高層裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅施工關鍵技術(shù)分析

陳 陽 陳孟鴻 鐘 偉 譚 超 周 偉 中國建筑第五工程局有限公司

1 前言

在傳統(tǒng)住宅領域，以現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為主流，近年來基于國家和行業(yè)極力推廣，工業(yè)化的鋼結(jié)構(gòu)住宅體系正在蓬勃發(fā)展。鋼結(jié)構(gòu)具有施工精度高、速度快、環(huán)保、抗震性能好等多方面的優(yōu)點，不同于混凝土結(jié)構(gòu)建筑在設計、生產(chǎn)、施工環(huán)節(jié)的割裂，鋼結(jié)構(gòu)建筑必須各方主體通力配合，實現(xiàn)設計、制作、安裝、維護的一體化，對此加強裝配式鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)研究具有重要意義。

2 鋼結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展概述

20世紀90年代開始，隨著我國經(jīng)濟增長黃金期疊加住房商品化改革推進，建筑業(yè)經(jīng)歷了長期高速增長，形成以現(xiàn)澆混凝土為主流的住宅建設技術(shù)路徑和產(chǎn)業(yè)鏈，一定程度上構(gòu)成了路徑依賴。但目前面臨著兩大影響因素：一是行業(yè)勞動力緊缺；二是環(huán)境保護硬約束。一方面?zhèn)鹘y(tǒng)現(xiàn)澆混凝土建筑對砂石骨料等原材料需求過于巨大，另一方面我國每年建筑垃圾排放總量持續(xù)上升，占城市垃圾30%～40%，成為嚴重影響環(huán)境的污染源頭之一。

2019 年底全國住房城鄉(xiāng)建設工作會上，住建部明確將大力推進鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅建設試點作為2020 年重點工作之一。裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑是指通過標準化設計、規(guī)?；a(chǎn)、裝配化施工和智能化管理建造而成的鋼結(jié)構(gòu)建筑，具有自重輕、建造工期短、節(jié)能環(huán)保和抗震性能強等優(yōu)點，因而有著廣闊的發(fā)展前景。本文主要圍繞高層裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅施工展開詳細分析。

3 高層裝配式鋼結(jié)構(gòu)的應用優(yōu)勢

混凝土裝配式、鋼結(jié)構(gòu)裝配式都屬于裝配式建筑，均能以現(xiàn)代專業(yè)工人代替?zhèn)鹘y(tǒng)建筑工人，大幅減少資源消耗和環(huán)境污染，但是鋼結(jié)構(gòu)具有更多新優(yōu)勢，具體如下。

3.1 建筑性能方面

在建筑性能上，鋼結(jié)構(gòu)在韌性、抗風性、抗震性方面明顯優(yōu)于混凝土結(jié)構(gòu)，是建筑中最安全的結(jié)構(gòu)材料，雖然其在隔音、防火、防腐方面劣于混凝土結(jié)構(gòu)，但可通過多層復合墻、防火材料、防腐涂料解決問題。如圖1所示為鋼柱防火做法。

3.2 建造環(huán)節(jié)方面

在建造環(huán)節(jié)上，鋼結(jié)構(gòu)建筑節(jié)點處采用高強度螺栓連接，較好地適用于裝配式建筑且沒有隱蔽工程，質(zhì)量好壞一目了然，而裝配式混凝土結(jié)構(gòu)在節(jié)點處仍需使用混凝土灌漿，施工質(zhì)量難以檢驗和掌控。

3.3 節(jié)能環(huán)保方面

在節(jié)能環(huán)保上，鋼材生產(chǎn)的總能耗較混凝土材料更低，在施工階段能節(jié)省大量資源，即便建筑拆除鋼結(jié)構(gòu)也可回收再利用，既能用作建筑材料，也能轉(zhuǎn)化為戰(zhàn)略資源儲備，而預制混凝土結(jié)構(gòu)最終形成建筑垃圾。

3.4 建筑應用方面

在建筑應用上，鋼結(jié)構(gòu)適用于高層、超高層建筑，可以完全將建筑設計理念轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實，而混凝土結(jié)構(gòu)在建筑高度和承重設計上仍有較多限制。此外，鋼結(jié)構(gòu)建筑承重柱更少，建筑內(nèi)空間便于調(diào)整，在相同建筑面積下鋼結(jié)構(gòu)建筑空間利用率和得房率更高。

4 高層裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅施工關鍵技術(shù)

4.1 工程概況

本項目為某住宅工程，總建筑面積約109064.23m2。1#～4#樓為7 層框架結(jié)構(gòu)住宅，5#～7#樓為22 層鋼結(jié)構(gòu)（含鋼管束、鋼管柱、鋼梁）住宅，8#～11#樓為26層框架PC樓（含PC疊合板、飄窗、樓梯），項目裝配率超83%，PC 率達21%。其中，5#～7#樓為裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑，每棟樓單節(jié)（3 層為一節(jié)）構(gòu)件數(shù)量如下：鋼管束8 件，鋼管柱15 件，鋼框梁204 件，單節(jié)合計227 個構(gòu)件。其中最重構(gòu)件達4.437t，標準層層高為3.15m，地下1 層，地上22層，地上總高度為71m，為鋼管束混凝土剪力墻—鋼管混凝土柱—鋼框梁結(jié)構(gòu)，2～22層為標準層。

4.2 裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅施工關鍵技術(shù)

4.2.1 準備工作

（1）吊裝專項施工方案審核審批，安全技術(shù)交底和培訓。（2）塔吊選型和布點（根據(jù)總體施工組織設計，前期必須布置完成）。（3）吊裝機具的準備：吊具、繩索、料斗、安全繩、爬梯、焊機等必須滿足鋼結(jié)構(gòu)吊裝施工的需求。（4）編制勞動力配置計劃及施工進度計劃。（5）檢查進場鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的外觀，審查構(gòu)件質(zhì)量證明文件，審查吊裝單位和特殊工種人員的資質(zhì)。（6）基準控制線的測量定位和交底及場地清理準備。（7）明確現(xiàn)場的道路組織和堆場布置。

4.2.2 基礎結(jié)構(gòu)預埋

鋼結(jié)構(gòu)基礎預埋件的預埋精度會嚴重影響上部鋼結(jié)構(gòu)的偏差，雖然預埋鋼板頂部較寬，能夠?qū)s10mm 內(nèi)的偏差進行調(diào)整，但是作為高層鋼結(jié)構(gòu)住宅的基礎，必須確保預埋準確。故在基礎施工過程中，必須對軸線和標高進行嚴格控制，進行三方確認，確保無偏差。

在基坑底部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定處（如塔吊基礎）設置臨時標高控制點，并對鋼結(jié)構(gòu)吊裝施工單位進行技術(shù)交底和數(shù)據(jù)移交，在鋼結(jié)構(gòu)完成基礎預埋件后，測定板面標高的同時，也要復核其預埋件的標高和軸線位置。

4.2.3 鋼管束、鋼柱、鋼梁吊裝

鋼結(jié)構(gòu)主體施工流程如圖2所示。

圖2 鋼結(jié)構(gòu)主體施工流程

（1）鋼管束吊裝施工前，對鋼管束具體軸線、邊線在預埋件面板上進行彈線明確，并且在角部焊接限位角鋼，確保鋼管束位置準確并能夠快速落位，校正后臨時固定。（2）鋼柱吊裝施工前，將預埋的高強螺栓清理干凈，根據(jù)定好的軸線和標高吊裝就位，校正后臨時固定，基礎階段鋼柱外側(cè)加包150mm厚的自密實高強鋼筋混凝土。（3）鋼梁吊裝前，鋼柱和鋼管束必須校正和臨時固定，鋼梁自下而上依次安裝，待鋼梁、鋼管束墻和鋼柱骨架整體吊裝完畢，必須全部校正再用高強螺栓連接梁柱等連接部位，鋼梁兩端同時連續(xù)施焊（鉸接端除外），再撤去臨時固定裝置，使鋼結(jié)構(gòu)骨架完整成型。

4.2.4 焊接及探傷

鋼結(jié)構(gòu)焊縫必須進行打磨除銹或二次復焊，每節(jié)鋼結(jié)構(gòu)施焊作業(yè)完畢后，由專職質(zhì)量員進行自檢，自檢合格后再由專業(yè)檢測人員根據(jù)規(guī)范要求進行焊縫探傷檢測，檢測合格后再進行下一道工序作業(yè)。

4.2.5 自密實混凝土灌芯

每節(jié)鋼結(jié)構(gòu)吊裝完成后，鋼柱和鋼管束內(nèi)腔采用高強自密實混凝土灌芯，自密實高強混凝土由商品混凝土廠家根據(jù)設計要求和原材料情況，由實驗室單獨試配而成，確保灌芯混凝土質(zhì)量。

鋼管束/鋼柱內(nèi)灌注混凝土時易造成空鼓的因素：（1）混凝土坍落度不足，流動性差；（2）粗骨料粒徑偏大；（3）樓板插筋位置導致骨料卡??；（4）鋼管束/鋼柱內(nèi)存在隔板（加勁板）；因此，混凝土灌芯過程中要嚴格控制坍落度和骨料粒徑；樓板預插筋可采用邊灌芯邊插的方式或局部后植筋的方式；內(nèi)隔板事宜由要鋼結(jié)構(gòu)廠家進行設計深化，加大隔板內(nèi)孔洞。同時，混凝土灌芯過程中必須自下而上對鋼管束和鋼柱進行敲擊，聽聲辨識混凝土灌注的飽滿度。

4.2.6 樓面混凝土澆搗

鋼結(jié)構(gòu)三層為一節(jié)吊裝完成后，自下而上開始逐層搭設支模架（鍵槽式鋼管支模架）鋪設模板，綁扎好樓板鋼筋后再進行樓面混凝土的澆筑，由于采用鋼結(jié)構(gòu)墻柱梁，只有樓板和樓梯混凝土采用現(xiàn)澆形式，兩層樓面混凝土完成后必須拆除水平隔離層，才能繼續(xù)進行結(jié)構(gòu)板施工。

由于塔吊附著在鋼結(jié)構(gòu)主體上，而附著部位的結(jié)構(gòu)板混凝土不能及時跟上，塔吊的運行易導致現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)樓板變形而產(chǎn)生開裂現(xiàn)象。因此，施工進度不宜過快，待現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)樓板的強度達到70% 或以上后再進行上層施工為宜，或采用鋼筋桁架板（栓釘在鋼梁上焊接固定），穿單向鋼筋再澆筑混凝土成型。

5 結(jié)束語

綜上所述，裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系是我國建筑體系發(fā)展的重要方向，鋼結(jié)構(gòu)住宅屬于工業(yè)化建筑，與住宅產(chǎn)業(yè)化要求相符合，是提高勞動效率、提升建筑質(zhì)量、可持續(xù)發(fā)展的新型建筑生產(chǎn)方式。在高層住宅建設中，應根據(jù)項目實際情況進行鋼結(jié)構(gòu)設計，并規(guī)范落實鋼結(jié)構(gòu)安裝與相應的混凝土灌注等工序，切實保障建筑整體結(jié)構(gòu)安全可靠，有效提高住宅品質(zhì)。