淺談鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制基礎(chǔ)

何顯江 燕飛飛 王說說 許天元

（無錫固亞德電力設(shè)備有限公司，江蘇無錫214100）

0 引言

1 鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制基礎(chǔ)與傳統(tǒng)土建基礎(chǔ)的成本分析

1.1 省時(shí)省力

傳統(tǒng)土建基礎(chǔ)為鋼混或磚混結(jié)構(gòu)，需在現(xiàn)場先進(jìn)行土石方作業(yè)，開挖出預(yù)制艙下地下電纜室和各艙體電纜溝等設(shè)施。在主要施工開始前還需要進(jìn)行道路平整、通水通電等前期準(zhǔn)備工作，總體建設(shè)時(shí)間需要1.5個(gè)月甚至更久，且嚴(yán)重受環(huán)境和天氣影響。設(shè)備進(jìn)場前，還需對(duì)前期壓壞的路面進(jìn)行二次平整，方能滿足設(shè)備安裝條件。

鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制基礎(chǔ)具有現(xiàn)代建造的明顯優(yōu)越性：工廠生產(chǎn)優(yōu)勢——對(duì)生產(chǎn)全過程（采購、設(shè)計(jì)、車間生產(chǎn)、物流、施工、維護(hù)）實(shí)施質(zhì)量系統(tǒng)管理，進(jìn)行合理化生產(chǎn)；產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)優(yōu)勢——依托全產(chǎn)業(yè)鏈的現(xiàn)代化、產(chǎn)業(yè)集群效應(yīng)，利用行業(yè)內(nèi)資源互補(bǔ)如采用更優(yōu)異的加工方式，地區(qū)資源互補(bǔ)如生產(chǎn)地更靠近材料、設(shè)備集散地等。因此，鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制基礎(chǔ)具有不受環(huán)境等條件影響，施工周期更短、周轉(zhuǎn)快、實(shí)現(xiàn)便捷的特點(diǎn)，且能和預(yù)制艙同步發(fā)貨，同步施工。

傳統(tǒng)土建基礎(chǔ)與鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制基礎(chǔ)主要施工用時(shí)對(duì)比如表1所示，鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制基礎(chǔ)工廠預(yù)總裝接線調(diào)試如圖1所示。

1.2 經(jīng)濟(jì)易管理

傳統(tǒng)基礎(chǔ)建造工程中，需要大量人力完成如清槽、鋼筋綁扎、支模板、搭腳手架等工作，耗時(shí)費(fèi)力；需要大量物力運(yùn)送砂石、鋼筋等原料，占用大量場地；采用大量工程機(jī)械，包括推土機(jī)、挖掘機(jī)、渣土車、攪拌機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)、混凝土泵等中大型設(shè)備；且大量人機(jī)混作，現(xiàn)場難以采取緊密的安全措施，容易產(chǎn)生機(jī)械傷害、跌落、漏電等安全風(fēng)險(xiǎn)，給安全管理工作帶來極大壓力。

鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制基礎(chǔ)每道工具基本只需1～2名工人，大大減少了人力的使用；物料僅需型鋼、鋼板、螺栓等，材料即來即用即整理，不僅用料節(jié)省，而且減少了場地占用；生產(chǎn)設(shè)備僅需鋸床、激光設(shè)備、焊機(jī)、角磨機(jī)等，現(xiàn)場施工時(shí)也僅需完成一些吊裝、拼接的工作；在工廠成熟的安全管理體系下，安全風(fēng)險(xiǎn)小，管理簡便。

表1 傳統(tǒng)土建基礎(chǔ)與鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制基礎(chǔ)主要施工用時(shí)對(duì)比

圖1 工廠預(yù)總裝接線調(diào)試

傳統(tǒng)土建基礎(chǔ)與鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制基礎(chǔ)現(xiàn)場施工器械對(duì)比如表2所示。

1.3 精準(zhǔn)度高

傳統(tǒng)基礎(chǔ)由于現(xiàn)場施工條件復(fù)雜、不易測量等原因，精確度一般為厘米級(jí)，預(yù)制艙就位時(shí)經(jīng)常只能以墊片的方式保證水平度，如圖2所示?，F(xiàn)場土建基礎(chǔ)與預(yù)制艙的不匹配已成為現(xiàn)場施工方與預(yù)制艙廠家發(fā)生爭執(zhí)的主要原因，一旦確定土建基礎(chǔ)不合格，各方商洽和改造的耗費(fèi)起碼能占到該項(xiàng)工程造價(jià)的5%，是一筆可觀的費(fèi)用。鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制基礎(chǔ)工廠化生產(chǎn)和質(zhì)檢，精確度為毫米級(jí)，現(xiàn)場只需少許調(diào)整工作即可投入使用，如圖3所示。

小波域信號(hào)重構(gòu)在信號(hào)分析中的主要優(yōu)點(diǎn)在于它在時(shí)間域和頻率域都有良好的局部化特性。對(duì)不同信號(hào)采用相應(yīng)的時(shí)間域或空域采樣步長，能夠聚集到信號(hào)的任意微小細(xì)節(jié)。提高分辨率的同時(shí)還具有很好的保真度。

1.4 節(jié)能環(huán)保

傳統(tǒng)基礎(chǔ)施工大量工程車輛的使用，不僅增加了排放污染，還耗費(fèi)了大量能源；在建設(shè)過程中混凝土作業(yè)需要使用大量水源進(jìn)行配成和養(yǎng)護(hù)，同時(shí)需要使用一次性模板，消耗大量木材；工地由于沒有完善的處理措施，大量的生活垃圾和建筑垃圾會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)赝寥篮退丛斐蓸O大污染。

鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制基礎(chǔ)與傳統(tǒng)基礎(chǔ)相比，節(jié)水95%、節(jié)材80%、減排50%、減少工業(yè)垃圾90%。且鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制基礎(chǔ)主體材料90%可回收，對(duì)環(huán)境十分友好。

表2 傳統(tǒng)土建基礎(chǔ)與鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制基礎(chǔ)現(xiàn)場施工器械對(duì)比

圖2 傳統(tǒng)基礎(chǔ)水平度誤差示意圖

圖3 鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制基礎(chǔ)水平度誤差示意圖

2 鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制基礎(chǔ)的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 分離設(shè)計(jì)

2.1.1 結(jié)構(gòu)選型、模組劃分、構(gòu)件布置

為了便于運(yùn)輸，鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制基礎(chǔ)應(yīng)設(shè)計(jì)成模組化構(gòu)件，各模組應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況需要進(jìn)行劃分，并設(shè)計(jì)好各模組組裝方式。模組的劃分和組裝應(yīng)綜合考慮項(xiàng)目的承載需求、預(yù)制艙的連接方式、現(xiàn)場組裝施工的便捷性。對(duì)于重量較輕的預(yù)制艙在滿足連接抗剪的前提下，可按支柱—承載平臺(tái)—圍護(hù)劃分模組；對(duì)于重量較大的預(yù)制艙，為了滿足抗震需求結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)，可按支柱—梁系—輔助連接—圍護(hù)劃分模組。

2.1.2 材料選用

按現(xiàn)場環(huán)境情況選擇材料，主受力構(gòu)件應(yīng)選用B級(jí)以上鋼材；一級(jí)安全等級(jí)場所應(yīng)選用C級(jí)以上鋼材，并采用防連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)；寒冷地區(qū)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場極端低溫選用D級(jí)甚至E級(jí)型鋼。

2.1.3 作用及作用效應(yīng)分析、結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)驗(yàn)算

設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50068—2001）和《工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50153—1992）的規(guī)定，一般情況下建議按二級(jí)安全等級(jí)驗(yàn)算，特殊情況下也不得低于三級(jí)；對(duì)于簡單的結(jié)構(gòu)可按均布載荷簡化分析，如圖4所示。若項(xiàng)目特殊或?yàn)榱藘?yōu)化設(shè)計(jì)，建議借助計(jì)算機(jī)模擬做有限元分析。

圖4 框架計(jì)算的參照模型

2.1.4 結(jié)構(gòu)、構(gòu)件及連接的構(gòu)造

梁柱連接節(jié)點(diǎn)盡量采用栓接連接，必要時(shí)采用栓焊混合連接。梁柱采用剛性或半剛性節(jié)點(diǎn)時(shí)，節(jié)點(diǎn)應(yīng)進(jìn)行在彎矩和剪力作用下的強(qiáng)度驗(yàn)算。當(dāng)梁柱采用剛性連接時(shí)，對(duì)應(yīng)于梁翼緣的柱腹板部位宜設(shè)置橫向加勁肋。

采用端板連接的節(jié)點(diǎn)，應(yīng)符合下列要求：

（1）連接應(yīng)采用高強(qiáng)度螺栓；

（2）螺栓應(yīng)成對(duì)稱布置，并滿足擰緊螺栓的施工要求。

2.1.5 防腐維護(hù)等要求

鋼結(jié)構(gòu)防腐設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮現(xiàn)場環(huán)境介質(zhì)的腐蝕性，可參照ISO規(guī)范中C1～C5劃分設(shè)計(jì)防腐工藝，但建議防腐等級(jí)不低于C3級(jí)；對(duì)難以維護(hù)或危及人身安全的部位應(yīng)加強(qiáng)防護(hù)，或采用自身具有耐腐蝕性的材料或外覆耐腐蝕材料；各構(gòu)件的連接間隙應(yīng)充分考慮防護(hù)層施工、檢修、維護(hù)的需求，避免出現(xiàn)難以涂漆、檢修、清理的空間，或易于積留濕氣、灰塵的死角或凹槽；對(duì)于閉口封閉型材，應(yīng)沿縫隙或端口焊接封閉。

2.1.6 滿足特殊要求結(jié)構(gòu)的專門性能設(shè)計(jì)

有特殊要求時(shí)，如場地受限必須采用大跨度設(shè)計(jì)，無樁基，載荷嚴(yán)重集中或不平衡等情況，必須對(duì)結(jié)構(gòu)做專門設(shè)計(jì)和驗(yàn)算，如圖5所示。

圖5 特殊要求下鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制基礎(chǔ)的建模分析

2.2 工裝技術(shù)

工裝已在現(xiàn)代制造業(yè)中廣泛使用，同時(shí)構(gòu)件有時(shí)會(huì)出現(xiàn)異形等情況。鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制基礎(chǔ)采用某些非標(biāo)工裝，能極大地提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。為了滿足現(xiàn)場快捷組裝的要求，應(yīng)對(duì)某些費(fèi)時(shí)費(fèi)力的環(huán)境預(yù)先設(shè)計(jì)工裝。如為栓接位置設(shè)計(jì)快速定位工裝，使梁等構(gòu)件不必長時(shí)間舉升；為異形構(gòu)件設(shè)計(jì)專用夾具，方便現(xiàn)場吊裝，增加安全性，如圖6所示。

圖6 工裝技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制基礎(chǔ)中的應(yīng)用

2.3 現(xiàn)場施工技術(shù)

鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制基礎(chǔ)采用成熟的吊裝技術(shù)，如圖7所示，安全可靠，僅需較少時(shí)間就能完成整體吊裝就位及初連接。初連接完成后吊車即可離場，減少了高昂的租賃費(fèi)用和大面積場地占用。后續(xù)施工基本為干法施工，無需供水、大規(guī)模搬運(yùn)物料等施工過程，耗費(fèi)人力少，且環(huán)保無污染，無需擔(dān)心工業(yè)垃圾的處理。

圖7 現(xiàn)代化成熟的現(xiàn)場施工技術(shù)

3 結(jié)語

鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制基礎(chǔ)是一種響應(yīng)國家綠色節(jié)能、可持續(xù)發(fā)展號(hào)召的嶄新應(yīng)用，是在變電站預(yù)裝化后的又一創(chuàng)新，其對(duì)社會(huì)具有節(jié)能減排的意義；對(duì)行業(yè)有可推廣的價(jià)值，并能促進(jìn)行業(yè)整體進(jìn)步；對(duì)企業(yè)能縮短建設(shè)周期，提升企業(yè)競爭力；對(duì)用戶能降低負(fù)擔(dān)，且可持續(xù)發(fā)展。