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        8度抗震區(qū)高層裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅一體化建造關(guān)鍵技術(shù)

        2021-10-22 09:35:38朱曉偉苑立彬張寶元
        施工技術(shù)(中英文) 2021年16期
        關(guān)鍵詞:鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)化混凝土

        朱曉偉,苑立彬,金 暉,張寶元

        (北京住總集團(tuán)有限責(zé)任公司,北京 100101)

        1 工程概況

        項(xiàng)目位于北京市朝陽區(qū)黑莊戶鄉(xiāng)萬通路北,地下1層,地上28層,地上建筑高79.90m??偨ㄖ娣e27 904.88m2,每單元一梯4戶,套型建筑面積60~90m2。 項(xiàng)目采用鋼管混凝土柱框架-支撐結(jié)構(gòu)系統(tǒng),樓板為裝配可拆式鋼筋桁架樓承板。外圍護(hù)墻為150~200mm厚加氣混凝土外墻板,80mm厚巖棉外保溫層,鋁板幕墻飾面和涂料飾面;室內(nèi)隔墻為100~200mm厚預(yù)制加氣混凝土板墻和輕鋼龍骨石膏板隔墻。樓梯采用鋼樓梯、預(yù)制混凝土踏步板。

        2 研究技術(shù)路線

        設(shè)計(jì)階段重點(diǎn)包括高層鋼結(jié)構(gòu)住宅戶型優(yōu)化、結(jié)構(gòu)體系比選、可拆式鋼筋桁架樓承板設(shè)計(jì)優(yōu)化、外圍護(hù)墻系統(tǒng)研究與優(yōu)化、室內(nèi)環(huán)境提升及鋼結(jié)構(gòu)防火防腐體系完善。

        施工階段重點(diǎn)研究鋼筋桁架樓承板施工期間管線布置和節(jié)點(diǎn)做法、整體鋼制倒料平臺(tái)技術(shù)、鋼管柱內(nèi)高拋混凝土技術(shù)、鋼結(jié)構(gòu)冬期施工技術(shù)、鋼柱內(nèi)混凝土試驗(yàn)檢驗(yàn)與質(zhì)量檢查標(biāo)準(zhǔn)及裝配式外圍護(hù)加氣條板施工技術(shù)。

        施工組織重點(diǎn)研究高層鋼結(jié)構(gòu)住宅工程現(xiàn)場(chǎng)施工組織管理技術(shù)和安全管理技術(shù)。

        信息化技術(shù)應(yīng)用主要研究BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工階段的應(yīng)用。

        3 設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)

        3.1 平面、戶型設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)

        項(xiàng)目采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、系列化的設(shè)計(jì)方法,設(shè)計(jì)純南一居、南北通透兩居、邊戶型兩居3種戶型標(biāo)準(zhǔn)模塊,組合拼接形成組合體平面(見圖1);東、西兩端和中間局部使用非標(biāo)準(zhǔn)戶型模塊;核心筒均為標(biāo)準(zhǔn)模塊。

        圖1 組合體平面

        框架柱間尺寸按200mm的倍數(shù)設(shè)計(jì),南立面開間尺寸為4 600,6 400mm,北立面開間尺寸為1 800, 4 600,6 400mm。加氣混凝土填充墻按加氣外墻板規(guī)格要求(標(biāo)準(zhǔn)板寬600mm),預(yù)先排板,優(yōu)化墻板布置,減少墻板裁切。采用大開間的鋼框架-鋼支撐結(jié)構(gòu)體系,柱網(wǎng)連續(xù),平面形狀規(guī)整,結(jié)構(gòu)受力合理,用鋼量減少。

        按框架柱網(wǎng)劃分單元戶型,分戶墻設(shè)在框架梁處,避免框架梁露明;框架單元內(nèi)不設(shè)次梁,空間靈活劃分,滿足建筑全生命周期的空間適應(yīng)性。采用輕鋼龍骨內(nèi)隔墻和貼面墻,內(nèi)置管線,管線與主體結(jié)構(gòu)分離,方便裝修改造。標(biāo)準(zhǔn)層套內(nèi)使用面積系數(shù)為62.61%,經(jīng)調(diào)整優(yōu)化,提高到64.73%,增加2.12%。

        3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)

        裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)體系主要有鋼框架體系、鋼框架-支撐體系、鋼框架-延性墻板等,本項(xiàng)目采用鋼管混凝土柱框架-支撐結(jié)構(gòu)。地上部分為鋼結(jié)構(gòu),框架柱均采用箱形截面柱,框架梁大部分采用熱軋H型鋼,少部分采用焊接H型鋼,次梁采用熱軋H型鋼,支撐采用焊接H型鋼,構(gòu)件具體截面尺寸如表1所示。

        表1 鋼構(gòu)件截面尺寸

        項(xiàng)目應(yīng)用可拆式鋼筋桁架樓承板(竹膠板底模)技術(shù),結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn)對(duì)該技術(shù)優(yōu)化。走廊、電梯前室等公共服務(wù)區(qū)內(nèi)機(jī)電線管密集,電氣管線走向平行于主桁架鋼筋布置方向。

        外圍護(hù)墻體采用加氣混凝土外墻板,南立面主體墻面外保溫采用巖棉薄抹灰系統(tǒng),其他立面外保溫采用鋁板幕墻+巖棉保溫板系統(tǒng);外圍護(hù)墻內(nèi)飾面采用輕鋼龍骨石膏板貼面墻,部分外墻采用鋁板幕墻系統(tǒng)。

        3.3 安全耐久性與居住舒適度關(guān)鍵技術(shù)

        3.3.1防水措施優(yōu)化

        由于敦煌藏經(jīng)洞開啟時(shí)的特殊歷史背景,造成了敦煌文獻(xiàn)的大量流散。國內(nèi)以京津滬和甘肅地區(qū)藏品較為豐富,流失海外的藏品則在歐美多國均有發(fā)現(xiàn)。據(jù)統(tǒng)計(jì),流散在國內(nèi)外的敦煌文獻(xiàn)總數(shù)在七千號(hào)左右,其中流入日本的兩千多號(hào),流入歐美的不足兩百號(hào),中國境內(nèi)尚存五千號(hào)上下。

        在屋面防水常規(guī)卷材做法的基礎(chǔ)上,結(jié)構(gòu)屋面板采用防水混凝土,以徹底解決屋面防水卷材滲漏引起的屋面板下方鋼梁等鋼構(gòu)件銹蝕問題,同時(shí)也可避免施工期間(屋面板完成,尚未做屋面防水卷材),雨水流淌造成屋面板下方鋼梁、鋼柱銹蝕。此項(xiàng)技術(shù)優(yōu)化不增加施工工序,成本增量少,應(yīng)用效果明顯。

        3.3.2隔聲隔振措施優(yōu)化

        為解決傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)住宅隔聲性能較差問題,本項(xiàng)目外墻及分戶墻在鋼梁、鋼支撐腹板兩側(cè)填塞隔聲巖棉,室外側(cè)為巖棉保溫層+鋁板幕墻,室內(nèi)側(cè)用輕鋼龍骨固定雙層石膏板,形成雙空腔的巖棉復(fù)合鋼板墻體。鋼管柱均為實(shí)心鋼管混凝土柱,最小尺寸為400mm×400mm。樓板采用120~160mm厚鋼筋桁架樓承板,為實(shí)心混凝土樓板;樓面增加5mm厚發(fā)泡橡膠或電子交聯(lián)發(fā)泡聚乙烯減振墊層,充分滿足住宅隔聲、隔振要求。

        通過設(shè)計(jì)優(yōu)化將電梯井道設(shè)計(jì)在核心筒中心,用公共走廊和管井分隔,通過加長電梯振動(dòng)噪聲的傳導(dǎo)距離,使其在傳導(dǎo)過程中快速衰減,避免干擾住戶生活。

        3.3.3鋼結(jié)構(gòu)防火體系優(yōu)化

        項(xiàng)目鋼構(gòu)件采用防火涂料包覆。當(dāng)輕質(zhì)砌塊墻、輕質(zhì)墻板與鋼構(gòu)件相鄰時(shí),先做鋼構(gòu)件防火涂料,對(duì)鋼構(gòu)件形成完整防火保護(hù)后,再做輕質(zhì)砌塊墻或墻板,確保鋼構(gòu)件的耐火性能滿足設(shè)計(jì)要求。

        鋼構(gòu)件維修更換防火涂料難度較大,主體結(jié)構(gòu)采用非膨脹型防火涂料,可更好地保證鋼構(gòu)件防火性能。鋼樓梯采用膨脹型防火涂料(見圖2),其在高溫時(shí)膨脹,形成碳質(zhì)層,耐火隔熱,對(duì)鋼構(gòu)件形成保護(hù),涂層較薄,裝飾性好。

        圖2 鋼樓梯

        4 施工關(guān)鍵技術(shù)研究

        4.1 箱形鋼管柱關(guān)鍵技術(shù)

        本工程鋼管混凝土柱內(nèi)采用自密實(shí)混凝土,混凝土強(qiáng)度等級(jí)為地上1~9層C60,10~18層C50,19~24 層C45,25~28層C40,采用高拋免振搗澆筑法。

        4.1.1施工工序

        現(xiàn)場(chǎng)鋼管混凝土柱施工工序?yàn)椋喊惭b第K~K+2 層的空鋼管體系→鋪設(shè)第K層樓承板→綁扎第K層樓板鋼筋→澆筑第K層樓板混凝土→鋪設(shè)第K+1層樓承板→綁扎第K+1層樓板鋼筋→澆筑第K+1層樓板混凝土→鋪設(shè)第K+2層樓承板→綁扎第K+2層樓板鋼筋→澆筑第K+2層樓板混凝土→布設(shè)泵管布料桿→澆筑第K~K+2層的鋼管混凝土→安裝第K+3~K+5層的空鋼管體系;如此循環(huán),直至施工完成。

        4.1.2澆筑難點(diǎn)及改進(jìn)措施

        高拋?zhàn)悦軐?shí)混凝土的澆筑質(zhì)量控制難點(diǎn)為:①箱形鋼管柱內(nèi)每隔一定間距設(shè)隔板加強(qiáng)帶,最小間距0.15m,隔板中間最小孔徑為0.18m,影響混凝土澆筑密實(shí)性;②高拋混凝土靠從高處下拋產(chǎn)生的動(dòng)能流滿鋼管柱,但澆筑至柱頂時(shí),下落動(dòng)能不足,影響混凝土澆筑密實(shí)性。

        由于管鋼柱(400mm×400mm)頂部預(yù)開孔洞直徑為250mm或300mm,柱中間隔板數(shù)量較多,標(biāo)準(zhǔn)層每次管鋼柱澆筑高度為8.4m,將自密實(shí)混凝土順利灌注至底板并緩慢上升是控制澆筑質(zhì)量的關(guān)鍵。經(jīng)研究,在柱頂加設(shè)漏斗輔助澆筑,控制下料垂直度,避免混凝土下落過程中沖入中間隔板,漏斗如圖3所示。澆筑時(shí)保證漏斗水平放置且居中正對(duì)鋼管柱孔,以滿足自密實(shí)混凝土沿孔中心線垂直下落至柱底。

        圖3 漏斗

        4.2 施工組織管理

        鋼結(jié)構(gòu)安裝施工是整個(gè)施工過程的關(guān)鍵,應(yīng)用BIM技術(shù),對(duì)安裝過程進(jìn)行施工模擬。通過施工模擬制定施工順序,將豎向鋼結(jié)構(gòu)施工劃分為3個(gè)流水段,鋼管柱高度為3層,每節(jié)鋼管柱安裝需進(jìn)行3層頂板施工。進(jìn)行生產(chǎn)組織優(yōu)化后,冬期施工條件下實(shí)現(xiàn)了平均11d完成1個(gè)完整施工段的進(jìn)度目標(biāo),平均1層施工時(shí)間<4d。

        通過BIM模擬,可發(fā)現(xiàn)1臺(tái)塔式起重機(jī)每天吊次約40吊的情況下每層施工工期為5d,滿足現(xiàn)場(chǎng)施工要求。

        實(shí)際進(jìn)行樓板澆筑施工時(shí),發(fā)現(xiàn)1臺(tái)塔式起重機(jī)的情況下,土建加鋼結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)層每層施工工期為7d,無法滿足施工工期要求,決定在建筑西側(cè)增加1臺(tái)塔式起重機(jī),通過BIM技術(shù)結(jié)合土建施工,進(jìn)行施工模擬,調(diào)整流水段劃分,水平向劃分為3個(gè)流水段,在水平流水段基礎(chǔ)上進(jìn)一步細(xì)化,豎向?qū)⑺较噜徚魉蝿澐譃榻徊娴?個(gè)流水段,將標(biāo)準(zhǔn)層施工工期縮減為3.5d。

        5 外檐圍護(hù)、保溫、飾面關(guān)鍵技術(shù)

        5.1 加氣外墻板安裝優(yōu)化

        加氣外墻板墻體施工,鋼管錨法和鉤頭螺栓法均不能將加氣外墻板直接固定在鋼梁上,項(xiàng)目采用鋼梁底焊接加固角鋼,并優(yōu)化角鋼規(guī)格。鋼梁底采用∟90×56×6;混凝土基礎(chǔ)采用∟63×63×6;窗洞口加固,1~7層采用∟75×75×6,8~21層采用∟90×90×6,22層至頂層采用∟100×100×6;門洞口加固采用∟100×100×6。

        5.2 外墻板防水體系施工技術(shù)措施

        板材內(nèi)應(yīng)密閉無連通氣泡,條板本身自防水。加氣外墻板板邊采用企口形式,安裝時(shí)板縫擠滿專用黏結(jié)砂漿,形成板縫內(nèi)防水;墻板安裝固定后,外板縫施打?qū)S妹芊饽z,形成板縫外防水。加氣墻板安裝后,與主體結(jié)構(gòu)間縫隙宜沿縫長涂刷防水涂料,加強(qiáng)薄弱部位板縫防水;在整個(gè)外墻面上涂刷專用界面劑,密閉加氣外墻板表面氣孔,形成墻面整體防水??照{(diào)挑板等突出建筑立面水平構(gòu)件防水體系在施工過程中也是外檐防水質(zhì)量控制的重點(diǎn)之一。

        5.3 基于幕墻外圍護(hù)體系的加氣外墻板安裝

        幕墻范圍的加氣外墻板采用綜合性能最佳的鋼管錨固件固定,固定件設(shè)在加氣外墻板室外側(cè),施工人員在室內(nèi)側(cè)操作,安全性好,效率高,施工速率顯著提高。

        幕墻巖棉板保溫層設(shè)在幕墻空腔內(nèi),表面無抹灰,對(duì)平整度要求較低,以錨固為主,鋼管錨固件凸出在外墻面,不影響保溫層安裝;幕墻防水性能優(yōu)異,加氣外墻板縫防水要求相對(duì)較低,鋼管錨固件設(shè)在墻外側(cè),不影響外墻整體防水性能;設(shè)計(jì)在幕墻空腔內(nèi)時(shí)采取多種防結(jié)露措施,如加氣外墻板板縫增加防水層,加強(qiáng)加氣外墻板的隔汽性能;采取打孔等措施,提高鋁板幕墻透氣性能等,有效避免鋼管錨固件銹蝕。

        5.4 關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)技術(shù)BIM可視化交底

        采用鋼管錨固法安裝固定墻板,這是一種新工藝,工人對(duì)施工工藝不了解,易出現(xiàn)錯(cuò)誤。通過BIM建模,在三維視角下對(duì)工人進(jìn)行技術(shù)交底,工人能夠很好地掌握這種新技術(shù)。

        6 結(jié)語

        在廣泛調(diào)研基礎(chǔ)上,針對(duì)高層裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅一體化建造,對(duì)戶型設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)體系、樓板系統(tǒng)、外圍護(hù)系統(tǒng)、內(nèi)裝系統(tǒng)、設(shè)備管線系統(tǒng)、施工組織與技術(shù)管理、安全管理等方面進(jìn)行分析研究,確定各系統(tǒng)各部位的最優(yōu)技術(shù)做法和施工工藝。經(jīng)施工驗(yàn)證,優(yōu)化提升,形成一套相對(duì)完善的高層裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅綜合技術(shù)體系。

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