高層鋼結構住宅技術應用

劉欣　溫軍強

1、引言

鋼結構在我國有多年的歷史，但是鋼結構高層在我國的應用并不是很多，通過北京鑫源高層商住樓鋼結構體系的應用研究，更好地提高鋼結構體系在住宅產業當中的應用技術，推動國內鋼結構在房地產業中的采用，為鋼結構體系的發展做出貢獻。

2、工程概況

北京華鑫商住樓位于北京市內石景山區，建筑面積為13萬平方米，地下二層，地上33層。承重框架為箱形截面柱及H型梁，柱采用馬鋼生產的Q345B型鋼車間加工制作。內、外墻板采用南京產ALC（蒸壓輕質加氣混凝土板），外墻直接在ALC板刷涂料。公建部分外窗采用無框窗；住宅外窗采用60系列PVC塑鋼窗，中空玻璃。樓面為現澆混凝土現場澆筑，屋面采用PVC卷材防水聚乙脂發泡保溫屋面。住宅內水電均走暗線，與梁交叉處走梁腹板預留孔。水、電分戶計量，寬帶入戶。采暖用地暖。室內精裝修，空間大，效果好，充分體現了鋼結構的結構優勢。

3、主要施工方法

3.1 鋼結構加工制作箱型柱采用鋼板，在鋼構件加工車間加工、鋼結構構件的除銹、焊接完成。

3.1.1 箱型柱制作工藝

1） 鋼板拼接

由于每段柱高在12米以下，為保證下料后鋼板的直線度，首先將兩塊鋼板拼接。 鋼板兩端開坡口。

2） 劃線下料

按排料圖劃線，劃線寬度方向留余量3mm，長度方向留余量50mm。中間隔板劃線不留余量。長度方向沿劃線每隔5m鉆Φ8mm孔。用兩臺半自動切割機（或雙頭）沿劃線中心同時切割，每隔5米留100mm不切割，待冷卻后再切割。

3） 組裝焊接

用H型鋼作臨時組裝平臺，組裝前用水準儀將平臺找平并將H型墊實固定。在兩腹板上劃組裝線，組裝焊接襯板。

定位焊。在襯板內側每隔300mm焊10-20mm焊縫。將一腹板與隔板組對，定位焊。組對兩蓋板。定位焊。組裝腹板，定位焊。用三根同尺寸的箱體并排，并兩點焊。用兩邊箱體作自動焊機軌道用。

焊接：用兩臺埋弧自動焊沿同一方向焊接兩條焊縫。焊縫兩端加100mm引弧板和熄弧焊。

焊完一層后將箱體翻身，焊接另一面兩條焊縫。焊接方法同上。待焊接完畢后再翻身施焊另一面兩條焊縫。焊接完畢，即將引熄弧板在離母材5mm處切斷，并用砂輪機修磨平整，切不可用錘擊落；并修磨后的切割面進行檢查。

焊縫無損檢測，使用超聲波探傷。探傷長度為每條焊縫的20%，按JB11345的規定不低于Ⅱ級。

3.1.2 梁及連接板加工及組焊

1）下料

型鋼采用型鋼切割機下料，鋼板采用半自動切割機下料，下料后應進行清渣修磨，編號歸類放置；

2）鉆孔

先在構件上用劃針和鋼尺劃出孔的中心和直徑，在孔的四周（90°位置）打四只沖孔，鉆孔后檢查；

3）高強度螺栓摩擦面處理

噴砂處理高強度螺栓摩擦面的表面粗糙度：噴砂壓力約6Kg/cm2，石英砂的粒度1.5∽4mm，加工后的鋼材表面呈現灰白色；

用電動砂輪機打磨鋼板的表面，砂輪打磨的方向與受力方向垂直，打磨范圍不應小于4倍螺栓直徑，打磨時不應在鋼材表面磨出明顯的凹坑。

3.2鋼結構安裝

3.2.1 箱型柱安裝：箱型柱在實際施工過程中按照材料采購、加工、運輸、吊裝、連接（加固）工藝完成。所有鋼結構制品，在刷防銹油漆前，必須將構件表面的毛刺、鐵銹、油污及附著物清除干凈。手工除銹達到St2，機械除銹達到Sa2。本工程四層以下裙樓立柱為48根，主樓立柱為37根。立柱單根最短4.5米，最長12.5米。截面形狀為箱形。單根立柱最大設計重量為3.5噸，最小設計重量為1.88噸。剪力墻框架立柱為150*150H型鋼。吊裝順序采用由中心向四周擴展的原則，以保證安裝過程中框架的對稱性和穩定性。立柱安裝吊裝采用QTZ-80型塔式起重機，利用柱頂臨時設計連接耳板為吊裝吊點進行吊裝。立柱連接采用臨時連接板和臨時螺栓進行連接，形成穩定的單元框架后調整焊接及UT檢測。

3.2.2 鋼梁安裝鋼梁的安裝分主梁、次梁和外挑梁的安裝；主梁材質為Q345B軋制H型鋼。主梁在立柱形成單元后采用捆綁串吊施工，根據該工程的設計特點吊裝數量2～4根；次梁和剪力墻框架梁由于空間和接點的實際情況，一般采用單根吊裝。

3.2.3 高強螺栓安裝高強螺栓是目前建筑鋼結構最先進的連接方法之一。它的特點是施工方便，可拆可換，傳力均勻。根據本工程的設計方案高強螺栓采用摩擦型連接。緊固辦法采用專用棘輪扳手和扭矩扳手經初擰和終擰完成。

3.2.4 栓釘焊接栓釘焊接是高層鋼結構施工中不可缺少的一個環節，常見的栓釘焊接分為直接焊接在鋼梁上和穿過壓型鋼板后焊接在鋼梁上兩種方式。本工程采用直接焊接在鋼梁上。

3.3 混凝土施工

本工程中混凝土部分主要是核心筒筒壁和現澆混凝土樓面兩個部分。混凝土的運輸。混凝土豎向運輸主要通過砼泵泵送。樓面模板支撐方案，根據本工程的結構特點，利用H型梁下翼緣支撐小規格H型鋼，在H型鋼上鋪設竹膠板、鋼筋。箱型柱內澆混凝土采用頂升法，利用混凝土泵的壓力將混凝土由下向上壓入箱型柱。在混凝土頂升前，會同設計方對頂升入口處的管壁進行詳細、嚴格的強度驗算，確保頂升壓力在要求的強度范圍內，同時在柱下部側壁安裝特種壓力表，隨時觀測柱內混凝土的壓強變化。另外，對頂升用混凝土的配合比要嚴格要求，保證混凝土的坍落度不小于200MM。

3.4 外墻板安裝

外墻板采用南京旭建產175MM厚度ALC板。該板材全部采用工廠化加工，運輸到現場吊裝，吊裝設備為塔吊。外墻墻板共計約9780塊，其中TU平板4600多塊，TU藝術板5180塊。按照廠家提供圖集施工，由墻板內側膨脹螺栓固定在樓面的通長角鋼和ALC板上的專用聯結桿連接，縫隙用嵌縫砂漿和密封膠密封。于床連接處在窗四周另加角鋼。

3.5 內墻板安裝

內墻板均采用南京產C型125厚度ALC板。工廠化生產，現場安裝。施工工藝簡單，不受天氣等情況的制約。內墻的安裝基本與外墻類似。衛生間、廚房等部位的墻板采用特殊PVC密封膠。

4、主要的技術成果

1）箱型砼柱

箱型柱-砼柱是在箱型柱內灌注高強度（C50）等級砼，在箱型柱中間內部加隔板支撐，形成兩種材料相輔相成共同工作的機理，解決了在荷載作用下，強度尚未達到極限時率先發生變形過大的問題。它具有承載力高、抗震性能好、施工簡捷的特點，一般每四層（每節長12米左右）為一個制作安裝單元，整根鋼管柱一次吊裝就位，為主體結構安裝創造了流水作業的條件。箱型柱-砼外包防火板后，鋼管混凝土柱耐火極限大于三小時，滿足高層建筑的防火要求。

2）H型梁

H型鋼梁均采用軋制H型鋼，其變形能力強，抗震性能好，承載力高。H型鋼梁外刷防腐漆、外包防火板，解決了鋼結構的防腐、防火問題。施工時鋼梁有較大的承載力，可大大節省模板工作量。所用梁均在工廠加工，后運輸到縣現場吊裝，大大減少了現場的工作量，縮短了工程工期。

3）抗側力支撐砼筒結構

電梯、樓梯位置形成鋼筋混凝土核心筒，作為剪力墻抗側力支撐，提高了結構穩定性，對于優化抗側剛度，改善抗震性能起到了積極的作用。

4）現澆鋼筋混凝土樓蓋

利用鋼框架梁下翼緣作為支模板材撐，上鋪竹膠板，再按設計鋪設鋼筋，澆筑C30混凝土。節省模板材，縮短施工工期。

5）節能型復合外墻板

墻板尤其是外墻板從某種意義上講，它比結構體系更為重要。因為住宅建筑的主要功能是靠外墻板實現的。工程采用的復合外墻板是列為“國家住宅建設推薦產品”的南京旭建蒸壓輕質加氣混凝土（ALC）板，該墻板由加氣混凝土與鋼筋龍骨組合而成。墻板工廠化預制生產，現場安裝，基本取消了濕作業。加工尺寸精確，施工快速，簡單，大大縮短了施工周期；由于質輕并有相當的強度，可簡化工程基礎；優良的保溫性能可減少墻身厚度，增大建筑的使用面積。同時在地震中大大降低建筑的破壞程度，減少災害造成的損失。墻板板縫的抗滲、墻板的防火也都滿足國家相應標準的要求。

ALC板的主要性能：

1、輕質：比重為0.5，為混凝土的1/5，空心磚的1/3。減輕建筑的自重，減少了經濟投入，提高了施工質量。2、隔熱性：導熱系數為：0.11W/m·k。3、耐火性：耐火極限達到4小時。4、隔音性：有隔音與吸音雙重性能。5、承載能力和抗震性能優越。6、綠色環保，無放射性。

6）高層住宅鋼結構體系節能采暖方式的研究；

節能住宅在大的方面上能夠節約能源，保護環境；在小的方面上可以為業主節省生活成本。據有關調查表明：隨著人們對節能住宅的認識，有超過七成的人愿意購買節能住宅。因此在本工程中，也充分考慮了節能技術的應用：

首先，在設計上充分減少建筑墻體、屋面、窗體等部位的熱傳導。其次在建材的采購上，嚴格控制質量，確保嚴格按照設計要求使用建材。環保節能在施工工藝上也充分考慮。本工程在節能環保及采暖方面改變了建筑外圍保溫隔熱單一節能的技術觀念，結合了太陽能開發及利用新型電能采暖技術，同時在施工時采用減少濕作業量的施工工藝，保護環境在開發新能源和節約使用能源上具有超前意識，為環保節能在住宅產業的采用起到了推動作用。