高層鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅建筑的主要問題分析

楊雪峰

（廣東省重工建筑設(shè)計院有限公司，廣東廣州 510900）

0 引言

住宅建筑與公共建筑在結(jié)構(gòu)上存在一定差異，在建設(shè)的過程中應(yīng)用創(chuàng)新的鋼結(jié)構(gòu)能夠全面提高工程的質(zhì)量?，F(xiàn)階段，我國高層鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅建筑仍處于初步發(fā)展階段，缺乏較為完善和統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)體系。目前的結(jié)構(gòu)體系有鋼管束剪力墻結(jié)構(gòu)、異形鋼管柱框架結(jié)構(gòu)等，需要對其進(jìn)行研究和分析，以精準(zhǔn)判定其存在的問題。

1 案例概述

為了更好地解決當(dāng)前高層鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅建筑工程中的問題，需要分析和研究實際案例，分析其涉及的鋼結(jié)構(gòu)裝配式工程，從而掌握高層鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅建筑工程建設(shè)的不足之處，更加精準(zhǔn)地定位和分析問題。

本文對廣東省東莞市某高層住宅建筑工程進(jìn)行研究和分析，該工程實際建筑面積約為45 000 m2，整體建筑高度為110 m，以鋼結(jié)構(gòu)作為主體設(shè)計形式，并為了節(jié)約工程建設(shè)的時間，提高施工效率，以裝配式施工方式完成鋼結(jié)構(gòu)工程的建筑和安裝[1]。該高層住宅建筑在設(shè)計過程中設(shè)定的耐久期限為60年，以1 m厚的筏板鋼混結(jié)構(gòu)作為住宅建筑的基礎(chǔ)構(gòu)造部分，其涉及的鋼結(jié)構(gòu)材料均符合國家一級強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)。該住宅建筑設(shè)置地上民用住宅以及地下停車庫，地上住宅有28層（圖1），地下停車庫有2層。對于這一工程項目的研究，最為關(guān)鍵的是研究其鋼結(jié)構(gòu)及裝配方式。

圖1 鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅建筑工程

2 鋼管束組合剪力墻結(jié)構(gòu)

2.1 鋼管束剪力墻

本文研究的高層住宅建筑工程以鋼結(jié)構(gòu)為整體結(jié)構(gòu)體系，其中最為關(guān)鍵的是鋼管束組合剪力墻結(jié)構(gòu)，其借助卷邊U型鋼以及方鋼管單元連接，從而打造完整的鋼管束剪力墻。鋼管束剪力墻的組合方式包括一字型、C型、Z型、T型以及L型，其中最為常見的是L型、Z型和T型，如圖2所示。在打造鋼管束剪力墻時，方鋼管轉(zhuǎn)角與冷彎卷邊U型槽焊接組成一體結(jié)構(gòu)，這樣的鋼結(jié)構(gòu)實際鋼壁厚度需為4～8 mm，并需具有良好的支撐，因此，底部加強(qiáng)區(qū)實際鋼結(jié)構(gòu)厚度需大于6 mm，其他結(jié)構(gòu)位置實際厚度不得小于4 mm[2]。

圖2 鋼管束剪力墻組合橫截面

打造好的鋼管束剪力墻體實際厚度有150 mm及130 mm兩種規(guī)格，需要根據(jù)不同建筑工程的實際狀況調(diào)整規(guī)格。本高層住宅鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑的剪力墻實際厚度約為150 mm，調(diào)整范圍不得超過200 mm，并且按照三層安裝一節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)，鋼管束剪力墻縱向長度需控制在9000 mm左右。同時，可以根據(jù)裝配式建筑方式、工藝以及不同吊裝設(shè)備的具體情況，對長度標(biāo)準(zhǔn)做出調(diào)整。

2.2 鋼結(jié)構(gòu)的制作與施工安裝

由于當(dāng)前高層住宅建筑工程的施工模式為鋼結(jié)構(gòu)裝配式施工，因此施工現(xiàn)場應(yīng)用的鋼結(jié)構(gòu)材料均為工廠預(yù)制件，鋼梁、鋼管以及鋼柱等材料在工廠制作完成后運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，經(jīng)過焊接組裝形成建筑工程所需的剪力墻組合橫截面。并且需要根據(jù)施工圖紙的要求，對加強(qiáng)板及施工節(jié)點鋼板進(jìn)行焊接處理，預(yù)留鋼筋孔，做好裝配式建筑結(jié)構(gòu)吊裝施工前的完善準(zhǔn)備工作。本工程的鋼管束組合剪力墻結(jié)構(gòu)體系包括鋼梁、鋼柱等，施工環(huán)節(jié)與其他工程的一致，需要按照住宅建筑每三層安裝一節(jié)鋼材的原則施工，安裝后需要及時校正，并及時焊接本柱節(jié)內(nèi)的鋼梁、鋼板、鋼柱。

需確保剪力墻結(jié)構(gòu)具有良好的質(zhì)量，符合施工設(shè)計圖紙當(dāng)中的尺寸，并全面檢查高強(qiáng)度螺栓的連接緊密度，確保剪力墻整體鋼結(jié)構(gòu)材料的施工安裝無質(zhì)量問題。在確認(rèn)剪力墻鋼結(jié)構(gòu)材料施工安裝符合要求后，方能進(jìn)行剪力墻與鋼柱之間的混凝土澆筑施工?；炷翝仓┕?yīng)用無收縮自密實混凝土材料在鋼管束剪力墻以及鋼管柱內(nèi)部進(jìn)行澆筑，在施工澆筑前應(yīng)檢查混凝土當(dāng)前的配比材料，確保其符合設(shè)計要求的強(qiáng)度指標(biāo)，并選用符合工程實際建設(shè)需求的工藝，全面降低混凝土坍落度，確?；炷翝仓瓿珊蟮恼w剪力墻結(jié)構(gòu)具有良好的質(zhì)量。

2.3 關(guān)鍵節(jié)點的施工方式

本工程應(yīng)用的鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑形式及鋼管束剪力墻作為創(chuàng)新施工方式和結(jié)構(gòu)，其施工相較于傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)的施工而言，在施工節(jié)點存在缺陷，導(dǎo)致無法全面焊接鋼管束橫截面，容易影響剪力墻內(nèi)部的鋼柱豎邊焊接質(zhì)量。因此，需要密切關(guān)注鋼管束剪力墻關(guān)鍵節(jié)點的施工方法。其中有關(guān)中間對接的關(guān)鍵施工節(jié)點由于縱向連接鋼塑管存在問題，難以焊接內(nèi)部鋼管壁，導(dǎo)致該處連接位置質(zhì)量較差。因此，需要以過渡鋼板結(jié)構(gòu)模式提高連接強(qiáng)度，在鋼管束剪力墻頂部焊接過渡鋼板。

這一焊接施工環(huán)節(jié)需要在吊裝施工前完成，以全熔透焊縫的方式促使過渡鋼板與鋼管束剪力墻緊密連接，應(yīng)用補強(qiáng)鋼筋填補鋼管空腔內(nèi)部的鋼管束連接縫。澆筑混凝土后，確保當(dāng)前剪力墻受力性能有所提升[3]。除此之外，由于鋼梁和鋼管束的焊接施工應(yīng)用的鋼材料厚度為4～6 mm，如若二者直接焊接，難以確保施工節(jié)點的受力滿足既定要求。因此，需要借助補強(qiáng)鋼板提高焊接強(qiáng)度，應(yīng)用補強(qiáng)鋼板連接鋼管束處進(jìn)行預(yù)先焊接，借助塞焊及角焊縫方式在鋼管束外側(cè)焊接補強(qiáng)鋼板，最后，焊接補強(qiáng)鋼板及鋼梁連接板。

3 異型鋼管柱框架結(jié)構(gòu)

3.1 結(jié)構(gòu)構(gòu)件

異型鋼管柱框架結(jié)構(gòu)包括H型鋼、異型鋼管柱以及型鋼梁等結(jié)構(gòu)。本文的案例主要以異型鋼管柱為主要結(jié)構(gòu)焊接U型槽鋼，組成鋼框架支撐結(jié)構(gòu)。其中，方鋼管規(guī)格為150 mm×150 mm，U型鋼槽長為150～600 mm，寬度約為150 mm。若觀測到當(dāng)前鋼管材料壁厚度大于12 mm，需要應(yīng)用U型槽及方鋼管對鋼板進(jìn)行焊接。若加工U型槽鋼較為困難，可以應(yīng)用矩形鋼管替代。異型鋼管柱連接結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 異型鋼管柱連接結(jié)構(gòu)

3.2 施工節(jié)點

基于現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)的建設(shè)需求，鋼結(jié)構(gòu)裝配式高層住宅建筑鋼結(jié)構(gòu)的適用剛度如表1所示，在滿足表1中的既定參數(shù)條件后，可開展有關(guān)重點施工節(jié)點的施工建設(shè)。要求對接豎向鋼柱節(jié)點，確保上下異形鋼管完整焊接，并預(yù)留連接段，做好中間柱的焊接處理，隨后對連接段進(jìn)行焊接。對于鋼柱與鋼梁之間的施工，則需要確保二者的連接良好，應(yīng)用加強(qiáng)鋼板連接異形鋼管柱及鋼梁，促使鋼梁與異形鋼管柱形成剛性連接效果[4]。

表1 鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑抗震等級結(jié)構(gòu)規(guī)格

4 高層鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅建筑問題

4.1 結(jié)構(gòu)體系有待完善

以往住宅建筑工程應(yīng)用的鋼結(jié)構(gòu)體系難以匹配建筑市場中的主流戶型，鋼結(jié)構(gòu)裝配式體系結(jié)構(gòu)有待完善。

4.2 成本高

由于鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅建筑在我國尚處于初步發(fā)展階段，缺乏相關(guān)經(jīng)驗，導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)鏈尚未發(fā)展完整，可廣泛推廣的項目較少，缺乏規(guī)模性優(yōu)勢，并且與傳統(tǒng)的鋼筋混凝土現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)相比，鋼結(jié)構(gòu)裝配成本較高。

4.3 防腐問題

不同于鋼筋混凝土建筑，高層鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅建筑最為關(guān)鍵的問題是防火及防腐問題。防火問題可使用防火板以及在鋼材外表面涂抹防火材料等方式有效解決。但現(xiàn)階段鋼材的腐蝕問題需要通過定期涂刷油漆的方法解決，然而在住宅實際使用的過程中應(yīng)用油漆，會對業(yè)主的生活造成影響，操作難度較大。

5 發(fā)展建議

5.1 制定完善的裝配標(biāo)準(zhǔn)

鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅建筑體系作為我國新興住宅建筑結(jié)構(gòu)體系，在初步嘗試階段已取得良好的成效，今后需要我國住建部針對發(fā)展現(xiàn)狀提出相應(yīng)的發(fā)展政策，并制定完善施工標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅建筑體系的發(fā)展。

5.2 引入EPC總承包模式

可借助于EPC總承包模式，促使總承包單位完全承包鋼結(jié)構(gòu)相關(guān)工作，使相關(guān)單位負(fù)責(zé)高層鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅建筑涉及的施工設(shè)計、采購、鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制、土建以及裝修等眾多環(huán)節(jié)，全面控制成本與質(zhì)量。

5.3 研究防腐問題

防腐問題是現(xiàn)階段高層鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅發(fā)展過程中的主要問題，為了能夠全面解決落后的防腐措施嚴(yán)重影響鋼結(jié)構(gòu)住宅質(zhì)量的問題，需要積極研發(fā)防水涂層，在鋼結(jié)構(gòu)外層涂抹噴刷防水涂層，從而提高鋼結(jié)構(gòu)自身的防腐性能，確保裝配式高層建筑具有良好的質(zhì)量保障[5]。

6 結(jié)語

現(xiàn)階段高層住宅建筑應(yīng)用的鋼結(jié)構(gòu)裝配式結(jié)構(gòu)體系最主要的問題是結(jié)構(gòu)體系標(biāo)準(zhǔn)不完善，防腐技術(shù)較落后，以及建設(shè)成本較高等，需要有關(guān)部門重視創(chuàng)新結(jié)構(gòu)體系在我國建筑工程發(fā)展中的優(yōu)勢，及時解決上述問題，確保高層鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑逐漸發(fā)展成熟。