劉 亮 魯 巖 王紹賓 劉祥偉

隨著城市化進程的不斷推進和住房需求的增加，大眾對于高效、可持續(xù)、安全的建筑結(jié)構(gòu)形式的需求日益迫切。在這一背景下，鋼結(jié)構(gòu)作為一種具有優(yōu)勢的結(jié)構(gòu)形式，其施工過程中的特殊性需要更為深入的研究和技術(shù)探討。本文深入研究住宅項目鋼結(jié)構(gòu)施工的關(guān)鍵技術(shù)，探討如何通過創(chuàng)新的方法和技術(shù)手段解決鋼結(jié)構(gòu)施工過程中存在的問題。通過對住宅項目的實際案例分析，結(jié)合先進的BIM 技術(shù)和鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造、施工等方面的最新研究進展，為提高住宅項目鋼結(jié)構(gòu)工程的質(zhì)量提供有力的技術(shù)支持。

1 工程概況

某住宅項目的總占地面積為41734.81 m2，其獨特的結(jié)構(gòu)設(shè)計和創(chuàng)新的外觀設(shè)計成為引人注目的焦點?？傮w結(jié)構(gòu)布局上，項目地下部分采用了堅固的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，地上部分則采用了靈活的鋼框架結(jié)構(gòu)，整體呈橢圓形，體現(xiàn)了先進的建筑設(shè)計理念。工程采用平板式筏板基礎(chǔ)，為整個住宅項目提供了可靠的支撐。這種基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)能夠有效分散建筑物的重量，減輕地基的負荷，提高建筑物的穩(wěn)定性和耐久性。屋頂部分采用了橢圓形平面的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)出獨特的傾斜狀態(tài)。該結(jié)構(gòu)由矩形鋼梁相互交錯構(gòu)成，鋼管之間采用相貫方式連接，展示了先進的結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工技術(shù)。這種網(wǎng)架結(jié)構(gòu)不僅具有較好的承載能力，還有良好的采光和通風(fēng)效果[1]。

在該住宅項目中，鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點的形式異常復(fù)雜，包括梁與梁的十字交叉節(jié)點、圓柱與梁的環(huán)向節(jié)點等，共計1096 種。對這些節(jié)點進行科學(xué)合理的分類和優(yōu)化是該住宅項目鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計的重點。通過建立三維可視化模型，能夠在設(shè)計階段提前發(fā)現(xiàn)潛在的問題，以確保工程質(zhì)量。由于該住宅項目上下部分結(jié)構(gòu)的差異，施工中需要處理多個交叉作業(yè)和復(fù)雜的工況，對施工協(xié)調(diào)性有較高的要求。例如，在型鋼混凝土梁柱節(jié)點的鋼筋連接上，需要特別注意施工順序和方法，以確保結(jié)構(gòu)的牢固和安全。同時，施工人員需要根據(jù)不同的工況和施工進度，合理安排施工工序，確保各個工序之間的協(xié)調(diào)性，保證施工進度。

2 住宅項目鋼結(jié)構(gòu)施工節(jié)點優(yōu)化措施

2.1 鋼結(jié)構(gòu)復(fù)雜節(jié)點優(yōu)化

在優(yōu)化鋼結(jié)構(gòu)復(fù)雜節(jié)點之前，應(yīng)先保障工程的安全性和可靠性。這涵蓋對設(shè)計方案的合理修改，以滿足相關(guān)規(guī)范，并綜合考慮功能、結(jié)構(gòu)、外部形態(tài)、現(xiàn)場施工狀況等多方面因素。鋼結(jié)構(gòu)復(fù)雜節(jié)點優(yōu)化要與其他專業(yè)工程相協(xié)調(diào)，確保各專業(yè)的設(shè)計和施工能夠良好銜接；要提前完成機電設(shè)備留洞、連接土建鋼筋等工作。鋼結(jié)構(gòu)復(fù)雜節(jié)點優(yōu)化不僅追求成本的降低，還需要全面考慮成本與效益，使鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計和施工達到最佳狀態(tài)。這需要進行施工模擬，根據(jù)模擬結(jié)果進行全面考慮和修改設(shè)計方案。在鋼結(jié)構(gòu)復(fù)雜節(jié)點優(yōu)化的過程中，也要確保構(gòu)件的加工和現(xiàn)場安裝符合設(shè)計圖要求，包括加工圖和鋼材采購標(biāo)準(zhǔn)等[2]。

焊接在鋼結(jié)構(gòu)工程中至關(guān)重要，良好的焊接工藝能夠保證建筑的安全和質(zhì)量。在進行鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)化時，需要特別注意復(fù)雜節(jié)點的施工工藝，避免出現(xiàn)密集焊縫和相交焊縫。同時，可利用BIM 和詳細的制造加工與焊接工藝，確保整個鋼結(jié)構(gòu)的制作精度和焊接質(zhì)量。對于鋼結(jié)構(gòu)復(fù)雜節(jié)點連接形式，可引入?yún)?shù)化節(jié)點設(shè)計，提高設(shè)計開發(fā)的效率和準(zhǔn)確性。通過邏輯判斷條件，進行主次梁數(shù)據(jù)讀取，并根據(jù)次梁尺寸、螺栓數(shù)等信息自動確定板厚和補強板的相關(guān)參數(shù)，從而大大減少工作量。對于形狀復(fù)雜、曲率變化的鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點，可利用BIM 軟件進行建模和設(shè)計。例如，Tekla Structures提供了豐富的節(jié)點庫，可根據(jù)圖紙信息確定適合本工程特點的參數(shù)。本次項目鋼結(jié)構(gòu)Tekla 模型如圖1 所示，在建模過程中，需要關(guān)注節(jié)點的具體位置和各構(gòu)件之間的連接形式，確保節(jié)點的準(zhǔn)確性和可靠性。基于BIM 的鋼結(jié)構(gòu)關(guān)鍵節(jié)點施工優(yōu)化方法需要綜合考慮工程的安全性、經(jīng)濟性和可靠性。結(jié)合BIM、具體制造加工和焊接工藝，引入?yún)?shù)化節(jié)點設(shè)計和BIM 軟件進行復(fù)雜節(jié)點設(shè)計等手段，力求達到最佳施工效果。

圖1 鋼結(jié)構(gòu)Tekla 模型（來源：網(wǎng)絡(luò)）

2.2 型鋼混凝土與梁鋼節(jié)點優(yōu)化

在施工前，優(yōu)化鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計至關(guān)重要。這一過程中，要考慮多個關(guān)鍵因素，如工廠加工的可行性、吊裝便捷性、施工時間、現(xiàn)場焊接量，以及施工質(zhì)量的可控性。同時，需要同步優(yōu)化鋼筋和鋼結(jié)構(gòu)的施工步驟，以確保施工有序進行。

通過BIM 分析鋼筋間排布碰撞的結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)鋼筋的排布碰撞發(fā)生的頻率較高，因此全面設(shè)計型鋼柱顯得尤為重要。為解決這個問題，利用Revit 軟件的外部工具（內(nèi)置的附加模塊），從NWC 文件中導(dǎo)出鋼筋節(jié)點的三維模型（鋼混結(jié)構(gòu)）。在導(dǎo)出鋼筋節(jié)點的三維模型后，開始對模型進行技術(shù)交底。通過對模型進行詳細分析和討論，能夠及時發(fā)現(xiàn)圖紙中的不合理之處，如構(gòu)件位置錯誤、聯(lián)結(jié)策略不完善等，盡快制訂相應(yīng)的施工方案，為型鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點鋼筋連接的現(xiàn)場施工提供可靠的數(shù)據(jù)支持。

在制訂施工方案的過程中，可借助圖紙和三維可視化模型來精確規(guī)劃相關(guān)構(gòu)件（鋼筋、梁等）的位置和聯(lián)結(jié)策略。通過使用BIM，能夠直觀展示構(gòu)件之間的關(guān)系和布局，更好地理解和解決潛在的問題。同時，圖紙?zhí)峁┝嗽敿毜某叽绾鸵?，能夠幫助施工人員確保構(gòu)件的準(zhǔn)確性和質(zhì)量。

在規(guī)劃構(gòu)件位置和聯(lián)結(jié)策略時需要考慮多個因素：第1，需要確保構(gòu)件的位置符合設(shè)計要求，并且與其他構(gòu)件之間沒有沖突。第2，需要選擇合適的聯(lián)結(jié)方式和材料，以確保構(gòu)件之間的連接牢固可靠。在規(guī)劃過程中還需要進行多次討論和修改。通過與設(shè)計師、工程師和其他相關(guān)人員的溝通和協(xié)作，不斷完善與優(yōu)化構(gòu)件的位置和聯(lián)結(jié)策略。這個過程可能需要反復(fù)迭代和調(diào)整，直到產(chǎn)生最佳的解決方案。除了規(guī)劃構(gòu)件位置和聯(lián)結(jié)策略，還需要考慮施工過程中的其他因素。例如，需要確定施工所需的材料和設(shè)備，并制訂相應(yīng)的采購計劃，進行相應(yīng)的物流安排。在整個過程中需要不斷更新和完善BIM 與圖紙，以反映最新的設(shè)計和施工要求。通過及時更新模型和圖紙，能夠確保施工人員和相關(guān)人員始終掌握最新的信息，從而提高工作效率。

在設(shè)計型鋼梁鋼筋時，第1，要考慮柱型鋼翼緣板的焊接問題。這需要確保焊接質(zhì)量良好，以確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。第2，要考慮從柱型鋼腹板穿過的問題。這需要合理安排鋼筋的位置和數(shù)量，以確保鋼筋能順利穿過柱型鋼腹板，并與框架梁主筋連接牢固。第3，要考慮繞過柱型鋼的問題。這需要根據(jù)具體情況進行合理設(shè)計和布置，以確保鋼筋能繞過柱型鋼，并與框架梁主筋連接緊密[3]。

然而，遇到型鋼梁的上、下2 排縱筋較少的情況時，即中間鋼筋少于4 根時，就會出現(xiàn)一些問題。例如，由于柱內(nèi)型鋼的存在，框架梁主筋無法像普通的鋼筋混凝土框架梁柱節(jié)點那樣具備彎折和錨固空間，這意味著框架梁縱向主筋無法順利穿過柱內(nèi)型鋼，從而影響了整個結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和承載能力。

3 鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件加工

鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件加工涉及多個環(huán)節(jié)，具體如圖2 所示。該流程的科學(xué)性和嚴謹性在于其對細節(jié)的精確把控與對效率和成本優(yōu)化的追求。通過采用BIM 技術(shù)，可以顯著提高鋼結(jié)構(gòu)加工的效率和質(zhì)量。在現(xiàn)代建筑行業(yè)中，BIM 技術(shù)允許建筑師、工程師和施工團隊在統(tǒng)一的平臺上共享與協(xié)作，確保了信息的連續(xù)性和一致性。對于鋼結(jié)構(gòu)加工來說，BIM 技術(shù)的應(yīng)用尤為重要。利用Tekla Structures 等專業(yè)軟件進行工程建模，可以創(chuàng)建詳盡的三維模型，這個模型不僅包含鋼結(jié)構(gòu)的所有幾何信息，還包含材料屬性、連接細節(jié)和其他關(guān)鍵的制造信息。

圖2 鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件加工（來源：作者自繪）

施工人員通過BIM，可以直觀地查看整個結(jié)構(gòu)的構(gòu)造和細節(jié)，包括各個構(gòu)件之間的相互關(guān)系和連接方式。這種可視化的優(yōu)勢使得在下料過程中能夠更加精確地規(guī)劃，減少錯誤和返工的可能性。此外，BIM 技術(shù)還可以用于優(yōu)化下料路徑和順序，通過分析模型中的構(gòu)件信息和空間關(guān)系，確定最佳的切割路徑和方法，最大限度減少材料的浪費和重復(fù)操作。在實際操作中，BIM 可用來檢驗下料方案的可行性，通過模擬不同的下料策略，選擇最合適的一種。這種方法不僅可提高下料速度，降低人力成本，還可在早期階段識別出潛在的問題，如材料供應(yīng)不足、構(gòu)件尺寸誤差等，從而提前采取措施解決，避免延誤工期[4]。

由于鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件具有多樣性，需要仔細挑選與之相匹配的專業(yè)加工設(shè)備。在下料環(huán)節(jié)主要采用數(shù)控火焰切割機，焊接階段則主要依賴自動或半自動埋弧焊機，鉆孔工作則依賴高效的數(shù)控三維鉆?？紤]到本工程涉及類型眾多、節(jié)點復(fù)雜的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件，因此對加工制作工藝的要求非常嚴格。在H 型鋼板的焊接過程中，必須標(biāo)記中心和定位線，并確認材質(zhì)、尺寸等多個維度資料的準(zhǔn)確性。在切割處理中采用多塊板同步下料的策略，以防止側(cè)彎問題產(chǎn)生。對于配套的定位焊接處理，將凸型板和翼緣板組合成相應(yīng)的H 型。因此，根據(jù)工程的實際情況和施工方案的分析，本文將結(jié)合Tekla Structures 軟件提供的構(gòu)件加工詳圖，對復(fù)雜節(jié)點進行加工和拼裝。

4 鋼結(jié)構(gòu)吊裝

根據(jù)建筑物東西走向的軸線長度和寬度，并結(jié)合土建施工后澆帶的位置劃分，將鋼結(jié)構(gòu)吊裝施工從立面和平面兩個方面進行劃分，鋼梁起吊整體結(jié)構(gòu)如圖3 所示[5]。

圖3 鋼梁起吊整體結(jié)構(gòu)（來源：作者自繪）

在現(xiàn)代建筑工程中，鋼結(jié)構(gòu)因其高強度、良好的塑性和韌性、施工速度快等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于各類建筑的施工過程中。為確保結(jié)構(gòu)的可靠性與安全性，施工過程必須遵循科學(xué)嚴謹?shù)脑瓌t和方法。施工團隊需要對中段柱和框架梁進行精確定位與安裝，這包括使用精密的測量工具確保構(gòu)件的位置準(zhǔn)確無誤，以及按照設(shè)計圖紙和規(guī)范要求進行安裝。安裝完成后，緊接著進行焊接工作，這一步驟是為了將中段柱與框架梁牢固地連接在一起，形成一個穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)單元。

在底部首段鋼柱的安裝過程中，考慮到其重量和尺寸，通常會選擇80噸級的汽車吊進行吊裝作業(yè)。這種大型起重機具有足夠的起重能力，可以安全高效地完成重型構(gòu)件的吊裝任務(wù)。對于其他較輕或較小的構(gòu)件，則可以使用塔吊進行吊裝。塔吊更加靈活，可以覆蓋較大的作業(yè)范圍，適合于多點同時進行的吊裝作業(yè)。

在鋼結(jié)構(gòu)吊裝過程中，首先需要注意鋼柱吊點的位置，其通常位于頂部，并通過臨時連接板實現(xiàn)連接。為確保施工安全和提高施工速度，需要對鋼梁吊裝進行詳細規(guī)劃。安裝工在吊裝前，需要按照圖紙找出吊裝點的編號，并標(biāo)記出來。在吊裝過程中，鋼絲繩的綁扎位置應(yīng)在鋼柱長度的1/3處，同時確保實際角度參數(shù)不超過45°，以防發(fā)生意外。在實際安裝前，需要對配套的埋件進行復(fù)測和放線處理，并按照圖紙調(diào)控底標(biāo)高和螺帽。隨后進行爬梯的捆綁，以方便操作。完成鋼柱的吊升后，連接底板到地腳螺栓，調(diào)整中心線對齊，穿上壓板，最后緊固螺栓。

在處理上部和首段鋼柱時，固定模式會有所差異，吊點位于上部，可以通過添加耳板滿足工程需求。在吊裝前，需要清除頂?shù)椎脑?，同時管控偏差和扭曲值。在吊裝上節(jié)時，進行反向偏移，以盡量規(guī)避誤差的積累。為保持中心線的良好契合，可以通過耳板進行固定，然后連入螺栓，再配合夾板和纜風(fēng)繩，以達到穩(wěn)固的效果。完成鋼柱的吊裝后，可以進行初步的校準(zhǔn)，為后續(xù)的安裝工作奠定基礎(chǔ)。需要注意，實際的架構(gòu)是多層鋼框架，其中鋼梁規(guī)模較大。連接模式主要依靠螺栓確認，使用高強螺栓、初擰和焊接等方法完成連接處理。這些步驟的細致執(zhí)行有助于確保整個鋼結(jié)構(gòu)安全、穩(wěn)固和高效地安裝。

5 結(jié)語

在住宅項目的鋼結(jié)構(gòu)施工中，關(guān)鍵技術(shù)的研究至關(guān)重要。設(shè)計階段采用BIM 等技術(shù)可提高施工效率，同時全過程質(zhì)量監(jiān)控可確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。另外，引入自動化焊接、模塊化建造等先進技術(shù)可提高施工效率，科學(xué)安全管理體系可以確保工程安全，信息技術(shù)的應(yīng)用有助于實時監(jiān)測和解決問題。為項目的完成提供保障。