探析高層建筑裝配式鋼結構關鍵施工技術

劉 棟 中國水利水電第十一工程局有限公司

1 引言

城市土地資源緊缺形勢嚴峻促使高層建筑項目數量不斷增加，如何進一步提高高層建筑工程質量、功能性及施工效率成為行業研究的重點。在可持續發展、綠色建筑等理念融入行業之后，裝配式鋼結構成為現代建筑發展的一個主要方向，得到越來越多的關注。但整體看來，裝配式鋼結構在高層建筑項目中的應用時間不長，在技術掌握方面還存在一定的問題，需要對其關鍵施工技術進行總結。

2 高層建筑裝配式鋼結構關鍵施工技術

高層建筑裝配式鋼結構施工難點主要體現在兩方面。一是對鋼構件吊裝精度的要求較高，在吊裝之前，需結合工程設計要求，嚴格確定各鋼構件的吊裝方案，確保安裝位置精確性。二是對結構防滲能力要求較高。該類建筑的標高過高，在進行防滲漏處理時具備一定難度，施工過程中需重點關注。

2.1 裝配式鋼構件生產

鋼構件生產之前，結合高層建筑工程總體設計給出鋼構件設計圖紙，并開展材料采購活動。用于裝配式鋼結構構件生產的鋼材及其他零部件需要經過預試驗，確保材料性能、強度、韌性等均達到高層建筑項目質量要求。結合結構設計圖完成配料工作，檢查半成品及零部件的質量、尺寸是否符合要求，全部通過后，進行鋼構件的組裝與焊接。注意焊接過程應使用二氧化碳為保護氣，并對焊接縫進行可靠性檢驗[1]。最終對鋼構件進行細化測量和校正，做好除銹與防銹工作。

鋼構件在運輸過程中要做好保護措施，適當選取運輸工具、吊裝方式并設置起吊點，避免在裝配之前導致鋼構件發生損壞，影響正常的施工進度。

2.2 裝配式鋼構件定位

垂直類鋼構件在起吊之前需將其連接面清理干凈，調節高程螺栓或添加墊圈，確保板底高度達到設計要求。對預留鋼筋、預制構件等進行尺寸檢測，設置PE條或橡膠條對尺寸偏差進行調整。鋼構件到位后，立即開展支護系統搭建，確保每一鋼構件的斜向支撐不少于2 組。構件支撐點距構件底部的距離應在整個構件高度的1/2～2/3。支撐系統安裝完畢后，進行構件垂直度的調節，常用工具包括線錘和靠尺，保證鋼構件的垂度符合建筑整體要求。為確保鋼結構定位的精確度，該過程通常在BIM技術的輔助之下完成。

2.3 裝配式鋼構件吊裝

鋼構件起吊方案的制定需結合施工現場塔吊的實際運行能力而確定，嚴禁吊裝總重超出塔吊的起重極限。一般使用分段技術完成吊裝作業。即當鋼構件的長度超過12m，寬度超過2.8m，或高度超過4.5m時，應使用分段技術確保吊裝過程的平穩性。鋼構件的吊裝需依照提升順序進行，當構件被吊離地面后，需使用環鏈葫蘆將整個構件的形態調整至水平，并設置防風繩確保起吊過程構件的穩定性。在鋼構件目標安裝位置設置定位軸，安裝臨時支護結構。鋼構件吊裝過程中，構件受到的風阻較大，因此在下落時可選用速度較緩的座位機構。例如，在吊裝板類結構時，為確減輕起重機晃動的程度，可設置臨時引導裝置，以保證一次性將鋼板吊送至準確位置。在吊裝梁結構之前，必須完成支撐結構的設置。柱結構的吊裝需提前確定鋼筋高程及位置，并在吊裝前檢查柱結構表面是否存在破損，合理確認安裝方向、角度、吊裝點等參數。

2.4 鋼結構節點施工技術

在整個高程建筑裝配式鋼結構施工過程中，鋼結構節點施工是最關鍵的環節之一。本文重點介紹梁、柱、板鋼結構節點施工技術。

2.4.1 梁、柱結構的節點施工

當連接H 型柱與梁結構時，高層建筑中裝配式鋼結構的梁與柱結構大多使用普通高強度螺栓進行連接，盡可能避免焊接的方式，以免鋼結構在焊接過程中產生焊接應力或發生形變，確保連接節點具備足夠的荷載能力。鋼結構中懸臂短梁與柱結構的連接一般在加工廠完成，使用焊接方式。而懸臂短梁與框架梁在施工現場進行連接，使用預制拼接的方式。在預制拼接過程中，梁結構的上下邊緣可發揮就位板功能，拼接板發揮耳板功能。同樣采用高強度螺栓完成節點連接，施工效率較高。

鋼管柱與H 梁的連接使用全螺栓連接的方式，該連接作業相對簡單，但需要嚴格控制連接構件的質量。例如，高層建筑當中常用高強度螺栓或高強度對拉螺栓完成鋼管柱與H梁的連接。但該方法同樣存在一定問題，如螺栓緊固時操作空間不足、螺栓抗拉承載力不足等。連接技術上的缺陷給裝配式鋼結構在高層建筑施工中的應用帶來一定阻礙，但隨著新型連接技術的研究和應用，以上問題也將被很好的解決。

2.4.2 板結構的節點施工

高層建筑中使用的墻板多為蒸壓輕質加氣混凝土板，這類墻板由水泥、砂石、鋼筋網等材料構成，具備自重小、保溫性能優良、耐火性強、隔音效果好、安裝簡便、節能環保等優點。例如，其干密度一般不超過0.55g/cm3，自重輕給其安裝作業帶來極大的便利。內部密實度高，且存在大量細小、排不緊密的空隙，保溫效果可以達到一般混凝土材料的10倍以上[2]。在處理板結構連接節點時，需注意以下幾點問題：（1）外墻板與梁的連接。若選用雙層蒸壓輕質加氣混凝土板，首先應安裝外側墻板，使用吊裝設備將墻板運送至目標高度，使用纜風繩將墻板移動至指定距離，固定L形勾頭。將保溫板緊密貼合在外側墻板表面，安裝內層墻板并將墻板與L 型勾頭連接固定，填補灰縫。（2）墻板與墻板間的連接。墻板與墻板的連接需要通過鋼骨架進行，要求崗龍骨與墻板間距300mm，使用長度在50mm 的自動螺釘固定。（3）墻板與門窗結構的連接。首先安裝門窗下部的墻板，再設置鋼骨架，安裝上側墻板，并使用自攻螺釘進行固定。

3 高層建筑裝配式鋼結構施工案例分析

3.1 工程背景簡介

某高層裝配式鋼結構住宅建筑，總建筑面積達到145853.27m2，其中包括地下建筑面積42621.23m2。該工程中大部分裝配式構件在加工廠加工，主要使用高強度螺栓進行連接，并配合少量的焊接形式。其主體結構由矩形鋼管混凝土柱和H 型鋼梁等構成。整個建筑的層高設計為17 層，為鋼結構框架支撐結構建筑，使用鋼材的體量較大，超過11000t，其裝配率在88.74%左右。

由于本工程為裝配式鋼結構建筑，目前國內類似的工程案例相對較少。在施工前，對工程重難點進行分析。建筑中涉及到大量梁、柱鋼結構，型號、規格較多。在進場后需要對各類鋼構件的質量、型號、尺寸等進行核對，并高效完成安裝施工，安裝施工量較大。此外，鋼構件節點位置、構件垂度、焊接縫可靠性等均要達到工程質量標準的要求，對施工作業的精確性提出嚴格要求。

3.2 裝配式鋼結構施工

由于該工程對鋼結構裝配的精度角球較高，因此整個施工過程在BIM 技術的輔助之下進行。結合以上施工重點，對該工程梁、柱鋼結構安裝施工方案進行介紹。

3.2.1 梁結構的安裝

使用BIM 系統配合射頻識別技術，對工程中鋼梁構件進行編號并制作電子標簽。鋼梁構件在運輸、吊裝過程中，使用電子標簽對其進行定位。這樣，BIM系統能夠對施工過程中全部鋼梁構件的狀態進行監控。在鋼梁吊裝之前，確定起吊位置，在確保結構形變不出超出規定范圍的基礎上，維持吊裝平穩并為鋼梁固定、解鎖操作提供方便。當吊裝角未達到60°時嚴禁起吊[3]。為防止出現應力集中問題，在吊裝過程中使用橡膠墊對吊裝點進行保護。（1）柱梁安裝。柱梁安裝依照下、中、上的順序，高強度螺栓與鋼梁端點距離不超過1m。柱梁被吊送至指定位置后，使用撬棍調整其形態，確保安裝位置的準確性，再利用高強度螺栓進行固定，校正底層梁后，對螺栓進行終擰。在安裝主梁的過程中預留適當的焊接收縮縫，該縫隙的大小需要提前通過試驗確定。（2）次梁安裝。次梁起吊前，檢查其兩側的連接鋼板及臨時螺栓是否符合要求，臨時螺栓的數量不應低于螺栓總數的2/3。次梁安裝需依照從內向外、從下到上的順序，使用鋼絲繩固定次梁并進行吊運。次梁及主梁的上表面應相互對正，高強度螺栓緊固后在進行初擰和終擰。

3.2.2 柱結構的安裝

鋼柱的安裝同樣在BIM系統的輔助下進行。對鋼柱進行電子編號并制作電子定位標簽。（1）起吊方式確認。鋼柱使用回轉起吊的方式，由一臺塔吊完成。使用枕木作為墊護設置在起吊設備端部。若在吊運過程中發現滑動受阻問題，應立即停止起吊并進行調整。（2）安裝方案選擇。對于首節鋼柱的安裝來說，要求其基準線及標高必須與設計方案中的具體數據保持一致。提前檢查地錨螺栓的直徑、裸露長度等是否達標。確定鋼柱外觀參數及連接板的角度并完成尺寸校驗。在檢測鋼柱標高時，在距離柱底1m 的位置設置標記，以為尺寸校驗活動提供方便[4]。根據工程基礎預埋件的高度確定第一節鋼柱的標高，在安裝之前確保其標高達到指定要求。在安裝過程中，再次驗證標高，若符合要求，將鋼柱吊運至指定位置。高層建筑裝配式鋼結構施工中，鋼柱的安裝需重點控制柱結構垂度的精確性。本工程使用了2組經緯儀設備，從2個方向同時對柱結構的垂度進行監控，并在過程中使用千斤頂調整柱底，以確保其垂度精確。柱頂垂度的調整使用地牛進行。在柱結構垂度達標后，設置臨時支架及固定繩索。對于上節鋼柱的安裝，實時關注上節柱兩側連接板的狀態，以確保上下節鋼柱之間緊密連接。使用節點板完成固定。上節柱吊運至指定位置后，首先調節臨時連接板及安裝螺栓的緊固程度是否足夠，確定標高達標并核對上下節鋼柱對接面的重合程度，避免出現位置偏差。調整上節柱中心線的位置使其接頭處達到工程精度要求，并重點觀察上節柱的垂度、標高、扭曲度等參數，確保鋼柱位置的準確性。使用高強度螺栓固定配合焊接的方式固定鋼柱。在確定焊接方案時，應結合鋼柱的材料屬性、形狀、精度要求等進行設計。適當選取焊接順序、方式及精度指標，并在焊接過程中隨時測量精確度，將焊接誤差控制在合理范圍內。

4 結論

本文對高層建筑裝配式鋼結構施工關鍵技術進行總結，在實際工作中，應重點關注鋼構件的生產、定位、吊裝及節點連接等工序，并積極引進BIM 技術、射頻識別技術，對鋼構件吊裝過程進行動態化監管。確保每一鋼構件位置精度達標，并做好相應的支護、保護工作。不斷積累高層建筑裝配式鋼結構施工技術經驗，促進建筑行業健康發展。