論裝配式鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如何加強(qiáng)自身承載力防止墻體裂變

吳銘輝

【摘要】裝配式鋼結(jié)構(gòu)具有高質(zhì)量、高強(qiáng)度、高效能等優(yōu)勢(shì)，目前在全世界范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。本文論述裝配式鋼結(jié)構(gòu)的起源及在國(guó)內(nèi)外建筑行業(yè)的應(yīng)用。通過(guò)裝配式鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)應(yīng)用難點(diǎn)的分析，提出了如何加強(qiáng)裝配式鋼結(jié)構(gòu)加強(qiáng)自身承載力，防止墻體裂變的方法。

【關(guān)鍵詞】裝配式;鋼結(jié)構(gòu);承載力;墻體裂變

【中圖分類(lèi)號(hào)】TU2

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B

【文章編號(hào)】1671-3362（2020）11-0074-02

1.裝配式鋼結(jié)構(gòu)的起源與發(fā)展

裝配式鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用在建筑上主要源于歐美國(guó)家，并且在地震多發(fā)的日本得到深入的研究和開(kāi)發(fā)。20世紀(jì)初期，美國(guó)針對(duì)工業(yè)化住宅建造及安全標(biāo)準(zhǔn)實(shí)行了一系列的法律規(guī)范化標(biāo)準(zhǔn)，從而提升了裝配式鋼結(jié)構(gòu)的安全性、高質(zhì)性，對(duì)裝配式鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展起到了重要作用;在歐洲，工業(yè)化比較發(fā)達(dá)的德國(guó)也采用了高標(biāo)準(zhǔn)、高程序化、高質(zhì)量的裝配式建筑體系，而法國(guó)從流水線式的工業(yè)化生產(chǎn)，到精巧的高質(zhì)量美觀的設(shè)計(jì)，無(wú)不凸顯裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑在建筑行業(yè)里越來(lái)越成為主流工藝。

在日本，地質(zhì)條件不太好，地震災(zāi)害發(fā)生頻繁。從20世紀(jì)90年代起就提出裝配式鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)化、系統(tǒng)化的生產(chǎn)，并建立起一系列高層住宅建筑設(shè)計(jì)生產(chǎn)體系化、工業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)了鋼結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)模化生產(chǎn)。每年日本的鋼結(jié)構(gòu)住宅占70%左右，采用高強(qiáng)度鋼結(jié)構(gòu)為主體，其生產(chǎn)的建筑結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了7級(jí)以上的地震強(qiáng)震考驗(yàn)。裝配式鋼結(jié)構(gòu)建造模式，可以做到施工難度低、施工效率快，便于組裝拆卸，降低環(huán)境污染和施工成本。

2.裝配式鋼結(jié)構(gòu)在我國(guó)的應(yīng)用

裝配式鋼結(jié)構(gòu)是我國(guó)目前建筑行業(yè)發(fā)展的主要建筑結(jié)構(gòu)形式之一，隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)建設(shè)的發(fā)展，裝配式鋼結(jié)構(gòu)這一新技術(shù)，在我國(guó)建筑行業(yè)應(yīng)用越來(lái)越廣泛。裝配式鋼結(jié)構(gòu)對(duì)我國(guó)建筑行業(yè)規(guī)范化生產(chǎn)起到重要作用。從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)到施工一體化，統(tǒng)籌發(fā)展，提高我國(guó)城市化建設(shè)的效率，加快我國(guó)城市化建設(shè)的步伐，完善裝配式建筑形式，推進(jìn)裝配式鋼結(jié)構(gòu)在我國(guó)的全面發(fā)展，塑造綠色環(huán)保、高效能的新型建筑產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。在技術(shù)上，我國(guó)積極推行《裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，使得我國(guó)裝配式鋼結(jié)構(gòu)更加標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化。

我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展空間廣大，鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用范圍廣，從公共基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、國(guó)家級(jí)場(chǎng)館建設(shè)，拓展到國(guó)際化大都市的建設(shè)、大型交通樞紐建設(shè)等方面，向更廣闊的方面發(fā)展。

3.裝配式鋼結(jié)構(gòu)的技術(shù)難點(diǎn)

裝配式鋼結(jié)構(gòu)在技術(shù)上的難點(diǎn)主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：第一，設(shè)計(jì)難度大。第二，生產(chǎn)難度大。第三，施工技巧高。

3.1設(shè)計(jì)方面

裝配式剛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜，涉及面廣。從初步的現(xiàn)場(chǎng)勘查到初步的設(shè)計(jì)、功能化分區(qū)，工藝標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用，各個(gè)專(zhuān)家進(jìn)行技術(shù)功能論證，再到修改設(shè)計(jì)、圖紙?jiān)u定以及終極定圖。其中初步設(shè)計(jì)和功能分區(qū)很重要，涉及方面多。從自然地理地質(zhì)情況，到設(shè)計(jì)施工標(biāo)準(zhǔn)的劃分，從水電等功能設(shè)施需一次性設(shè)計(jì)，之后通過(guò)專(zhuān)家論證，符合各方面標(biāo)準(zhǔn)化，在將圖紙工廠批量生產(chǎn)零部件，都是一體成型，所以設(shè)計(jì)勘察是重中之重。施工過(guò)程包括工廠生產(chǎn)都是按照最初評(píng)定的設(shè)計(jì)施工圖紙來(lái)進(jìn)行。工廠按照?qǐng)D紙生產(chǎn)、施工工人按照?qǐng)D紙?jiān)诂F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行吊裝等施工，因此，設(shè)計(jì)難度大，設(shè)計(jì)圖是重中之重。

例如：鳳凰國(guó)際傳媒中心工程，建筑高度是54m，建筑面積是6.5萬(wàn)m2，用鋼量是7860t。是復(fù)雜的超高層連體結(jié)構(gòu)。其主體采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，外殼采用空間鋼結(jié)構(gòu)體系。工程采用鋼筋混凝土梁板式筏形基礎(chǔ)。辦公樓為10層框架—剪力墻結(jié)構(gòu)，地上最大輪廓為74.6m×26.3m的蠶豆形，外框架均為斜柱形，抗震防裂度8度。地上辦公室采用莫比烏斯環(huán)造型，分內(nèi)外兩層，其設(shè)計(jì)獨(dú)特新穎，施工難度大，是裝配式鋼結(jié)構(gòu)在我國(guó)得到發(fā)展的典型案例。

3.2生產(chǎn)難度大

怎樣讓設(shè)計(jì)施工一體化？零部件生產(chǎn)尤為重要。工廠按照設(shè)計(jì)要求制造模具，要求一次性成型，這就要求生產(chǎn)工藝精確度高，鋼筋鋼材生產(chǎn)質(zhì)量是建筑中最重要的環(huán)節(jié)之一。鋼結(jié)構(gòu)的厚度、強(qiáng)度、抗壓性能等要求精確度高，且要求一次成型。這就考驗(yàn)工廠工作人員的技術(shù)能力，以及工廠先進(jìn)化設(shè)備的應(yīng)用程度，也直接促進(jìn)工廠的轉(zhuǎn)型和提高。

例如：寧夏國(guó)際會(huì)議中心建設(shè)工程，采用框剪結(jié)構(gòu)、框架支撐結(jié)構(gòu)，建筑面積7.59萬(wàn)m2，建筑高度41m，用鋼量5900t。在設(shè)計(jì)施工中存在難度大，異形鋼構(gòu)件多樣等情況，從材料的切割、組對(duì)、鉆孔、焊接、拼裝等在生產(chǎn)制造過(guò)程中要求精確度高，運(yùn)輸難度大，成品保護(hù)難度高是鋼構(gòu)件生產(chǎn)過(guò)程中最大的難題。

3.3施工技巧高

在裝配式鋼結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中，安全生產(chǎn)是首要位置。這要求現(xiàn)場(chǎng)施工負(fù)責(zé)人、安全員、設(shè)計(jì)，以及施工工人完美的配合。一個(gè)節(jié)點(diǎn)需要兩至三人同時(shí)配合完成，如何在保證安全生產(chǎn)的前提下，按照操作規(guī)范，提高操作效率，這需要施工人員達(dá)到一定的熟練程度。施工過(guò)程中裝配式鋼結(jié)構(gòu)需要吊車(chē)等大型機(jī)械化裝配配合，這對(duì)操作人員、安全員、施工負(fù)責(zé)人之間的配合度要求高。怎樣精確地吊裝，怎樣保證施工安全，怎樣提高生產(chǎn)效率，樓板連接，將板縫控制在最小范圍內(nèi)，保證結(jié)構(gòu)的平整度，這些都考驗(yàn)著現(xiàn)場(chǎng)工作人員。

安全生產(chǎn)是各行各業(yè)在工作中的前提條件。如何準(zhǔn)確高效地完成裝配式鋼結(jié)構(gòu)施工，要在施工前進(jìn)行工人作業(yè)培訓(xùn)，模擬吊裝、實(shí)驗(yàn)安裝是非常必要的，既能保障安全也能有效提高工作效率[1]。

4.綜合考慮承載力

在裝配式鋼結(jié)構(gòu)中，外墻所占比例約為70%，其性能直接關(guān)乎裝配式鋼結(jié)構(gòu)的推廣與發(fā)展。現(xiàn)今，裝配式鋼結(jié)構(gòu)沒(méi)有大規(guī)模推廣的原因之一，就是因?yàn)榕c結(jié)構(gòu)主體相配套的外墻技術(shù)研究滯后。因此，如何加強(qiáng)自身承載力，防止墻體裂變，在裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑中尤為重要。

（1）處理好鋼筋在裝配式鋼結(jié)構(gòu)剪力墻體內(nèi)的錨固和預(yù)埋件的定位，并通過(guò)信息化技術(shù)進(jìn)行表達(dá)。在定制整體墻模板的制作安裝過(guò)程中需要進(jìn)行精密的測(cè)算和精確的施工。這是一個(gè)不斷調(diào)整達(dá)到最佳數(shù)值的過(guò)程。在鋼筋定位準(zhǔn)確后，進(jìn)行墻體模板的定位和加固，工作人員需要精準(zhǔn)地進(jìn)行測(cè)量和放線，在這個(gè)過(guò)程中進(jìn)行局部或者整體的調(diào)整，混凝土的澆筑才能夠順利進(jìn)行。

（2）解決裝配式鋼結(jié)構(gòu)墻體的連接縫隙問(wèn)題。先用鋼筋螺栓焊接錨固，以保證墻體的安全性，通過(guò)對(duì)預(yù)埋件的焊接達(dá)到固定墻體的作用。再在接縫處進(jìn)行膠粘或者在接縫處鋪設(shè)鋼筋拼接網(wǎng)進(jìn)行焊接，使得墻體更加穩(wěn)固。要提前在預(yù)制板上預(yù)留可供現(xiàn)場(chǎng)澆灌混凝土的溝槽，以防止墻體后期拉伸強(qiáng)度大而開(kāi)裂。

在施工過(guò)程中的大構(gòu)件都是在工程預(yù)定生產(chǎn)，現(xiàn)場(chǎng)只留工人進(jìn)行組裝，這大大降低了施工成本和工人的勞動(dòng)力消耗，縮短了工期，預(yù)制構(gòu)件在施工中不受氣候的影響，裝配式鋼結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中可多部門(mén)、多部件聯(lián)合協(xié)作，多樓層同時(shí)進(jìn)行，大大提高了建筑效率。運(yùn)用機(jī)械化程度高，鋼模板和構(gòu)件的連接減少了工人的勞動(dòng)力，也讓施工安全得到保障。鋼筋準(zhǔn)確的定位，現(xiàn)場(chǎng)吊裝配合的合理性，保證了施工質(zhì)量。

裝配式鋼結(jié)構(gòu)的各個(gè)支撐點(diǎn)受力均勻，能夠加大承載力，降低墻體裂變等施工中產(chǎn)生的問(wèn)題。在裝配式鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和勘察初期將承載力充分地考慮在設(shè)計(jì)重點(diǎn)之中是非常必要的[2]。

5.結(jié)語(yǔ)

裝配式鋼結(jié)構(gòu)便于大工業(yè)化生產(chǎn)，具有高效能、抗震能力強(qiáng)、生產(chǎn)效率高等特點(diǎn)。隨著我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)水平的不斷提高，裝配式鋼結(jié)構(gòu)工藝在建筑行業(yè)的應(yīng)用前景廣闊。目前我國(guó)大力倡導(dǎo)裝配式鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，裝配式鋼結(jié)構(gòu)這一新技術(shù)在建筑行業(yè)正在逐步普及，向規(guī)模化、程式化方向發(fā)展。建筑是基礎(chǔ)行業(yè)，是關(guān)系國(guó)計(jì)民生的重要支柱型產(chǎn)業(yè)，加大裝配式鋼結(jié)構(gòu)在建筑行業(yè)的應(yīng)用，對(duì)于促進(jìn)我國(guó)建筑行業(yè)的發(fā)展，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)

[1]鈕鵬，姜繼紅，梁棟，李健康，張莉莉.裝配式鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工[J]. 2017（2）：36-95.

[2]沈祖炎，陳揚(yáng)驥，陳以一.鋼結(jié)構(gòu)基本原理[J].2005（3）：155-210.

（作者單位：泉州職業(yè)技術(shù)大學(xué)）