高層鋼結(jié)構(gòu)住宅技術(shù)應(yīng)用

劉欣　溫軍強(qiáng)

1、引言

鋼結(jié)構(gòu)在我國(guó)有多年的歷史，但是鋼結(jié)構(gòu)高層在我國(guó)的應(yīng)用并不是很多，通過(guò)北京鑫源高層商住樓鋼結(jié)構(gòu)體系的應(yīng)用研究，更好地提高鋼結(jié)構(gòu)體系在住宅產(chǎn)業(yè)當(dāng)中的應(yīng)用技術(shù)，推動(dòng)國(guó)內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)在房地產(chǎn)業(yè)中的采用，為鋼結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

2、工程概況

北京華鑫商住樓位于北京市內(nèi)石景山區(qū)，建筑面積為13萬(wàn)平方米，地下二層，地上33層。承重框架為箱形截面柱及H型梁，柱采用馬鋼生產(chǎn)的Q345B型鋼車(chē)間加工制作。內(nèi)、外墻板采用南京產(chǎn)ALC（蒸壓輕質(zhì)加氣混凝土板），外墻直接在ALC板刷涂料。公建部分外窗采用無(wú)框窗；住宅外窗采用60系列PVC塑鋼窗，中空玻璃。樓面為現(xiàn)澆混凝土現(xiàn)場(chǎng)澆筑，屋面采用PVC卷材防水聚乙脂發(fā)泡保溫屋面。住宅內(nèi)水電均走暗線，與梁交叉處走梁腹板預(yù)留孔。水、電分戶計(jì)量，寬帶入戶。采暖用地暖。室內(nèi)精裝修，空間大，效果好，充分體現(xiàn)了鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)。

3、主要施工方法

3.1 鋼結(jié)構(gòu)加工制作箱型柱采用鋼板，在鋼構(gòu)件加工車(chē)間加工、鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的除銹、焊接完成。

3.1.1 箱型柱制作工藝

1） 鋼板拼接

由于每段柱高在12米以下，為保證下料后鋼板的直線度，首先將兩塊鋼板拼接。 鋼板兩端開(kāi)坡口。

2） 劃線下料

按排料圖劃線，劃線寬度方向留余量3mm，長(zhǎng)度方向留余量50mm。中間隔板劃線不留余量。長(zhǎng)度方向沿劃線每隔5m鉆Φ8mm孔。用兩臺(tái)半自動(dòng)切割機(jī)（或雙頭）沿劃線中心同時(shí)切割，每隔5米留100mm不切割，待冷卻后再切割。

3） 組裝焊接

用H型鋼作臨時(shí)組裝平臺(tái)，組裝前用水準(zhǔn)儀將平臺(tái)找平并將H型墊實(shí)固定。在兩腹板上劃組裝線，組裝焊接襯板。

定位焊。在襯板內(nèi)側(cè)每隔300mm焊10-20mm焊縫。將一腹板與隔板組對(duì)，定位焊。組對(duì)兩蓋板。定位焊。組裝腹板，定位焊。用三根同尺寸的箱體并排，并兩點(diǎn)焊。用兩邊箱體作自動(dòng)焊機(jī)軌道用。

焊接：用兩臺(tái)埋弧自動(dòng)焊沿同一方向焊接兩條焊縫。焊縫兩端加100mm引弧板和熄弧焊。

焊完一層后將箱體翻身，焊接另一面兩條焊縫。焊接方法同上。待焊接完畢后再翻身施焊另一面兩條焊縫。焊接完畢，即將引熄弧板在離母材5mm處切斷，并用砂輪機(jī)修磨平整，切不可用錘擊落；并修磨后的切割面進(jìn)行檢查。

焊縫無(wú)損檢測(cè)，使用超聲波探傷。探傷長(zhǎng)度為每條焊縫的20%，按JB11345的規(guī)定不低于Ⅱ級(jí)。

3.1.2 梁及連接板加工及組焊

1）下料

型鋼采用型鋼切割機(jī)下料，鋼板采用半自動(dòng)切割機(jī)下料，下料后應(yīng)進(jìn)行清渣修磨，編號(hào)歸類放置；

2）鉆孔

先在構(gòu)件上用劃針和鋼尺劃出孔的中心和直徑，在孔的四周（90°位置）打四只沖孔，鉆孔后檢查；

3）高強(qiáng)度螺栓摩擦面處理

噴砂處理高強(qiáng)度螺栓摩擦面的表面粗糙度：噴砂壓力約6Kg/cm2，石英砂的粒度1.5∽4mm，加工后的鋼材表面呈現(xiàn)灰白色；

用電動(dòng)砂輪機(jī)打磨鋼板的表面，砂輪打磨的方向與受力方向垂直，打磨范圍不應(yīng)小于4倍螺栓直徑，打磨時(shí)不應(yīng)在鋼材表面磨出明顯的凹坑。

3.2鋼結(jié)構(gòu)安裝

3.2.1 箱型柱安裝：箱型柱在實(shí)際施工過(guò)程中按照材料采購(gòu)、加工、運(yùn)輸、吊裝、連接（加固）工藝完成。所有鋼結(jié)構(gòu)制品，在刷防銹油漆前，必須將構(gòu)件表面的毛刺、鐵銹、油污及附著物清除干凈。手工除銹達(dá)到St2，機(jī)械除銹達(dá)到Sa2。本工程四層以下裙樓立柱為48根，主樓立柱為37根。立柱單根最短4.5米，最長(zhǎng)12.5米。截面形狀為箱形。單根立柱最大設(shè)計(jì)重量為3.5噸，最小設(shè)計(jì)重量為1.88噸。剪力墻框架立柱為150*150H型鋼。吊裝順序采用由中心向四周擴(kuò)展的原則，以保證安裝過(guò)程中框架的對(duì)稱性和穩(wěn)定性。立柱安裝吊裝采用QTZ-80型塔式起重機(jī)，利用柱頂臨時(shí)設(shè)計(jì)連接耳板為吊裝吊點(diǎn)進(jìn)行吊裝。立柱連接采用臨時(shí)連接板和臨時(shí)螺栓進(jìn)行連接，形成穩(wěn)定的單元框架后調(diào)整焊接及UT檢測(cè)。

3.2.2 鋼梁安裝鋼梁的安裝分主梁、次梁和外挑梁的安裝；主梁材質(zhì)為Q345B軋制H型鋼。主梁在立柱形成單元后采用捆綁串吊施工，根據(jù)該工程的設(shè)計(jì)特點(diǎn)吊裝數(shù)量2～4根；次梁和剪力墻框架梁由于空間和接點(diǎn)的實(shí)際情況，一般采用單根吊裝。

3.2.3 高強(qiáng)螺栓安裝高強(qiáng)螺栓是目前建筑鋼結(jié)構(gòu)最先進(jìn)的連接方法之一。它的特點(diǎn)是施工方便，可拆可換，傳力均勻。根據(jù)本工程的設(shè)計(jì)方案高強(qiáng)螺栓采用摩擦型連接。緊固辦法采用專用棘輪扳手和扭矩扳手經(jīng)初擰和終擰完成。

3.2.4 栓釘焊接栓釘焊接是高層鋼結(jié)構(gòu)施工中不可缺少的一個(gè)環(huán)節(jié)，常見(jiàn)的栓釘焊接分為直接焊接在鋼梁上和穿過(guò)壓型鋼板后焊接在鋼梁上兩種方式。本工程采用直接焊接在鋼梁上。

3.3 混凝土施工

本工程中混凝土部分主要是核心筒筒壁和現(xiàn)澆混凝土樓面兩個(gè)部分。混凝土的運(yùn)輸。混凝土豎向運(yùn)輸主要通過(guò)砼泵泵送。樓面模板支撐方案，根據(jù)本工程的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，利用H型梁下翼緣支撐小規(guī)格H型鋼，在H型鋼上鋪設(shè)竹膠板、鋼筋。箱型柱內(nèi)澆混凝土采用頂升法，利用混凝土泵的壓力將混凝土由下向上壓入箱型柱。在混凝土頂升前，會(huì)同設(shè)計(jì)方對(duì)頂升入口處的管壁進(jìn)行詳細(xì)、嚴(yán)格的強(qiáng)度驗(yàn)算，確保頂升壓力在要求的強(qiáng)度范圍內(nèi)，同時(shí)在柱下部側(cè)壁安裝特種壓力表，隨時(shí)觀測(cè)柱內(nèi)混凝土的壓強(qiáng)變化。另外，對(duì)頂升用混凝土的配合比要嚴(yán)格要求，保證混凝土的坍落度不小于200MM。

3.4 外墻板安裝

外墻板采用南京旭建產(chǎn)175MM厚度ALC板。該板材全部采用工廠化加工，運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)吊裝，吊裝設(shè)備為塔吊。外墻墻板共計(jì)約9780塊，其中TU平板4600多塊，TU藝術(shù)板5180塊。按照廠家提供圖集施工，由墻板內(nèi)側(cè)膨脹螺栓固定在樓面的通長(zhǎng)角鋼和ALC板上的專用聯(lián)結(jié)桿連接，縫隙用嵌縫砂漿和密封膠密封。于床連接處在窗四周另加角鋼。

3.5 內(nèi)墻板安裝

內(nèi)墻板均采用南京產(chǎn)C型125厚度ALC板。工廠化生產(chǎn)，現(xiàn)場(chǎng)安裝。施工工藝簡(jiǎn)單，不受天氣等情況的制約。內(nèi)墻的安裝基本與外墻類似。衛(wèi)生間、廚房等部位的墻板采用特殊PVC密封膠。

4、主要的技術(shù)成果

1）箱型砼柱

箱型柱-砼柱是在箱型柱內(nèi)灌注高強(qiáng)度（C50）等級(jí)砼，在箱型柱中間內(nèi)部加隔板支撐，形成兩種材料相輔相成共同工作的機(jī)理，解決了在荷載作用下，強(qiáng)度尚未達(dá)到極限時(shí)率先發(fā)生變形過(guò)大的問(wèn)題。它具有承載力高、抗震性能好、施工簡(jiǎn)捷的特點(diǎn)，一般每四層（每節(jié)長(zhǎng)12米左右）為一個(gè)制作安裝單元，整根鋼管柱一次吊裝就位，為主體結(jié)構(gòu)安裝創(chuàng)造了流水作業(yè)的條件。箱型柱-砼外包防火板后，鋼管混凝土柱耐火極限大于三小時(shí)，滿足高層建筑的防火要求。

2）H型梁

H型鋼梁均采用軋制H型鋼，其變形能力強(qiáng)，抗震性能好，承載力高。H型鋼梁外刷防腐漆、外包防火板，解決了鋼結(jié)構(gòu)的防腐、防火問(wèn)題。施工時(shí)鋼梁有較大的承載力，可大大節(jié)省模板工作量。所用梁均在工廠加工，后運(yùn)輸?shù)娇h現(xiàn)場(chǎng)吊裝，大大減少了現(xiàn)場(chǎng)的工作量，縮短了工程工期。

3）抗側(cè)力支撐砼筒結(jié)構(gòu)

電梯、樓梯位置形成鋼筋混凝土核心筒，作為剪力墻抗側(cè)力支撐，提高了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，對(duì)于優(yōu)化抗側(cè)剛度，改善抗震性能起到了積極的作用。

4）現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓蓋

利用鋼框架梁下翼緣作為支模板材撐，上鋪竹膠板，再按設(shè)計(jì)鋪設(shè)鋼筋，澆筑C30混凝土。節(jié)省模板材，縮短施工工期。

5）節(jié)能型復(fù)合外墻板

墻板尤其是外墻板從某種意義上講，它比結(jié)構(gòu)體系更為重要。因?yàn)樽≌ㄖ闹饕δ苁强客鈮Π鍖?shí)現(xiàn)的。工程采用的復(fù)合外墻板是列為“國(guó)家住宅建設(shè)推薦產(chǎn)品”的南京旭建蒸壓輕質(zhì)加氣混凝土（ALC）板，該墻板由加氣混凝土與鋼筋龍骨組合而成。墻板工廠化預(yù)制生產(chǎn)，現(xiàn)場(chǎng)安裝，基本取消了濕作業(yè)。加工尺寸精確，施工快速，簡(jiǎn)單，大大縮短了施工周期；由于質(zhì)輕并有相當(dāng)?shù)膹?qiáng)度，可簡(jiǎn)化工程基礎(chǔ)；優(yōu)良的保溫性能可減少墻身厚度，增大建筑的使用面積。同時(shí)在地震中大大降低建筑的破壞程度，減少災(zāi)害造成的損失。墻板板縫的抗?jié)B、墻板的防火也都滿足國(guó)家相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

ALC板的主要性能：

1、輕質(zhì)：比重為0.5，為混凝土的1/5，空心磚的1/3。減輕建筑的自重，減少了經(jīng)濟(jì)投入，提高了施工質(zhì)量。2、隔熱性：導(dǎo)熱系數(shù)為：0.11W/m·k。3、耐火性：耐火極限達(dá)到4小時(shí)。4、隔音性：有隔音與吸音雙重性能。5、承載能力和抗震性能優(yōu)越。6、綠色環(huán)保，無(wú)放射性。

6）高層住宅鋼結(jié)構(gòu)體系節(jié)能采暖方式的研究；

節(jié)能住宅在大的方面上能夠節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境；在小的方面上可以為業(yè)主節(jié)省生活成本。據(jù)有關(guān)調(diào)查表明：隨著人們對(duì)節(jié)能住宅的認(rèn)識(shí)，有超過(guò)七成的人愿意購(gòu)買(mǎi)節(jié)能住宅。因此在本工程中，也充分考慮了節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用：

首先，在設(shè)計(jì)上充分減少建筑墻體、屋面、窗體等部位的熱傳導(dǎo)。其次在建材的采購(gòu)上，嚴(yán)格控制質(zhì)量，確保嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求使用建材。環(huán)保節(jié)能在施工工藝上也充分考慮。本工程在節(jié)能環(huán)保及采暖方面改變了建筑外圍保溫隔熱單一節(jié)能的技術(shù)觀念，結(jié)合了太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)及利用新型電能采暖技術(shù)，同時(shí)在施工時(shí)采用減少濕作業(yè)量的施工工藝，保護(hù)環(huán)境在開(kāi)發(fā)新能源和節(jié)約使用能源上具有超前意識(shí)，為環(huán)保節(jié)能在住宅產(chǎn)業(yè)的采用起到了推動(dòng)作用。