高層建筑裝配式鋼結(jié)構(gòu)關(guān)鍵施工技術(shù)研究

王星

（貴州建工監(jiān)理咨詢有限公司 貴州貴陽(yáng) 550081）

0 引言

2018年12月24日，我國(guó)住建部開展了關(guān)于全國(guó)住房與城鄉(xiāng)建設(shè)工作會(huì)議，會(huì)議上指出要“大力發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)等裝配式建筑，進(jìn)一步完善裝配式建筑技術(shù)與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系。”由此可見，以鋼結(jié)構(gòu)為主的裝配式建筑已經(jīng)成為行業(yè)發(fā)展的主要方向，作為施工人員應(yīng)當(dāng)緊抓技術(shù)，為建筑的安全性、穩(wěn)定性提供保障。

1 高層使用裝配式鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)

高層與超高層建筑往往具有成本投入大，建設(shè)周期長(zhǎng)等特點(diǎn)，而且在施工時(shí)會(huì)消耗大量資源，產(chǎn)生垃圾污染、粉塵污染及噪音污染。近幾年我國(guó)建筑行業(yè)勞動(dòng)產(chǎn)能開始出現(xiàn)過(guò)剩趨勢(shì)，高層與超高層建筑數(shù)量暴漲，伴隨著智慧家居及新型技術(shù)的出現(xiàn)，建筑項(xiàng)目施工成本也在不斷增加，采取傳統(tǒng)的施工模式已經(jīng)無(wú)法滿足社會(huì)發(fā)展需求。因此，應(yīng)用綠色環(huán)保的施工技術(shù)已經(jīng)成為行業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。裝配式住宅在節(jié)能減排方面有良好表現(xiàn)，工廠按照建筑特征提前預(yù)制結(jié)構(gòu)配件，運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組裝，施工現(xiàn)場(chǎng)如圖1所示。從而實(shí)現(xiàn)預(yù)制與施工同時(shí)進(jìn)行的生產(chǎn)模式，提高施工效率，縮短高層項(xiàng)目的建設(shè)周期。另外，裝配式施工模式，主要是將鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件提前在工廠完成生產(chǎn)，減少現(xiàn)場(chǎng)工序，勞動(dòng)成本也相應(yīng)降低。目前，我國(guó)裝配式住宅按照材料，可分為：混凝土結(jié)構(gòu)；木結(jié)構(gòu)；鋼結(jié)構(gòu)三種。由于鋼結(jié)構(gòu)的用料特點(diǎn)及加工模式符合工業(yè)化生產(chǎn)要求，生產(chǎn)質(zhì)量與效率都更加有保障，所以已經(jīng)成為我國(guó)最適宜產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的施工模式。預(yù)制件在工廠流水線上生產(chǎn)，采取標(biāo)準(zhǔn)化的節(jié)點(diǎn)連接方式，避免了傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)施工可能出現(xiàn)的誤差，提高了施工的精度，同時(shí)也可以減少后期維修費(fèi)用，延長(zhǎng)項(xiàng)目使用年限。而且裝配式鋼結(jié)構(gòu)因?yàn)殇摬牡奶攸c(diǎn)，可以使用大開間的平面布置，住宅設(shè)計(jì)的靈活性大大增強(qiáng)，例如：設(shè)計(jì)者可以創(chuàng)造出內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加合理的開放式住宅。而傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)一旦采取大開間設(shè)計(jì)，就會(huì)導(dǎo)致剪力墻過(guò)厚，梁柱也對(duì)應(yīng)增大，空間使用率被嚴(yán)重限制[1]。

圖1 裝配式鋼結(jié)構(gòu)施工現(xiàn)場(chǎng)

2 高層建筑鋼結(jié)構(gòu)施工的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 BIM建模

BIM技術(shù)往往應(yīng)用在裝配式建筑的設(shè)計(jì)階段，其可以按照項(xiàng)目需求建立標(biāo)準(zhǔn)化模型，工廠按照模型生產(chǎn)預(yù)制件，然后運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行施工與安裝，組裝成建筑整體。BIM系統(tǒng)可以根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行三維建模，使用“構(gòu)件參數(shù)庫(kù)”與“節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)”來(lái)判斷三維模型參數(shù)，使用BIM技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)預(yù)制件節(jié)點(diǎn)的進(jìn)一步優(yōu)化，深入的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。如今，高層建筑層數(shù)不斷上漲，施工難度也在增加，BIM技術(shù)能夠?qū)D紙進(jìn)行直觀化、可視化的建模，能夠一定程度上減少鋼結(jié)構(gòu)裝配施工難度，實(shí)現(xiàn)一體化設(shè)計(jì)。BIM系統(tǒng)配合使用AUTOCAD及TEKLA軟件，可以真實(shí)模擬出現(xiàn)場(chǎng)施工情況，CAD可直接轉(zhuǎn)化工程材料圖，TEKLA可以對(duì)建筑材料、加工工藝進(jìn)行排版，為現(xiàn)場(chǎng)操作提供很多便利，管理人員也能根據(jù)模擬情況規(guī)避一些錯(cuò)誤，提高鋼構(gòu)件安裝的效率。例如：減少現(xiàn)場(chǎng)對(duì)接時(shí)間，加快安裝修改速度，縮短施工梁與施工柱的加工過(guò)程，采取“一鉤多吊”的方法來(lái)節(jié)約現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)間，控制現(xiàn)場(chǎng)工作量，從而為企業(yè)創(chuàng)收更多效益。

2.2 配件分段吊裝

裝配式建筑在現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，應(yīng)當(dāng)按照?qǐng)D紙對(duì)起重工作進(jìn)行設(shè)計(jì)，確保吊裝起重極限維持在最佳范圍內(nèi)，全面分析運(yùn)輸條件。通常來(lái)說(shuō)，配件分段長(zhǎng)度應(yīng)大于12m，寬度大于2.8m，高度大于4.5m，采用分段技術(shù)對(duì)鋼預(yù)制件進(jìn)行處理。分段吊裝在整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)裝配建筑施工過(guò)程中占據(jù)重要位置，所以需要做好吊裝方案設(shè)計(jì)，提高結(jié)構(gòu)安全性，科學(xué)選用塔式起重機(jī)的型號(hào)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況分布設(shè)備。起重機(jī)的吊裝范圍應(yīng)當(dāng)覆蓋整個(gè)施工現(xiàn)場(chǎng)，并確保起重機(jī)性能與型號(hào)符合方案中的吊裝需求，防止后期施工受阻。

2.3 外圍墻施工

高層鋼結(jié)構(gòu)裝配建筑施工時(shí)所使用的外墻板和節(jié)點(diǎn)連接件主要產(chǎn)自預(yù)制廠的流水生產(chǎn)線，施工人員在連接外墻板時(shí)，主要采取的操作方式為上限位點(diǎn)與下托點(diǎn)全面連接，整個(gè)連接過(guò)程都是以全熔透焊為主線。具體施工操作為：首先工作人員需要根據(jù)實(shí)際圖紙所標(biāo)注的參數(shù)，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)安裝的垂直度和平整度進(jìn)行調(diào)整。然后在預(yù)制板墻起吊前，仔細(xì)檢查構(gòu)件型號(hào)及安裝位置，確認(rèn)無(wú)誤后方可開展后續(xù)吊裝操作。從以往工程建設(shè)中可以看出，預(yù)制外墻板的最大單塊重量已達(dá)到了400kg，在實(shí)際單軌吊車操作架打造上，可以根據(jù)實(shí)際要求對(duì)其進(jìn)行移動(dòng)操作。在安裝過(guò)程中，將支架移動(dòng)到樓層邊緣中，當(dāng)板材起吊后，需將其安置到平穩(wěn)位置處，借助于撬棍對(duì)墻板位置進(jìn)行有序調(diào)整，當(dāng)垂直度和平整度均達(dá)到要求后，就可以判斷其達(dá)到了最佳的施工標(biāo)準(zhǔn)。最后，當(dāng)構(gòu)件調(diào)整好后，工作人員應(yīng)繼續(xù)開展埋件的焊接和固定操作，并將預(yù)制構(gòu)件埋件和柱上埋件連接到一起，從而讓構(gòu)件系統(tǒng)更加穩(wěn)定[2]。

2.4 鋼梁柱安裝

在使用BIM技術(shù)將梁、柱和建筑整體模型制作完成后，就可以開始安裝施工現(xiàn)場(chǎng)的鋼立柱。安裝時(shí)，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照三維模擬圖與碰撞檢查依據(jù)來(lái)調(diào)整現(xiàn)場(chǎng)施工順序，從而確保鋼立柱安裝尺寸與位置的精準(zhǔn)度。注意安裝建筑節(jié)點(diǎn)位置，對(duì)于臨時(shí)安裝鋼立柱應(yīng)當(dāng)使用縱橫梁平面試拼法，從而保證安裝過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)差錯(cuò)。梁與柱在建筑中均能起到承重作用，尤其是當(dāng)自然災(zāi)害發(fā)生時(shí)，建筑整體在災(zāi)害中表現(xiàn)出來(lái)的可靠性與穩(wěn)定性直接取決于梁、柱的安裝質(zhì)量。所以，施工人員應(yīng)當(dāng)在現(xiàn)場(chǎng)安裝之前，對(duì)已經(jīng)出廠的梁的質(zhì)量及型號(hào)進(jìn)行仔細(xì)核查，判斷其與施工要求是否相符，在完成檢查后注意將安全扶手繩和扶手套上。在前期準(zhǔn)備工作全部結(jié)束后，就可以開始現(xiàn)場(chǎng)安裝梁柱，為了避免安裝錯(cuò)位、移位等問(wèn)題的出現(xiàn)，施工人員應(yīng)當(dāng)在吊裝之前，將主梁兩側(cè)扎綁起來(lái)，然后按照順序吊裝其余梁柱。為了縮短施工時(shí)間，提高安裝速度，施工人員可以結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況使用“一鉤多吊”技術(shù)，需要注意的是，在進(jìn)行“一鉤多吊”時(shí)，單次梁柱的起吊重量應(yīng)當(dāng)小于5t。

2.5 消能減震技術(shù)

地震災(zāi)害對(duì)高層建筑使用的安全性有著致命的威脅，做好消能減震工作，能夠提高鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑的穩(wěn)定性，降低下沉風(fēng)險(xiǎn)。近幾年，消能減震技術(shù)不斷發(fā)展，已經(jīng)成為避免建筑結(jié)構(gòu)災(zāi)害的主要方法。消能減震技術(shù)主要是通過(guò)在建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部空間安裝消能器來(lái)達(dá)到增加結(jié)構(gòu)阻尼的效果。安裝位置比較多樣，例如：剪力墻、結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)、連接縫、相鄰建筑之間、樓層空間等等。在安裝消能器后，建筑結(jié)構(gòu)對(duì)強(qiáng)風(fēng)、地震的反應(yīng)會(huì)大大減弱。另外，為了進(jìn)一步增強(qiáng)高層建筑的消能減震效果，施工人員還可以使用無(wú)屈曲波紋鋼板的剪力墻，這種剪力墻可以在彈性階段提供較大剛度，在單側(cè)力的作用下，只會(huì)屈服不會(huì)出現(xiàn)屈曲變形的問(wèn)題，能夠最大程度上發(fā)揮出鋼板剪力墻的承載效果，出現(xiàn)地震后，有效減少建筑耗能。而且為了滿足高層建筑的消防要求，施工人員可以在無(wú)屈曲波紋鋼板的兩側(cè)使用不燃材料的約束板，這樣一來(lái)，施工人員不用再額外涂抹防火涂料或采取其他防火措施，大大節(jié)省了施工成本，加快施工進(jìn)度[3]。

3 結(jié)論

綜上所述，近幾年我國(guó)城市化建設(shè)不斷深入導(dǎo)致大量人口涌入城市，城市土地資源也越發(fā)緊張，為緩解資源問(wèn)題，高層與超高層建筑項(xiàng)目拔地而起。裝配式鋼結(jié)構(gòu)是高層建筑施工的核心部分，作為施工人員應(yīng)采取科學(xué)的施工技術(shù)，確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性，為后期建筑投入使用奠定可靠的基礎(chǔ)。