高層裝配式鋼結構住宅施工技術

蔡小平 余 豹 顧國忠

常州第一建筑集團有限公司 江蘇 常州 213012

1 工程概況

丹陽某裝配式鋼結構住宅，采用新型扁鋼管混凝土柱鋼框架-鋼板剪力墻結構體系，可拆卸底模鋼筋桁架樓承板（圖1）。扁鋼管框架柱寬度200 mm，與墻體厚度一致，長向300～500 mm，柱內澆筑自密實混凝土；框架梁為H型鋼，剪力墻鋼板厚5 mm，材質為Q355B和Q420B。其中30#樓地下2層，地上22層，建筑面積15 898 m2；31#樓地下2層，地上21層，建筑面積15 463 m2。地下室為勁性鋼骨柱，地上結構為1～2層商業用房，層高4.5 m，3層以上為標準層住宅，層高2.9 m。鋼結構工程總質量3 000 t。

圖1 三維結構模型

2 重、難點分析

2.1施工工期緊

鋼結構主體施工的合同進度要求為4 d/層，工期緊迫，必須提前策劃施工總體方案，對塔吊布置、節段劃分、施工分區、工藝流程等進行優化，控制關鍵線路，節約工期，形成連續流水施工作業。

2.2安裝精度高

柱腳錨栓、鋼框架、樓承板等裝配式節點連接，對安裝精度提出更高要求，相應軸線、標高、垂直度的測量和校正措施必須到位。

2.3焊縫要求高

本工程扁鋼管柱弱軸向剛度小，剪力墻鋼板厚度薄，容易產生焊接變形，施工過程中，應采取合理的焊接防變形工藝措施。柱梁采用端板式栓焊剛接節點（圖2），柱與梁翼緣板連接、管柱對接、鋼板剪力墻等現場焊接，均為全熔透焊縫，焊縫等級高，現場焊接工作量大。

圖2 端板式節點

2.4工序交叉作業多

裝配式鋼結構住宅涉及的專業、工序多，鋼結構施工與土建鋼筋、管柱灌芯、樓承板澆筑、精裝修設備、水電等綜合管線穿孔，相互交叉施工作業。需將各專業圖紙有效整合建立BIM模型，優化工序銜接，提前進行施工模擬和碰撞檢查[1]。

3 施工總體部署

3.1塔吊布置優化

結合現場場地條件、工期和吊重要求，優化后的塔吊布置方案（圖3）為：每棟樓2臺塔吊，30#樓西、南側布置，31#樓南、北側布置，塔吊型號為STC7020，臂長40～50 m，最不利工況額定起重量4.4 t，滿足鋼結構吊裝要求[2-3]。

圖3 施工場地布置示意

地下室施工階段，鋼構件臨時設置北側堆場，待地下室頂板施工完成，堆場轉移至南側頂板區域，頂板計算復核后采取加固等措施。

3.2分區分段優化

平面分區：根據塔吊和樓棟結構特點，以 軸為對稱線，每個樓棟2個施工分區，以相鄰4根柱梁組成的穩定框架柱網為安裝單元，2個班組由中間向兩端同步對稱擴展施工（圖4），既減少縱向安裝累計誤差，又加快施工進度。

圖4 施工分區

豎向分段：因地下室鋼骨柱首層無鋼梁連接，首節柱劃分至地上2層鋼梁位置，有效保證地下室混凝土施工時鋼柱不發生偏移。地上結構鋼柱按照3層為1個吊裝節段，長度8.7 m，最大吊重2.96 t，共計8個節段，柱拼接點位于樓層板頂標高以上1.30 m（圖5）。

圖5 鋼柱分段

3.3施工工藝流程優化

以柱網單元（1柱3層鋼）為例，總體施工工藝流程為：鋼柱吊裝就位、纜風繩臨時固定→上下柱耳板定位螺栓連接→鋼柱二次校正→鋼梁安裝、柱梁腹板螺栓連接，形成穩定框架單元→上下柱對接→柱梁翼緣板焊接→鋼柱澆筑混凝土→樓承板施工。

4 關鍵施工工藝

4.1鋼柱吊裝施工

4.1.1 地腳螺栓預埋

螺栓預埋采用定位支架（圖6），支架由套板和定位鋼筋組成，套板預先在車間數控制孔，確保孔位精度。根據設計圖紙，用經緯儀放線并標識柱腳螺栓縱橫向軸線，現場螺栓穿入套板，套板十字中心線與現場縱橫軸線對齊，用水準儀引測標高，螺母調節螺栓高度齊平。螺栓安裝時應自然下垂，保證垂直度，螺栓下端焊接4根φ20 mm定位鋼筋，其四周與基礎鋼筋頂緊焊牢，保證不會因混凝土澆搗引起螺栓移位。

圖6 螺栓定位支架

4.1.2 鋼骨柱施工

地下室鋼骨柱與混凝土梁鋼筋連接為施工重點，提前進行鋼筋三維放樣和碰撞檢查。混凝土梁多排鋼筋在鋼骨柱節點處理技術措施（圖7）為：梁縱筋盡量繞開鋼柱拉通；無法繞開時混凝土梁上、下層第1排主筋采用連接板，第2、3排鋼筋采用套筒連接；梁受扭鋼筋采用連接板與柱連接；構造鋼筋插入外包混凝土層。

圖7 鋼骨柱與鋼筋連接

4.1.3 校正工藝創新

鋼柱出廠前表面做好定位標識，現場架設2臺經緯儀，在相互垂直位置投點測量，依次調整標高、軸線、垂直度偏差。每節柱的定位軸線應從地面基準線引出，樓層采用設計標高控制。常規鋼柱校正工藝為：鋼柱對接口現場焊接上下T形板，板件放置千斤頂，調整到位后，T形板再割除打磨，現場工作量較大。為此，對校正工藝進行創新：將耳板上下接口端做成梯形，懸挑80 mm，用于放置專用調節器（圖8）。調節器由上、下內螺紋套筒（A65）＋中間調節螺桿（M24）組成，套筒帶槽口，直接卡入上下耳板懸挑端，扳手轉動螺桿螺母，可實現上柱安裝位置調整。調節器螺紋連接精度高，操作簡單靈活，省時方便。

圖8 耳板節點優化

4.1.4 對接焊接工藝

鋼柱現場對接為全熔透焊縫，采用不加引弧板焊工工藝：2名焊工在相對兩面、等溫等速對稱焊接，第1層焊縫按逆時針方向距柱角50 mm起焊，每層焊完清理焊渣以后，各層距離前一層起焊點30～50 mm開始焊接，拐角放慢焊絲移動速度，焊成方角。現場搭設專用焊接操作平臺，并做好防風防雨措施。

4.2鋼梁吊裝施工

H型鋼梁采用2點吊，吊點位于上翼緣L/4處，由于鋼梁自重輕，在塔吊起重能力范圍內，故采用一機多吊，一次吊起同一豎向位置多根鋼梁，這樣可以提高塔吊工效，節約工期[4]。

1柱3層梁施工工藝流程為：下層鋼梁吊裝→測量校正→梁腹板螺栓初擰→同樣方法安裝中、上層鋼梁→框架單元軸線、標高二次復核→上、下、中層鋼梁螺栓終擰→上、下、中層鋼梁與柱翼緣板焊接。

柱梁接頭為全熔透焊接，先焊梁下翼緣板，再焊上翼緣板以減少角變形；先焊梁一端，冷卻至常溫后，再焊另一端，柱兩側梁端應同時與柱對稱焊接，可減小焊接約束，防止柱因焊接產生二次偏斜。

4.3鋼板剪力墻施工

剪力墻鋼板薄，寬厚比大，平面剛度差，焊接和運輸容易變形，應采取防變形工藝措施：將剪力墻鋼板與上層鋼梁在車間組裝焊接成整體，方便運輸和吊裝，避免現場仰焊焊縫，并能有效防止薄板構件變形。

鋼板剪力墻為抗剪設計，現場嚴格遵守施工順序（圖9）：上層鋼梁＋剪力墻鋼板整體吊裝→墻板與鋼柱魚尾板臨時螺栓固定→墻板水平加勁肋焊接→墻板與下層鋼梁上翼緣水平焊接（從中間向兩邊對稱焊接）→待主體結構全部施工完成，墻板與鋼柱魚尾板豎向焊接固定，拆除臨時螺栓[5]。

圖9 鋼板剪力墻焊接示意

為減少薄板焊接變形，焊接時采用小電流、小直徑焊絲，減少焊接熱能量輸入，同時焊接前預先做好點焊固定等限位措施。

4.4樓承板施工

本工程可拆卸底模鋼筋桁架樓承板型號HB1-90，寬600 mm，高90 mm，鋼筋桁架片與底模板通過扣件連接成組合模板（圖10），全部在車間制作完成，樓承板在施工階段替代模板使用，使用階段替代板底受拉鋼筋，樓層混凝土施工完成，底模可直接拆除周轉使用，優勢顯著。

圖10 可拆卸底模鋼筋桁架樓承板

工藝流程為：吊裝→鋪設→支座鋼筋點焊→栓釘焊接→鋼筋綁扎→洞口處理→收邊板與臨時支撐安裝→混凝土澆筑→底模拆除。模板底部應均勻設置剛性墊條，滿足樓板混凝土澆筑的平整度要求；跨度或懸挑超出規定范圍時，按照設計要求設置臨時條狀支撐。

5 其他專業配合技術措施

5.1設備管線鋼梁穿孔

鋼梁開孔主要涉及精裝修，新風、燃氣暖風機、空調內外機等設備，以及消防水電等綜合管線，開孔大小、間距應符合設計要求，采取節點補強措施，相關專業提前溝通，利用BIM技術進行篩選、碰撞檢查。

5.2塔吊、施工電梯附墻

根據施工需要，計算復核塔吊和施工電梯附著位置受力對主體鋼框架結構的影響，根據計算結果對柱、梁節點加固，施工過程中注意做好動態監測。

6 結語

本文通過項目實踐，總結適合扁鋼管柱梁鋼框架-薄鋼板剪力墻結構體系的施工技術，對工藝方案進行優化創新，提前策劃、預控，使施工質量符合規范和設計要求，主體鋼結構施工實現了4 d/層的工期目標。