻璃纖維增強混凝土（GRC）幕墻。大樓還應用了自主研發的密拼疊合樓板技術，實現了預制構件的大型化和裝配便捷化，顯著提高了施工效率。為了更高效地節能減排，上海寶業中心團隊對每個窗戶的傾斜度和開口都進行了精細設計，根據每個窗戶所在的位置和陽光傾斜的角度，利用模型測算內外溫度交互的方案，使每個窗戶都能達到節能減排的效果。整個建筑有上千個窗戶，每個窗戶都是先在工廠里制作并預制組裝好，運輸到現場進行裝配。

6 裝配式輕型鋼結構的應用建議

6.1 提高裝配式輕型鋼結構設計水平

裝配式輕型鋼結構的設計水平決定了結構的安全性、經濟性和美觀性。設計裝配式輕型鋼結構時，應根據工業建筑的功能、位置、規模、形式等需求和條件，綜合考慮結構的力學性能、施工工藝、耐久性能等，選擇合理的結構、尺寸、連接方式和材料品種，避免結構復雜和材料浪費。應充分利用BIM、CAD等數字化設計和管理技術，實現裝配式輕型鋼結構的標準化、模塊化和信息化，提高設計精度和效率，方便與施工、運營等各方協調溝通。例如，設計屋面時可以通過BIM技術進行三維建模和模擬分析，確定適宜的屋面形式、坡度、支撐系統等，生成施工圖紙和材料清單，提高屋面的防水性能和施工速度。

裝配式輕型鋼結構建筑設計應遵循相關原則和方法，以提高建筑的質量和效率。首先，平面設計要合理利用室內空間，尤其是廚房、衛生間等功能區域，既要滿足使用要求，又要符合建筑的結構和美觀。其次，細部結構設計要注意防止出現質量缺陷和漏水現象，對墻板的導流方式、空腔的結構、接縫的處理方法等小構件進行嚴格控制和優化。此外，預制和內墻的幾何尺寸要精確控制，避免出現誤差和變形，對每個節點進行整體設計，保證結構的穩定性和可靠性。最后，外墻和立面設計要兼顧建筑的美感和性能，選擇合適的材料和形式，確保外墻具有良好的隔音、保溫、防水、防火等功能，同時符合施工的技術要求。

6.2 加強物質基礎保障

裝配式輕型鋼結構的應用效果不僅取決于其設計水平，還與其物質基礎保障密切相關。物質基礎保障主要包括輕型鋼材的生產和供應、預制和預組裝設備和場地的建設和改善、運輸和安裝設備等方面。應加強輕型鋼材的生產標準和質量監督，保證鋼材性能、規格、數量符合需求；加強預制和預組裝設備的更新換代，提高設備的自動化、智能化水平，優化預制和預組裝場地的規劃和布局，提高空間利用率和生產安全性；加強運輸和安裝設備的維護和檢測，提高設備的可靠性和適應性。

7 結語

裝配式輕型鋼結構具有高效、節能、環保等特點，符合現代建筑需求。為了保證施工質量和水平，應根據工程特點，采用合適的施工技術。例如，預制、預組裝、模塊化等技術可以提高部件的加工和組合速度和精度，減少現場作業量和浪費。此外，還應加強施工監控，確保施工安全和質量達標，避免安全隱患和質量缺陷。上述措施可以提升裝配式輕型鋼結構的施工水平，為建筑業的可持續發展奠定基礎。