黃 巖

(上海建工二建集團有限公司 上海 200090)

1 研究背景

隨著時代的發(fā)展,目前的建筑行業(yè)已經(jīng)走上了工業(yè)化的道路,本著綠色發(fā)展理念,以技術(shù)進步為支撐,以信息管理為手段,運用工業(yè)化的生產(chǎn)方式,將工程項目的設(shè)計、開發(fā)、生產(chǎn)、管理的全過程形成一體化產(chǎn)業(yè)。其中“預(yù)制率”,“裝配率”更是成為衡量項目工程工業(yè)化程度的一項指標(biāo)。相應(yīng)的,建筑結(jié)構(gòu)形式也發(fā)生了長足的改變,相比千篇一律的預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu),靈活堅固的鋼結(jié)構(gòu)也成為廣大住宅開發(fā)商的一項新選擇。

本文的鋼結(jié)構(gòu)住宅是指重型鋼結(jié)構(gòu)加現(xiàn)澆砼結(jié)構(gòu)的建筑結(jié)構(gòu)形式。其主要特征為以鋼結(jié)構(gòu)柱,梁,樓梯等受壓受剪構(gòu)件為主,并通過鋼柱混凝土灌芯;邊梁混凝土包覆,并現(xiàn)澆上翻口;樓板,屋面現(xiàn)澆等現(xiàn)澆混凝土部分,來使住宅工程既可以達(dá)到預(yù)制率要求,又克服了鋼結(jié)構(gòu)防火性差,隔音性差,拼裝樓板,窗臺防水性差,室內(nèi)可裝飾性差等缺點。然而特殊的結(jié)構(gòu)形式導(dǎo)致其在施工過程中存在很多不確定性,尤其是細(xì)節(jié)設(shè)計的不完善,節(jié)點處理困難,新工藝的應(yīng)用,工序反復(fù)的穿插等,造成項目施工進度的難以控制。

本文以“東航金葉苑三期”住宅項目為案例,分析了施工過程中出現(xiàn)的影響工程進度的主要“關(guān)鍵點”。并提出了相應(yīng)的解決措施及建議。

2 目標(biāo)項目介紹

2.1 工程簡介

本項目位于上海市徐匯區(qū)龍耀路,由37 棟居住建筑(包括3棟8層和34棟4層居住建筑)以及一棟4層商業(yè)配套建筑組成。

整體式地下室1層,主要為車庫和設(shè)備用房;地下室(主樓范圍以外部分)為現(xiàn)澆混凝土框架結(jié)構(gòu)(基坑最大開挖深度8.2 m),商業(yè)、住宅結(jié)構(gòu)體系均為鋼管混凝土柱-鋼框架結(jié)構(gòu),抗震等級按7度設(shè)防。

防火等級:地上建筑耐火等級二級,地下耐火等級一級。防水等級:屋面防水等級為I級,設(shè)防道數(shù)為二道,地下室的防水等級為I級。

圖1 項目效果圖

2.2 結(jié)構(gòu)概況

本工程8層公寓及4層住宅均采用矩形鋼管扁柱鋼框架結(jié)構(gòu),鋼板、鋼管采用Q345B,鋼管柱均伸至地下室內(nèi),鋼柱腳設(shè)于地下室底板處。主體結(jié)構(gòu)主要梁柱節(jié)點采用剛性連接,高強度螺栓均采用摩擦型連接。樓蓋采用鋼筋桁架樓承板體系。屋面樓板均采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土。樓梯為全預(yù)制鋼樓梯。項目建筑單體預(yù)制率可達(dá)46.56%,鋼結(jié)構(gòu)總用鋼量約13 000 t。每平方米用鋼量約為0.115 t。

3 施工流程及關(guān)鍵點分析

3.1 整體工序施工流程

本工程整體施工流程可以精簡為:

圖2 結(jié)構(gòu)施工流程圖

3.2 影響進度的關(guān)鍵點分析

3.2.1 基坑階段出土及構(gòu)件駁運

本工程為整體地下一層地下室。基坑開挖面積74 300 m2,開挖深度大面約6.5 m,最深處8.2 m,開挖深度較淺,但是基坑范圍基本占滿整個施工場地,基坑周邊無法設(shè)置可供大型車輛通行的環(huán)形施工道路,維護體系為5軸水泥土攪拌樁插H 型預(yù)制混凝土樁的形式。

現(xiàn)場僅落深坑位置設(shè)置一道鋼管斜拋撐?，F(xiàn)場無法形成聯(lián)通道路,無棧橋等縱橫向交通措施;土方車出土困難;上部單體間距小,排列緊密,鋼構(gòu)件數(shù)量大,造成構(gòu)件堆場占地面積大,臨時加工場地需求大;且基礎(chǔ)施工時就要開始鋼結(jié)構(gòu)預(yù)埋及吊裝,僅通過塔吊的駁運無法滿足進度要求[1]。

在基坑階段時留設(shè)下坑通道,沿基坑南北向,分別由東南側(cè)大門及北側(cè)大門通入坑底。便于工程車輛下坑作業(yè),在土方開挖階段,于預(yù)定位置留土放坡,并固化,土方開挖完成后自然形成下坑通道,供機械及車輛使用。

同時編制并完善挖土方案,優(yōu)化挖土順序,在開挖方式上既要能夠滿足圍護設(shè)計的安全性要求,同時也要考慮有利于多數(shù)量、大體量鋼結(jié)構(gòu)完整單體、集中群體施工的特性。優(yōu)先考慮能集中成片出工作面的分區(qū)分塊流水開挖。利用動態(tài)場地模型的推演,制定最終的基礎(chǔ)開挖方案。同時在坑內(nèi)使用塔吊與汽吊配合作業(yè)的形式,引入汽車吊協(xié)助坑內(nèi)材料駁運。

圖3 土方開挖流程圖

3.2.2 基礎(chǔ)階段底板預(yù)埋螺栓及鋼筋安裝

本工程鋼管柱伸入地下室內(nèi),鋼柱腳連接于基礎(chǔ)底板上,需要在底板施工過程中進行地腳螺栓的預(yù)埋。本工程柱腳螺栓采用的時焊板式地腳螺栓,尺寸直徑為48/60 mm,單個重量為20 kg。接近單個工人體力一般操作極限;現(xiàn)場柱腳為10～16個組合螺栓/柱,每個螺栓需要單獨安裝,安裝精度要求極高,安裝完成后須對單個螺栓進行逐一校正,為配合柱腳螺栓安裝,底板面層鋼筋于柱腳處須斷開、彎錨進入承臺,鋼筋加工、安裝復(fù)雜。經(jīng)過分析測算,項目底板某些區(qū)域1 000 m2之內(nèi)鋼筋加工型號多達(dá)280多種相對于傳統(tǒng)基礎(chǔ)底板形式,需要加工的鋼筋型號增加數(shù)倍。承臺鋼筋安裝需要三道工序方可成型,底板鋼筋安裝工作量增大,平均每棟樓筏板鋼筋安裝工期增加3～5天,人工量較常規(guī)結(jié)構(gòu)增加約2倍。

圖4 基礎(chǔ)梁鋼筋圖

3.2.3 鋼結(jié)構(gòu)群多構(gòu)件吊裝

根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件布置情況和構(gòu)件重量,現(xiàn)場布置11臺塔吊,現(xiàn)場仍然出現(xiàn)了開始沒有預(yù)料到的情況,一個是單體構(gòu)建多,數(shù)量大,零散構(gòu)件多造成吊數(shù)增多,鋼構(gòu)件安裝臨時固定時間長。

相比傳統(tǒng)PC 構(gòu)件吊裝,一吊約15 min左右,疊合板等約10 min即可完成。鋼結(jié)構(gòu)吊裝時,臨時固定,調(diào)整糾偏等流程無法簡化,加之住宅工程部分小型構(gòu)件多且構(gòu)型復(fù)雜,造成單吊時間大大延長,吊裝的效率變差,后期為了彌補吊裝能力的不足,現(xiàn)場使用了大量的汽車吊。

以A 區(qū)為例,A1A2區(qū)底板完成后1#樓公寓樓地下室鋼結(jié)構(gòu)開始吊裝,在鋼結(jié)構(gòu)吊裝施工時,1#塔吊90%時間用于鋼結(jié)構(gòu)吊裝,其余時間用于施工材料駁運。1#、2#及3#樓由于存在25t汽吊無法吊裝的構(gòu)件,基本全部采用1#、2#、3#塔吊進行吊裝施工,偶爾配合汽吊施工。此時后續(xù)5#,6#樓別墅施工時,只能以汽車吊為主,汽車吊無法吊裝的采用塔吊吊裝[2]。

施工高峰期,現(xiàn)場汽吊最多時進場7輛。

3.2.4 大量鋼構(gòu)件需集中供貨,安裝后矯正困難

本工程鋼結(jié)構(gòu)單位面積構(gòu)件數(shù)量多(別墅構(gòu)件約650件,公寓(1#樓)數(shù)量約1100件);受現(xiàn)場情況限制,構(gòu)件堆放、吊車配備相應(yīng)受到影響。以1#樓為例,單層面積約472 m2,標(biāo)準(zhǔn)層平均構(gòu)件數(shù)量為125件;相比較我司正在施工的另一超高層項目單層面積1 800 m2,標(biāo)準(zhǔn)層構(gòu)建總數(shù)為106件(含多層柱);繁多的構(gòu)件對工廠加工也造成了較大難度。實際供貨過程經(jīng)常出現(xiàn)按供貨延遲且缺少現(xiàn)象。

本工程使用的寬扁柱截面尺寸160 mm×400 mm、單節(jié)柱長度12～16 m,重量1.2～1.6 t,柱形細(xì)長,剛度不足導(dǎo)致其在加工、運輸、吊裝等過程中極易變形,且難以矯正。甚至放置于地面后僅因為自重就會導(dǎo)致變形嚴(yán)重,安裝后只能使用倒鏈或攬風(fēng)繩校正,難度大,周期長。

其中部分矯正周期最多時需要20天,每一柱節(jié)完成矯正平均時間為15天;校正唯一可作為無限剛強度利用的是鋼樓梯間部分,但實際可靠度較低,造成后續(xù)樓承板和模板施工窩工停滯。

3.2.5 多工序鋼結(jié)構(gòu)與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)反復(fù)穿插

本工程因為獨特的結(jié)構(gòu)體系形式,造成大量的鋼結(jié)構(gòu)與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)穿插作業(yè)。與傳統(tǒng)的PC結(jié)構(gòu)形式不同,PC結(jié)構(gòu)的混凝土預(yù)制構(gòu)件與現(xiàn)澆混凝土基底材質(zhì)相同相容性連接性好。本工程采用的結(jié)構(gòu)連接方式多樣,差異很大。多項工作需要等待或無法并行施工,造成嚴(yán)重的空耗情況。

(1)現(xiàn)場采用方鋼管混凝土柱,吊裝及矯正完成后需要進行混凝土灌芯工作,在灌芯完成且樓層現(xiàn)澆樓板完成后,須經(jīng)養(yǎng)護達(dá)到一定強度,方可進行二節(jié)柱及屋架吊裝[3]。

(2)本工程樓版采用鋼筋桁架樓承板樓板體系,自承組合式可拆卸鋼筋桁架樓承板技術(shù)具有加工方便,施工快速,質(zhì)量易控,布置靈活,重復(fù)利用率高,不易變形,耐火性能好等一系列技術(shù)優(yōu)點。施工時無需進行搭設(shè)模板下部支撐措施,并可根據(jù)現(xiàn)場實際工況選擇工廠加工組裝和現(xiàn)場組裝。

圖5 鋼筋垳架樓承板現(xiàn)場圖

使用該施工方式可減少現(xiàn)場60%左右的鋼筋綁扎工作,并有效控制鋼筋排布間距和保護層厚度,提高施工效率,保證了施工質(zhì)量。但是工序仍須如傳統(tǒng)混凝土結(jié)構(gòu)從下往上逐層循序漸進的施工,且樓承板完成后亦需要等待普通模板排架工作完成,并同時澆筑混凝土。工期并未節(jié)約。

3.2.6 細(xì)部節(jié)點要求高處理困難

重型鋼結(jié)構(gòu)住宅形式特殊,設(shè)計困難,各類節(jié)點設(shè)計處理方式不夠完善。本工程中存在很多類似節(jié)點。有時設(shè)計單位僅能給出簡單建議或要求,并不能明確做法,造成很多時候現(xiàn)場不得不反復(fù)嘗試尋找合適的解決方案。下面列舉幾種

(1)現(xiàn)場結(jié)構(gòu)外邊梁均采用混凝土外包鋼梁形式,且設(shè)置向上翻口作為結(jié)構(gòu)防水及固定幕墻埋件。外包鋼梁鋼筋、翻口節(jié)點種類繁多,加工安裝復(fù)雜。幕墻埋件定位精度要求高,且需安裝下部鋼筋及翻口側(cè)模后才能固定放置幕墻埋件,最后安裝翻口鋼筋。

(2)二結(jié)構(gòu)連接方式:與其他形式建筑的二結(jié)構(gòu)不同,本工程的外墻外墻填充墻體與鋼柱、鋼梁連接需采用柔性連接。外墻外側(cè)使用改性硅酮密封膠灌縫,聚苯乙烯泡沫條界面分隔。其余縫隙使用發(fā)泡劑填充。而內(nèi)墻填充墻體與鋼柱、鋼梁連接和普通結(jié)構(gòu)相同使用剛性連接接。填充墻砌至梁底往下3～5 cm,待砌體沉實后再用C20細(xì)石混凝土填實[4]。

圖6 外墻砌體節(jié)點

(3)鋼結(jié)構(gòu)防火等級要求:本工程各單體及地下室均按鋼柱耐火極限3 h,鋼梁耐火極限2 h。鋼樓梯耐火極限1.5 h。懸挑部分的梁均為3.0 h。鋼結(jié)構(gòu)的防火性能一直是其大面推廣的阻礙,針對本項目,根據(jù)不同部位的防火要求設(shè)置了多種不同類型的防火涂料及涂布方式。滿足了設(shè)計防火要求的同時,卻大大增加了施工難度。導(dǎo)致防火涂料施工的施工時間侵占了內(nèi)裝飾工期。

圖7 防火涂料節(jié)點圖

4 結(jié)語

鋼結(jié)構(gòu)建筑一般較多應(yīng)用于工業(yè)及商業(yè)項目,其特點以大空間大跨度輕便堅固為主;而住宅項目結(jié)構(gòu)形式小而復(fù)雜,構(gòu)件零散,工序繁瑣。對工廠而言加工難度大,出貨效率降低。同時在現(xiàn)場構(gòu)件梁、構(gòu)件柱吊裝完成后,需要大量時間矯正。且相比于傳統(tǒng)建筑形式,鋼結(jié)構(gòu)住宅主體結(jié)構(gòu)需要分成多次進行混凝土澆筑,且無法如其他鋼結(jié)構(gòu)跨層施工,大大影響了進度控制。加之鋼結(jié)構(gòu)與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的混搭模式,雖然解決了鋼結(jié)構(gòu)建筑的諸多缺點,但是其所產(chǎn)生工序穿插等問題,卻在工期上形成了很大的不可控因素。此外,對鋼結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)預(yù)埋及現(xiàn)場吊裝能力的估計不足也會導(dǎo)致施工進度的延后[5]。

綜上所述重型鋼結(jié)構(gòu)住宅相比混凝土結(jié)構(gòu)形式依舊存在大量不夠成熟,不夠完善的地方,然而這些不成熟的地方很多只是由于各方對相關(guān)結(jié)構(gòu)形式缺乏了解和針對性的解決措施。隨著目標(biāo)工程的穩(wěn)步推進,我們也解決了大量的問題,積累了大量的經(jīng)驗,假以時日這種結(jié)合了諸多優(yōu)點的新興建筑形式必然會蓬勃發(fā)展為成主流建筑形式之一[6]。