探究高層住宅鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用與施工技術(shù)

引言

隨著中國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人口城市化進(jìn)程加快，我國(guó)住宅建設(shè)持續(xù)空前發(fā)展，人們的居住條件逐步提高，并對(duì)居住質(zhì)量的要求也越來(lái)越高。中國(guó)已成為第一產(chǎn)鋼大國(guó)鋼結(jié)構(gòu)住宅適宜工廠大批量生產(chǎn)，工業(yè)化、商品化程度高，可以將設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工、安裝一體化，提高住宅產(chǎn)業(yè)化水平。由于上述優(yōu)勢(shì)，鋼結(jié)構(gòu)在住宅市場(chǎng)必將有良好的發(fā)展前景。

1.鋼結(jié)構(gòu)在住宅上的應(yīng)用以及推廣價(jià)值

1.1結(jié)構(gòu)自重輕

根據(jù)比較，相同的建筑造型，六層鋼結(jié)構(gòu)住宅重量?jī)H相當(dāng)于四層磚混結(jié)構(gòu)住宅的重量。建筑總質(zhì)量小，地震力效應(yīng)小，且延性好，相應(yīng)抗震性能優(yōu)良。歷次大地震災(zāi)害資料對(duì)比都說(shuō)明了這一點(diǎn)。

1.2材料各向同性，符合力學(xué)假定，提高了設(shè)計(jì)精度。

1.3由于工廠化加工制造，精度高，易于保證質(zhì)量，與混凝土相比，更符合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。同時(shí)施工速度快，工期縮短 40%以上，可使建筑物更早的投入使用，提早產(chǎn)生效益。

1.4在設(shè)計(jì)中由于業(yè)主的要求，經(jīng)常要進(jìn)行變更，采用鋼結(jié)構(gòu)較易配合變更。施工時(shí)干式作業(yè)減少了對(duì)環(huán)境的污染，且構(gòu)件運(yùn)輸方便，費(fèi)用低。

1.5可在梁腹板處開(kāi)孔走管道，不像混凝土結(jié)構(gòu)在梁底通過(guò)。因此在樓層高度一樣的情況下，采用鋼結(jié)構(gòu)可提高層間凈高。

1.6對(duì)新疆而言，鋼結(jié)構(gòu)住宅的優(yōu)勢(shì)更為明顯。鋼材的耐腐蝕性較差，而新疆氣候干燥，降水少，蒸發(fā)量大，對(duì)于鋼材的“濕腐蝕”具有天然的防護(hù)作用。此外，新疆冬季較長(zhǎng)，不利于施工。鋼結(jié)構(gòu)施工速度快的優(yōu)勢(shì)就明顯地體現(xiàn)了出來(lái)，既保證了建筑結(jié)構(gòu)的工期質(zhì)量，又減少了因冬季施工所帶來(lái)的溫度等方面的問(wèn)題。

1.7輕質(zhì)高強(qiáng)，簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)大跨與復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)，創(chuàng)造開(kāi)放式住宅。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)（磚混、混凝土）由于受材料限制，其開(kāi)間一般在 3.0m、3.3m、3.6m、4.2m.如果需要更大開(kāi)間，則會(huì)造成“肥梁胖柱”，房高也會(huì)受到影響。而在梁高相同的情況下，鋼結(jié)構(gòu)開(kāi)間可比混凝土大 50%.在梁柱等強(qiáng)度條件下，可增加建筑有效使用面積5%～7%。

1.8北方冬季時(shí)間長(zhǎng)，室外溫度低，因此室內(nèi)都通過(guò)暖氣來(lái)取暖，采暖期長(zhǎng)達(dá)半年。這就要求外墻要有良好的保溫措施，否則對(duì)能源是一種很大的浪費(fèi)。鋼結(jié)構(gòu)住宅的墻體一般選用與之配套的板材，與傳統(tǒng)的磚墻相比具有較好的保溫性能，在建筑節(jié)能方面有明顯的優(yōu)勢(shì)。由此可見(jiàn)，鋼結(jié)構(gòu)住宅不僅加快了國(guó)家和城市的發(fā)展速度，帶動(dòng)了與之相關(guān)的其它行業(yè)的發(fā)展，還提高了住宅質(zhì)量和人們的居住水準(zhǔn)，而且它作為一種商品綜合經(jīng)濟(jì)效益高，可使買(mǎi)賣(mài)雙方都獲得利益。鋼結(jié)構(gòu)住宅還促進(jìn)了住宅產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展進(jìn)程，尤其是使用材料的環(huán)保性，給社會(huì)帶來(lái)良好的綜合效益，而與之相比的鋼混和磚混等傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)住宅越來(lái)越暴露出它們的缺點(diǎn)，和對(duì)發(fā)展的阻礙，取而帶之的鋼結(jié)構(gòu)已經(jīng)到了勢(shì)在必行的階段，這也正是現(xiàn)階段發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)住宅的原因。

2.主要施工方法

2.1鋼結(jié)構(gòu)加工制作箱型柱采用鋼板，在鋼構(gòu)件加工車(chē)間加工、鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的除銹、焊接完成。

2.1.1箱型柱制作工藝

（1）鋼板拼接

由于每段柱高在12米以下，為保證下料后鋼板的直線度，首先將兩塊鋼板拼接。鋼板兩端開(kāi)坡口。

（2）劃線下料

按排料圖劃線，劃線寬度方向留余量3mm，長(zhǎng)度方向留余量50mm。中間隔板劃線不留余量。長(zhǎng)度方向沿劃線每隔5m鉆Φ8mm孔。用兩臺(tái)半自動(dòng)切割機(jī)（或雙頭）沿劃線中心同時(shí)切割，每隔5米留100mm不切割，待冷卻后再切割。

（3）組裝焊接

用H型鋼作臨時(shí)組裝平臺(tái)，組裝前用水準(zhǔn)儀將平臺(tái)找平并將H型墊實(shí)固定。在兩腹板上劃組裝線，組裝焊接襯板。

定位焊。在襯板內(nèi)側(cè)每隔300mm焊10-20mm焊縫。將一腹板與隔板組對(duì)，定位焊。用三根同尺寸的箱體并排，并兩點(diǎn)焊。用兩邊箱體作自動(dòng)焊機(jī)軌道用。

焊接：用兩臺(tái)埋弧自動(dòng)焊沿同一方向焊接兩條焊縫。焊縫兩端加100mm引弧板和熄弧焊。焊完一層后將箱體翻身，焊接另一面兩條焊縫。焊接方法同上。待焊接完畢后再翻身施焊另一面兩條焊縫。

焊接完畢，即將引熄弧板在離母材5mm處切斷，并用砂輪機(jī)修磨平整，切不可用錘擊落；并修磨后的切割面進(jìn)行檢查。焊縫無(wú)損檢測(cè)，使用超聲波探傷。探傷長(zhǎng)度為每條焊縫的20%，按JB11345的規(guī)定不低于Ⅱ級(jí)。

2.1.2梁及連接板加工及組焊

（1）下料

型鋼采用型鋼切割機(jī)下料，鋼板采用半自動(dòng)切割機(jī)下料，下料后應(yīng)進(jìn)行清渣修磨，編號(hào)歸類(lèi)放置。

（2）鉆孔

先在構(gòu)件上用劃針和鋼尺劃出孔的中心和直徑，在孔的四周（90°位置）打四只沖孔，鉆孔后檢查。

（3）高強(qiáng)度螺栓摩擦面處理

噴砂處理高強(qiáng)度螺栓摩擦面的表面粗糙度：噴砂壓力約6Kg/cm2，石英砂的粒度1.5∽4mm，加工后的鋼材表面呈現(xiàn)灰白色；用電動(dòng)砂輪機(jī)打磨鋼板的表面，砂輪打磨的方向與受力方向垂直，打磨范圍不應(yīng)小于4倍螺栓直徑，打磨時(shí)不應(yīng)在鋼材表面磨出明顯的凹坑；

2.2鋼結(jié)構(gòu)安裝

2.2.1箱型柱安裝：箱型柱在實(shí)際施工過(guò)程中按照材料采購(gòu)、加工、運(yùn)輸、吊裝、連接（加固）工藝完成。所有鋼結(jié)構(gòu)制品，在刷防銹油漆前，必須將構(gòu)件表面的毛刺、鐵銹、油污及附著物清除干凈。手工除銹達(dá)到St2，機(jī)械除銹達(dá)到Sa2。本工程四層以下裙樓立柱為48根，主樓立柱為37根。立柱單根最短4.5米，最長(zhǎng)12.5米。截面形狀為箱形。單根立柱最大設(shè)計(jì)重量為3.5噸，最小設(shè)計(jì)重量為1.88噸。剪力墻框架立柱為150*150H型鋼。吊裝順序采用由中心向四周擴(kuò)展的原則，以保證安裝過(guò)程中框架的對(duì)稱(chēng)性和穩(wěn)定性。立柱安裝吊裝采用QTZ-80型塔式起重機(jī)，利用柱頂臨時(shí)設(shè)計(jì)連接耳板為吊裝吊點(diǎn)進(jìn)行吊裝。立柱連接采用臨時(shí)連接板和臨時(shí)螺栓進(jìn)行連接，形成穩(wěn)定的單元框架后調(diào)整焊接及UT檢測(cè)。

2.2.2鋼梁安裝鋼梁的安裝分主梁、次梁和外挑梁的安裝；主梁材質(zhì)為Q345B軋制H型鋼。主梁在立柱形成單元后采用捆綁串吊施工，根據(jù)該工程的設(shè)計(jì)特點(diǎn)吊裝數(shù)量2～4根；次梁和剪力墻框架梁由于空間和接點(diǎn)的實(shí)際情況，一般采用單根吊裝。

2.2.3高強(qiáng)螺栓安裝高強(qiáng)螺栓是目前建筑鋼結(jié)構(gòu)最先進(jìn)的連接方法之一。它的特點(diǎn)是施工方便，可拆可換，傳力均勻。根據(jù)設(shè)計(jì)方案高強(qiáng)螺栓采用摩擦型連接。緊固辦法采用專(zhuān)用棘輪扳手和扭矩扳手經(jīng)初擰和終擰完成。

2.2.4栓釘焊接栓釘焊接是高層鋼結(jié)構(gòu)施工中不可缺少的一個(gè)環(huán)節(jié)，常見(jiàn)的栓釘焊接分為直接焊接在鋼梁上和穿過(guò)壓型鋼板后焊接在鋼梁上兩種方式。本工程采用直接焊接在鋼梁上。

2.3混凝土施工

混凝土的運(yùn)輸?；炷霖Q向運(yùn)輸主要通過(guò)砼泵泵送。樓面模板支撐方案，根據(jù)本工程的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，利用H型梁下翼緣支撐小規(guī)格H型鋼，在H型鋼上鋪設(shè)竹膠板、鋼筋。箱型柱內(nèi)澆混凝土采用頂升法，利用混凝土泵的壓力將混凝土由下向上壓入箱型柱。在混凝土頂升前，會(huì)同設(shè)計(jì)方對(duì)頂升入口處的管壁進(jìn)行詳細(xì)、嚴(yán)格的強(qiáng)度驗(yàn)算，確保頂升壓力在要求的強(qiáng)度范圍內(nèi)，同時(shí)在柱下部側(cè)壁安裝特種壓力表，隨時(shí)觀測(cè)柱內(nèi)混凝土的壓強(qiáng)變化。另外，對(duì)頂升用混凝土的配合比要嚴(yán)格要求，保證混凝土的坍落度不小于200MM。

2.4外墻板安裝

外墻板全部采用工廠化加工，運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)吊裝，吊裝設(shè)備為塔吊。按照廠家提供圖集施工，由墻板內(nèi)側(cè)膨脹螺栓固定在樓面的通長(zhǎng)角鋼和ALC板上的專(zhuān)用聯(lián)結(jié)桿連接，縫隙用嵌縫砂漿和密封膠密封。于床連接處在窗四周另加角鋼。

2.5內(nèi)墻板安裝

施工工藝簡(jiǎn)單，工廠化生產(chǎn)，現(xiàn)場(chǎng)安裝，不受天氣等情況的制約。內(nèi)墻的安裝基本與外墻類(lèi)似。衛(wèi)生間、廚房等部位的墻板采用特殊PVC密封膠。

結(jié)束語(yǔ)

總之，鋼結(jié)構(gòu)住宅符合國(guó)家住宅產(chǎn)業(yè)化的目標(biāo)，符合可持續(xù)性發(fā)展的戰(zhàn)略，并對(duì)保護(hù)耕地、提高城市建設(shè)水平有較大作用。有了國(guó)家政策的支持、技術(shù)的保證，鋼結(jié)構(gòu)住宅具有光明的前景。

（作者單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)大通鋼結(jié)構(gòu)有限公司）