高層鋼結構裝配式住宅建筑的主要問題分析

楊雪峰

（廣東省重工建筑設計院有限公司，廣東廣州 510900）

0 引言

住宅建筑與公共建筑在結構上存在一定差異，在建設的過程中應用創新的鋼結構能夠全面提高工程的質量。現階段，我國高層鋼結構裝配式住宅建筑仍處于初步發展階段，缺乏較為完善和統一的結構體系。目前的結構體系有鋼管束剪力墻結構、異形鋼管柱框架結構等，需要對其進行研究和分析，以精準判定其存在的問題。

1 案例概述

為了更好地解決當前高層鋼結構裝配式住宅建筑工程中的問題，需要分析和研究實際案例，分析其涉及的鋼結構裝配式工程，從而掌握高層鋼結構裝配式住宅建筑工程建設的不足之處，更加精準地定位和分析問題。

本文對廣東省東莞市某高層住宅建筑工程進行研究和分析，該工程實際建筑面積約為45 000 m2，整體建筑高度為110 m，以鋼結構作為主體設計形式，并為了節約工程建設的時間，提高施工效率，以裝配式施工方式完成鋼結構工程的建筑和安裝[1]。該高層住宅建筑在設計過程中設定的耐久期限為60年，以1 m厚的筏板鋼混結構作為住宅建筑的基礎構造部分，其涉及的鋼結構材料均符合國家一級強度標準。該住宅建筑設置地上民用住宅以及地下停車庫，地上住宅有28層（圖1），地下停車庫有2層。對于這一工程項目的研究，最為關鍵的是研究其鋼結構及裝配方式。

圖1 鋼結構裝配式住宅建筑工程

2 鋼管束組合剪力墻結構

2.1 鋼管束剪力墻

本文研究的高層住宅建筑工程以鋼結構為整體結構體系，其中最為關鍵的是鋼管束組合剪力墻結構，其借助卷邊U型鋼以及方鋼管單元連接，從而打造完整的鋼管束剪力墻。鋼管束剪力墻的組合方式包括一字型、C型、Z型、T型以及L型，其中最為常見的是L型、Z型和T型，如圖2所示。在打造鋼管束剪力墻時，方鋼管轉角與冷彎卷邊U型槽焊接組成一體結構，這樣的鋼結構實際鋼壁厚度需為4～8 mm，并需具有良好的支撐，因此，底部加強區實際鋼結構厚度需大于6 mm，其他結構位置實際厚度不得小于4 mm[2]。

圖2 鋼管束剪力墻組合橫截面

打造好的鋼管束剪力墻體實際厚度有150 mm及130 mm兩種規格，需要根據不同建筑工程的實際狀況調整規格。本高層住宅鋼結構裝配式建筑的剪力墻實際厚度約為150 mm，調整范圍不得超過200 mm，并且按照三層安裝一節的標準，鋼管束剪力墻縱向長度需控制在9000 mm左右。同時，可以根據裝配式建筑方式、工藝以及不同吊裝設備的具體情況，對長度標準做出調整。

2.2 鋼結構的制作與施工安裝

由于當前高層住宅建筑工程的施工模式為鋼結構裝配式施工，因此施工現場應用的鋼結構材料均為工廠預制件，鋼梁、鋼管以及鋼柱等材料在工廠制作完成后運輸到施工現場，經過焊接組裝形成建筑工程所需的剪力墻組合橫截面。并且需要根據施工圖紙的要求，對加強板及施工節點鋼板進行焊接處理，預留鋼筋孔，做好裝配式建筑結構吊裝施工前的完善準備工作。本工程的鋼管束組合剪力墻結構體系包括鋼梁、鋼柱等，施工環節與其他工程的一致，需要按照住宅建筑每三層安裝一節鋼材的原則施工，安裝后需要及時校正，并及時焊接本柱節內的鋼梁、鋼板、鋼柱。

需確保剪力墻結構具有良好的質量，符合施工設計圖紙當中的尺寸，并全面檢查高強度螺栓的連接緊密度，確保剪力墻整體鋼結構材料的施工安裝無質量問題。在確認剪力墻鋼結構材料施工安裝符合要求后，方能進行剪力墻與鋼柱之間的混凝土澆筑施工。混凝土澆筑施工應用無收縮自密實混凝土材料在鋼管束剪力墻以及鋼管柱內部進行澆筑，在施工澆筑前應檢查混凝土當前的配比材料，確保其符合設計要求的強度指標，并選用符合工程實際建設需求的工藝，全面降低混凝土坍落度，確保混凝土澆筑完成后的整體剪力墻結構具有良好的質量。

2.3 關鍵節點的施工方式

本工程應用的鋼結構裝配式建筑形式及鋼管束剪力墻作為創新施工方式和結構，其施工相較于傳統鋼結構的施工而言，在施工節點存在缺陷，導致無法全面焊接鋼管束橫截面，容易影響剪力墻內部的鋼柱豎邊焊接質量。因此，需要密切關注鋼管束剪力墻關鍵節點的施工方法。其中有關中間對接的關鍵施工節點由于縱向連接鋼塑管存在問題，難以焊接內部鋼管壁，導致該處連接位置質量較差。因此，需要以過渡鋼板結構模式提高連接強度，在鋼管束剪力墻頂部焊接過渡鋼板。

這一焊接施工環節需要在吊裝施工前完成，以全熔透焊縫的方式促使過渡鋼板與鋼管束剪力墻緊密連接，應用補強鋼筋填補鋼管空腔內部的鋼管束連接縫。澆筑混凝土后，確保當前剪力墻受力性能有所提升[3]。除此之外，由于鋼梁和鋼管束的焊接施工應用的鋼材料厚度為4～6 mm，如若二者直接焊接，難以確保施工節點的受力滿足既定要求。因此，需要借助補強鋼板提高焊接強度，應用補強鋼板連接鋼管束處進行預先焊接，借助塞焊及角焊縫方式在鋼管束外側焊接補強鋼板，最后，焊接補強鋼板及鋼梁連接板。

3 異型鋼管柱框架結構

3.1 結構構件

異型鋼管柱框架結構包括H型鋼、異型鋼管柱以及型鋼梁等結構。本文的案例主要以異型鋼管柱為主要結構焊接U型槽鋼，組成鋼框架支撐結構。其中，方鋼管規格為150 mm×150 mm，U型鋼槽長為150～600 mm，寬度約為150 mm。若觀測到當前鋼管材料壁厚度大于12 mm，需要應用U型槽及方鋼管對鋼板進行焊接。若加工U型槽鋼較為困難，可以應用矩形鋼管替代。異型鋼管柱連接結構如圖3所示。

圖3 異型鋼管柱連接結構

3.2 施工節點

基于現代建筑結構的建設需求，鋼結構裝配式高層住宅建筑鋼結構的適用剛度如表1所示，在滿足表1中的既定參數條件后，可開展有關重點施工節點的施工建設。要求對接豎向鋼柱節點，確保上下異形鋼管完整焊接，并預留連接段，做好中間柱的焊接處理，隨后對連接段進行焊接。對于鋼柱與鋼梁之間的施工，則需要確保二者的連接良好，應用加強鋼板連接異形鋼管柱及鋼梁，促使鋼梁與異形鋼管柱形成剛性連接效果[4]。

表1 鋼結構住宅建筑抗震等級結構規格

4 高層鋼結構裝配式住宅建筑問題

4.1 結構體系有待完善

以往住宅建筑工程應用的鋼結構體系難以匹配建筑市場中的主流戶型，鋼結構裝配式體系結構有待完善。

4.2 成本高

由于鋼結構裝配式住宅建筑在我國尚處于初步發展階段，缺乏相關經驗，導致產業鏈尚未發展完整，可廣泛推廣的項目較少，缺乏規模性優勢，并且與傳統的鋼筋混凝土現澆結構相比，鋼結構裝配成本較高。

4.3 防腐問題

不同于鋼筋混凝土建筑，高層鋼結構裝配式住宅建筑最為關鍵的問題是防火及防腐問題。防火問題可使用防火板以及在鋼材外表面涂抹防火材料等方式有效解決。但現階段鋼材的腐蝕問題需要通過定期涂刷油漆的方法解決，然而在住宅實際使用的過程中應用油漆，會對業主的生活造成影響，操作難度較大。

5 發展建議

5.1 制定完善的裝配標準

鋼結構裝配式住宅建筑體系作為我國新興住宅建筑結構體系，在初步嘗試階段已取得良好的成效，今后需要我國住建部針對發展現狀提出相應的發展政策，并制定完善施工標準，促進鋼結構裝配式住宅建筑體系的發展。

5.2 引入EPC總承包模式

可借助于EPC總承包模式，促使總承包單位完全承包鋼結構相關工作，使相關單位負責高層鋼結構裝配式住宅建筑涉及的施工設計、采購、鋼結構預制、土建以及裝修等眾多環節，全面控制成本與質量。

5.3 研究防腐問題

防腐問題是現階段高層鋼結構裝配式住宅發展過程中的主要問題，為了能夠全面解決落后的防腐措施嚴重影響鋼結構住宅質量的問題，需要積極研發防水涂層，在鋼結構外層涂抹噴刷防水涂層，從而提高鋼結構自身的防腐性能，確保裝配式高層建筑具有良好的質量保障[5]。

6 結語

現階段高層住宅建筑應用的鋼結構裝配式結構體系最主要的問題是結構體系標準不完善，防腐技術較落后，以及建設成本較高等，需要有關部門重視創新結構體系在我國建筑工程發展中的優勢，及時解決上述問題，確保高層鋼結構裝配式建筑逐漸發展成熟。