裝配式鋼結(jié)構(gòu)寫字樓工程施工工藝

李海峰

（招遠(yuǎn)市城鄉(xiāng)建設(shè)事務(wù)服務(wù)中心，山東招遠(yuǎn) 265400）

1 引言

鋼結(jié)構(gòu)屬于裝配式結(jié)構(gòu)，具有標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的特點(diǎn)。 鋼結(jié)構(gòu)體系穩(wěn)定可靠，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)良好，深受建筑工程人員的青睞。 隨著鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的進(jìn)步，裝配式鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)愈發(fā)突出，在現(xiàn)代工程中取得了更加廣泛的應(yīng)用[1]。 在此背景下，加強(qiáng)對(duì)裝配式鋼結(jié)構(gòu)施工工藝的研究具有必要性，以期掌握工藝要點(diǎn)，科學(xué)施工。

2 裝配式鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展背景

綠色建筑是新時(shí)期建筑行業(yè)的重要發(fā)展方向， 要求以較少的資源投入和較小的污染進(jìn)行建筑建設(shè)，實(shí)現(xiàn)資源集約、環(huán)境友好的生態(tài)發(fā)展目標(biāo)。 裝配式鋼結(jié)構(gòu)屬于綠色建筑中的重要技術(shù)形式，可充分發(fā)揮出鋼結(jié)構(gòu)輕質(zhì)化和穩(wěn)定性的特點(diǎn)，建成的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠，同時(shí)裝配式施工方式具有節(jié)水、節(jié)電等優(yōu)勢(shì)，因此綜合應(yīng)用效果良好。

相比傳統(tǒng)建筑， 裝配式建筑的綠色節(jié)能減排效益更為突出，在一定程度上將原本大規(guī)模的現(xiàn)場(chǎng)施工活動(dòng)轉(zhuǎn)移至工廠，以廠內(nèi)預(yù)制的方式完成結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)， 再于現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行高效的安裝，施工全程具有流程化、裝配化、信息化的特點(diǎn)，能夠較好地實(shí)現(xiàn)建筑行業(yè)綠色、環(huán)保、節(jié)能的發(fā)展目標(biāo)。 鋼結(jié)構(gòu)施工工藝具有高效性[2]，例如，在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行構(gòu)件的大面積搭設(shè)，施工效率提高且建成的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠[3]。加之國(guó)家有關(guān)于裝配式鋼結(jié)構(gòu)政策的出臺(tái)，為此項(xiàng)施工工藝的應(yīng)用創(chuàng)設(shè)更多優(yōu)質(zhì)條件，例如，在大跨空間結(jié)構(gòu)、超高層辦公樓等工程中均有良好的應(yīng)用效果。

3 裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的結(jié)構(gòu)體系

3.1 鋼管束組合剪力墻結(jié)構(gòu)體系

以鋼管束剪力墻為主要結(jié)構(gòu)， 由其承受荷載作用和地震作用，結(jié)構(gòu)體系穩(wěn)定可靠，滿足建筑安全使用和耐久性等多方面的要求。

1）關(guān)鍵構(gòu)件。由方鋼管、卷邊U 形鋼單元組成鋼管束剪力墻，可根據(jù)工程施工要求靈活調(diào)整結(jié)構(gòu)形式，例如L 形、T 形、Z 形、十字形等，其中前三者應(yīng)用較為廣泛，具體如圖1 所示。方鋼管與冷彎卷邊U 形槽以組焊的方法組成完整的結(jié)構(gòu)，壁厚約4～8 mm，局部增厚至6 mm 或更多，例如對(duì)底部加強(qiáng)區(qū)做增厚處理。墻體厚度有130 mm 和150 mm 兩種規(guī)格可供選擇，或根據(jù)實(shí)際建設(shè)條件調(diào)整，滿足不同建筑工程對(duì)墻體厚度的要求。鋼管束剪力墻豎向長(zhǎng)度約為9 m，必要時(shí)，可根據(jù)吊裝設(shè)備的性能及現(xiàn)場(chǎng)施工條件調(diào)整。

圖1 鋼管束剪力墻截面示意圖

2）制作安裝。 以設(shè)計(jì)要求為準(zhǔn)，在工廠分片制作鋼梁、鋼柱、鋼管束，確認(rèn)構(gòu)件無(wú)質(zhì)量問(wèn)題后，焊接至一體，形成L 形、T形或其他結(jié)構(gòu)形式。 為鋼管束剪力墻焊接節(jié)點(diǎn)板、加強(qiáng)板，設(shè)鋼筋孔，以便吊裝作業(yè)的進(jìn)行。 構(gòu)件的安裝采取吊裝的方法，安裝到位后進(jìn)行檢驗(yàn)與調(diào)整，若無(wú)誤，則對(duì)本柱節(jié)內(nèi)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊接，將梁與柱、梁與墻組成穩(wěn)定的整體。 隨后，全面檢驗(yàn)本柱節(jié)各類結(jié)構(gòu)的安裝質(zhì)量，例如焊接質(zhì)量、結(jié)構(gòu)尺寸偏差，確認(rèn)無(wú)誤后，澆筑墻內(nèi)和柱內(nèi)的混凝土。 澆筑材料采用無(wú)收縮自密實(shí)混凝土，材料的配合比根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果而定，要求混合料的強(qiáng)度、坍落度各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到工程要求。

3.2 矩形鋼管柱框架支撐結(jié)構(gòu)體系

僅需較少的資金即可完成矩形鋼管柱框架支撐結(jié)構(gòu)體系的建設(shè)工作，且做到室內(nèi)不露梁柱，但對(duì)建筑高度有特定的要求，例如在建筑高度超過(guò)50 m 時(shí)缺乏可行性。

1）關(guān)鍵構(gòu)件。 矩形鋼管柱、H 型鋼梁和中心支撐屬于重要構(gòu)件。 通過(guò)成品矩形鋼管的應(yīng)用，可提高作業(yè)效率、減少加工成本。 若壁厚超過(guò)12 mm，采用焊接截面。 對(duì)鋼管內(nèi)做澆筑處理時(shí)，施工材料可采用自密實(shí)無(wú)收縮細(xì)石混凝土。 所用的鋼梁需滿足尺寸合理、 穩(wěn)定可靠的要求， 鋼梁翼緣寬度不超過(guò)墻厚，原材料以熱軋或焊接H 型鋼為宜。中心支撐材料主要考慮方鋼管或熱軋H 型鋼， 保證布設(shè)的支撐結(jié)構(gòu)可承受水平荷載和地震作用。

2）制作安裝。 矩形鋼管柱采用成品鋼管加工成型，壁厚超過(guò)12 mm 時(shí)采用焊接截面。 考慮到焊接過(guò)程中局部可能扭曲變形（與鋼管柱寬度較小有關(guān)）及鋼管內(nèi)無(wú)法增設(shè)內(nèi)隔板（與鋼管柱截面較小有關(guān)）的特殊性，不宜采取焊接的作業(yè)方法。為妥善解決梁柱節(jié)點(diǎn)連接問(wèn)題，提出如下節(jié)點(diǎn)形式：（1）截?cái)嗑匦武摴埽谂c鋼梁翼緣對(duì)應(yīng)部位焊接貫通鋼板，此方法建設(shè)的節(jié)點(diǎn)具有穩(wěn)定性，可滿足受力要求；（2）外貼鋼板加強(qiáng)也是可行的方法，于矩形鋼管柱外側(cè)貼焊加勁板，或在鋼管柱上開(kāi)槽焊接貫通加勁板。

3.3 異形鋼管柱框架支撐結(jié)構(gòu)體系

異型鋼管柱框架支撐結(jié)構(gòu)體系可使室內(nèi)不露梁柱， 結(jié)構(gòu)體系的承載性能良好，在受力時(shí)具有穩(wěn)定性；缺點(diǎn)在于加工難度大，完成結(jié)構(gòu)體系的建設(shè)需耗費(fèi)較多的成本，且現(xiàn)階段缺乏技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，需由專家針對(duì)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行審核，在此過(guò)程中可能由于設(shè)計(jì)人員主觀因素的干擾導(dǎo)致圖紙不合理。

1）關(guān)鍵構(gòu)件。核心組成包含H 型鋼梁、異型鋼管柱和鋼支撐，此處著重對(duì)異型鋼管柱的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，其連接節(jié)點(diǎn)如圖2 所示。以150 mm×150 mm 方鋼管和長(zhǎng)150～600 mm、寬150 mm的U 形槽為基礎(chǔ)元件，共同組成異型鋼管柱，兩部分的壁厚保持一致， 通常為6～20 mm。 若方鋼管和U 形槽的壁厚不超過(guò)12 mm，在選取材料時(shí)可考慮成品鋼管和卷邊加工的U 形槽；壁厚＞12 mm 時(shí)，以設(shè)計(jì)圖紙的尺寸要求為準(zhǔn)，對(duì)鋼板做焊接處理，形成方鋼管和U 形槽。 部分裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的U 形槽加工難度較大，可用相同截面的矩形鋼管代替。

圖2 異型鋼管柱連接節(jié)點(diǎn)

2）制作安裝。 相比矩形鋼管柱結(jié)構(gòu)體系，異形鋼管柱結(jié)構(gòu)體系的制作安裝難度略有提高，主要體現(xiàn)在以下幾方面：（1）市面在售方鋼管的壁厚普遍為5～10 mm， 為滿足壁厚超12 mm的要求，僅能夠采取焊接截面的方式，涉及加工工作量增加、焊接時(shí)可能變形的情況；（2）U 形槽寬度僅為150 mm，定制難度高；（3）焊接工作量大，焊接的質(zhì)量控制要求高，為避免變形，必須采取焊接控制措施；（4）對(duì)接異形鋼管柱時(shí)，難以直接對(duì)U 形鋼管柱立邊做焊接處理，需預(yù)留連接段，并在中間鋼柱焊接結(jié)束后進(jìn)行此部分的焊接，加工工序較為煩瑣。

4 工程實(shí)例

某建筑工程項(xiàng)目，地上16 層，主樓范圍內(nèi)地下均2 層，建筑高度47.20 m，建筑主體采用鋼管混凝土束組合結(jié)構(gòu)，樓板為鋼筋桁架自承式樓板， 鋼結(jié)構(gòu)屬于本建筑工程中應(yīng)用較為廣泛的結(jié)構(gòu)形式，總用鋼量近1 000 t。

5 鋼結(jié)構(gòu)施工方案

以“廠內(nèi)預(yù)制、現(xiàn)場(chǎng)安裝”的方法進(jìn)行建筑鋼結(jié)構(gòu)施工，各項(xiàng)工作按照流程有序推進(jìn)，在此施工方式下，施工效率高，質(zhì)量可控。 對(duì)于建筑鋼框架， 按照如下方法進(jìn)行安裝： 吊裝鋼柱→吊裝框架梁→調(diào)節(jié)柱底標(biāo)高和柱垂直度→吊裝次梁→終擰螺栓→焊接框架梁→柱對(duì)接。

6 鋼結(jié)構(gòu)施工要點(diǎn)

6.1 基礎(chǔ)預(yù)埋

鋼管束組合結(jié)構(gòu)的豎向構(gòu)件包含U 形管和方管， 兩者經(jīng)焊接后成型。 每結(jié)束一節(jié)框架的安裝后，隨即向束筒灌注自密實(shí)混凝土，此部分混凝土與鋼構(gòu)件組合成完整的結(jié)構(gòu)，共同傳遞荷載。 在本建筑工程中，鋼管束構(gòu)件、預(yù)埋件的寬度分別為130 mm、260 mm，安裝時(shí)平整度、定位、標(biāo)高及孔中心偏移量均屬于重點(diǎn)控制對(duì)象，具體要求如表1 所示。

表1 安裝偏差控制要求

6.2 鋼管束構(gòu)件安裝

1）柱與預(yù)埋件的連接。 預(yù)埋件上表面標(biāo)高與鋼管束構(gòu)件底標(biāo)高一致，即為基礎(chǔ)頂標(biāo)高，未與鋼管束構(gòu)件連接。 安裝前，在預(yù)埋件表面彈墨線，形成構(gòu)件外框線，于該處的預(yù)埋件上焊接馬板，形成定位擋板，以便安裝作業(yè)的精準(zhǔn)進(jìn)行。 在每片鋼管束端部、頂面及兩側(cè)面均布設(shè)1 塊擋板，單面角焊縫固定。馬板中間開(kāi)設(shè)孔，以便布設(shè)卡環(huán)，進(jìn)行吊裝。 在確認(rèn)各項(xiàng)吊裝裝置均無(wú)誤后， 開(kāi)始正式吊裝。 待鋼管束被吊裝至指定位置后，以拉設(shè)纜風(fēng)繩的方法固定，其中，纜風(fēng)繩的兩端分別連接至預(yù)埋件上馬板、鋼管束頂部丁字板預(yù)留孔，需拉緊布設(shè)到位的纜風(fēng)繩，保證鋼管束的穩(wěn)定性。

2）鋼管束對(duì)接連接。 根據(jù)安裝便捷、質(zhì)量可控的基本要求進(jìn)行鋼管束構(gòu)件對(duì)接點(diǎn)設(shè)計(jì)， 根據(jù)設(shè)計(jì)方案高效施工并保證質(zhì)量。 對(duì)接焊縫焊接結(jié)束后可拆除、回收、再次利用，提高資源的利用水平。 鋼管束夾板在現(xiàn)場(chǎng)安裝完成后拆除，并可在下節(jié)鋼管束安裝時(shí)重復(fù)使用。 對(duì)拉螺桿采用大六角頭高強(qiáng)度螺栓，也具備多次使用的條件。

6.3 安裝偏差控制

1）首節(jié)鋼管束構(gòu)件的校正。 為保證各節(jié)鋼管束構(gòu)件的安裝質(zhì)量，在完成第一節(jié)鋼管束的安裝后進(jìn)行檢測(cè)與校正，例如軸線偏差和平面扭轉(zhuǎn)可利用焊接在預(yù)埋件的馬板進(jìn)行調(diào)整，構(gòu)件的垂直度以調(diào)整四周纜風(fēng)繩的方式實(shí)現(xiàn)， 構(gòu)件的標(biāo)高用千斤頂調(diào)整。 經(jīng)過(guò)一系列的調(diào)整后， 保證首節(jié)構(gòu)件的安裝質(zhì)量，以便進(jìn)行后續(xù)各節(jié)段的精準(zhǔn)安裝。

2）對(duì)接校正。 按3 層一節(jié)的方法對(duì)鋼管束構(gòu)件豎向分段，分段點(diǎn)的標(biāo)高為樓層梁頂標(biāo)高以上1.3 m，嚴(yán)格控制各段的位置，保證相鄰兩段的精準(zhǔn)對(duì)接。 在下段框架結(jié)構(gòu)安裝結(jié)束且束內(nèi)混凝土澆筑后，進(jìn)行上段鋼管束構(gòu)件的吊裝，確認(rèn)吊裝位置無(wú)誤后，用丁字板和夾板臨時(shí)固定，隨后與框架梁組合，構(gòu)成完整的框架。 結(jié)構(gòu)成型后， 按照如下流程進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)的校正： 柱底頂口→焊接馬板定位→柱底標(biāo)高→鋼管束垂直度→馬板焊接固定。 經(jīng)過(guò)校正后，要求各結(jié)構(gòu)的位置準(zhǔn)確，在使用過(guò)程中不發(fā)生松動(dòng)。

7 結(jié)語(yǔ)

綜上所述， 裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑施工技術(shù)具有標(biāo)準(zhǔn)化的特點(diǎn)，在建筑行業(yè)取得愈發(fā)廣泛的應(yīng)用，通過(guò)此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，可優(yōu)化工程資源配置、保證質(zhì)量、提高效率。 經(jīng)過(guò)本文關(guān)于工程實(shí)例的分析， 提出建筑裝配式鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的應(yīng)用流程及具體要點(diǎn)。 實(shí)踐表明，裝配式鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量可靠，施工效率高，具有提質(zhì)增效的效果，富有推廣價(jià)值。