超高層全鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑施工技術(shù)

張東升

（山東高速萊鋼綠建發(fā)展有限公司第二分公司，山東 濟(jì)南 250000）

我國大力發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑，解決鋼鐵產(chǎn)能過剩問題。超高層裝配式建筑工程采用全鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工，符合綠色發(fā)展理念，且可以保障建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、筑的抗裂性能和抗震性能。結(jié)合具體的工程案例進(jìn)行分析，對全鋼結(jié)構(gòu)裝配式超高層建筑技術(shù)參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，強(qiáng)調(diào)施工技術(shù)的規(guī)范性、科學(xué)性，有利于保障工程質(zhì)量。

1 項目案例

廣東省佛山市超高層建筑位于主干道交匯處，項目建設(shè)位于商業(yè)中心，為辦公樓。其中包括塔樓一個，西側(cè)和東側(cè)各設(shè)計裙房，選擇使用鋼框架剪力墻結(jié)構(gòu)，并采用鋼板組合的方式進(jìn)行施工作業(yè)。樓層地上37層，地下1層，高度為175.8m，外框使用圓柱管結(jié)構(gòu)，核心筒使用剪力墻結(jié)構(gòu)，共計需要使用22根箱型柱和10片鋼板剪力墻?？紤]到超高層建筑裝配式建筑施工要點，設(shè)計使用鋼板厚度為20mm，并為了提高結(jié)構(gòu)的抗形變能力，沿著水平方向每間隔1.5m設(shè)置U型肋進(jìn)行施工作業(yè)。

前期對施工場地進(jìn)行勘察，并對多種超高層裝配式建筑施工方案進(jìn)行對比，為滿足抗裂、抗震等基本需求，進(jìn)行技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)可行性分析，最終敲定使用鋼筋混凝土機(jī)制，并設(shè)置鋼框架梁和鋼板墻。按照框架結(jié)構(gòu)將其分為核心筒、鋼框架，主體支撐結(jié)構(gòu)的柱梁、鋼筋桁架板等，對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。在完成技術(shù)方案的可行性分析后，認(rèn)為使用黏滯阻尼墻可以起到提高抗震性能的作用，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、質(zhì)量、效率等均滿足工程建設(shè)的基本要求，可嚴(yán)格按照設(shè)計方案進(jìn)行施工[1]。

2 全鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑特點

全鋼結(jié)構(gòu)的建筑施工具有較強(qiáng)的專業(yè)性要求，且應(yīng)具體問題具體分析，在充分完成數(shù)據(jù)勘測的基礎(chǔ)上科學(xué)選擇材料，并完成建筑框架方面的施工。此外，為保障施工質(zhì)量，需全程加以質(zhì)量監(jiān)督。超高層裝配式建筑采用全鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工作業(yè)，符合綠色建筑工程理念，并可以有效保障建筑工程的質(zhì)量。全鋼結(jié)構(gòu)超高層裝配式建筑具有強(qiáng)度高、剛度大、質(zhì)量輕等優(yōu)勢，其具備以下特點：1）良好的抗震屬性是全鋼結(jié)構(gòu)項目的主要特點，由于主體結(jié)構(gòu)框架由鋼材組合，受鋼材屬性影響，其具有良好的延展性，并具備一定的抗振動能力，穩(wěn)定性較好；2）鋼結(jié)構(gòu)的自重較輕，可以減少結(jié)構(gòu)的應(yīng)力，包括豎向的荷載力和橫向的應(yīng)力；3）全鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑比較傳統(tǒng)的建筑施工模式而言，其在空間利用率上更高，支柱的橫截面比較小，可以減少大約3%左右的建筑使用面積，使建筑工程建設(shè)速度較快[2]；4）鋼結(jié)構(gòu)布置具有靈活性特點。鋼架的結(jié)構(gòu)選擇更加均勻、靈活，為施工人員的現(xiàn)場裝配作業(yè)提供了便利；5）采用鋼架結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工作業(yè)，考慮到建筑的水平荷載力，其具備二階效應(yīng)特點，當(dāng)受到外力影響時，可以有效避免非結(jié)構(gòu)向力，對建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響，減少位移情況的產(chǎn)生，使得建筑結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定；6）全鋼結(jié)構(gòu)的裝配式建筑具有良好的防火性能，主體結(jié)構(gòu)中的梁、柱、板等均采用鋼材制作，在噴涂防火材料的同時，故具備良好的阻火功效；7）全鋼結(jié)構(gòu)施工涉及到的環(huán)節(jié)較多，且存在交叉施工的可能，因此會加大施工難度。要求前期做好整體規(guī)劃與設(shè)計，統(tǒng)籌安排建設(shè)工作，科學(xué)控制機(jī)器升降速度，以此確保施工質(zhì)量；8）工程施工進(jìn)度控制難度較大。由于全鋼結(jié)構(gòu)建筑施工存在危險作業(yè)情況，且需要科學(xué)的處理材料堆放等問題，因此會直接影響工程進(jìn)度，要求技術(shù)人員科學(xué)完成施工前的準(zhǔn)備工作，綜合考慮多方面影響因素，并制定施工規(guī)范要求，以此滿足建筑施工需要。此外，應(yīng)及時檢查機(jī)械質(zhì)量情況，確保其不會存在安全隱患，威脅工作人員人身安全。

對全鋼結(jié)構(gòu)的裝配式建筑特點進(jìn)行分析，比較以往的建筑結(jié)構(gòu)而言，其主要應(yīng)用鋼材進(jìn)行施工作業(yè)，具有安全性、穩(wěn)定性、抗應(yīng)力性等特點。尤其是采用組裝拼接的方式進(jìn)行施工作業(yè)，建筑的空間利用效率較好，并可以有效縮短裝配式建筑工程的工期，是比較科學(xué)、先進(jìn)的建筑施工結(jié)構(gòu)，故建議施工單位予以應(yīng)用。

3 全鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑施工技術(shù)探討

3.1 全鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑技術(shù)流程

全鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑施工應(yīng)嚴(yán)格按照施工流程，并對具體的施工參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，使其可以滿足具體工程質(zhì)量的實際需要。裝配式建筑多采用現(xiàn)場拼裝的方式進(jìn)行作業(yè)，并按照預(yù)設(shè)方案對結(jié)構(gòu)中的構(gòu)件進(jìn)行生產(chǎn)，具體流程如下。

3.1.1 構(gòu)件生產(chǎn)

根據(jù)裝配式建筑施工的要求，應(yīng)預(yù)先做好結(jié)構(gòu)設(shè)計工作，嚴(yán)格按照結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容生產(chǎn)具體的構(gòu)件。根據(jù)設(shè)計圖紙中的內(nèi)容預(yù)先做好鋼材材料的供應(yīng)，并對其進(jìn)行鋼材的制造以及零配件的生產(chǎn)。為切實保障構(gòu)件的生產(chǎn)符合技術(shù)參數(shù)要求，避免出現(xiàn)材料過高或者過寬等問題，應(yīng)預(yù)先對供應(yīng)商提供的鋼材構(gòu)件進(jìn)行測試，包括零件的機(jī)械屬性、硬度等基本參數(shù)，并對材料進(jìn)行測量，判斷其是否符合工程項目的實際需要，控制誤差在合理的范圍之內(nèi)。裝配式建筑構(gòu)件可以分為半成本構(gòu)件、成品構(gòu)件和零件，檢驗構(gòu)件的基本參數(shù)及質(zhì)量是否滿足要求，并在施工現(xiàn)場對構(gòu)件進(jìn)行拼裝。如需要進(jìn)行焊接作業(yè)，需要在焊縫組裝過程中使用防護(hù)氣進(jìn)行保護(hù)，提高焊縫的可靠性，保障構(gòu)件結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。鋼構(gòu)件焊縫作業(yè)多使用二氧化碳作為防護(hù)氣，并在組裝拼接完成后對其進(jìn)行校準(zhǔn)，并做好構(gòu)件的防銹蝕處理工作[3]。

在完成焊縫焊接和質(zhì)量驗收工作后應(yīng)對鋼構(gòu)件進(jìn)行涂裝，并選擇在室內(nèi)的環(huán)境中進(jìn)行涂裝作業(yè)，最佳環(huán)境溫度在20℃上下，濕度應(yīng)小于85%。在鋼構(gòu)件的表面位置進(jìn)行噴砂除銹后，并對其進(jìn)行保護(hù)，觀察涂料是否良好，隨后進(jìn)行吊裝作業(yè)。

3.1.2 構(gòu)件定位

按照圖紙要求進(jìn)行標(biāo)高和軸線作業(yè)。施工之前使用經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀等進(jìn)行標(biāo)高確定，并使用墨線做好區(qū)域標(biāo)記，在固定位上注明，并進(jìn)行記錄。根據(jù)鋼柱在混凝土的連接面邊線和縱橫十字軸線，對鋼架的柱腳位置進(jìn)行確定。

構(gòu)件定位是指將各鋼結(jié)構(gòu)安裝到特定位置的過程，應(yīng)預(yù)先進(jìn)行測量，并對誤差進(jìn)行調(diào)整，避免其在吊裝過程中出現(xiàn)結(jié)構(gòu)不合理等問題影響到裝配式建筑的質(zhì)量。起吊之前需要檢查鋼構(gòu)件接觸區(qū)域地面是否整潔，避免出現(xiàn)污染物對構(gòu)件產(chǎn)生影響，并使用墊圈或者使用高程槍機(jī)對其進(jìn)行調(diào)整，對構(gòu)件的吊裝位置進(jìn)行標(biāo)高處理。結(jié)構(gòu)安裝之前需要根據(jù)鋼筋的直徑預(yù)留一定的空間，使用PE線或者膠條對誤差進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)符合定位要求且達(dá)到預(yù)設(shè)的高度時，需要建立支撐體系。每個鋼結(jié)構(gòu)需要保障使用兩個或兩個以上的傾斜型的支撐結(jié)構(gòu)，并對其進(jìn)行定位。支柱和基座之間的距離應(yīng)控制在全部結(jié)構(gòu)寬度的2/3以內(nèi)、1/2以上。在支撐體系搭設(shè)完成之后，對垂直度參數(shù)等進(jìn)行調(diào)整，使用水平儀等測量儀器，對結(jié)構(gòu)的垂直程度進(jìn)行檢驗。該過程可以使用BIM技術(shù)對其進(jìn)行測量定位，可以實現(xiàn)定位誤差的最小化。

3.1.3 構(gòu)件吊裝

鋼結(jié)構(gòu)吊裝主要采用分段式吊裝的方式進(jìn)行施工作業(yè)，尤其是超高層建筑需要輔助應(yīng)用塔式起重機(jī)進(jìn)行吊裝。吊裝施工方法應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場的實際情況，并按照設(shè)計方案中的內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，避免在起吊吊裝過程中出現(xiàn)總重過點的情況出現(xiàn)。分段吊裝技術(shù)的應(yīng)用針對鋼架結(jié)構(gòu)長度在3m以上的情況下或者高度在5m以上的情況下進(jìn)行吊裝作業(yè)。為切實保障吊裝作業(yè)的科學(xué)性，應(yīng)按照從下至上的順序，并安設(shè)防風(fēng)繩對其進(jìn)行保護(hù)，如果吊裝過程中因阻力過大無法保障吊裝位置的科學(xué)性，應(yīng)輔助使用低座位機(jī)進(jìn)行作業(yè)。

鋼結(jié)構(gòu)的吊裝作業(yè)采用逐根吊裝、逐層吊裝的方式。首節(jié)鋼柱的吊裝應(yīng)保持柱腳位置與軸線對齊，使用千斤頂或者撬棍等對其進(jìn)行校正，控制誤差在1mm以內(nèi)。在安裝鋼柱過程中需要對其進(jìn)行標(biāo)高調(diào)整和垂直度調(diào)整，螺母高出柱底板底2mm，如存在偏差需要進(jìn)行調(diào)整。待進(jìn)行垂直度和標(biāo)高誤差調(diào)整完畢后，對上層的鋼柱進(jìn)行吊裝作業(yè)。鋼柱的吊裝連接吊裝孔，根部位置墊實，在根部不離地的情況下進(jìn)行扶直、提升，現(xiàn)場使用連接板對鋼柱進(jìn)行鉸接，并對其進(jìn)行位置調(diào)整，隨后進(jìn)行固定。鋼柱吊裝完成后進(jìn)行鋼梁的吊裝，按照順序應(yīng)采用先主梁、后次梁的吊裝方式，如質(zhì)量比較輕的鋼梁可以采用串吊的方式進(jìn)行施工，期間需要對綁扎位置進(jìn)行防護(hù)。鋼柱與梁之間的焊接方式采用栓焊方式，使用高強(qiáng)度的螺栓進(jìn)行安裝，隨后進(jìn)行焊接焊口，完成后將耳板割除[4]。

3.1.4 節(jié)點施工

鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點作業(yè)是裝配式建筑施工流程的關(guān)鍵點，按照節(jié)點區(qū)域可以將其分為梁、柱節(jié)點作業(yè)和墻板節(jié)點作業(yè)。設(shè)計使用H型的梁、柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工作業(yè)，并使用高強(qiáng)度的螺栓對其進(jìn)行固定。針對建筑的短梁和柱之間的結(jié)構(gòu)點作業(yè)，通過銜接施工的作業(yè)方式或者采用預(yù)制拼裝的作業(yè)方式，在現(xiàn)場進(jìn)行施工作業(yè)。在墻板節(jié)點施工作業(yè)過程中，使用蒸壓輕質(zhì)加氣混凝土作為墻板進(jìn)行作業(yè)，材料由混凝土、砂土等組成，具有良好的防水性能，且質(zhì)量比較輕。選擇使用該類墻板進(jìn)行施工作業(yè)其密度在0.6g/cm3以內(nèi)。在板結(jié)構(gòu)節(jié)點施工作業(yè)期間，在外墻和梁進(jìn)行施工作業(yè)階段，需要預(yù)先架設(shè)側(cè)梁，隨后對墻板進(jìn)行吊裝到指定位置，使用纜風(fēng)繩對其進(jìn)行引導(dǎo)，并使用L型鉤頭進(jìn)行定位，隨后進(jìn)行回填作業(yè)。在空間腔連接施工過程中，控制龍骨與空間腔之間的距離在0.28m左右，使用φ4.5cm的螺絲進(jìn)行固定。

3.2 全鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑技術(shù)要點

按照上述流程對全鋼結(jié)構(gòu)的裝配式建筑進(jìn)行施工作業(yè)，同時也要對施工采用的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行判斷，使其可以滿足超高層建筑抗震等級和防裂等級的需要，保障工程質(zhì)量，案例中裝配式建筑施工關(guān)鍵技術(shù)為框架施工、黏滯阻尼墻施工、鋼板墻應(yīng)力監(jiān)測等，具體施工技術(shù)如下。

3.2.1 鋼板墻核心筒施工技術(shù)

按照裝配式建筑施工的基本要求，采用先地下、后地上的施工順序，項目中的塔樓與裙房采用同步施工作業(yè)的方式。外露鋼板剪力墻結(jié)構(gòu)使用鋼柱進(jìn)行施工作業(yè)。在保障鋼結(jié)構(gòu)的體系穩(wěn)定之后，進(jìn)行鋼筋桁架、樓承板和混凝土的澆筑作業(yè)，從而實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)裝配式建筑結(jié)構(gòu)的快速安裝。

3.2.2 黏滯阻尼墻施工技術(shù)

全鋼結(jié)構(gòu)的超高層裝配式建筑使用采用黏滯阻尼墻的施工方法提高其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，使其可以起到消能減震的作用。阻尼器的設(shè)計使其懸掛在建筑各層的上層樓板區(qū)域，使其懸掛在內(nèi)鋼板位置，并固定在外鋼板和內(nèi)鋼板之間。黏滯阻尼墻所使用的材料為烴類高分子材料，具有良好的黏度，可以提高超高層建筑的應(yīng)力抗性，保障建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。當(dāng)建筑因人員過多或者因外力環(huán)境發(fā)生振動變化時，內(nèi)鋼板與外鋼板之間的阻尼墻黏液會發(fā)生剪切運動，可以消除外力因素對建筑穩(wěn)定性產(chǎn)生的影響[5]。案例中的黏滯阻尼墻安裝在塔樓的核心筒區(qū)域，并對阻尼墻施工的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

在黏滯阻尼墻施工的過程中，其具有良好的性能，且可以有效利用建筑的空間，并具有良好的復(fù)位性和耐久性，可以循環(huán)重復(fù)利用。對阻尼墻進(jìn)行施工過程中，需要嚴(yán)格控制其不要接觸到水分，做好施工現(xiàn)場的防水保護(hù)，尤其是阻尼墻的上半?yún)^(qū)域不可以淋水。運輸過程中需要保持阻尼墻的直立，不可以傾斜或者平躺，安裝完畢后對超高層建筑的主體結(jié)構(gòu)件施工作業(yè)，并在兩側(cè)位置臨時固定吊耳板對其進(jìn)行固定。阻尼墻的焊接也是施工技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵，需要切實控制焊接過程，確保不會對阻尼墻的質(zhì)量產(chǎn)生影響，并嚴(yán)格控制阻尼墻的安裝流程，動態(tài)監(jiān)督，避免安裝偏差問題產(chǎn)生。

3.2.3 鋼板墻應(yīng)力監(jiān)測施工技術(shù)

鋼板墻施工作業(yè)在豎向荷載上可以起到良好的作用，但為了實現(xiàn)對建筑結(jié)構(gòu)壓應(yīng)力的優(yōu)化，使用滯后主體結(jié)構(gòu)焊接固定技術(shù)進(jìn)行施工作業(yè)，并對其進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)測施工，有效提高鋼板墻區(qū)域的承載力，提高結(jié)構(gòu)的延展性能。鋼板墻的施工作業(yè)共計設(shè)計監(jiān)測點數(shù)量54個，分別在建筑的1層、8層、14層、26層進(jìn)行監(jiān)測點的設(shè)置，分別設(shè)置25個、10個、12個、7個監(jiān)測點。具體應(yīng)力監(jiān)測施工技術(shù)應(yīng)用如下：1）在各層安裝傳感器裝置，用于對應(yīng)力參數(shù)的采集；2）主體結(jié)構(gòu)施工達(dá)到25層后，且混凝土作業(yè)達(dá)到18層，鋼板墻的焊接工作結(jié)束后，對其應(yīng)變數(shù)據(jù)進(jìn)行采集；3）在焊接完成后，鋼板墻安裝至28層后，進(jìn)行應(yīng)變數(shù)據(jù)采集；4）每進(jìn)行主體鋼結(jié)構(gòu)的施工作業(yè)進(jìn)行應(yīng)力數(shù)據(jù)采集1次；5）幕墻及隔墻施工作業(yè)每10層采集應(yīng)力數(shù)據(jù)1次。

在對應(yīng)力參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測的過程中，對全鋼結(jié)構(gòu)的建筑外框架的穩(wěn)定性系數(shù)及支撐效果等進(jìn)行分析，將監(jiān)測所得的應(yīng)力參數(shù)作為技術(shù)方案調(diào)整的重點依據(jù)。最終結(jié)果表明，采用鋼板剪力墻的施工模式，其在荷載、壓力、彎曲等性能參數(shù)上，均可以滿足工程建設(shè)的實際要求。

4 結(jié)語

綜上所述，超高層全鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑施工應(yīng)嚴(yán)格按照施工技術(shù)流程，遵循施工技術(shù)規(guī)范，充分挖掘全鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑的優(yōu)勢，滿足住戶的安全性、穩(wěn)定性需求。在施工期間，應(yīng)重點明確施工要點，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，超高層建筑的黏滯阻尼墻和鋼板墻的施工尤為重要，是工程建設(shè)需要重點關(guān)注的內(nèi)容，需要通過監(jiān)測手段、驗收程序，對其質(zhì)量進(jìn)行衡量。