裝配式樓梯吊裝精度控制技術研究

張 平 陳曉飛 韓建強

（中建七局安裝工程有限公司，河南 鄭州 450000）

0 引言

在當前人口數量不斷增長的趨勢下，城市建筑需求隨之大幅度增加，裝配式建筑工程逐漸興起并廣泛應用[1]。裝配式樓梯作為裝配式建筑工程中的重要預制構件之一，對工程建設具有直接影響。裝配式樓梯屬于體積龐大、結構復雜的預制構件，其吊裝施工的難度相對較高，不能有效地控制吊裝精度[2]。基于此，該文以R裝配式建筑工程為例，針對工程中的裝配式樓梯，提出一種全新的吊裝精度控制技術研究。

1 裝配式樓梯結構研究

為了后續更好地對裝配式樓梯吊裝精度控制技術進行研究，該文首先對裝配式樓梯結構進行分析。裝配式樓梯間的組成結構示意圖，如圖1所示。

如圖1所示，在裝配式樓梯中，梯段板、平臺板、梯梁與梯柱是樓梯間的重要主要組成部分。梯段板作為裝配式樓梯上下平臺板的連接組件，起到了穩定的連接作用，能夠將樓梯受到的荷載通過間接的方式，傳遞給樓梯的梯梁以及其他構件[3]。平臺板的位置不同，包括半層平臺與樓層平臺，屬于裝配式樓梯間的中轉站，能夠緩解樓梯壓力以及改變樓梯行進方向[4]。在層高較大的建筑中設置梯梁，作為受力構件[5]。在裝配式樓梯間中作為支撐結構，梯柱起到承受荷載的重要作用。

圖1 裝配式樓梯間組成結構示意圖

2 裝配式樓梯吊裝精度控制技術設計

上述裝配式樓梯結構研究結束后，以提高樓梯吊裝精度為核心目標，對其吊裝作業中的各個環節進行全方位控制。

2.1 樓梯預制構件進場控制

首先，在裝配式樓梯構件進入吊裝作業施工場地前，對各個樓梯預制構件的質量進行全面地檢查驗收。在檢查驗收過程中，主要檢查預制構件結構尺寸是否符合相關標準規范，對其各項力學性能指標進行測定，保證裝配式樓梯的質量[6]。在入場時，對樓梯預留的吊裝螺栓與安裝孔進行驗收。

測定吊裝螺栓與安裝孔的尺寸與預留位置，與樓梯預期設計圖紙進行對比，控制樓梯吊裝螺栓與安裝孔的實際精度。避免與設計圖紙存在較大的偏差，將尺寸與預留位置的相對誤差控制在1 mm內，進而提高裝配式樓梯構件的質量。除此之外，為了提高裝配式樓梯構件進場作業的效率，在入場吊裝作業前，相關的負責人應當與施工方進行協調，對樓梯構件的入場數量進行控制。合理地控制裝配式樓梯構件入場數量，一方面能夠提升吊裝作業的效率，另一方面能夠保證構件的質量與性能，避免構件入場后發生二次遷移，破壞樓梯構件的結構與性能。

2.2 裝配式樓梯現澆平臺作業控制

裝配式樓梯構件入場完畢后，對裝配式樓梯現澆平臺作業這個工序進行控制，為后續的吊裝精度控制提供基礎保障。

首先，在裝配式樓梯現澆平臺作業前，測定樓梯綁扎鋼筋時固定的預埋件質量，在該基礎上，對所有需要進行裝配式樓梯吊裝作業的作業平臺進行澆筑處理，使預埋件與作業平臺之間形成一個可靠度較高的整體結構。其次，使用全站儀，嚴格按照施工圖紙，測量安裝樓梯預埋件的位置，控制測量的精度，減少預埋件位置的偏差[7]。使用螺栓將裝配式樓梯與現澆梯段板緊密地連接在一起。為了提高螺栓連接的牢固性，引入定位套桿，對其進行固定，定位套桿固定示意圖，如圖2所示。

圖2 定位套桿固定螺栓示意圖

在定位套桿固定結束后，對其固定效果進行校驗復核，提高現澆梯段面的整體強度。引進專業的技術人員，在裝配式樓梯現澆平臺作業現場對樓梯的吊裝位置作出標注。在此基礎上，在裝配式樓梯現澆平臺的線彈性范圍內，構建裝配式樓梯結構反應應力函數關系表達式，如公式（1）所示。

式中：σ為裝配式樓梯結構反應應力；s為裝配式樓梯構件尺寸；E為樓梯彈性模量；ρ為樓梯構件密度；t為裝配式樓梯吊裝時間；v為樓梯構件結構的反應速度；a為樓梯構件結構的反應加速度；g為吊裝重力加速度；w為樓梯構件結構的自振圓頻率。通過關系表達式，得出樓梯結構的反應應力，進而判定吊裝精度的動態變化。

在即將吊裝作業的位置布設若干個監測點，方便后續吊裝作業過程中，實時監測裝配式樓梯吊裝的實際情況與動態變化，快速解決出現的吊裝問題。

2.3 樓梯吊裝全過程控制

基于上述裝配式樓梯現澆平臺作業控制結束后，接下來，對樓梯吊裝進行全過程控制。

綜合考慮裝配式樓梯尺寸結構與質量，選取匹配度較高的塔吊，并對塔吊的可吊裝半徑進行設定，將待吊裝的裝配式樓梯構件放置在塔吊吊裝半徑范圍內。對梯段板的混凝土強度值進行測定，測定結果滿足吊裝需求后，檢查現澆梯段梁面層的平整度與光滑度，在梁面層存在質量問題的位置，通過鋪設薄鐵墊片的方式，對其進行校正調整[8]。結合裝配式建筑工程的實際建設情況，設定樓梯梯段水平夾角，開始單層吊裝裝配式樓梯。在單層吊裝中，構建裝配式樓梯各單元彈剛度矩陣，并對處于平衡狀態的樓梯構件結構進行靜力平衡分析，構建樓梯構件靜力平衡方程，如公式（2）和公式（3）所示。

式中：[K]為樓梯構件彈性剛度矩陣；{U}為樓梯構件吊裝位移矩陣；[Kc]為樓梯構件幾何剛度矩陣；{M}為樓梯構件外力矩陣；δ為樓梯構件荷載系數；[Kc]為樓梯構件輸入荷載的幾何剛度矩陣。通過計算樓梯構件各單元剛度，得出裝配式樓梯單層吊裝的靜力平衡狀態變化，為控制吊裝精度提供參考。

將裝配式樓梯起吊至地面，注意控制起吊速度，避免對樓梯構件造成擠壓破壞。起吊至地面后，在樓梯上布設鋼絲繩與手拉葫蘆，通過裝配式樓梯的起吊點，將樓梯緩慢吊裝。吊裝作業人員此時應當對各個鋼絲繩的受力狀態進行分析，控制各個鋼絲繩保持均勻受力狀態，調節吊裝擋位起吊樓梯。起吊至安裝位置后，設定下勾速度，將樓梯下放至梯梁上方。調節鋼絲繩與手拉葫蘆，待樓梯踏步呈水平方向后，使用鋼套管，穿過裝配式樓梯銷鍵預留的孔，與預埋螺栓連接套牢后，進行引孔定位，如圖3所示。

圖3 引孔套管引孔定位示意圖

如圖3所示，引孔定位后，緩慢下降裝配式樓梯，保證下降的平穩性，避免下降速度過快出現沖擊現象。利用水平尺，不斷校驗樓梯水平，待梯段梁表面平整度達到標準后，采用高性能的灌漿料，對裝配式樓梯進行灌漿施工。灌漿完畢后，對裝配式樓梯進行養護處理，完成樓梯吊裝的整體流程，實現吊裝精度控制的目標。

3 吊裝精度控制效果分析

在當前裝配式建筑技術快速興起的發展背景下，裝配式建筑工程越來越多，所需使用的預制構件也隨之增多。其中，裝配式樓梯在各個建筑中廣泛應用，作為裝配式建筑工程的重要預制構件，其吊裝作業施工的質量與效率，對工程建設具有直接影響。因此，該文開展上述研究，該文針對裝配式樓梯吊裝精度，提出控制技術的整體流程。在該技術投入裝配式建筑工程應用前，對其控制效果進行分析，進而判斷控制技術能否大規模推廣使用。

本次研究選取某地區R裝配式建筑工程。R裝配式建筑工程為該地區的重點工程建設項目，由4棟高層住宅建筑、2棟低層住宅建筑共同組成，建筑樓號分別為A-#1、A-#2、A-#3、A-#4、C-#10、C-#11。R裝配式建筑工程各棟住宅建筑的結構參數，見表1。

表1為R裝配式建筑工程中各棟住宅建筑的結構參數，整個工程的建筑結構形式均采用框架剪力墻結構，裝配式預制構件以預制樓梯、鋼筋混凝土疊合板為主。其中，住宅建筑的1層至頂層采用鋼筋混凝土疊合板，建筑2層至建筑頂層采用預制樓梯。6棟住宅建筑中分別有2個樓梯間，所在位置間距較大。在掌握該裝配式建筑工程相關信息與施工難點后，將該文提出的吊裝精度控制技術應用于該裝配式建筑工程中，對樓梯吊裝進行全過程控制。

表1 R裝配式建筑工程結構參數說明

綜合考慮R裝配式建筑工程的實際建設需求與樓梯吊裝的相關要求，為了更好地檢驗樓梯吊裝精度控制技術的可行性，使試驗結果更客觀，在試驗中，設置了1組試驗組與一組對照組。試驗組為該文提出的控制技術，對照組為傳統的樓梯吊裝控制技術，通過對比試驗方法，得到客觀的檢驗結果。使用定位套桿對預制樓梯預埋螺栓進行固定，并在預制樓梯上隨機布設6組吊裝監測點，分別標號為DZJCD01、DZJCD02、DZJCD03、DZJCD04、DZJCD05、DZJCD06。利用SPSS統計分析軟件，對6組吊裝監測點的吊裝精度進行全方位測定，得到樓梯吊裝的相對誤差并進行對比，如圖4所示。

圖4 樓梯吊裝相對誤差對比

從圖4的對比結果不難看出，在應用2種樓梯吊裝控制技術后，該文提出的控制技術，在裝配式樓梯吊裝結束后，其各組監測點吊裝的相對誤差較小，均在0～1 mm，與傳統控制技術相比，樓梯吊裝的相對誤差較小。由此可見，該文提出的控制技術，能夠有效地控制裝配式樓梯的吊裝精度，減少樓梯水平位置吊裝的相對誤差，滿足裝配式建筑工程樓梯吊裝的需求，控制效果優勢顯著。

4 結語

綜上所述，為了解決裝配式樓梯吊裝過程中因受到各項不確定因素影響而出現的樓梯吊裝精度較低的問題，該文在傳統吊裝精度控制技術的基礎上，進行優化設計，并以R裝配式建筑工程為例，介紹1種全新的吊裝精度控制技術。綜上所述，該文技術能夠有效地減少樓梯吊裝作業的相對誤差，保證樓梯吊裝誤差在1 mm以內，實現提高吊裝精度的目標。