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(lǐng)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(diǎn)，不同于混凝土結(jié)構(gòu)建筑在設(shè)計(jì)、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(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、制作、安裝、維護(hù)的一體化，對此加強(qiáng)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(jì)90年代開始，隨著我國經(jīng)濟(jì)增長黃金期疊加住房商品化改革推進(jìn)，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(shè)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(hù)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(yán)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(shè)工作會上，住建部明確將大力推進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅建設(shè)試點(diǎn)作為2020 年重點(diǎn)工作之一。裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑是指通過標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、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(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，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(xì)分析。

3 高層裝配式鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)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(fēng)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(fù)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(diǎn)處采用高強(qiáng)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(diǎn)處仍需使用混凝土灌漿，施工質(zhì)量難以檢驗(yàn)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(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)最終形成建筑垃圾。

3.4 建筑應(yīng)用方面

在建筑應(yīng)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(shè)計(jì)理念轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)，而混凝土結(jié)構(gòu)在建筑高度和承重設(shè)計(jì)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(guān)鍵技術(shù)

4.1 工程概況

本項(xiàng)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(xiàng)目裝配率超83%，PC 率達(dá)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(jì)227 個(gè)構(gòu)件。其中最重構(gòu)件達(dá)4.437t，標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)層。

4.2 裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅施工關(guān)鍵技術(shù)

4.2.1 準(zhǔn)備工作

（1）吊裝專項(xiàng)施工方案審核審批，安全技術(shù)交底和培訓(xùn)。（2）塔吊選型和布點(diǎn)（根據(jù)總體施工組織設(shè)計(jì)，前期必須布置完成）。（3）吊裝機(jī)具的準(zhǔn)備：吊具、繩索、料斗、安全繩、爬梯、焊機(jī)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(jì)劃及施工進(jìn)度計(jì)劃。（5）檢查進(jìn)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(zhǔn)控制線的測量定位和交底及場地清理準(zhǔn)備。（7）明確現(xiàn)場的道路組織和堆場布置。

4.2.2 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)預(yù)埋

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

在基坑底部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定處（如塔吊基礎(chǔ)）設(shè)置臨時(shí)標(biāo)高控制點(diǎn)，并對鋼結(jié)構(gòu)吊裝施工單位進(jìn)行技術(shù)交底和數(shù)據(jù)移交，在鋼結(jié)構(gòu)完成基礎(chǔ)預(yù)埋件后，測定板面標(biāo)高的同時(shí)，也要復(fù)核其預(yù)埋件的標(biāo)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(yù)埋件面板上進(jìn)行彈線明確，并且在角部焊接限位角鋼，確保鋼管束位置準(zhǔn)確并能夠快速落位，校正后臨時(shí)固定。（2）鋼柱吊裝施工前，將預(yù)埋的高強(qiáng)螺栓清理干凈，根據(jù)定好的軸線和標(biāo)高吊裝就位，校正后臨時(shí)固定，基礎(chǔ)階段鋼柱外側(cè)加包150mm厚的自密實(shí)高強(qiáng)鋼筋混凝土。（3）鋼梁吊裝前，鋼柱和鋼管束必須校正和臨時(shí)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(qiáng)螺栓連接梁柱等連接部位，鋼梁兩端同時(shí)連續(xù)施焊（鉸接端除外），再撤去臨時(shí)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(jìn)行打磨除銹或二次復(fù)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(jìn)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(jìn)行焊縫探傷檢測，檢測合格后再進(jìn)行下一道工序作業(yè)。

4.2.5 自密實(shí)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(qiáng)自密實(shí)混凝土灌芯，自密實(shí)高強(qiáng)混凝土由商品混凝土廠家根據(jù)設(shè)計(jì)要求和原材料情況，由實(shí)驗(yàn)室單獨(dú)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?xí)r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(dǎo)致骨料卡住；（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(yán)格控制坍落度和骨料粒徑；樓板預(yù)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(jìn)行設(shè)計(jì)深化，加大隔板內(nèi)孔洞。同時(shí)，混凝土灌芯過程中必須自下而上對鋼管束和鋼柱進(jìn)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(shè)支模架（鍵槽式鋼管支模架）鋪設(shè)模板，綁扎好樓板鋼筋后再進(jìn)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(jìn)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(shí)跟上，塔吊的運(yùn)行易導(dǎo)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(jìn)度不宜過快，待現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)樓板的強(qiáng)度達(dá)到70% 或以上后再進(jìn)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(shè)中，應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并規(guī)范落實(shí)鋼結(jié)構(gòu)安裝與相應(yīng)的混凝土灌注等工序，切實(shí)保障建筑整體結(jié)構(gòu)安全可靠，有效提高住宅品質(zhì)。