浅谈钢结构装配式住宅特点和质量控制

浅谈钢结构装配式住宅特点和质量控制

王起涛

宁波市诚信工程建设监理有限公司  浙江省宁波市 0315000

摘要：自从改革开放以来，我国城镇化建设也逐渐步入新的阶段，传统的建筑生产方式已经很难满足当今人们对于住宅的需求，新型的建筑工业化项目也随之出现。在新型装配式建筑中，装配式钢结构建筑体系由于其施工速度快、周期短以及质量安全性高等各种优势，被许多建筑行业应用在民用住宅建设上。而在具体的钢结构装配式住宅建筑过程中，对建筑质量进行严格控制是钢结构装配不可忽视的一个环节，也是衡量一座建筑施工质量的重要标准之一。本文以钢结构装配式住宅为切入点，详细介绍了这种住宅的建筑特点以及在施工过程中必须要注意的质量问题，从而使此种性能十分良好的住宅结构能够得到大范围使用。

关键词：钢结构；装配式住宅特点；质量控制

前言：随着我国经济形式逐渐稳中向好，人们对于居住的环境也有了更高的要求标准，生活水平的不断提高也使得人们的居住理念发生了改变，人们已经不再满足于最为简单的居住条件，为了满足人们的需求，许多建筑行业都开始开辟新的建筑方式，受新型建筑理念的影响，建筑风格与建筑结构也在发展过程中逐渐朝着多元化的方向发展。新型建筑工业化实现建筑产业“机器换人”、实现“四节一环保“节能、节地、节水、节材”和环境保护、实现建筑产业转型升级，正是在可持续发展理念的指导下，建筑行业的新技术，新工艺也层出不穷，其中钢结构装配式住宅由于科学合理的结构以及使用性能从此登上了建筑行业的舞台，可以说钢结构住宅的出现以及应用对于整个建筑行业的发展都具有重要意义。

一．钢结构住宅的基本特点

（一）钢结构住宅适用性强

运用传统材料所建筑的房屋往往在空间布置上受到房屋尺寸与建筑元件大小的制约，这三者的关系往往是牵一发而动全身。如果房屋的开间尺寸过大，那势必会导致建筑结构尺寸的增大，承重板的厚度以及梁柱的截面程度等都会在不同程度上得到增加。除此之外，过大的建筑元件与各种建筑设施也增加了整个建造过程的成本，最终的建筑效果可能也会受到影响而变得不那么美观，人们对于建筑物内部的空间使用也会受到影响。钢结构住宅与传统的钢筋混凝土相比在面临相同的尺寸时，钢结构的构件往往能够承受更大的结构荷载与重量，这也是许多建筑商选择钢结构来作为主要建筑原料的原因。同样当承担同种重量时钢结构使用的原料一般要比其他材料的使用量更小。从另一角度来说，随着建筑结构界面尺寸的降低，房屋室内的利用面积也在随之增高。钢结构与传统的混凝土结构或是钢筋混凝土相比该种结构所能节省的室内面积也能大很多。重要的是由于钢结构本身的拓展性，一旦整个建筑结构受到破坏时，钢结构可以最大程度上承担这些压力，进而降低对整个建筑的破坏程度，对人们的生命安全也是一种保障，钢结构的建筑的安全性相比其他混凝土结构也更加有保障。像是之前我国中国台湾地区发生的地震，在地震中由钢筋混凝土以及砖混结构建造的房屋大都遭受了严重损害，但钢结构在此次地震中受到的破坏仅为0.6%。这也能看出钢结构在保障建筑物安全中发挥着重要作用。

（二）钢结构住宅综合收益高

根据《浙江省推进钢结构装配式住宅试点工作方案》中提出：“浙江省到2020年，全省累计建成钢结构装配式住宅500万平方米以上，钢结构住宅占新建装配式住宅面积的比例力争达到12%以上，浙江省到2022年，全省累计建成钢结构装配式住宅800万平方米以上。宁波市对采用新型建筑工业化方式建造的建设项目，给与地上计容建筑面积3%的奖励。项目优先参与各类工程建设领域的评奖评优以及申报国家绿色建筑和康居示范工程。

目前钢结构在我国并未得到的大规模的应用，其研究程度也有待提高，其次我国现阶段的经济发展情况也难以适应大规模的钢结构生产。钢结构相比于其他材料结构有着许多突出的优点，在土建造价中钢结构的造价是会较高，但是在住宅层面上钢结构造价较高的性价比，就房屋内面积而言钢结构的住宅也比较占优势，此外钢结构住宅的整个投资资金要比其他结构的住宅要少的多，资金的流转在钢结构住宅建设项目中也更加灵活。此外钢结构住宅的建设不会占用太多的水土资源，这在一定程度上也坚持了可持续发展的战略，在建造过程中产生的粉尘或是噪声污染也比较少，从环境保护的角度来看钢结构住宅拥有者其他建筑结构所无法拥有的特点相信在未来建筑工业化的进程中，钢结构的优势将会在建筑行业甚至整个社会的运行中发挥出作用。

（三）钢结构住宅工业化机械化信息化水平高

目前，根据相关文件要求，钢结构相关产业需集中力量攻克防火防腐、隔声防水、节点连接等技术核心，形成具有浙江特色的钢结构装配式住宅技术体系。不断推动技术创新，重点推进建筑信息模型（BIM）、自动加工焊接装配等技术在钢结构装配式住宅中的应用。打造产业集群，大力开展“机器换人”，加强生产能力建设，优化产业布局，积极推进钢结构产业化基地建设，引导配套部品生产企业开发适宜钢结构装配式住宅标准化、系列化和通用化的技术和产品，推进结构保温装修一体化、全装修何整体厨卫一体化等成套技术应用。

在整个现代建筑工程中，为了确保建筑过程中的各项数据都能精准无误，计算机计算往往会贯穿整个建筑工程，随着更先进计算机软件的出现，钢结构住宅设计的周期也能进一步变短，建筑过程中的各种结构也能实现标准化生产，计算机的高精度也使得工业生产的质量与精度得到了保证。此外在建筑工程的装配过程中往往采用机械化的作业形式，这种方式也在很大程度上缩短了整个施工周期。积极开展钢结构装配式住宅人才知识更新、专业技术人员继续教育、一线工人技能竞赛等工作，不断提高钢结构装配式住宅项目安装、加工等环节产业工人的技能技术水平。

二．钢结构质量控制的要点

（一）钢结构深化设计控制要点

钢结构制作前，应由具备甲级资质和钢结构住宅设计经验的设计单位进行施工详图二次深化设计，并经原设计单位确认后及审核后方可制作施工。由专业的技术资质来进行深化设计，其重要性可想而知，对于钢结构的设计将直接对后续钢结构的施工产生影响。对于那些新型的高层钢结构住宅工程的防火防腐、隔声防水、节点连接等技术核心，更应当在深化设计中对制作加工的深度与精度做出一系列具体的明确。在进行高层钢结构住宅工程设计时，不能仅考虑钢结构的深化，还应对钢结构与钢筋混凝土的衔接做出要求，这无疑提高了深化设计的难度，但这也是对高层钢结构住宅工程的一种保障。这需要设计人员与钢结构加工厂人员进行密切的沟通与交流，排除潜在的安全隐患。要想保证整个钢结构工程的焊接质量，固定铁件应该在钢结构进行深化时就已经做出考虑，在钢构件进行加工时工厂就应完善相关的准备工作。为了使整个焊接工程更加科学，有条件的建筑工程可以使用BIM软件进行更为具体也更精细的设计。

（二）图纸会审与技术交底控制的要点

在建筑工程进行正式施工前必然离不开好的图纸设计与技术交底，此外还需要有专业人员对施工图纸进行评审与讨论，在建筑过程中使用的技术应当首先进行技术交底工作，以此来保证整个建筑工程的顺利推进。在建筑过程中施工图纸就是整个项目的灵魂，施工图纸的科学性与可行性必须要经过专业验证。在正式施工前有关人员应当有组织地对施工图纸进行分析，了解设计者在设计整个建筑时的意图，对这个建筑工程有一个比较宏观的了解，对于在建筑过程中有可能出现的技术问题应该有着大致地把控。其次这也是对施工图纸进行又一次的审核与复查，在审查过程中施工图纸的问题将会进一步暴露出来，这也就提高了整个建筑过程的安全性。最后有关人员可以就图纸中的各种布局展开提问，对于有些布局设计，设计人员可以与审核人员共同讨论，以此敲定最终的设计图纸。

图纸会审和图纸交底工作也是施工前期筹备工作中不可缺少的重要环节。是让那些直接参与施工的基层建设人员明白施工过程中必须要注意的问题，肩负起施工过程中安全质量的责任，在施工过程中应当严格按照图纸推进工程，实现钢结构与其他建筑材料的完美结合。此外技术人员应当及时了解新的生产工艺与建筑工艺，从而提升整个建筑工程的质量水平，妥善安排钢结构主体的先后吊装次序，在建筑工程正式开始前确保施工人员的技术水平。在建筑过程中建筑工程的质量必须是在第一位的，施工前期所进行的所有筹备都是为了保证最终的建筑质量。如下图中是装配式预制构件平面图，预制外墙、叠合板、预制楼梯、预制飘窗安装中等许多技术要求，这些都需要技术人员在实际的施工和交底工作中进一步明确。

预制构件投影面积平面图

（三）、钢结构加工制作控制的要点

钢结构工程的主要施工过程往往是由钢结构加工以及安装这两个步骤所组成的。在整个加工过程中构件的好坏将会直接影响最终建筑的实际质量。加工单位根据设计图纸、施工详图编制制作工艺书并应符合相关标准。钢结构应严格按照《钢结构工程施工质量验收标准》GB50205-2020规定进行制作。构件工厂加工制作应采用机械化与自动化等工业化方式，并应采用信息化管理。各种构件必须放样加以校核，尺寸无误后方可下料加工，钢材加工前应进行校正。

放样和下料应根据工艺要求预留制作和安装时的焊缝收缩，切割及铣端等需要的加工余量。高强度螺栓孔应采用钻机成孔，孔径及孔距允许偏差应满足规范的要求。

构件高强螺栓摩擦面采用喷砂或抛丸处理，抗滑移系数需达到设计要求，施工前应做抗滑移系数试验，并提交试验报告。经处理的摩擦面应采取防油污和损伤的保护措施。

主梁跨度大于 6m时，需按L/1000预起拱；次梁跨度大干6m时，需按L/800预起拱制作，钢梁起拱度允许偏差应符合规范要求，且只允许为正误差。H型钢框梁、钢框柱因板长不够而需对接拼接时，翼缘与腹板的对接焊缝间的相对位置应错开200㎜以上。

对接焊缝应在焊缝的两端设置引弧和引出板，其材质和坡口型式应与构件相同。引弧和引出板的焊缝长度气体保护焊应大于35，埋弧焊应大于80，焊完后应采用气割切除引弧和引出板，并修复平整，不得用锤击落以保证焊接质量。

钢结构现场施焊时，应根据结构的特点选择合理的焊接顺序、方法和措施，以减少焊接应力和焊接变形，保证焊接质量。当焊接施工环境气温低于0℃时，如果要施焊应根据相关规范采取预热等工艺措施保证焊接质量。焊缝出现裂纹时，焊工不得擅自处理，应查出原因，制定修补工艺后方可处理。

（四）、钢结构施工安装控制的要点

钢结构安装严格按照批准的《钢结构安装专项施工方案》进行施工。钢结构安装前施工单位应对建筑物的定位轴线、基础轴线、标高和柱脚锚栓的位置、材质、基础强度等进行复核，并由现场监理工程师检查验收，办理交接验收手续后，方可进行安装施工。工程的楼层标高采用设计结构标高误差±10mm，全高误差±30mm控制。每节柱的定位轴线应从地面引出，不得从下层柱的轴线引出。

钢结构安装方法和顺序应根据结构特点、施工现场情况等确定．安装时应形成稳定的空间刚度单元。测量、校正时应考虑温度、日照和焊接变形等对结构变形的影响。

所有洞口、预埋件均应配合建筑、设备图纸预留预设，不得事后开孔；钢结构构件上悬挂应预先焊接，装修焊件应预先辉接连接板，不得直接在构件上焊接。严禁随意切割钻孔。

钢结构进场安装前应对构件进行全面检查、核对，如构件数量、长度、垂直度、平整度等是否符合设计要求和规范要求。结构吊装时应采取适当措施以防止产生过大的扭转变形；结构安装就位后，应及时系牢支撑及系杆，在未能系牢前，应设置临时风缆绳以保证结构的稳定性。所有上部结构的安装必须在下部结构调整就位，并固定好后进行。钢结构安装在校正、定位并形成空间刚度单元后，应及时对柱底板和基础顶面的空隙采用无收缩的细石混凝土进行二次浇灌。

高强度螺栓采用10.9级，安装时螺栓应自由穿入孔内，不得强制敲打，并不得气割扩孔。钢结构的墙、梁、柱等主要构件安装就位后，应立即校正、固定，当天安装的钢构件应形成稳定的空间体系。钢结构吊装作业必须在起重设备的额定起重范围内进行。用于吊装的吊具应经检验合格，并应在其额定许用荷载范围内使用。

钢结构全部焊缝应进行外观检查。要求全熔透焊缝一级，二级焊缝应进行内部缺陷无损检测，一级焊缝探伤比例应为100%，二级焊缝探伤比例应不低于20%焊接质量抽样检验结果判定应符合《钢结构通用规范GB55006-2021》7.2.4条规定。

（五）、钢结构防腐控制要点

钢结构防腐对工程的使用寿命至关重要，钢材相比于其他材料来说自然是有许多其他材料难以比及的优点，但是钢材往往容易受到空气中的各种因素的干扰，钢材往往会出现腐蚀的情况，这种情况也使得钢材的强度质量大大降低，钢材受力截面也要减小，使用性能也会遭到破坏。此外，即便钢材只是局部受到了腐蚀，但是这也对钢材造成了无形之中的安全隐患。钢结构出场要按要求进行防腐处理，安装就位后必须要二次补漆。

钢结构制作完毕后，在规定的时间内应采用抛丸或喷砂进行除锈处理。有涂装要求时，除锈等级为Sa2.5；无涂装要求时除锈等级为Sa2级现场补漆部位，应用风动或电动工具除锈﹐除锈等级应达到St3级。有涂装要求的钢构件表面除锈后应刷涂环氧窗锌底漆70um厚，环氧云铁中间漆不小于60um厚，再进行防火封闭。室外构件需增加丙烯酸聚硅氧烷面漆，干漆膜厚度80um。无外包混凝土的钢管混凝土柱在地下室、卫生间等涉水房间一侧均按室外构件进行涂装。

钢梁上翼缘上表面与楼板混凝土直接接触时，不需涂装；有混凝土楼板但中间有镀锌底模隔开时。除锈后刷水性无机富锌底漆，干膜厚度为30 um ，上部无楼板时按上条要求涂剧。钢梁整体或局部，当采压普通混凝土包覆或填充时，与混凝土接触面不需涂装。钢粱整体或局部，当采用加气混凝土砌块或轻质混凝土包覆或填充时，与混凝土接触面需涂装。

钢构件出厂前不需要涂漆部位，（1）构件在高强度螺栓连接范围的接触表面; （2）箱型构件内部封闭区;（3）型钢混凝土中的钢构件和钢筋混凝士接触面;（4）钢构件和外包钢筋混凝土接触面; （5）地脚螺栓和底板; （6）现场焊接部位的各方向100mm范围。施工完成要求进行补漆处理。

当采用型钢组合的杆件时，型钢间的空隙宽度宜满足防护层施工、检查和维修的要求。

不同金属材料接触会加速腐蚀时，应在接触部位采用隔离措施。焊条、螺栓、垫圈、节点板等连接构件的耐腐蚀性能﹐不应低于主材材料。螺栓直径不应小于12㎜。垫圈不应采用弹簧垫圈。螺栓、螺母和垫圈应采用镀锌等方法防护。安装后再采用与主体结构相同的防腐蚀方案，避免出现难于检查、清理和涂漆的死角，以及能积留湿气和大量灰尘的死角或凹槽。闭口截面构件应沿全长和端部焊接封闭。

当柱脚在地面以下的部分应采用强度等级较低的混凝土包裹，保护层厚度不应小于50㎜ ，包裹的混凝土高出室外地面不应小于150㎜ ，室内地面不应小于50㎜ ，并宜采取措施防止水分渗入。

设计使用年限大于或等于25年的建筑物，对不易维修的结构应加强防护。钢结构防腐涂装应定期进行检查、观测与维修，并制定保证合理使用年限的定期维修保养方案。

（六）、钢结构防火控制的要点

钢材的耐火性与其他建筑材料相比也是比较低，一般的建筑火灾在发生后整个建筑的温度将会飞速上升，而这种温度一般都会超出钢材的临界温度，钢材的承受能力在此时就已经剧烈下降，这种情况下建筑物往往会倒塌。因此在运用钢结构建筑时必须要考虑到建筑的耐火时间，钢结构防火规范规定钢管混凝土柱和空心柱耐火时间2.5小时，钢梁耐火时间1.5小时，因此为钢结构做好防火处理至关重要。

防火涂料与防腐涂料应相容、匹配，后者不能影响防火涂料的防火性能。钢结构采用防腐蚀涂料涂层保护时，应采用复合涂层，设底涂层和中涂层，并应配套使用。在防腐蚀涂层上涂刷防火涂料时，防腐蚀涂层的底涂层和中涂层应与防火涂料相容。

防火涂料基层不应有油污、灰尘和呢沙锋污物，防火涂料应具有良好的变形能力和粘结性，发生1/20倍构件长度的挠曲变形时，应无龟裂、空鼓和脱落。防火涂料涂装时的环境温度、相对湿度、涂装遍数和每遍的厚度应符合涂料产品说明书的要求。涂装时，构件表面不应有结露，涂装后4.0小时内应保护免受雨淋、水冲等，并应防止机械撞击。

采用非膨胀型防火涂料保护，有下列情况时，应在涂层内设置与钢构件连接的热镀锌铁丝网或瑰纤网格布:（1）构件承受冲击、振动、电梯动荷载；（2）防火涂料的粘结强度不大于0.05Mpa ;（3）构件的腹板高度或截面宽度大于500mm且涂层厚度（包含装饰面层)不小于30mm ; （4）构件的腹板高度或截面宽度大于500mm且涂层长期暴露在室外。

防火涂料的理化性能及检测规则应符合《钢结构防火涂料》GB14907-2018的要求;非膨胀型防火涂料的等效热传导系数不应大于0.100W/(m·C)，粘结强度不低于0.1MPa，抗压强度不低于1.5MPa，干密度<650kg >，固化时间不大于2小时，凝固时间不大于15分钟。室外或露天部分的钢构件应选用室外型防火涂料。

选用防火性能优异的品牌产品，获得国家防火认证机构的BS、UL.AS等防火认可证书，也要经国家消肪主管部门《钢结构防火涂料》GB14907-2018标准测试检测认可，获得消肪产品的3C强制性认证证书和型检报告，以及委托试验报告。防火涂料不应含有石樟和甲醛等有害物质，不能含有苯类溶剂，应选则石膏基质防火涂料。防火涂料采用啧涂施工，一次喷涂成型。防腐防火涂层施工完毕后，应对涂层厚度和附着力等数据进行测试。

下图是两种钢结构梁的防火做法。

表一  外立面钢管混凝土柱外表面防火涂料做法     表二  外墙处钢梁防火做法

（七）钢结构与混凝土结构浇筑控制的要点

一般情况下在建筑物中应用的钢结构是主体结构一个子分部，也就是说钢结构并不是这个建筑唯一的组成部分，它还需要与混凝土浇筑成一个结构整体，共同完成受力传递，共同工作，主要有钢管-混凝土和型钢-混凝土。

钢-混凝土组合结构的混凝土性能应根据设计要求和所选择的浇筑方法进行试配确定，并应满足下列要求：混凝土用粗骨料最大粒径不宜大于型钢外侧混凝土厚度的1/3且不宜大于25mm。对不易保证混凝土浇筑质量的节点和部位，应采用自密实混凝土。泵送混凝土坍落度宜控制在160∼200mm，其扩展度大于或等于500mm，水胶比宜控制在0.4∼0.45，且避免混凝土拌合物泌水、离析。

对钢管混凝土柱的钢管制作质量进行检查，并符合下列规定：每节圆管不宜超过一条纵向焊缝；焊接成型的矩形钢管纵向焊缝应设在角部，且数量不宜超过4条；预留的浇灌孔、排气孔及观察孔等位置应满足混凝土浇筑要求。

由钢管混凝土柱-钢筋混凝土框架梁构成的多层或高层框架结构，竖向安装柱段不宜超过3层。在钢管柱安装、校正并完成上下段柱焊接后，方可浇筑管芯混凝土和施工楼层的混凝土梁板。管内混凝土浇筑后，应对管壁上的浇灌孔进行等强封补，表面应平整并进行防腐处理。

型钢混凝土柱，结构构造应符合下列要求：柱内型钢的混凝土距离混凝土表面厚度不宜小于150mm；柱内竖向钢筋的净距不宜小于50mm，且不宜大于200mm；竖向钢筋与型钢的最小净距不应小于30mm；对埋入式柱脚，其型钢外侧混凝土保护层厚度不宜小于180mm，埋入部分型钢翼缘应设置栓钉；柱脚顶面的加劲肋应设置混凝土灌浆孔和排气孔，灌浆孔孔径不宜小于150mm，排气孔孔径不宜小于20mm；对非埋入式柱脚，型钢外侧竖向钢筋锚入基础的长度不应小于受拉钢筋锚固长度，锚入部分应设置箍筋；柱内钢筋与型钢的结构处理方法有绕开法和连接法（套筒连接或连接板连接）等，

钢筋的制作、焊接质量、连接接头位置和间距、加劲肋的设置等应符合设计和验收规范要求；型钢柱的水平加劲板和短钢梁上下翼缘处应设置排气孔，孔径不宜小于10mm。

型钢混凝土梁的钢筋加工和安装，应符合下列规定：梁柱节点处钢筋的锚固长度应满足设计要求；不能满足设计要求时，应采用绕开法、穿孔法、连接件法处理；箍筋套入主梁后绑扎固定，其弯钩锚固长度不能满足设计要求时，应进行焊接；梁顶多排纵向钢筋之间可采用短钢筋支垫来控制排距；梁主筋与型钢相交时，应有不小于50％的主筋通长设置；其余主筋宜采用下列方式连接：①水平锚固长度满足0.4LaE时，弯锚在柱头内；②水平锚固长度不满足0.4LaE时，应在弯起端头处双面焊接不少于5d长度、与主筋直径相同的短钢筋；也可采用经设计认可的其他连接方式。当箍筋在型钢梁翼缘截面尺寸和两侧主纵筋定位调整时，箍筋弯钩应满足

135°的要求，当因特殊情况应做成90°弯钩焊接10d，应满足相关规范的要求。

当前钢结构在建设过程中的应用仍有存在许多技术难题，如温度开裂、应力变形、结构防火、结构防腐、维护保养、防水渗漏仍需要积累经验攻关解决。在具体的建设过程中，对于一些建筑细部节点，工程管理团队必须要严格按图按规范精心组织施工。钢结构主体工程完工后，需要通过建设单位、设计单位、监理单位、施工单位中间结构验收，然后进行装饰装修工程施工，钢结构主体结构需要与墙体、屋面、门窗、地面、装修、安装工程等紧密地配合，才能完成一个完整合格的工程。

三结语：

钢结构由于其施工速度快、整体效果好、环境污染小、机械化程度高的优点正在被越来越多的建筑行业所重视。钢结构材料在建筑工程中的应用势必会成为今后住宅建筑行业总体的发展方向。在具体的施工过程中，技术人员必须做好对各工序的质量控制，确保钢结构的各项性能能够在实际的施工活动中得到充分发挥。施工人员在施工过程中应当做好施工的前期准备、钢结构的深化设计，钢结构在加工、运输过程中的质量控制等方面，只有这样才能切实满足人们在精品住宅方面的实际需求。可以优化钢结构装配式住宅全产业链的集成技术，实现住宅全装修、带动建筑钢材、智能化装备等上中下游产业联动发展。

通过新型建筑工业化实现构件预制生产和装配式施工的生产模式，以设计标准化、构件部品化、施工机械化为特征，能够整合设计、生产、施工、全过程咨询的整个产业链，实现建筑产品节能、环保、全生命周期的可持续发展的新型建筑生产方式。