重型鋼結構住宅施工進度控制關鍵點分析研究

黃 巖

(上海建工二建集團有限公司 上海 200090)

1 研究背景

隨著時代的發展,目前的建筑行業已經走上了工業化的道路,本著綠色發展理念,以技術進步為支撐,以信息管理為手段,運用工業化的生產方式,將工程項目的設計、開發、生產、管理的全過程形成一體化產業。其中“預制率”,“裝配率”更是成為衡量項目工程工業化程度的一項指標。相應的,建筑結構形式也發生了長足的改變,相比千篇一律的預制裝配式混凝土結構,靈活堅固的鋼結構也成為廣大住宅開發商的一項新選擇。

本文的鋼結構住宅是指重型鋼結構加現澆砼結構的建筑結構形式。其主要特征為以鋼結構柱,梁,樓梯等受壓受剪構件為主,并通過鋼柱混凝土灌芯;邊梁混凝土包覆,并現澆上翻口;樓板,屋面現澆等現澆混凝土部分,來使住宅工程既可以達到預制率要求,又克服了鋼結構防火性差,隔音性差,拼裝樓板,窗臺防水性差,室內可裝飾性差等缺點。然而特殊的結構形式導致其在施工過程中存在很多不確定性,尤其是細節設計的不完善,節點處理困難,新工藝的應用,工序反復的穿插等,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的影響工程進度的主要“關鍵點”。并提出了相應的解決措施及建議。

2 目標項目介紹

2.1 工程簡介

本項目位于上海市徐匯區龍耀路,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層商業配套建筑組成。

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

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,設防道數為二道,地下室的防水等級為I級。

圖1 項目效果圖

2.2 結構概況

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構,鋼板、鋼管采用Q345B,鋼管柱均伸至地下室內,鋼柱腳設于地下室底板處。主體結構主要梁柱節點采用剛性連接,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。屋面樓板均采用現澆鋼筋混凝土。樓梯為全預制鋼樓梯。項目建筑單體預制率可達46.56%,鋼結構總用鋼量約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 結構施工流程圖

3.2 影響進度的關鍵點分析

3.2.1 基坑階段出土及構件駁運

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,基坑周邊無法設置可供大型車輛通行的環形施工道路,維護體系為5軸水泥土攪拌樁插H 型預制混凝土樁的形式。

現場僅落深坑位置設置一道鋼管斜拋撐。現場無法形成聯通道路,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,鋼構件數量大,造成構件堆場占地面積大,臨時加工場地需求大;且基礎施工時就要開始鋼結構預埋及吊裝,僅通過塔吊的駁運無法滿足進度要求[1]。

在基坑階段時留設下坑通道,沿基坑南北向,分別由東南側大門及北側大門通入坑底。便于工程車輛下坑作業,在土方開挖階段,于預定位置留土放坡,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,優化挖土順序,在開挖方式上既要能夠滿足圍護設計的安全性要求,同時也要考慮有利于多數量、大體量鋼結構完整單體、集中群體施工的特性。優先考慮能集中成片出工作面的分區分塊流水開挖。利用動態場地模型的推演,制定最終的基礎開挖方案。同時在坑內使用塔吊與汽吊配合作業的形式,引入汽車吊協助坑內材料駁運。

圖3 土方開挖流程圖

3.2.2 基礎階段底板預埋螺栓及鋼筋安裝

本工程鋼管柱伸入地下室內,鋼柱腳連接于基礎底板上,需要在底板施工過程中進行地腳螺栓的預埋。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、安裝復雜。經過分析測算,項目底板某些區域1 000 m2之內鋼筋加工型號多達280多種相對于傳統基礎底板形式,需要加工的鋼筋型號增加數倍。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,人工量較常規結構增加約2倍。

圖4 基礎梁鋼筋圖

3.2.3 鋼結構群多構件吊裝

根據鋼結構構件布置情況和構件重量,現場布置11臺塔吊,現場仍然出現了開始沒有預料到的情況,一個是單體構建多,數量大,零散構件多造成吊數增多,鋼構件安裝臨時固定時間長。

相比傳統PC 構件吊裝,一吊約15 min左右,疊合板等約10 min即可完成。鋼結構吊裝時,臨時固定,調整糾偏等流程無法簡化,加之住宅工程部分小型構件多且構型復雜,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,現場使用了大量的汽車吊。

以A 區為例,A1A2區底板完成后1#樓公寓樓地下室鋼結構開始吊裝,在鋼結構吊裝施工時,1#塔吊90%時間用于鋼結構吊裝,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,現場汽吊最多時進場7輛。

3.2.4 大量鋼構件需集中供貨,安裝后矯正困難

本工程鋼結構單位面積構件數量多(別墅構件約650件,公寓(1#樓)數量約1100件);受現場情況限制,構件堆放、吊車配備相應受到影響。以1#樓為例,單層面積約472 m2,標準層平均構件數量為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,標準層構建總數為106件(含多層柱);繁多的構件對工廠加工也造成了較大難度。實際供貨過程經常出現按供貨延遲且缺少現象。

本工程使用的寬扁柱截面尺寸160 mm×400 mm、單節柱長度12～16 m,重量1.2～1.6 t,柱形細長,剛度不足導致其在加工、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致變形嚴重,安裝后只能使用倒鏈或攬風繩校正,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,造成后續樓承板和模板施工窩工停滯。

3.2.5 多工序鋼結構與現澆結構反復穿插

本工程因為獨特的結構體系形式,造成大量的鋼結構與現澆結構穿插作業。與傳統的PC結構形式不同,PC結構的混凝土預制構件與現澆混凝土基底材質相同相容性連接性好。本工程采用的結構連接方式多樣,差異很大。多項工作需要等待或無法并行施工,造成嚴重的空耗情況。

(1)現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澆樓板完成后,須經養護達到一定強度,方可進行二節柱及屋架吊裝[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具有加工方便,施工快速,質量易控,布置靈活,重復利用率高,不易變形,耐火性能好等一系列技術優點。施工時無需進行搭設模板下部支撐措施,并可根據現場實際工況選擇工廠加工組裝和現場組裝。

圖5 鋼筋垳架樓承板現場圖

使用該施工方式可減少現場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,保證了施工質量。但是工序仍須如傳統混凝土結構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。工期并未節約。

3.2.6 細部節點要求高處理困難

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

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

(2)二結構連接方式:與其他形式建筑的二結構不同,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。其余縫隙使用發泡劑填充。而內墻填充墻體與鋼柱、鋼梁連接和普通結構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細石混凝土填實[4]。

圖6 外墻砌體節點

(3)鋼結構防火等級要求: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。鋼結構的防火性能一直是其大面推廣的阻礙,針對本項目,根據不同部位的防火要求設置了多種不同類型的防火涂料及涂布方式。滿足了設計防火要求的同時,卻大大增加了施工難度。導致防火涂料施工的施工時間侵占了內裝飾工期。

圖7 防火涂料節點圖

4 結語

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

綜上所述重型鋼結構住宅相比混凝土結構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結構形式缺乏了解和針對性的解決措施。隨著目標工程的穩步推進,我們也解決了大量的問題,積累了大量的經驗,假以時日這種結合了諸多優點的新興建筑形式必然會蓬勃發展為成主流建筑形式之一[6]。