首页 > 论文范文 > 工程工业论文 > 建筑工程论文 > 建筑材料论文 > 新材料在钢结构装配式高层建筑中的应用策略

新材料在钢结构装配式高层建筑中的应用策略

2025-04-09 56 上传者：管理员

摘要：在现代钢结构装配式高层建筑工程中，很多新材料都已得到广泛应用。为确保新材料在此类建筑中的应用效果，本文结合钢结构装配式高层建筑实际施工特点及其施工现状等，对新材料在其中的应用策略展开分析。包括借助BIM技术辅助完成新材料结构设计，借助先进生产技术进行新材料预制件制造，借助先进装配工艺完成新材料结构现场拼装等。希望通过本文分析，可以为新材料在此类建筑中的应用提供参考，以提升其建设施工质量。

关键词：
新材料
装配式高层建筑
设计加工
钢结构
预制件制造
加入收藏

现代建筑工程不断发展过程中,钢结构装配式高层建筑已得到广泛普及｡凭借施工流程简单､施工周期短､节能环保等优势,装配式高层建筑在近年来得到了更加广泛的应用和发展｡在此类建筑发展中,越来越多具有优越性能的新材料开始投入应用,而其应用策略也成为建筑工程行业以及相关研究者们重点关注的内容｡基于此,钢结构研究者首先应对装配式高层建筑中的新材料基本类型及其应用优势做到充分了解,再结合实际情况,以合理的策略应用新材料｡如此方可充分发挥其应用优势,满足装配式高层建筑预制钢结构对于新材料的实际应用需求｡

1、钢结构装配式高层建筑中的新材料介绍

1.1主要类型

就目前的钢结构装配式高层建筑来看,其中常用的新材料主要包括以下几种｡

(1)结构钢(包括H型钢､I型钢以及角钢等)新材料,主要包括Q355B以及Q345B型钢材料等｡此类新型钢材料的基本特点是质量轻､强度大,将其应用到结构钢中,可进一步提升其支撑力,使其具备更好的稳定性｡

(2)预应力钢筋混凝土,这种材料是预应力钢筋和混凝土的结合体,通过预应力的合理应用,使得此类新材料的刚度及其强度更大,实际应用中的结构承载力､稳定性及其耐久性都将更好｡

(3)轻型材料,包括纤维水泥和金属雕花板等,其主要特点是质量轻､施工速度快､抗震能力强､绿色环保等,是现代装配式高层绿色建筑中的重要材料｡

(4)免拆底模钢筋桁架楼承板,这种新型材料主要由钢桁架和混凝土底模共同组成,其特点是承载力强､整体性好､防火绝缘效果好,在住宅､学校以及酒店等大型钢结构装配式高层建筑工程中均适用[1]｡

(5)高性能木塑复合材料,这种新材料中结合了木材与塑料的各种主要优点,其基本特点是强度高､耐腐蚀,在装配式高层建筑结构及其装饰中均适用｡

(6)冷弯薄壁轻钢龙骨,这种新型材料是由镀锌钢带或热镀锌冷加工而成的轻钢龙骨,其基本特点是工程化程度高､质量轻､安装便利等,因此在现代装配式高层建筑工程中非常适用｡图1为高性能木塑复合板材实拍图｡

图1高性能木塑复合板材实拍图

1.2应用优势

现代钢结构装配式高层建筑工程建设施工中,新材料的应用优势主要表现在以下几方面｡

(1)新材料的合理应用,可使装配式建筑中的各类部件实现工厂化制造,从而进一步提升其施工速度｡同时,因新材料的质量具有可控性,所以在实际施工中也可有效防止质量问题产生｡

(2)因大多数新材料都具备强度高､耐久性强等特点,所以在实际施工中,可通过各类新材料的合理应用,进一步提升装配式高层建筑工程的承载力及其抗震性｡而在现代精密装配式制造技术支持下,各种由新材料加工制造而成的装配式组件都将具有良好的一致性与稳定性,从而进一步提升装配式高层建筑的整体施工质量｡

(3)大多新材料本身都具备良好的环保性能,所以在装配式高层建筑工程建设施工中,通过此类新材料的合理应用,可进一步降低环境污染,实现良好的绿色施工效果｡凭借这些优势,各种新材料在现代装配式高层建筑工程中已得到了越来越广泛的应用,而其应用策略也成为建筑工程行业与相关研究者最重视的一项研究内容｡

2、钢结构装配式高层建筑中的新材料主要应用策略

2.1借助BIM技术辅助完成新材料结构设计

钢结构装配式高层建筑工程中,预制件设计是一项关键内容｡尤其是基于新材料的预制件设计,更是需要得到设计人员的重点关注｡随着近年来钢结构装配式建筑工程的不断发展,其施工质量和效率要求也越来越高｡为满足这些要求,在基于新材料的装配式预制件设计中,设计者可引进当前先进的BIM技术,在其支持与辅助下创新设计方法,提升设计效果｡

具体设计时,设计者可通过以下几个策略来应用BIM技术｡

(1)将钢结构装配式高层建筑实际建设与应用要求作为依据,结合新材料基本情况及其预制构件设计标准等,在BIM设计软件中导入相关参数,以实现整体钢结构装配式高层建筑与新材料预制构件的数字化三维仿真模型的全面建立,并在此基础上完成各类预制构件之间的精准对接,以保障新材料预制构件在整体装配式建筑结构中的应用效果[2]｡

(2)在整体钢结构装配式建筑工程项目BIM模型支持下,各专业设计人员均可将基于各种新材料的预制构件设计方案导入其中,在此基础上完成相应的预制件模型优化和相关数据更新等操作,使整体BIM模型中的相关参数得到及时更新,并使其他专业设计者及时获取到更新后的BIM模型,从而在实际设计中达到良好的跨专业协同效果｡

(3)借助BIM软件与建立在其中的各项BIM设计模型,设计者可对基于各种新材料的预制构件BIM模型装配情况进行仿真模拟,从而能及时发现其实际装配中面临的问题或困难等,并根据实际仿真模拟情况,对预制模型做出进一步优化,以保障其后续正式施工中的装配效果,提升整体施工效率､质量及其安全性｡

根据既有的新材料应用经验可知,在BIM技术支持下,其预制构件设计时的信息精准度超过95%,整体新材料预制构件优化度可提升20%,设计过程中的信息实时共享率可超过90%｡由此可见,BIM技术在钢结构高层装配式建筑新材料的应用中可实现非常好的辅助设计作用｡可以通过BIM技术的合理应用,为各种新材料预制件的设计及其优化等工作提供有力支持,从而最大限度确保各种新材料预制构件的设计效率､质量及其在钢结构装配式高层建筑中的应用效果｡

2.2借助先进生产技术进行新材料预制件制造

预制件制造也是钢结构装配式高层建筑工程中的一项重点和难点施工内容,其制造效果将直接对预制件装配效果及其性能等产生直接影响,从而影响钢结构装配式高层建筑的整体质量及其耐久性｡因此,在对各种新材料构件进行生产制造时,先进生产技术的应用至关重要｡

为达到这一目标,在基于新材料预制件的生产制造中,工厂可采取以下几项先进生产技术策略｡

(1)在基于新型钢材料的预制构件制造中,工厂可通过当前先进的CNC(ComputerizedNumericalControl,计算机控制机床自动化切割)技术,在该技术支持下,按设计参数对新型钢材料进行精准切割｡相较于传统形式的手工切割技术而言,该技术具有非常高的数控精度和生产效率,可实现新型钢材料预制构件切割精度的良好控制,以确保此类新材料预制件的制造品质｡

(2)在基于新材料的预制件焊接过程中,工厂可通过当前先进的焊接机器人进行焊接,以替代传统的人工焊接操作模式｡在焊接机器人支持下,各项焊接操作均可按新材料预制件的焊接设计参数精准实施,从而显著提高新材料预制件的焊接效率｡同时也可有效降低传统人工焊接过程中的人为因素影响,获取更高的焊接质量,减少材料浪费,并进一步降低新材料预制件焊接工艺中的人工成本与材料成本｡

(3)将当前先进的自动化控制技术合理引入基于新材料的预制件制造工艺中,在PLC(ProgrammableLogicController,可编程逻辑控制器)辅助支持下,对新材料预制件加工制造时的送料､钻孔､焊接以及喷涂等工艺实施自动化控制[3]｡这样既可以显著提升各项加工制造工艺精度,缩短制造时间,也可有效降低人为因素对制造质量的不利影响,降低人力成本与材料浪费所导致的资金消耗｡

上述各项先进生产技术的合理应用,不仅可进一步提升新材料预制件的生产制造效率及其质量,有效减少残次品数量,避免新材料大量浪费,同时也可以为后续的各种新材料预制件装配施工创造有利条件,使基于各种新材料制造的装配构件更加规范,以缩短其加工制造与装配施工周期,从而进一步提升新材料在钢结构装配式高层建筑中的应用效果｡表1为某钢结构装配式高层建筑新材料应用情况及其制造周期｡

表1某钢结构装配式高层建筑新材料应用情况及其制造周期

2.3借助先进装配工艺完成新材料结构现场

基于新材料的装配式预制件拼装过程中,为充分发挥新材料应用优势,先进拼装技术的合理应用也是一项关键策略｡就目前的钢结构装配式高层建筑来看,新材料预制件的主要拼装施工包括外立面组装､内部组装以及结构节点组装这几部分｡

对于外立面应用的新材料预制件,现场拼装时,施工单位应尽量采用自动化或半自动化吊装设备,配合工业焊接机器人进行拼装施工,以确保其拼装质量和速度｡对于建筑内部应用的新材料预制件,现场拼装时施工单位可通过当前先进的智能机械臂以及焊接机器人等进行自动化拼装｡对于新材料预制件结构节点,施工单位需根据新材料自身特点及其设计情况等,通过焊接机器人进行焊接,或通过高强度螺栓进行连接｡而在现场拼装全过程中,施工单位也可通过智能化监控系统,对各类新材料预制件及其与其他预制件之间的拼装操作展开实时监控,以及时发现新材料预制件拼装施工中存在的问题或风险隐患,并根据实际情况,通过智能算法模型配合大数据挖掘的方式,为其制定针对性的解决方案与应对策略[4]｡图2为某钢结构装配式高层建筑新材料结构现场拼装中的焊接机器人基本组成结构示意图｡

图2某钢结构装配式高层建筑新材料结构现场拼装中的焊接机器人基本组成结构示意图

如此便可使钢结构装配式高层建筑工程中的各类新材料预制件现场拼装施工效果得到良好保障,以充分发挥各种新材料在其中的应用优势,满足此类建筑结构的实际建设及其应用需求｡

3、结语

综上所述,在现代建筑工程行业的预制化､轻量化和绿色化发展中,很多新材料都已在钢结构装配式高层建筑工程项目中得到广泛应用,并表现出了显著的应用优势｡基于此,工程单位､研究者与相关工作人员应在明确此类建筑中主要新材料及其应用优势的基础上,结合钢结构装配式高层建筑实际建设施工需求,对基于新材料的预制件设计､制造及其拼装等策略展开深入探究和应用｡这样便可进一步确保各类新材料预制件的设计､制造和拼装效果,确保整体钢结构装配式高层建筑建设施工质量｡

参考文献:

[1]陕西斯派尔精创新材料科技有限公司.一种装配式建筑墙板加工用切割装置:CN202421026583.0[P].2024-12-20.

[2]安徽三谦装配式新材料科技有限公司.装配式砂浆复合模压匀质保温墙板:CN202311814693.3[P].2024-12-20.

[3]广州市市政工程维修处有限公司,广州市市维新材料科技有限公司.预应力叠合板及其成型方法､装配式建筑:CN202411515406.3[P].2024-11-29.

[4]榆高宣.榆林凝远新材料科技有限公司装配式建筑新材料产业园项目[J].中国高新区,2024(20):32.

文章来源:赵金鹏.新材料在钢结构装配式高层建筑中的应用策略[J].居舍,2025,(10):69-71.