裝配式建筑工程鋼結構施工技術及管理方法

林海軍

摘 要：依托于傳統(tǒng)的鋼結構施工工藝，針對高層建筑鋼結構的安裝施工工藝進行分析，闡述裝配式建筑工程鋼結構施工技術與管理方法。通過選擇與布置安裝施工機械，對鋼結構預埋構件、鋼柱以及瀑布幕墻的安裝施工技術與步驟提出新的施工工藝設計，以突出該施工工藝在各個節(jié)點的支座反力與重力荷載方面所體現(xiàn)的優(yōu)勢，其與傳統(tǒng)施工技術相比更加科學，建筑結構的整體穩(wěn)定性更高。

關鍵詞：高層建筑；鋼結構；安裝工藝；施工技術

中圖分類號：TU71;TU758.11? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：2096-6903（2023）04-0004-03

0 引言

鋼材作為使用價值高且環(huán)保綠色的建筑材料，目前在高層建筑的建造中廣泛應用。傳統(tǒng)的鋼結構安裝施工工藝因受技術方面的限制，容易導致建筑的抗震性能相對較低，從而使建筑的整體結構穩(wěn)定性與可靠性有所不足，制約了鋼結構建筑行業(yè)的發(fā)展。因此將鋼結構施工工藝加以創(chuàng)新，在一定程度上能夠提高工程施工的效率，保證工程質量。與此同時也能夠降低鋼結構施工技術在實際運用過程的難度，避免出現(xiàn)如鋼材原料的浪費等問題，進而促進建筑產(chǎn)業(yè)對建筑材料的循環(huán)使用，以滿足當前綠色環(huán)保的施工要求。

1 工程概況

以某裝配式高層建筑E項目工程（以下簡稱E項目工程）為例，該工程建筑占地面積約為52 304.13 m2，項目涉及兩個樓體建設，其中地上層高為20層，地下層高為2層。其中地上建筑結構主要采用框架支撐結構，地下建筑結構采用框架結構。建筑的安全等級為二級，防火系數(shù)為一級。用于本次項目的結構材質主要為Q325，裝配式等級為雙A級。具體的工程概況詳情如表1所示。

從 E項目工程的總體情況和參數(shù)來看，總體表現(xiàn)出的剛度比較高，各層間的位移也比較少，因而具有良好的側向能力。大多數(shù)建筑采用鋼管混凝土柱，因此所需要的鋼材數(shù)量相對較多，并且對鋼結構的技術要求也相對較為嚴格。

2 裝配式高層建筑鋼結構安裝施工技術

2.1 選擇和布置安裝施工機械

針對E項目工程的鋼結構安裝施工工藝，安裝施工機械的合理選擇與布置能夠為后續(xù)的工程項目施工提供有力的保障。吊裝是鋼結構安裝過程中所使用的較為重要的機械，也是垂直運輸預購件的唯一運輸工具，因此對于吊裝設備的選擇應綜合考慮施工現(xiàn)場的環(huán)境。

由于高層建筑相對較高并且一般現(xiàn)代化的辦公裝修風格其建筑結構體現(xiàn)出了不規(guī)則性，因此施工過程中所需要的各種類型的預購件的尺寸會有所不同。它一般相對較大，并且在質量上也與普通預購件存在一定的差異[1]。

為了能夠滿足本次建筑施工項目中對預購件的吊裝與倒運要求，本次施工吊裝采用附著式的平臂塔式起重機，臂長為45m，在工程工地的主體建筑主體的南北兩側各有一座塔式起重機。根據(jù)此次工程的頂起數(shù)量和施工工期，確定了此次工程所需的機械數(shù)量。

計算所使用的公式如公式（1）所示：

Ni=Qi·K/（qi·Ti·bi）? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

式中：Ni為高層建筑工程項目中所需要使用的施工機械總量，單位為臺；Qi為高層建筑工程項目中共要完成的工程總量，單位為m?；K為工程項目施工中所安裝的施工機械運行不均衡系數(shù)；qi為建筑工程項目中安裝施工機械產(chǎn)量的具體指標，單位為m?/臺；Ti為高層建筑工程項目安裝施工機械后所使用的總天數(shù)，單位為d；bi為施工機械的工作次數(shù)，單位為次。

通過公式（1）計算后能夠對得到本次施工項目中所使用的施工機械總臺數(shù)，基于對E工程項目的實際情況，需要對吊裝的具體次數(shù)進行分析，從而避免吊裝機械設備在使用的過程中超出預期的標準范圍。此外，還針對本次施工項目中所使用的預構件進行了設計，其中包括構件所安裝的位置以及具體的構件參數(shù)。該構件參數(shù)能夠為整個工程的裝配式鋼結構實施工藝的實施提供充足的保障。

2.2 鋼結構預埋構件安裝施工

基于本文中對鋼結構安裝過程中所使用的吊裝選擇和布置，該部分內(nèi)容將對鋼結構預埋構件的具體安裝施工步驟進行論述。通過對本次高層建筑的結構進行了解后，針對本次鋼結構預埋構件選擇使用預埋錨栓和矩形短柱相組合的方式。其質量約為12 t，總長度為7.5 m。

2.3 鋼柱安裝施工

待鋼結構預埋構件安裝后，對鋼柱進行施工。鋼柱作為高層建筑施工過程中所使用的重要材料，同樣也是施工工作的重點。在施工中基于對建筑主體的塔樓結構了解后，需要在不同的樓層之間通過設置桁架，通過桁架的轉換來完成不同樓層的外圍鋼框架結構的安裝工作[2]。此次施工工作采用分階段處理的方式完成鋼結構的鋼柱安裝。因施工分段不同，所以需對鋼柱安裝過程中的基礎標高進行設定。一般對于高層建筑來說，標高將依據(jù)建筑物的結構而進行設定，其中包括地下室、塔樓以及裙房，具體的標高設定要求如表2所示。

設定鋼柱安裝標高后將依據(jù)現(xiàn)場施工的吊裝的實際位置，對鋼柱進行分段處理。該過程能夠充分地保證鋼柱在安裝的過程中符合現(xiàn)場施工環(huán)境，確保施工工作的安全。分段處理完成后針對鋼柱進行安裝。于地上安裝鋼柱時，需要用吊裝將所要安裝的鋼柱吊起，吊裝前應設定好塔式起重機的最大距離與回轉半徑。因鋼柱的高度較高，因此在鋼柱上應安裝耳板孔，作為吊裝的吊裝點，從而能夠保證鋼柱在吊起的過程中保持柱身處于垂直狀態(tài)在完成后，將其進行加固，并對其進行分塊加工。

地下部分的鋼柱的設置要在施工前，充分考慮到地基對鋼筋的影響，防止鋼筋在裝配后發(fā)生位移，從而引發(fā)施工過程中的質量問題。如果選用了地面一樓的起重單元，則按其斷面大小設置用于臨時輸送的鋼柱的支承鋼梁，并清理其聯(lián)結的槽口，以保證以后焊接過程中鋼柱的堅固程度[3]。根據(jù)單個鋼柱的單根長，對其在地面上的特定布置進行定位，從而構成一個穩(wěn)定的鋼構件，并對其進行檢測。在安裝期間，應及時糾正鋼立柱在裝配中產(chǎn)生的偏差，并與預定的裝配狀態(tài)進行比較，如果不存在任何差錯，則進行焊接。同時，將臨時架設的支架鋼移走。

2.4 建筑瀑布幕墻鋼結構安裝施工

一般對于高層建筑來說瀑布幕墻，均設計在高層建筑的塔樓外墻壁并與鋼架相連，因此在安裝難度上相較于傳統(tǒng)的外墻難度有所提升，各個樓層之間需要利用吊桿體系，并與鋼結構的銷軸保持連接。一般瀑布幕墻的安裝需要配備不同數(shù)量的牽引裝置，同時應對牽引裝置的拉力值進行計算。通常拉力值的計算需要結合工程施工與之相關的公式，如公式（2）所示。

F=[ξm+n-1（ξm-1）/ξm-1]×Q? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

式中：F為牽引裝置的輪滑組拉力值，單位為kN；ξ為牽引裝置中的滑輪阻力系數(shù)；m為牽引裝置輪滑組的工作繩數(shù)量，單位為段；n為牽引裝置所使用的滑輪個數(shù)，單位為個；Q為牽引裝置滑輪的計算荷載值，單位為kN。

通過公式（2）的計算得出工程中安裝瀑布幕所使用的輪滑組拉力值，參考該數(shù)值利用倒裝的方式完成瀑布幕鋼結構的安裝。施工段可將其劃分為由下而上的施工方法，采用托架的方式將鋼結構構件運輸?shù)筋A定的樓層位置，達到指定位置后在托架上鋪設安全網(wǎng)與木模板，為了保證構件的放置安全性，應在安裝過程中在托架周圍放置防護欄。具體的安裝流程如圖1所示。

3 裝配式高層建筑鋼結構安裝施工后的效果分析

為了能夠保證高層建筑達到預設的抗震等級，需要在鋼結構安裝施工過程中對地震力進行調整。依據(jù)E項目工程的實際施工狀況，在修正地震力的過程中，通過調整鋼結構構件的連接應力狀態(tài)，進而減少鋼結構在安裝過程中因施工順序而對建筑產(chǎn)生的內(nèi)力影響。施工中對鋼結構受力、變形的具體數(shù)值需要與鋼結構安裝施工模型計算數(shù)值做好比對，依據(jù)具體參數(shù)，從而確定鋼結構安裝施工過程中的剛度與負載。該次工程中使用了鋼結構施工分段加載法，計算公式如公式（3）所示。

δi=∑δj，i=（1，2，3......n） ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（3）

式中：δi為鋼結構豎向位移值參數(shù)；i為鋼結構安裝施工模型中所指的施工樓層。

基于安裝施工中的多種單元定義（平面應力單元、梁單元），對于本次施工項目將采用平面應力單元來確定鋼結構的兩端彎矩，使鋼結構支撐單元得以釋放。此外為了實現(xiàn)對鋼結構單元節(jié)點的彈性連接進行限制，則可以利用安裝施工中的單元約束方式。與此同時，在該基礎上設置荷載自由度，結合移位參數(shù)可以得到高層建筑的鋼結構施工荷載。為進一步分析本次工程項目的施工效果，對高層建筑的鋼結構安裝施工進行了模擬操作，結合施工具體方案設計和施工技術，將其施工的各項數(shù)據(jù)進行模擬設置，并對鋼結構的連接點加以編號[4]。

通過不同種安裝施工工藝數(shù)值對比后發(fā)現(xiàn)，無論是支座反力還是重力荷載均有了較大的改變，本文所提出的全新施工工藝在施工后所得到的鋼結構節(jié)點的各項數(shù)值均相對較大，由此可以得出，該工藝在施工過程中相較于傳統(tǒng)施工工藝效果存在著較大的優(yōu)勢。

4 結語

為了能夠更好地滿足人口眾多的城市居住需求，進一步優(yōu)化居住環(huán)境，高層建筑應用逐漸廣泛。與此同時對于建筑行業(yè)來說，也是對建筑模式的又一次創(chuàng)新。因高層建筑結構與普通建筑結構之間存在著較大的差異性，因此對其施工工藝也提出了較高的要求。

在創(chuàng)新施工工藝的過程中而衍生出來的裝配式施工技術，成為了當下創(chuàng)新性較高的施工技術，一方面能夠改變傳統(tǒng)的鋼結構安裝施工工藝中在鋼結構使用方面所出現(xiàn)的使用性能不足，另一方面也極大地提高了高層建筑的穩(wěn)定性，延長建筑的使用時間，全面地推進了高層建筑鋼結構安裝的施工質量與效率。

參考文獻

[1] 湯軍儒.超高層全鋼結構裝配式建筑施工技術[J].建筑技術開發(fā)，2022（10）：43-45.

[2] 高乾，黃興斌，黨利榮，等.基于裝配式建筑工程的鋼結構施工技術要點分析[J].中國建筑金屬結構，2022（02）：82-84.

[3] 傅曉龍.裝配式建筑工程鋼結構施工技術研究[J].中國住宅設施，2021（11）：138-139.

[4] 楊廣瑛.淺析裝配式建筑工程鋼結構施工技術和施工管理措施[J].科技風，2021（30）：115-117.