高層建筑裝配式鋼結(jié)構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)研究

楊仰衡

廣東南華建設(shè)集團(tuán)有限公司 廣東 汕頭 515000

引言

鋼結(jié)構(gòu)建筑是工業(yè)化建造主要結(jié)構(gòu)形式，鋼質(zhì)材料自重輕、便于裝配，并且在建筑工程不同施工階段能夠達(dá)到節(jié)水、節(jié)能的效果，而生產(chǎn)、施工、使用到拆除的各個(gè)環(huán)節(jié)都具有良好的經(jīng)濟(jì)性特征，以下進(jìn)行相關(guān)分析。

1 裝配式鋼結(jié)構(gòu)施工的主要特點(diǎn)與難點(diǎn)

1.1 裝配式鋼結(jié)構(gòu)施工主要特點(diǎn)

在當(dāng)前的建筑工程中，預(yù)制構(gòu)件在工廠集中生產(chǎn)之后運(yùn)往施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組裝，能夠減少構(gòu)件加工環(huán)節(jié)帶來(lái)的污染，而裝配式施工技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)鋼混結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中能夠有效保證施工效率。根據(jù)住建部要求，2025年我國(guó)裝配式建筑占比要達(dá)到50%，整體來(lái)看裝配式鋼結(jié)構(gòu)施工主要特征與優(yōu)勢(shì)如下。

1.1.1 集成化程度高。裝配式鋼結(jié)構(gòu)的預(yù)制構(gòu)件在工廠集中生產(chǎn)，各構(gòu)件可以通過(guò)靈活組裝方式加以安裝，由此降低了對(duì)其他材料的應(yīng)用，達(dá)到節(jié)約施工成本的目標(biāo)。相較于以往的混凝土施工技術(shù)，裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑整體布局具有自由性特征，并且相同尺寸構(gòu)件能夠批量化生產(chǎn)，只需最特殊尺寸構(gòu)件加工，進(jìn)而保證了整體生產(chǎn)進(jìn)度[1]。

1.1.2 施工周期短。相較于混凝土結(jié)構(gòu)，應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)施工可以?xún)?yōu)化施工流程，更好的管控不同施工環(huán)節(jié)，尤其是和BIM技術(shù)結(jié)合更能達(dá)到縮短施工周期、提升施工效率的目標(biāo)。此外，鋼結(jié)構(gòu)建筑構(gòu)件制作專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)能夠減少尺寸以及質(zhì)量不合格導(dǎo)致的返工。

1.1.3 穩(wěn)定性更強(qiáng)。在高層建筑施工過(guò)程中，應(yīng)用裝配式鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)可以憑借鋼材料的特殊性能提升建筑穩(wěn)定性，在傳統(tǒng)的混凝土工程當(dāng)中受溫度因素的影響可能出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性能穩(wěn)定性下降情況，應(yīng)用裝配式施工技術(shù)可以提升建筑穩(wěn)定性，延長(zhǎng)建筑使用年限[2]。

1.1.4 空間感提升。不同于以往的建筑結(jié)構(gòu)形式，應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)可以打造更加良好的建筑空間，并且鋼結(jié)構(gòu)具有穩(wěn)定性好、強(qiáng)度高、抗壓能力強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，所以應(yīng)用裝配式鋼結(jié)構(gòu)可以對(duì)建筑空間充分應(yīng)用。

1.1.5 環(huán)保性強(qiáng)。裝配式鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件安裝期間所產(chǎn)生的固體廢棄物、粉塵較少，并且施工期間噪音較小，有利于達(dá)到綠色施工目標(biāo)。

1.2 裝配式鋼結(jié)構(gòu)施工的難點(diǎn)

1.2.1 對(duì)吊裝精度要求高。在當(dāng)前的高層建筑當(dāng)中鋼結(jié)構(gòu)得到了廣泛應(yīng)用，而實(shí)地施工過(guò)程中部分高層建筑難以高質(zhì)量完成鋼結(jié)構(gòu)吊裝施工，一些工程對(duì)構(gòu)件精確性把控不足，不利于一體化操作，并且施工期間也會(huì)受多種因素影響，這就要求施工單位強(qiáng)化質(zhì)量控制意識(shí)，規(guī)范操作，尤其是在吊裝施工過(guò)程中做好全面分析搜集相關(guān)參數(shù)。

1.2.2 滲透防水操作要求高。進(jìn)行裝配式鋼結(jié)構(gòu)施工的過(guò)程中也需要重視防水問(wèn)題，而外墻防水技術(shù)的應(yīng)用效果也影響著鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的作用。新時(shí)期，需要繼續(xù)加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新優(yōu)化，采取相關(guān)措施，有效解決外墻滲的問(wèn)題[3]。

2 高層建筑裝配式鋼結(jié)構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)

某小區(qū)工程造價(jià)為6.95億元，共建設(shè)4棟高層住宅，每棟住宅高度21層，施工單位應(yīng)用裝配式鋼結(jié)構(gòu)。結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況鋼結(jié)構(gòu)體系當(dāng)中應(yīng)用矩形鋼管混凝土柱，樓板應(yīng)用鋼筋桁架混凝土疊合板，梁等支撐結(jié)構(gòu)所使用的鋼材為焊接H型鋼和熱軋H型鋼，項(xiàng)目外墻應(yīng)用混凝土橋板，并在內(nèi)部嵌入鋼框架。此外，鋼框架結(jié)構(gòu)體系當(dāng)中鋼管混凝土柱，通過(guò)焊接組合面制作箱型截面，如今工程已順利交付。

2.1 建模技術(shù)

在當(dāng)前的高層建筑裝配式鋼結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中，BIM技術(shù)發(fā)揮出了重要作用，能夠有效提升構(gòu)件精確性和施工效率。通過(guò)BIM技術(shù)建模模型當(dāng)中搭載的項(xiàng)目設(shè)計(jì)和施工的各類(lèi)參數(shù)，工廠結(jié)合建筑模型預(yù)制加工構(gòu)件，之后運(yùn)往施工現(xiàn)場(chǎng)，滿(mǎn)足安裝和施工要求。BIM技術(shù)結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)參數(shù)，把傳統(tǒng)的二維圖紙轉(zhuǎn)換成三維模型，便于把控預(yù)制構(gòu)件節(jié)點(diǎn)，在建模過(guò)程中搭配使用AUTOCAD和TEKLA能夠模擬施工環(huán)境，進(jìn)而增強(qiáng)鋼構(gòu)件安裝效率[4]。

2.2 預(yù)制構(gòu)件分段施工

進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)建筑裝配式施工期間，針對(duì)長(zhǎng)度超過(guò)12m、寬度超過(guò)2.8m、高度超過(guò)4.5m的預(yù)制構(gòu)件，施工人員采取分段安裝預(yù)制構(gòu)件的方法，由此保證了起吊安裝環(huán)節(jié)的安全性，提升施工效率。施工要點(diǎn)如下：其一，制造加工鋼零件。結(jié)合整體設(shè)計(jì)方案進(jìn)行鋼零件制造，用于制造的鋼結(jié)構(gòu)零件全部進(jìn)行預(yù)測(cè)，確保韌性強(qiáng)度達(dá)到質(zhì)量要求，之后結(jié)合結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行配料，讓焊接鋼部件尺寸與質(zhì)量都能達(dá)到工藝要求，并且做好防銹處理；其二，布置鋼制零件。提升作業(yè)前對(duì)連接表面清潔處理，然后調(diào)節(jié)起重螺栓或者增加墊圈，確保板的底部高度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，放置鋼構(gòu)件之后設(shè)置支撐系統(tǒng)，要求鋼構(gòu)件至少應(yīng)用兩組斜支撐，支撐點(diǎn)和組件底部距離處于整體高度1/2～2/3處，然后進(jìn)行組件垂直度調(diào)整。

2.3 預(yù)制構(gòu)件運(yùn)輸和吊裝

運(yùn)輸預(yù)制構(gòu)件過(guò)程中管理人員科學(xué)規(guī)劃運(yùn)輸距離，確定運(yùn)輸車(chē)輛，并且為了保證構(gòu)件的完好采取保護(hù)措施。在構(gòu)件吊裝作業(yè)期間，現(xiàn)場(chǎng)管理人員結(jié)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案對(duì)吊裝作業(yè)流程進(jìn)行規(guī)劃，確保整個(gè)施工環(huán)節(jié)的安全性，要求施工人員佩戴安全設(shè)備和防護(hù)用具。與此同時(shí)，技術(shù)人員在吊裝前全面分析吊裝方案，合理選擇施工設(shè)備，其中包括確定起重裝置的規(guī)格與型號(hào)，確保能夠覆蓋整個(gè)吊裝區(qū)域。此外，施工人員科學(xué)計(jì)算起重設(shè)備吊鎖吊架的參數(shù)，并且在吊裝期間把起重構(gòu)件相關(guān)參數(shù)控制在允許范圍內(nèi)[5]。

2.4 建筑外墻安裝

進(jìn)行裝配式鋼結(jié)構(gòu)高層建筑施工期間，建筑外墻構(gòu)件以及節(jié)點(diǎn)構(gòu)件需要在加工廠集中生產(chǎn)，制作完成之后運(yùn)往施工現(xiàn)場(chǎng)繼續(xù)作業(yè)。施工人員進(jìn)行外墻板安裝過(guò)程中先連接分塊的外墻板，主要應(yīng)用全熔透焊接法進(jìn)行連接，整個(gè)外墻安裝期間施工人員嚴(yán)格遵守施工圖要求，控制好安裝誤差，每個(gè)安裝環(huán)節(jié)完成后進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，確保墻板垂直度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑外墻單塊墻板重量較大，一般達(dá)到400kg，使得安裝存在較大難度，為此在起吊墻板過(guò)程中注意以下方面：其一，施工人員提前檢查鋼結(jié)構(gòu)表面平整性以及垂直度，之后合理調(diào)整；其二，結(jié)合施工圖紙對(duì)外墻主要節(jié)點(diǎn)的連接位置進(jìn)行校準(zhǔn)，之后檢查外墻板和預(yù)制構(gòu)件的型號(hào)與安裝位置；其三，施工人員應(yīng)用單軌吊車(chē)移動(dòng)操作，成功起吊之后保持平穩(wěn)，通過(guò)撬棍工具配合讓墻板和建筑物之間的水平性垂直度得到控制。此外，外墻構(gòu)件制度建筑后施工人員焊接預(yù)埋件，由此提升連接穩(wěn)固性。

2.5 鋼梁和鋼柱的安裝

進(jìn)行鋼梁與鋼柱安裝期間，施工人員結(jié)合施工順序加以調(diào)整，關(guān)鍵在于對(duì)鋼立柱尺寸和安裝位置精確性進(jìn)行反復(fù)確定，本工程通過(guò)BIM技術(shù)建立三維模型，由此分析了鋼結(jié)構(gòu)梁柱安裝環(huán)節(jié)的碰撞情況，由此減少作業(yè)次數(shù)。進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)施工期間梁和柱的承重作用十分關(guān)鍵，在發(fā)生火災(zāi)事故或者自然災(zāi)害后，整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)能夠具有良好的穩(wěn)定性，因此在施工之前全面進(jìn)行了梁和柱的預(yù)制構(gòu)件質(zhì)量分析，避免質(zhì)量不合格的材料進(jìn)行安裝。后續(xù)進(jìn)行吊裝施工，并且綁扎主梁，通過(guò)該方法有效避免錯(cuò)位現(xiàn)象，確保吊裝作業(yè)的順利進(jìn)行。此外，為了保證施工效率，本工程由技術(shù)人員判斷施工現(xiàn)場(chǎng)情況，合理應(yīng)用一鉤多吊方式，要點(diǎn)在于對(duì)梁和柱構(gòu)件起吊質(zhì)量加以控制，單次起吊質(zhì)量不得超過(guò)5t。

2.5.1 鋼柱安裝。本工程采取4點(diǎn)起跳方式，應(yīng)用千斤頂矯正法進(jìn)行校正，通過(guò)對(duì)稱(chēng)標(biāo)高控制設(shè)計(jì)層高線，施工現(xiàn)場(chǎng)確保一次就位，矯正和固定在鋼構(gòu)件吊裝過(guò)程中應(yīng)用TC5610-6型塔吊，下部通過(guò)多輛汽車(chē)吊輔助安裝。在分段結(jié)構(gòu)鋼構(gòu)件時(shí)確保箱型鋼柱達(dá)到設(shè)計(jì)要求，鋼梁型鋼主要為熱軋H型型鋼以及焊接H型型鋼，主要型號(hào)為500×150×10×10mm、400×150×8×10mm、350×150×6×10mm，吊裝運(yùn)輸前期徹底清除下截柱的雜質(zhì)，確保每個(gè)環(huán)節(jié)鋼柱的接觸面能夠緊密連接，鋼柱安裝期間使用高強(qiáng)度螺栓，然后焊接上截柱和下截柱，鋼柱吊裝施工之后需要確保中心線和下一段鋼柱中心線吻合，之后通過(guò)螺栓臨時(shí)連接纜風(fēng)繩以及斜撐，能夠進(jìn)一步穩(wěn)固鋼柱、在鋼柱整體穩(wěn)定后再次校對(duì)，確保鋼柱精準(zhǔn)性每個(gè)鋼柱的垂直偏差控制在1‰之內(nèi)[6]。

2.5.2 鋼梁安裝。本工程樓層鋼梁數(shù)量偏多、質(zhì)量較輕，為了進(jìn)一步提升吊裝效率，采取多根鋼梁同時(shí)吊裝的方法進(jìn)行施工，不過(guò)每次吊裝期間總體鋼梁質(zhì)量不得超出塔吊承載能力。鋼梁吊裝之后根據(jù)施工圖紙加以施工，關(guān)鍵在于樓蓋梁安裝到位之后需要應(yīng)用中釘穩(wěn)固梁的兩端，然后使用螺栓加固處理，所使用的螺栓數(shù)量不得低于螺栓總數(shù)1/3。

2.6 圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工

2.6.1 墻板體施工。在建筑裝配式鋼結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中應(yīng)用的圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體材料主要為板材砌塊或者磚塊，考慮墻體節(jié)能要求當(dāng)前板材應(yīng)用是首選，外墻板將板橋作為基礎(chǔ)材料，由此保證建筑強(qiáng)度，并且有利于針對(duì)性地進(jìn)行施工安裝，能夠提升工程建設(shè)效率。當(dāng)前板材類(lèi)墻體材料較多，其中包括鋼筋混凝土絕熱材料、復(fù)合墻板增壓輕質(zhì)加氣混凝土板，其中后者主要是混合水泥、石膏等材料，然后均勻攪拌，為了有效提升建筑性能需要加入少量鋁粉。

2.6.2 外墻板安裝。通常把外墻板在工廠預(yù)制，然后運(yùn)往施工現(xiàn)場(chǎng)，采取上拉下托的方法，外墻板節(jié)點(diǎn)連接建筑主體結(jié)構(gòu)，之后通過(guò)高強(qiáng)螺栓加以連接。起吊預(yù)制好的外墻板是需要保證型號(hào)匹配，并且底部設(shè)置硬泡沫等材料加以保護(hù)，緩慢提升到距離地面5cm時(shí)稍作停頓，進(jìn)一步檢查起吊設(shè)備以及吊裝的牢固性。墻板接近作業(yè)面時(shí)再次校正，然后使用墊片并應(yīng)用靠尺檢查垂直度以及相鄰樓板的間隙[7]。

2.6.3 內(nèi)墻板安裝。安裝期間梁的底部使用砌塊調(diào)整標(biāo)高，要求縫隙不得超過(guò)3cm，水平方向，使用砂漿封堵縫隙，豎向如果存在縫隙使用防火型巖棉填充，預(yù)制混凝土夾芯輕質(zhì)內(nèi)墻為掛板結(jié)構(gòu)，施工期間需要做好垂直度調(diào)整，然后取出全部墊塊，之后使用柔性抗裂砂漿封堵縫隙，由此確保施工效果。

2.7 減震消能技術(shù)

當(dāng)前城市中高層建筑數(shù)量不斷增加，對(duì)建筑物的抗災(zāi)害能力和安全運(yùn)行能力提出了更高要求，裝配式高層建筑施工需要重點(diǎn)分析抗風(fēng)、抗地震的能力，應(yīng)用減震消能技術(shù)可以達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。減震消能技術(shù)原理主要是在建筑物當(dāng)中安裝減震消能裝置，由此提升建筑物結(jié)構(gòu)阻尼，達(dá)到抗震目標(biāo)。建筑物當(dāng)中減震裝置安裝方式多樣，需要結(jié)合建筑物結(jié)構(gòu)加以設(shè)計(jì)，通常減震消能裝置安裝于樓層結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)以及剪力墻，比如剪力墻設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)用無(wú)屈曲波紋鋼板可以提升剪力墻剛度，減少變形，提升地震等災(zāi)害對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的破壞性，還具有良好的防火效果。

2.8 節(jié)能環(huán)保處理

隨著建筑行業(yè)的發(fā)展，多種施工技術(shù)得到創(chuàng)新和應(yīng)用，其中鋼結(jié)構(gòu)裝配式施工技術(shù)還處于發(fā)展階段。從節(jié)能環(huán)保的角度講，構(gòu)件截面尺寸較小、重量更輕，由此提升了建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，而施工期間本工程同樣加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管理，達(dá)到了節(jié)約建設(shè)成本的目標(biāo)。以往施工期間所產(chǎn)生的建筑垃圾和污染物如果未能妥善處理將造成環(huán)境污染問(wèn)題，而本工程當(dāng)中應(yīng)用裝配式鋼結(jié)構(gòu)之后，不管是預(yù)制構(gòu)件還是后續(xù)安裝都有效地降低了噪聲污染、粉塵污染[8]。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在高層建筑當(dāng)中裝配式結(jié)構(gòu)得到了越來(lái)越多的應(yīng)用，在實(shí)際施工中需要施工單位把握施工要點(diǎn)，嚴(yán)格遵守施工規(guī)范，由此打造更加舒適的室內(nèi)環(huán)境，促進(jìn)我國(guó)建筑行業(yè)健康發(fā)展。