鋼管束組合剪力墻結(jié)構(gòu)在裝配式建筑中的應(yīng)用研究

左文建，張文龍 （中鐵三局集團(tuán)投資有限公司，山西 太原 030001）

0 前言

鋼管束是鋼管的若干標(biāo)準(zhǔn)組件，在同一行連接起來，形成鋼管束，內(nèi)置混凝土在其中形成鋼管組合結(jié)構(gòu)要素，作為主要的承重和抗側(cè)制動元素。鋼管束組合剪力墻可以替代傳統(tǒng)鋼筋混凝土剪力墻，具有批量生產(chǎn)、批發(fā)作業(yè)，建筑改造，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化，信息管理，綠色節(jié)能和環(huán)境保護(hù)等特點。本文的目的是研究鋼管束組合剪力墻結(jié)構(gòu)在裝配工程中的應(yīng)用，為了給建筑業(yè)的發(fā)展提供一些新的思路。

1 鋼管束剪力墻結(jié)構(gòu)與裝配式建筑關(guān)系

①鋼管束剪力墻結(jié)構(gòu)與裝配式建筑安裝結(jié)構(gòu)思想上兼容，采用了用“整體”代替“部分”的建筑思想。裝配式建筑的當(dāng)前發(fā)展正在變得越來越集成。在將來，越來越集成、完整和混凝土的裝配式建筑將逐漸進(jìn)入人們的視線，并且未來的建筑風(fēng)格將更加“融合”和構(gòu)建。該過程逐漸從點到表面以及從一個表面到另一個表面發(fā)展。

②就特性而言，兩者都更加系統(tǒng)化和環(huán)境友好。施工過程已從零散變?yōu)榧?，制造和組裝過程完全從零開始，這種系統(tǒng)的開發(fā)可以節(jié)省建造成本。效率改進(jìn)、質(zhì)量改進(jìn)和其他好處將在下面詳細(xì)討論。建設(shè)項目更加環(huán)保，與生態(tài)文明建設(shè)計劃相適應(yīng)，并更多地提供政策支持，從而更容易形成良性循環(huán)。

③從性能上講，雙方都有更系統(tǒng)、更友好的環(huán)境等，從分散、一體化、生產(chǎn)過程中施工，過程的組裝越來越傾向于從零到整，這種結(jié)構(gòu)的發(fā)展具有成本效益提高、效率提高、質(zhì)量提高等優(yōu)點，本文對此已有詳細(xì)說明。正是由于建筑費(fèi)用、提高效率和質(zhì)量，使之更具環(huán)境可持續(xù)性，符合環(huán)境文化倡議，更有利于政策支持，有助于形成良性循環(huán)。

鋼管束剪力墻結(jié)構(gòu)和裝配式建筑有效地結(jié)合在一起，不僅是整體的一部分，而且是根據(jù)一般的建筑概念的不同為表達(dá)方式。

2 鋼管束剪力墻結(jié)構(gòu)的特點

鋼管束剪力墻結(jié)構(gòu)是采用預(yù)制鋼管束和鋼梁，因此與常規(guī)結(jié)構(gòu)相比具有一定的優(yōu)勢。該系統(tǒng)具有墻體高承載能力，出色的延展性和結(jié)構(gòu)方便的優(yōu)點，符合住房工業(yè)化的發(fā)展方向，并有望在高層住宅中得到廣泛的應(yīng)用，具有以下明顯的優(yōu)點和功能。

①節(jié)省施工工期。鋼管束壁可以實現(xiàn)多層梁的同時安裝，可以節(jié)省大量的時間和成本，提高了穩(wěn)定性。由于機(jī)械加工廠對鋼管壁的鋼筋綁扎，現(xiàn)場連接的數(shù)量減少了70%左右，這大大提高了生產(chǎn)效率。與傳統(tǒng)建筑不同，在施工過程中，鋼管束剪力墻的設(shè)計可以同時完成多個樓層，無需建筑模板。在施工中，避免了大量混凝土現(xiàn)場澆筑，節(jié)省了大量的時間和成本。

②鋼管束剪力墻的結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)混凝土結(jié)構(gòu)更具經(jīng)濟(jì)效益，由于上述因素，多層操作和同時施工減少了時間成本，并顯著降低了人工成本。另外，有學(xué)者指出，鋼管束剪力墻結(jié)構(gòu)具有較高的抗震等級?！耙驗殇摴苁炷两M合結(jié)構(gòu)的鋼管束剪力墻結(jié)構(gòu)是負(fù)責(zé)滿足現(xiàn)行法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)要求的垂直作用和水平作用的主要部件?！币虼丝拐鹦阅芨摺Ｒ恍W(xué)者指出，鋼管混凝土塊是剪切墻體的新結(jié)構(gòu)。鋼管束的尺寸和剪切程度是機(jī)械性質(zhì)的，除此之外，已確認(rèn)該回彈模型具有出色的模擬效果。對墻體進(jìn)行彈塑性地震分析，奠定了理論基礎(chǔ)。因此，在地震要求更高的建筑物中，鋼管束剪力墻設(shè)計的經(jīng)濟(jì)利益可能會更加明顯。在多層建筑物中，由于鋼管壁結(jié)構(gòu)的剪切穩(wěn)定性的優(yōu)勢，因此地板的高度更高，更經(jīng)濟(jì)。

3 工程概述

某項目共有4幢高層住宅，1個地下室，地上11層～18層，建筑總高度為33.15m～53.9m。主體結(jié)構(gòu)采用鋼管束組合剪力墻結(jié)構(gòu)方法，鋼管束剪力墻厚度為130mm～150mm，鋼管束腔內(nèi)充填自密實混凝土，主梁和副梁均為H型鋼梁。地板采用加強(qiáng)型桁架樓板結(jié)構(gòu)，板厚為120 mm，店外地下室，主體建筑采用鋼架結(jié)構(gòu)。

4 施工方法

4.1 鋼管束構(gòu)件制作

此項目的鋼管束中的所有鋼零件在工廠和工業(yè)生產(chǎn)中均已標(biāo)準(zhǔn)化。鋼管束的標(biāo)準(zhǔn)件用機(jī)床壓成一個U形部分并彎曲，然后根據(jù)設(shè)計所需的形狀組裝成一個U形部分并焊接?；玖鞒蹋郝淞稀鷱澢鷻C(jī)器人焊接→鍍鋅→最終處理。

4.2 鋼管束墻體、柱、梁安裝

4.2.1 安裝基礎(chǔ)嵌入式零件

施工過程：測量和定位→彈性線→埋入零件的安裝→埋入零件的加固→混凝土的注入，重新測試，加固。

①測量定位線和彈性線。使用全站儀測量墊子的鋼管束壁以及柱子的中心軸和外邊緣。

②安裝嵌入式零件。使用提升裝置將預(yù)制的嵌入式零件提升到指定位置，并使用撬棍將其微調(diào)到中心線，以進(jìn)行臨時加固。

③加強(qiáng)嵌入式零件。將地下室的鋼筋與蓋子連接起來，通過點焊固定預(yù)埋的鋼板和鋼筋。

④在澆筑混凝土之前，必須重新測量埋入部件的位置和高度，如果發(fā)現(xiàn)任何偏差，請校正時滯。專門人員負(fù)責(zé)混凝土注入。

4.2.2 鋼管束墻體和支柱安裝

施工過程：測量和定位→將鋼管梁壁和立柱的第一部分抬起就位→安裝鋼梁→安裝組件修改尺寸→固定高強(qiáng)度螺栓→焊接組件。安裝步驟：首先安裝中央鋼管束的壁和柱，然后再安裝兩側(cè)。

①測量定位。使用全站儀測量并設(shè)置鋼管束壁和立柱的中心和外邊緣，并創(chuàng)建彈簧線以精確控制壁和立柱的安裝。同時，必須測量墻和立柱的50 cm水平控制線以控制鋼管、梁和柱的高度。

②第一部分鋼管束和立柱纏繞。根據(jù)鋼制部件的尺寸和平衡，舉升點應(yīng)為4個或更多，并且應(yīng)將這些部件穩(wěn)定，穩(wěn)定地舉升至安裝位置。

③第一部分的測量和校正。高度校正：檢測鋼管束上表面的高程，并根據(jù)平面的相對高程以50 cm的繪制規(guī)則進(jìn)行校正。如果組件的相對高度大于5mm，如果組件的高度過低，則可以將其頂起，并且可以使用襯板對表面進(jìn)行修整。如果太高，可以在鋼管束的后部進(jìn)行調(diào)整。

4.2.3 鋼梁安裝

施工過程：測量/安裝→鋼管束纏繞→鋼梁安裝→測量校正→高強(qiáng)度螺栓緊固→零件焊接。其中，測量放樣：該軸從一樓向上投影，垂直控制線由該部分組件頂部的安裝軸引導(dǎo)。以下組件的上軸不能用作定位準(zhǔn)則，以避免累積誤差，例如組件的下軸偏離控制線。用千斤頂和撬棍施加力并逐漸調(diào)整。

4.2.4 鋼梁吊裝

此工程梁是用qTZ63塔式起重機(jī)安裝的，用于進(jìn)行安裝工作，并從墻紙和管柱向兩邊推進(jìn)。在修整鋼管束后進(jìn)行，安裝前安裝的梯子固定在墻體上部和鋼管柱上，如圖1所示。工作流程：將梯子提升到原地操作→安置和連接升降裝置→將吊掛到現(xiàn)場→臨時螺栓組件。其中吊裝：將鋼絲繩吊裝部件連接到部件吊耳。提起后，將凸耳切割和拋光。鋼梁可以用一個鉤子和多個吊架吊起。吊裝之前，請調(diào)整鋼絲繩的重心，以使鋼梁保持平行并檢查索具的松緊度。確認(rèn)安全后，慢慢提起它。如果鋼梁的底部比鋼梁的連接點高15cm～20cm，則操作員將鋼梁緩慢降低至鋼梁螺栓孔和鋼管束螺栓孔的參考線以及支柱連接板的螺栓孔?？梢允褂寐菟ê吐菽概R時加固鋼梁，并且在檢查安全性之后可以將掛鉤取下。

安裝爬梯圖

4.2.5 高強(qiáng)度螺栓連接結(jié)構(gòu)

本項目鋼管束、柱、梁的連接方法主要包括固定連接和鉸鏈連接。僅用于連接時，用螺栓連接腹板并焊接頂部和底部。進(jìn)行鉸接時，僅將腹板螺栓固定。所有鋼制部件的摩擦表面均應(yīng)在工廠進(jìn)行處理，并且摩擦表面應(yīng)保持清潔且無污染物。在存儲和施工期間，必須保護(hù)高強(qiáng)度螺栓不生銹和損壞。如果在施工過程中有多余，根據(jù)批號將其分開存放，并且不要混合或混放。高強(qiáng)度螺栓必須能夠自由穿透孔，并且穿透方向必須恒定。請勿強(qiáng)行擰入無法自由穿入的螺栓。連接表面上不應(yīng)有間隙。如果間隙超過設(shè)計要求，則需要修改或更換連接板擰緊兩次。初始扭矩為最終擰緊扭矩的50%。最終擰緊扭矩必須符合設(shè)計要求。

5 鋼管束組合剪力墻的應(yīng)用

①根據(jù)新的生態(tài)發(fā)展概念在裝配式建筑中安裝鋼管束組合剪力墻，根據(jù)發(fā)展趨勢，為建筑業(yè)的未來發(fā)展提供良好的指導(dǎo)。因此，從政策支持的角度來看，鋼管束組合剪力墻的建設(shè)無疑具有特殊的優(yōu)勢。

②鋼管束組合剪力墻可提高經(jīng)濟(jì)效益。目前在摩天大樓和地震建筑中有廣泛的應(yīng)用空間。鋼管束組合剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)將其視為材料制造的機(jī)會。利用創(chuàng)新思想通過不斷創(chuàng)新來擴(kuò)展應(yīng)用領(lǐng)域。

③耦合的鋼管束剪力墻結(jié)構(gòu)必須與組裝的結(jié)構(gòu)結(jié)合起來，以形成新的開發(fā)模型。研發(fā)創(chuàng)新和應(yīng)用創(chuàng)新為核心指導(dǎo)思想，不斷適應(yīng)新形勢，新挑戰(zhàn)，新政策的不斷變化需求，不斷擴(kuò)大應(yīng)用渠道和范圍，不斷引進(jìn)新方法，節(jié)省更多時間。我們將繼續(xù)朝著高效和環(huán)保的方向前進(jìn)。

6 結(jié)論

綜上所述，結(jié)合鋼管束的剪力墻結(jié)構(gòu)是裝配式建筑中常用的建筑結(jié)構(gòu)類型。兩者具有相似的屬性，因此非常適合。鋼管束剪力墻結(jié)構(gòu)特點是施工時間短、成本低、質(zhì)量高，與傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，具有優(yōu)勢，因此可以廣泛用于高層住宅等建筑領(lǐng)域。展望未來，我們將繼續(xù)在裝配式建筑中進(jìn)行開發(fā)和創(chuàng)新，以進(jìn)一步擴(kuò)大組合剪力墻結(jié)構(gòu)的使用，并發(fā)揮更大的作用。本文分析了預(yù)制房屋中由鋼管束制成的組合剪力墻的設(shè)計，專為建筑物的未來發(fā)展而設(shè)計，并闡明環(huán)保發(fā)展的方向。