超高層全鋼結構裝配式建筑施工技術

張東升

（山東高速萊鋼綠建發展有限公司第二分公司，山東 濟南 250000）

我國大力發展鋼結構裝配式建筑，解決鋼鐵產能過剩問題。超高層裝配式建筑工程采用全鋼結構進行施工，符合綠色發展理念，且可以保障建筑結構的穩定性、筑的抗裂性能和抗震性能。結合具體的工程案例進行分析，對全鋼結構裝配式超高層建筑技術參數指標進行優化設計，強調施工技術的規范性、科學性，有利于保障工程質量。

1 項目案例

廣東省佛山市超高層建筑位于主干道交匯處，項目建設位于商業中心，為辦公樓。其中包括塔樓一個，西側和東側各設計裙房，選擇使用鋼框架剪力墻結構，并采用鋼板組合的方式進行施工作業。樓層地上37層，地下1層，高度為175.8m，外框使用圓柱管結構，核心筒使用剪力墻結構，共計需要使用22根箱型柱和10片鋼板剪力墻。考慮到超高層建筑裝配式建筑施工要點，設計使用鋼板厚度為20mm，并為了提高結構的抗形變能力，沿著水平方向每間隔1.5m設置U型肋進行施工作業。

前期對施工場地進行勘察，并對多種超高層裝配式建筑施工方案進行對比，為滿足抗裂、抗震等基本需求，進行技術可行性和經濟可行性分析，最終敲定使用鋼筋混凝土機制，并設置鋼框架梁和鋼板墻。按照框架結構將其分為核心筒、鋼框架，主體支撐結構的柱梁、鋼筋桁架板等，對其進行結構優化。在完成技術方案的可行性分析后，認為使用黏滯阻尼墻可以起到提高抗震性能的作用，結構穩定性、質量、效率等均滿足工程建設的基本要求，可嚴格按照設計方案進行施工[1]。

2 全鋼結構裝配式建筑特點

全鋼結構的建筑施工具有較強的專業性要求，且應具體問題具體分析，在充分完成數據勘測的基礎上科學選擇材料，并完成建筑框架方面的施工。此外，為保障施工質量，需全程加以質量監督。超高層裝配式建筑采用全鋼結構進行施工作業，符合綠色建筑工程理念，并可以有效保障建筑工程的質量。全鋼結構超高層裝配式建筑具有強度高、剛度大、質量輕等優勢，其具備以下特點：1）良好的抗震屬性是全鋼結構項目的主要特點，由于主體結構框架由鋼材組合，受鋼材屬性影響，其具有良好的延展性，并具備一定的抗振動能力，穩定性較好；2）鋼結構的自重較輕，可以減少結構的應力，包括豎向的荷載力和橫向的應力；3）全鋼結構裝配式建筑比較傳統的建筑施工模式而言，其在空間利用率上更高，支柱的橫截面比較小，可以減少大約3%左右的建筑使用面積，使建筑工程建設速度較快[2]；4）鋼結構布置具有靈活性特點。鋼架的結構選擇更加均勻、靈活，為施工人員的現場裝配作業提供了便利；5）采用鋼架結構進行施工作業，考慮到建筑的水平荷載力，其具備二階效應特點，當受到外力影響時，可以有效避免非結構向力，對建筑結構產生的影響，減少位移情況的產生，使得建筑結構更加穩定；6）全鋼結構的裝配式建筑具有良好的防火性能，主體結構中的梁、柱、板等均采用鋼材制作，在噴涂防火材料的同時，故具備良好的阻火功效；7）全鋼結構施工涉及到的環節較多，且存在交叉施工的可能，因此會加大施工難度。要求前期做好整體規劃與設計，統籌安排建設工作，科學控制機器升降速度，以此確保施工質量；8）工程施工進度控制難度較大。由于全鋼結構建筑施工存在危險作業情況，且需要科學的處理材料堆放等問題，因此會直接影響工程進度，要求技術人員科學完成施工前的準備工作，綜合考慮多方面影響因素，并制定施工規范要求，以此滿足建筑施工需要。此外，應及時檢查機械質量情況，確保其不會存在安全隱患，威脅工作人員人身安全。

對全鋼結構的裝配式建筑特點進行分析，比較以往的建筑結構而言，其主要應用鋼材進行施工作業，具有安全性、穩定性、抗應力性等特點。尤其是采用組裝拼接的方式進行施工作業，建筑的空間利用效率較好，并可以有效縮短裝配式建筑工程的工期，是比較科學、先進的建筑施工結構，故建議施工單位予以應用。

3 全鋼結構裝配式建筑施工技術探討

3.1 全鋼結構裝配式建筑技術流程

全鋼結構裝配式建筑施工應嚴格按照施工流程，并對具體的施工參數進行調整，使其可以滿足具體工程質量的實際需要。裝配式建筑多采用現場拼裝的方式進行作業，并按照預設方案對結構中的構件進行生產，具體流程如下。

3.1.1 構件生產

根據裝配式建筑施工的要求，應預先做好結構設計工作，嚴格按照結構設計內容生產具體的構件。根據設計圖紙中的內容預先做好鋼材材料的供應，并對其進行鋼材的制造以及零配件的生產。為切實保障構件的生產符合技術參數要求，避免出現材料過高或者過寬等問題，應預先對供應商提供的鋼材構件進行測試，包括零件的機械屬性、硬度等基本參數，并對材料進行測量，判斷其是否符合工程項目的實際需要，控制誤差在合理的范圍之內。裝配式建筑構件可以分為半成本構件、成品構件和零件，檢驗構件的基本參數及質量是否滿足要求，并在施工現場對構件進行拼裝。如需要進行焊接作業，需要在焊縫組裝過程中使用防護氣進行保護，提高焊縫的可靠性，保障構件結構的穩定性。鋼構件焊縫作業多使用二氧化碳作為防護氣，并在組裝拼接完成后對其進行校準，并做好構件的防銹蝕處理工作[3]。

在完成焊縫焊接和質量驗收工作后應對鋼構件進行涂裝，并選擇在室內的環境中進行涂裝作業，最佳環境溫度在20℃上下，濕度應小于85%。在鋼構件的表面位置進行噴砂除銹后，并對其進行保護，觀察涂料是否良好，隨后進行吊裝作業。

3.1.2 構件定位

按照圖紙要求進行標高和軸線作業。施工之前使用經緯儀、水準儀等進行標高確定，并使用墨線做好區域標記，在固定位上注明，并進行記錄。根據鋼柱在混凝土的連接面邊線和縱橫十字軸線，對鋼架的柱腳位置進行確定。

構件定位是指將各鋼結構安裝到特定位置的過程，應預先進行測量，并對誤差進行調整，避免其在吊裝過程中出現結構不合理等問題影響到裝配式建筑的質量。起吊之前需要檢查鋼構件接觸區域地面是否整潔，避免出現污染物對構件產生影響，并使用墊圈或者使用高程槍機對其進行調整，對構件的吊裝位置進行標高處理。結構安裝之前需要根據鋼筋的直徑預留一定的空間，使用PE線或者膠條對誤差進行調整，當符合定位要求且達到預設的高度時，需要建立支撐體系。每個鋼結構需要保障使用兩個或兩個以上的傾斜型的支撐結構，并對其進行定位。支柱和基座之間的距離應控制在全部結構寬度的2/3以內、1/2以上。在支撐體系搭設完成之后，對垂直度參數等進行調整，使用水平儀等測量儀器，對結構的垂直程度進行檢驗。該過程可以使用BIM技術對其進行測量定位，可以實現定位誤差的最小化。

3.1.3 構件吊裝

鋼結構吊裝主要采用分段式吊裝的方式進行施工作業，尤其是超高層建筑需要輔助應用塔式起重機進行吊裝。吊裝施工方法應結合現場的實際情況，并按照設計方案中的內容進行調整優化，避免在起吊吊裝過程中出現總重過點的情況出現。分段吊裝技術的應用針對鋼架結構長度在3m以上的情況下或者高度在5m以上的情況下進行吊裝作業。為切實保障吊裝作業的科學性，應按照從下至上的順序，并安設防風繩對其進行保護，如果吊裝過程中因阻力過大無法保障吊裝位置的科學性，應輔助使用低座位機進行作業。

鋼結構的吊裝作業采用逐根吊裝、逐層吊裝的方式。首節鋼柱的吊裝應保持柱腳位置與軸線對齊，使用千斤頂或者撬棍等對其進行校正，控制誤差在1mm以內。在安裝鋼柱過程中需要對其進行標高調整和垂直度調整，螺母高出柱底板底2mm，如存在偏差需要進行調整。待進行垂直度和標高誤差調整完畢后，對上層的鋼柱進行吊裝作業。鋼柱的吊裝連接吊裝孔，根部位置墊實，在根部不離地的情況下進行扶直、提升，現場使用連接板對鋼柱進行鉸接，并對其進行位置調整，隨后進行固定。鋼柱吊裝完成后進行鋼梁的吊裝，按照順序應采用先主梁、后次梁的吊裝方式，如質量比較輕的鋼梁可以采用串吊的方式進行施工，期間需要對綁扎位置進行防護。鋼柱與梁之間的焊接方式采用栓焊方式，使用高強度的螺栓進行安裝，隨后進行焊接焊口，完成后將耳板割除[4]。

3.1.4 節點施工

鋼結構節點作業是裝配式建筑施工流程的關鍵點，按照節點區域可以將其分為梁、柱節點作業和墻板節點作業。設計使用H型的梁、柱結構進行施工作業，并使用高強度的螺栓對其進行固定。針對建筑的短梁和柱之間的結構點作業，通過銜接施工的作業方式或者采用預制拼裝的作業方式，在現場進行施工作業。在墻板節點施工作業過程中，使用蒸壓輕質加氣混凝土作為墻板進行作業，材料由混凝土、砂土等組成，具有良好的防水性能，且質量比較輕。選擇使用該類墻板進行施工作業其密度在0.6g/cm3以內。在板結構節點施工作業期間，在外墻和梁進行施工作業階段，需要預先架設側梁，隨后對墻板進行吊裝到指定位置，使用纜風繩對其進行引導，并使用L型鉤頭進行定位，隨后進行回填作業。在空間腔連接施工過程中，控制龍骨與空間腔之間的距離在0.28m左右，使用φ4.5cm的螺絲進行固定。

3.2 全鋼結構裝配式建筑技術要點

按照上述流程對全鋼結構的裝配式建筑進行施工作業，同時也要對施工采用的關鍵技術進行判斷，使其可以滿足超高層建筑抗震等級和防裂等級的需要，保障工程質量，案例中裝配式建筑施工關鍵技術為框架施工、黏滯阻尼墻施工、鋼板墻應力監測等，具體施工技術如下。

3.2.1 鋼板墻核心筒施工技術

按照裝配式建筑施工的基本要求，采用先地下、后地上的施工順序，項目中的塔樓與裙房采用同步施工作業的方式。外露鋼板剪力墻結構使用鋼柱進行施工作業。在保障鋼結構的體系穩定之后，進行鋼筋桁架、樓承板和混凝土的澆筑作業，從而實現對結構裝配式建筑結構的快速安裝。

3.2.2 黏滯阻尼墻施工技術

全鋼結構的超高層裝配式建筑使用采用黏滯阻尼墻的施工方法提高其結構的穩定性，使其可以起到消能減震的作用。阻尼器的設計使其懸掛在建筑各層的上層樓板區域，使其懸掛在內鋼板位置，并固定在外鋼板和內鋼板之間。黏滯阻尼墻所使用的材料為烴類高分子材料，具有良好的黏度，可以提高超高層建筑的應力抗性，保障建筑結構的穩定性。當建筑因人員過多或者因外力環境發生振動變化時，內鋼板與外鋼板之間的阻尼墻黏液會發生剪切運動，可以消除外力因素對建筑穩定性產生的影響[5]。案例中的黏滯阻尼墻安裝在塔樓的核心筒區域，并對阻尼墻施工的技術參數進行優化。

在黏滯阻尼墻施工的過程中，其具有良好的性能，且可以有效利用建筑的空間，并具有良好的復位性和耐久性，可以循環重復利用。對阻尼墻進行施工過程中，需要嚴格控制其不要接觸到水分，做好施工現場的防水保護，尤其是阻尼墻的上半區域不可以淋水。運輸過程中需要保持阻尼墻的直立，不可以傾斜或者平躺，安裝完畢后對超高層建筑的主體結構件施工作業，并在兩側位置臨時固定吊耳板對其進行固定。阻尼墻的焊接也是施工技術應用的關鍵，需要切實控制焊接過程，確保不會對阻尼墻的質量產生影響，并嚴格控制阻尼墻的安裝流程，動態監督，避免安裝偏差問題產生。

3.2.3 鋼板墻應力監測施工技術

鋼板墻施工作業在豎向荷載上可以起到良好的作用，但為了實現對建筑結構壓應力的優化，使用滯后主體結構焊接固定技術進行施工作業，并對其進行應力監測施工，有效提高鋼板墻區域的承載力，提高結構的延展性能。鋼板墻的施工作業共計設計監測點數量54個，分別在建筑的1層、8層、14層、26層進行監測點的設置，分別設置25個、10個、12個、7個監測點。具體應力監測施工技術應用如下：1）在各層安裝傳感器裝置，用于對應力參數的采集；2）主體結構施工達到25層后，且混凝土作業達到18層，鋼板墻的焊接工作結束后，對其應變數據進行采集；3）在焊接完成后，鋼板墻安裝至28層后，進行應變數據采集；4）每進行主體鋼結構的施工作業進行應力數據采集1次；5）幕墻及隔墻施工作業每10層采集應力數據1次。

在對應力參數進行監測的過程中，對全鋼結構的建筑外框架的穩定性系數及支撐效果等進行分析，將監測所得的應力參數作為技術方案調整的重點依據。最終結果表明，采用鋼板剪力墻的施工模式，其在荷載、壓力、彎曲等性能參數上，均可以滿足工程建設的實際要求。

4 結語

綜上所述，超高層全鋼結構裝配式建筑施工應嚴格按照施工技術流程，遵循施工技術規范，充分挖掘全鋼結構裝配式建筑的優勢，滿足住戶的安全性、穩定性需求。在施工期間，應重點明確施工要點，對結構進行優化，超高層建筑的黏滯阻尼墻和鋼板墻的施工尤為重要，是工程建設需要重點關注的內容，需要通過監測手段、驗收程序，對其質量進行衡量。