張 平 陳曉飛 韓建強(qiáng)

（中建七局安裝工程有限公司，河南 鄭州 450000）

0 引言

在當(dāng)前人口數(shù)量不斷增長(zhǎng)的趨勢(shì)下，城市建筑需求隨之大幅度增加，裝配式建筑工程逐漸興起并廣泛應(yīng)用[1]。裝配式樓梯作為裝配式建筑工程中的重要預(yù)制構(gòu)件之一，對(duì)工程建設(shè)具有直接影響。裝配式樓梯屬于體積龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的預(yù)制構(gòu)件，其吊裝施工的難度相對(duì)較高，不能有效地控制吊裝精度[2]?；诖?，該文以R裝配式建筑工程為例，針對(duì)工程中的裝配式樓梯，提出一種全新的吊裝精度控制技術(shù)研究。

1 裝配式樓梯結(jié)構(gòu)研究

為了后續(xù)更好地對(duì)裝配式樓梯吊裝精度控制技術(shù)進(jìn)行研究，該文首先對(duì)裝配式樓梯結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。裝配式樓梯間的組成結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示。

如圖1所示，在裝配式樓梯中，梯段板、平臺(tái)板、梯梁與梯柱是樓梯間的重要主要組成部分。梯段板作為裝配式樓梯上下平臺(tái)板的連接組件，起到了穩(wěn)定的連接作用，能夠?qū)翘菔艿降暮奢d通過(guò)間接的方式，傳遞給樓梯的梯梁以及其他構(gòu)件[3]。平臺(tái)板的位置不同，包括半層平臺(tái)與樓層平臺(tái)，屬于裝配式樓梯間的中轉(zhuǎn)站，能夠緩解樓梯壓力以及改變樓梯行進(jìn)方向[4]。在層高較大的建筑中設(shè)置梯梁，作為受力構(gòu)件[5]。在裝配式樓梯間中作為支撐結(jié)構(gòu)，梯柱起到承受荷載的重要作用。

圖1 裝配式樓梯間組成結(jié)構(gòu)示意圖

2 裝配式樓梯吊裝精度控制技術(shù)設(shè)計(jì)

上述裝配式樓梯結(jié)構(gòu)研究結(jié)束后，以提高樓梯吊裝精度為核心目標(biāo)，對(duì)其吊裝作業(yè)中的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行全方位控制。

2.1 樓梯預(yù)制構(gòu)件進(jìn)場(chǎng)控制

首先，在裝配式樓梯構(gòu)件進(jìn)入吊裝作業(yè)施工場(chǎng)地前，對(duì)各個(gè)樓梯預(yù)制構(gòu)件的質(zhì)量進(jìn)行全面地檢查驗(yàn)收。在檢查驗(yàn)收過(guò)程中，主要檢查預(yù)制構(gòu)件結(jié)構(gòu)尺寸是否符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，對(duì)其各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，保證裝配式樓梯的質(zhì)量[6]。在入場(chǎng)時(shí)，對(duì)樓梯預(yù)留的吊裝螺栓與安裝孔進(jìn)行驗(yàn)收。

測(cè)定吊裝螺栓與安裝孔的尺寸與預(yù)留位置，與樓梯預(yù)期設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行對(duì)比，控制樓梯吊裝螺栓與安裝孔的實(shí)際精度。避免與設(shè)計(jì)圖紙存在較大的偏差，將尺寸與預(yù)留位置的相對(duì)誤差控制在1 mm內(nèi)，進(jìn)而提高裝配式樓梯構(gòu)件的質(zhì)量。除此之外，為了提高裝配式樓梯構(gòu)件進(jìn)場(chǎng)作業(yè)的效率，在入場(chǎng)吊裝作業(yè)前，相關(guān)的負(fù)責(zé)人應(yīng)當(dāng)與施工方進(jìn)行協(xié)調(diào)，對(duì)樓梯構(gòu)件的入場(chǎng)數(shù)量進(jìn)行控制。合理地控制裝配式樓梯構(gòu)件入場(chǎng)數(shù)量，一方面能夠提升吊裝作業(yè)的效率，另一方面能夠保證構(gòu)件的質(zhì)量與性能，避免構(gòu)件入場(chǎng)后發(fā)生二次遷移，破壞樓梯構(gòu)件的結(jié)構(gòu)與性能。

2.2 裝配式樓梯現(xiàn)澆平臺(tái)作業(yè)控制

裝配式樓梯構(gòu)件入場(chǎng)完畢后，對(duì)裝配式樓梯現(xiàn)澆平臺(tái)作業(yè)這個(gè)工序進(jìn)行控制，為后續(xù)的吊裝精度控制提供基礎(chǔ)保障。

首先，在裝配式樓梯現(xiàn)澆平臺(tái)作業(yè)前，測(cè)定樓梯綁扎鋼筋時(shí)固定的預(yù)埋件質(zhì)量，在該基礎(chǔ)上，對(duì)所有需要進(jìn)行裝配式樓梯吊裝作業(yè)的作業(yè)平臺(tái)進(jìn)行澆筑處理，使預(yù)埋件與作業(yè)平臺(tái)之間形成一個(gè)可靠度較高的整體結(jié)構(gòu)。其次，使用全站儀，嚴(yán)格按照施工圖紙，測(cè)量安裝樓梯預(yù)埋件的位置，控制測(cè)量的精度，減少預(yù)埋件位置的偏差[7]。使用螺栓將裝配式樓梯與現(xiàn)澆梯段板緊密地連接在一起。為了提高螺栓連接的牢固性，引入定位套桿，對(duì)其進(jìn)行固定，定位套桿固定示意圖，如圖2所示。

圖2 定位套桿固定螺栓示意圖

在定位套桿固定結(jié)束后，對(duì)其固定效果進(jìn)行校驗(yàn)復(fù)核，提高現(xiàn)澆梯段面的整體強(qiáng)度。引進(jìn)專(zhuān)業(yè)的技術(shù)人員，在裝配式樓梯現(xiàn)澆平臺(tái)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)樓梯的吊裝位置作出標(biāo)注。在此基礎(chǔ)上，在裝配式樓梯現(xiàn)澆平臺(tái)的線彈性范圍內(nèi)，構(gòu)建裝配式樓梯結(jié)構(gòu)反應(yīng)應(yīng)力函數(shù)關(guān)系表達(dá)式，如公式（1）所示。

式中：σ為裝配式樓梯結(jié)構(gòu)反應(yīng)應(yīng)力；s為裝配式樓梯構(gòu)件尺寸；E為樓梯彈性模量；ρ為樓梯構(gòu)件密度；t為裝配式樓梯吊裝時(shí)間；v為樓梯構(gòu)件結(jié)構(gòu)的反應(yīng)速度；a為樓梯構(gòu)件結(jié)構(gòu)的反應(yīng)加速度；g為吊裝重力加速度；w為樓梯構(gòu)件結(jié)構(gòu)的自振圓頻率。通過(guò)關(guān)系表達(dá)式，得出樓梯結(jié)構(gòu)的反應(yīng)應(yīng)力，進(jìn)而判定吊裝精度的動(dòng)態(tài)變化。

在即將吊裝作業(yè)的位置布設(shè)若干個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，方便后續(xù)吊裝作業(yè)過(guò)程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝配式樓梯吊裝的實(shí)際情況與動(dòng)態(tài)變化，快速解決出現(xiàn)的吊裝問(wèn)題。

2.3 樓梯吊裝全過(guò)程控制

基于上述裝配式樓梯現(xiàn)澆平臺(tái)作業(yè)控制結(jié)束后，接下來(lái)，對(duì)樓梯吊裝進(jìn)行全過(guò)程控制。

綜合考慮裝配式樓梯尺寸結(jié)構(gòu)與質(zhì)量，選取匹配度較高的塔吊，并對(duì)塔吊的可吊裝半徑進(jìn)行設(shè)定，將待吊裝的裝配式樓梯構(gòu)件放置在塔吊吊裝半徑范圍內(nèi)。對(duì)梯段板的混凝土強(qiáng)度值進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定結(jié)果滿(mǎn)足吊裝需求后，檢查現(xiàn)澆梯段梁面層的平整度與光滑度，在梁面層存在質(zhì)量問(wèn)題的位置，通過(guò)鋪設(shè)薄鐵墊片的方式，對(duì)其進(jìn)行校正調(diào)整[8]。結(jié)合裝配式建筑工程的實(shí)際建設(shè)情況，設(shè)定樓梯梯段水平夾角，開(kāi)始單層吊裝裝配式樓梯。在單層吊裝中，構(gòu)建裝配式樓梯各單元彈剛度矩陣，并對(duì)處于平衡狀態(tài)的樓梯構(gòu)件結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力平衡分析，構(gòu)建樓梯構(gòu)件靜力平衡方程，如公式（2）和公式（3）所示。

式中：[K]為樓梯構(gòu)件彈性剛度矩陣；{U}為樓梯構(gòu)件吊裝位移矩陣；[Kc]為樓梯構(gòu)件幾何剛度矩陣；{M}為樓梯構(gòu)件外力矩陣；δ為樓梯構(gòu)件荷載系數(shù)；[Kc]為樓梯構(gòu)件輸入荷載的幾何剛度矩陣。通過(guò)計(jì)算樓梯構(gòu)件各單元?jiǎng)偠?，得出裝配式樓梯單層吊裝的靜力平衡狀態(tài)變化，為控制吊裝精度提供參考。

將裝配式樓梯起吊至地面，注意控制起吊速度，避免對(duì)樓梯構(gòu)件造成擠壓破壞。起吊至地面后，在樓梯上布設(shè)鋼絲繩與手拉葫蘆，通過(guò)裝配式樓梯的起吊點(diǎn)，將樓梯緩慢吊裝。吊裝作業(yè)人員此時(shí)應(yīng)當(dāng)對(duì)各個(gè)鋼絲繩的受力狀態(tài)進(jìn)行分析，控制各個(gè)鋼絲繩保持均勻受力狀態(tài)，調(diào)節(jié)吊裝擋位起吊樓梯。起吊至安裝位置后，設(shè)定下勾速度，將樓梯下放至梯梁上方。調(diào)節(jié)鋼絲繩與手拉葫蘆，待樓梯踏步呈水平方向后，使用鋼套管，穿過(guò)裝配式樓梯銷(xiāo)鍵預(yù)留的孔，與預(yù)埋螺栓連接套牢后，進(jìn)行引孔定位，如圖3所示。

圖3 引孔套管引孔定位示意圖

如圖3所示，引孔定位后，緩慢下降裝配式樓梯，保證下降的平穩(wěn)性，避免下降速度過(guò)快出現(xiàn)沖擊現(xiàn)象。利用水平尺，不斷校驗(yàn)樓梯水平，待梯段梁表面平整度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后，采用高性能的灌漿料，對(duì)裝配式樓梯進(jìn)行灌漿施工。灌漿完畢后，對(duì)裝配式樓梯進(jìn)行養(yǎng)護(hù)處理，完成樓梯吊裝的整體流程，實(shí)現(xiàn)吊裝精度控制的目標(biāo)。

3 吊裝精度控制效果分析

在當(dāng)前裝配式建筑技術(shù)快速興起的發(fā)展背景下，裝配式建筑工程越來(lái)越多，所需使用的預(yù)制構(gòu)件也隨之增多。其中，裝配式樓梯在各個(gè)建筑中廣泛應(yīng)用，作為裝配式建筑工程的重要預(yù)制構(gòu)件，其吊裝作業(yè)施工的質(zhì)量與效率，對(duì)工程建設(shè)具有直接影響。因此，該文開(kāi)展上述研究，該文針對(duì)裝配式樓梯吊裝精度，提出控制技術(shù)的整體流程。在該技術(shù)投入裝配式建筑工程應(yīng)用前，對(duì)其控制效果進(jìn)行分析，進(jìn)而判斷控制技術(shù)能否大規(guī)模推廣使用。

本次研究選取某地區(qū)R裝配式建筑工程。R裝配式建筑工程為該地區(qū)的重點(diǎn)工程建設(shè)項(xiàng)目，由4棟高層住宅建筑、2棟低層住宅建筑共同組成，建筑樓號(hào)分別為A-#1、A-#2、A-#3、A-#4、C-#10、C-#11。R裝配式建筑工程各棟住宅建筑的結(jié)構(gòu)參數(shù)，見(jiàn)表1。

表1為R裝配式建筑工程中各棟住宅建筑的結(jié)構(gòu)參數(shù)，整個(gè)工程的建筑結(jié)構(gòu)形式均采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)，裝配式預(yù)制構(gòu)件以預(yù)制樓梯、鋼筋混凝土疊合板為主。其中，住宅建筑的1層至頂層采用鋼筋混凝土疊合板，建筑2層至建筑頂層采用預(yù)制樓梯。6棟住宅建筑中分別有2個(gè)樓梯間，所在位置間距較大。在掌握該裝配式建筑工程相關(guān)信息與施工難點(diǎn)后，將該文提出的吊裝精度控制技術(shù)應(yīng)用于該裝配式建筑工程中，對(duì)樓梯吊裝進(jìn)行全過(guò)程控制。

表1 R裝配式建筑工程結(jié)構(gòu)參數(shù)說(shuō)明

綜合考慮R裝配式建筑工程的實(shí)際建設(shè)需求與樓梯吊裝的相關(guān)要求，為了更好地檢驗(yàn)樓梯吊裝精度控制技術(shù)的可行性，使試驗(yàn)結(jié)果更客觀，在試驗(yàn)中，設(shè)置了1組試驗(yàn)組與一組對(duì)照組。試驗(yàn)組為該文提出的控制技術(shù)，對(duì)照組為傳統(tǒng)的樓梯吊裝控制技術(shù)，通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)方法，得到客觀的檢驗(yàn)結(jié)果。使用定位套桿對(duì)預(yù)制樓梯預(yù)埋螺栓進(jìn)行固定，并在預(yù)制樓梯上隨機(jī)布設(shè)6組吊裝監(jiān)測(cè)點(diǎn)，分別標(biāo)號(hào)為DZJCD01、DZJCD02、DZJCD03、DZJCD04、DZJCD05、DZJCD06。利用SPSS統(tǒng)計(jì)分析軟件，對(duì)6組吊裝監(jiān)測(cè)點(diǎn)的吊裝精度進(jìn)行全方位測(cè)定，得到樓梯吊裝的相對(duì)誤差并進(jìn)行對(duì)比，如圖4所示。

圖4 樓梯吊裝相對(duì)誤差對(duì)比

從圖4的對(duì)比結(jié)果不難看出，在應(yīng)用2種樓梯吊裝控制技術(shù)后，該文提出的控制技術(shù)，在裝配式樓梯吊裝結(jié)束后，其各組監(jiān)測(cè)點(diǎn)吊裝的相對(duì)誤差較小，均在0～1 mm，與傳統(tǒng)控制技術(shù)相比，樓梯吊裝的相對(duì)誤差較小。由此可見(jiàn)，該文提出的控制技術(shù)，能夠有效地控制裝配式樓梯的吊裝精度，減少樓梯水平位置吊裝的相對(duì)誤差，滿(mǎn)足裝配式建筑工程樓梯吊裝的需求，控制效果優(yōu)勢(shì)顯著。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，為了解決裝配式樓梯吊裝過(guò)程中因受到各項(xiàng)不確定因素影響而出現(xiàn)的樓梯吊裝精度較低的問(wèn)題，該文在傳統(tǒng)吊裝精度控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并以R裝配式建筑工程為例，介紹1種全新的吊裝精度控制技術(shù)。綜上所述，該文技術(shù)能夠有效地減少樓梯吊裝作業(yè)的相對(duì)誤差，保證樓梯吊裝誤差在1 mm以?xún)?nèi)，實(shí)現(xiàn)提高吊裝精度的目標(biāo)。