裝配式住宅建筑鋼結(jié)構(gòu)吊裝施工技術(shù)

陳春雷

（廣州建筑股份有限公司，廣東 廣州 510030）

0 引言

鋼結(jié)構(gòu)作為施工材料，其作用力分布均勻，韌性與可塑性都占有優(yōu)勢(shì)，因此在受到外力作用時(shí)，能最大限度地提高建筑物的承載能力。傳統(tǒng)的裝配式施工一般選擇混凝土進(jìn)行吊頂安裝，但是鋼結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)和木結(jié)構(gòu)建筑不同，鋼結(jié)構(gòu)建筑通常由鋼管、鋼板制成，因此可以很好地起到承受和傳遞的作用?，F(xiàn)代化的建筑中H型鋼、T型鋼等鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用廣泛，其高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼、耐腐蝕鋼、高強(qiáng)度熱強(qiáng)化鋼材作為抗震性能良好、施工周期小的新式建材，充分發(fā)揮了現(xiàn)代建筑的綠色環(huán)保理念。因此能夠更好地運(yùn)用到建筑物的吊頂施工中，形成鋼梁結(jié)構(gòu)的廠(chǎng)房。

1 工程概況

該文以某房建項(xiàng)目為例，建筑物的主體模塊結(jié)構(gòu)由多個(gè)框架組成，墻體采用剛性龍骨墻，來(lái)承載建筑物鋼結(jié)構(gòu)骨架的質(zhì)量。建筑鋼結(jié)構(gòu)主要以H型鋼為主導(dǎo)材料，通過(guò)鋼釘和骨架連接形成預(yù)制單元柱。相鄰的模塊采用螺栓與柱頂?shù)觞c(diǎn)進(jìn)行連接。預(yù)制柱的吊點(diǎn)位置采取一點(diǎn)綁扎的方法起吊，懸臂的簡(jiǎn)支梁彎矩在吊耳處掛鉤起吊。鋼結(jié)構(gòu)在吊頂安裝時(shí)主要以2層石膏板作為基礎(chǔ)，沿著吊頂空間一圈，形成一定的高低落差。建筑物天花板層面的吊頂預(yù)留80mm～130mm，為了不壓層高，還可以再下吊100mm。天花板與地面的預(yù)留空間為3m高，每層鋼結(jié)構(gòu)的寬度在100mm～120mm，深度控制在100mm～150mm。若建筑物的層高空間在3m以上，則深度和寬度都增加20mm。墻面墻梁的材質(zhì)是冷彎薄壁C型鋼Q345B，長(zhǎng)度在11.2m～13.5m，吊裝接頭準(zhǔn)備好連接板、螺栓、鐵件以及墊鐵等連接件，預(yù)制柱綁扎后起位試吊，采用單機(jī)四點(diǎn)吊的吊裝方案。

2 鋼結(jié)構(gòu)框架組拼設(shè)計(jì)

在鋼結(jié)構(gòu)吊裝施工前，還需要與具體的施工環(huán)境結(jié)合，對(duì)比分析局部鋼結(jié)構(gòu)框架的適應(yīng)程度，再進(jìn)行模塊化鋼結(jié)構(gòu)的框架組拼工作。地面的模塊化組裝區(qū)域基點(diǎn)一般選用距離天花板的承受墻柱（中心距離1.403 m），和樓梯間箱形鋼柱（中心距2.650 m）進(jìn)行吊頂安裝的模塊組拼。模塊化框架施工組拼圖如圖1所示。

圖1 模塊化框架設(shè)計(jì)平面圖

裝配式住宅層柱間距離過(guò)大，鋼結(jié)構(gòu)不均勻，需要在起吊時(shí)設(shè)置承重效果好的鋼吊頂。建筑物的柱身彎矩與后續(xù)鋼梁和鋼柱焊接程序有關(guān)，因此要做好斜梁構(gòu)件吊裝。斜梁構(gòu)架吊裝一般選擇一個(gè)長(zhǎng)度與面柱長(zhǎng)度相似的杠件，在杠件截面形狀發(fā)生變化的位置下方安置彎矩探測(cè)儀，因?yàn)榻ㄖ锏膹澗貎H憑肉眼探測(cè)效果不佳，需要通過(guò)智能軟件探測(cè)。探測(cè)時(shí)不斷更換吊點(diǎn)位置，測(cè)出柱身各處彎矩值，整體彎矩最小的位置滿(mǎn)足構(gòu)件吊裝的安全標(biāo)準(zhǔn)，因此得出最佳吊點(diǎn)的位置。安裝吊點(diǎn)定位后如果需要更改，可以通過(guò)千斤頂將吊點(diǎn)上下移動(dòng)，重新測(cè)量彎矩值。

通過(guò)對(duì)最大構(gòu)件起質(zhì)量及對(duì)應(yīng)的實(shí)際距離的分析，選擇適合的塔式起重機(jī)以滿(mǎn)足構(gòu)件吊裝要求。鋼結(jié)構(gòu)實(shí)際施工中比起橫截面柱，更廣泛更多人選擇的是牛腿柱。牛腿柱能承載密度更強(qiáng)的鋼結(jié)構(gòu)，例如，H型鋼截面吊裝和T型鋼截面吊裝都需要預(yù)制牛腿柱的支撐。預(yù)制牛腿柱一般選擇變截面牛腿柱，變截面牛腿柱能承載更多的鋼絲，綁在牛腿的鋼絲的作用主要是用于吊頂?shù)牡醵?。設(shè)置好吊耳后，就可以沿吊耳進(jìn)行起吊操作。變截面牛腿柱為了環(huán)保減少混凝土和鋼材的耗損，一般選用肋型截面，這種截面的尺寸會(huì)比橫截面尺寸小，但是在受力均勻?qū)用媾c等截面和橫截面的作用是相同的。模塊化框架共24組，每套采用3根圓管梁和2根矩形圓弧柱以及4根矩形梁和2個(gè)H型鋼主橋。經(jīng)模塊型組裝后，可減少塔式起重機(jī)在高空就位吊次的368個(gè)吊次，從而提高了整體建筑效果，使鋼結(jié)構(gòu)的建筑工程如期完成。

3 鋼結(jié)構(gòu)吊裝單元組拼設(shè)計(jì)

模塊化吊裝單元拼接采用從上到下的安裝方式，在鋼結(jié)構(gòu)模塊化框架組裝后，采用重4.3 t的起重機(jī)，將起重機(jī)的臂桿長(zhǎng)度增加到2.5 m或者3 m距離處進(jìn)行初步吊裝模塊運(yùn)輸。吊裝的模塊化拼接均是平面拼接，運(yùn)用塔式起重機(jī)主要是為了減少人力資本，縮短高空作業(yè)的時(shí)間。組拼模塊的框架選擇厚度為100 mm的高層頂板，選擇厚450 mm的底板，在頂板預(yù)留16 mm～20 mm的距離用來(lái)置入預(yù)埋鋼板，預(yù)埋鋼板的鋼架立柱橫梁均采用HW200×200型鋼。

模塊化單元組合拼接前期需要現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行放線(xiàn)處理，工人需要手持全站儀在頂板設(shè)置圓柱節(jié)點(diǎn)中心線(xiàn)，在承重墻上方的墻截面設(shè)置水平的牛腿位置控制線(xiàn)，方便后期對(duì)工字型牛腿的拼接?，F(xiàn)場(chǎng)放線(xiàn)預(yù)留鋼架的位置在200 mm，固定好水平位置和豎直位置中心線(xiàn)后，開(kāi)始進(jìn)行胎架的制作。胎架主要根據(jù)承重柱的外形尺寸定制，胎架固定需要用水準(zhǔn)儀提前測(cè)量好胎架的高度，再進(jìn)行焊接。在模塊化組合拼裝的過(guò)程中，需要在胎架上加入2根圓管柱中心線(xiàn)和工字形牛腿位置，上述操作需要通過(guò)全站儀來(lái)完成，在此基礎(chǔ)上，利用25 t汽車(chē)式起重機(jī)來(lái)完成胎架的起吊工作，并對(duì)2根圓管柱的尺寸以及中心位置進(jìn)行測(cè)量并記錄，除此之外，還需要檢查并測(cè)量工字形牛腿的直線(xiàn)尺寸與箱形牛腿上下口的尺寸，圖2為模塊化單元拼裝圖。

圖2 模塊化單元拼裝示意圖

拼接步驟完成后，使用水準(zhǔn)儀、線(xiàn)墜以及鋼尺進(jìn)行數(shù)據(jù)審核，調(diào)整水平位置中心線(xiàn)和胎架位置、工字型牛腿位置的偏差，直到全部吊裝數(shù)據(jù)正確。利用25 t汽車(chē)式起重機(jī)來(lái)完成鋼梁的吊裝，對(duì)其位置進(jìn)行調(diào)整后與鋼柱牛腿焊接，超聲波探傷對(duì)焊接處進(jìn)行檢測(cè)，在保證焊接合格的前提下打開(kāi)所有胎架固定節(jié)點(diǎn)，將溜繩拴至牢固后進(jìn)行起吊工作。

疊合樓板吊裝至樓面500 mm時(shí)，停止降落，操作人員穩(wěn)住疊合樓板，參照墻頂垂直控制線(xiàn)和下層板面上的控制線(xiàn)，引導(dǎo)疊合樓板緩慢降落至支撐上方，調(diào)整疊合樓板位置，根據(jù)板底標(biāo)高控制線(xiàn)檢查標(biāo)高。待構(gòu)件穩(wěn)定后，才可以進(jìn)行摘勾和校正。

鋼結(jié)構(gòu)的組合單元進(jìn)行起吊時(shí)要保持平穩(wěn)狀態(tài)，防止模塊單元與其他部件發(fā)生碰撞。吊裝單元拼接根據(jù)設(shè)計(jì)的具體方案進(jìn)行實(shí)際操作時(shí)，還可以梁的兩端綁上卡環(huán)、繩卡等進(jìn)行試吊，試吊環(huán)節(jié)能保證在實(shí)際施工中的操作更精確，精準(zhǔn)控制模塊化單元拼接的效果，保證鋼梁在空中的穩(wěn)定性。除了在預(yù)設(shè)的吊點(diǎn)位置進(jìn)行試吊，還需要在吊裝單元拼接后再度檢查腳手架、鋼絲繩、溜繩的質(zhì)量和強(qiáng)度，核對(duì)是否滿(mǎn)足本次拼接要求，保障拼接人員的安全。

4 鋼結(jié)構(gòu)組合吊裝施工技術(shù)

鋼結(jié)構(gòu)框架組合完成后，為了保證框架柱間距吊裝的穩(wěn)定性和安全性，就需要選擇起重能力較小但是自由度高的鋼扁擔(dān)進(jìn)行吊裝。吊裝的框架鋼扁擔(dān)的鋼梁需要采用1.414 m的圓管形鋼材和2.750 m的矩形鋼材，減少框架鋼梁在強(qiáng)度、構(gòu)件的軸線(xiàn)偏差。

吊裝采用的鋼扁擔(dān)需要用150 mm長(zhǎng)、8 mm寬的鋼管以及20 mm厚的鋼板共同搭建。在吊點(diǎn)位置鉆孔，將20 mm厚的鋼板穿過(guò)鋼管并進(jìn)行焊接，在焊接的過(guò)程中需要注意孔洞預(yù)留5 mm，確保角焊縫隙，吊耳的孔徑外端需要留50 mm的邊緣距離，如圖3所示。

圖3 鋼扁擔(dān)示意圖

吊裝工作開(kāi)始時(shí)，在鋼柱附近測(cè)量水平位置線(xiàn)和豎直位置線(xiàn)，水平位置線(xiàn)用全站儀測(cè)量和鋼尺校準(zhǔn)。當(dāng)水平位置線(xiàn)和垂直位置數(shù)據(jù)校準(zhǔn)完畢后，再進(jìn)行對(duì)模塊組合的吊裝。鋼扁擔(dān)吊裝前先在鋼棒頂端貼上位置檢測(cè)片，當(dāng)組合模塊吊裝完成后，再用連接螺栓臨時(shí)定位，并用全站儀和水準(zhǔn)儀對(duì)鋼棒的水平標(biāo)高進(jìn)行校正。將2臺(tái)坡度尺放置在鋼棒的水平平面中心線(xiàn)上和豎向中心線(xiàn)上，縱橫2個(gè)方向，對(duì)鋼扁擔(dān)的垂直角度進(jìn)行校正。

校正結(jié)束后用二氧化碳和二氧化硫氣體為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)焊縫操作，焊縫需要保證鋼結(jié)構(gòu)的荷載單元達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值，數(shù)值用水平探測(cè)儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)無(wú)誤后開(kāi)始大規(guī)模的鋼結(jié)構(gòu)模塊化組合吊裝。

5 安裝結(jié)果

在鋼結(jié)構(gòu)吊裝施工完畢后，需要對(duì)鋼結(jié)構(gòu)模塊單元拼接的誤差點(diǎn)進(jìn)行測(cè)定。

在矩形鋼桿上與圓管鋼柱之間各布置了2組胎架，考慮到樓棟外的保護(hù)網(wǎng)，每個(gè)胎架距樓棟距離應(yīng)大于6 m。在模塊式組拼前，應(yīng)對(duì)鋼桿進(jìn)行預(yù)壓實(shí)量，在框架組合的拼裝過(guò)程中，必須要在塔式起重機(jī)的起重回轉(zhuǎn)范圍內(nèi)。左邊掛點(diǎn)的位置設(shè)置在距離鋼桿解算結(jié)果值3.75m處，而右邊掛點(diǎn)的位置則設(shè)置在距離鋼桿結(jié)果值3.98 m處。

模塊化地面吊裝需要測(cè)試圓管柱中心控制線(xiàn)與工字型牛腿控制線(xiàn)的范圍，由于誤差肉眼很難識(shí)別，因此需要使用專(zhuān)業(yè)的儀器設(shè)備，儀器的相關(guān)技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。測(cè)試儀器準(zhǔn)備就緒后，進(jìn)行模塊化地面吊裝，吊裝過(guò)程中均采用電動(dòng)梁式吊車(chē)。吊裝生產(chǎn)用的胎架組拼的位置需要提前用全站儀進(jìn)行測(cè)試，吊裝鋼扁擔(dān)主要通過(guò)吊車(chē)桁架的制動(dòng)結(jié)構(gòu)處理水平吊裝和豎直吊裝的定位數(shù)據(jù)，鋼扁擔(dān)吊裝定位處理后采用吊裝車(chē)的輔助桁架進(jìn)行支撐。

表1 塔式起重機(jī)吊重分析

表1 技術(shù)參數(shù)

鋼結(jié)構(gòu)的框架組拼需要確定建筑物截面與鋼截面的距離，二者距離不超過(guò)4 mm。完成鋼結(jié)構(gòu)框架組拼，再與鋼扁擔(dān)結(jié)合，進(jìn)行模塊化單元拼接。模塊化單元拼接需要注意鋼結(jié)構(gòu)定位軸線(xiàn)、建筑物與鋼結(jié)構(gòu)的標(biāo)高準(zhǔn)差、鋼柱中心距和鋼柱長(zhǎng)度。鋼結(jié)構(gòu)模塊化拼接的預(yù)埋底板選擇實(shí)腹式鋼梁和工字型梁架，起重機(jī)吊上鋼梁和鋼架后鋼結(jié)構(gòu)的橫向水平力加大，能處理鋼結(jié)構(gòu)吊裝吊點(diǎn)。鋼結(jié)構(gòu)模塊化單元組拼結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 模塊化單元組拼誤差

模塊化鋼結(jié)構(gòu)的單元組件在定位軸線(xiàn)、基準(zhǔn)標(biāo)高偏差、鋼柱中心距、鋼柱長(zhǎng)度和焊縫間隙都低于混凝土施工吊頂?shù)恼`差值，因此可以得出結(jié)論，鋼結(jié)構(gòu)的模塊單元預(yù)制柱在吊裝過(guò)程中產(chǎn)生的應(yīng)力應(yīng)變均符合規(guī)范，并且與傳統(tǒng)的混凝土建設(shè)相比，得到的精度更準(zhǔn)確，提高了施工效率。

6 結(jié)語(yǔ)

采用鋼結(jié)構(gòu)的模塊化建筑在實(shí)際操作中轉(zhuǎn)化率高、綠色環(huán)保的建筑結(jié)構(gòu)形式已經(jīng)更廣泛地應(yīng)用在裝配式建筑中。該文針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行了多層模塊的建筑分析，從模塊化鋼結(jié)構(gòu)框架組拼、模塊化鋼結(jié)構(gòu)吊裝單元組拼、模塊化鋼結(jié)構(gòu)組合吊裝3個(gè)步驟入手，提高鋼結(jié)構(gòu)的韌度和強(qiáng)大的塑形能力，給裝配式住宅提供了更安全更省力的吊頂安裝服務(wù)。該文僅對(duì)鋼結(jié)構(gòu)局部的單元節(jié)點(diǎn)類(lèi)型進(jìn)行闡述，沒(méi)有深入對(duì)力學(xué)性能進(jìn)行對(duì)比，因此還需要再進(jìn)一步研究。希望該文提出的方法可以為裝配式建筑做出貢獻(xiàn)。