探析高层建筑装配式钢结构关键施工技术

刘 栋 中国水利水电第十一工程局有限公司

1 引言

城市土地资源紧缺形势严峻促使高层建筑项目数量不断增加，如何进一步提高高层建筑工程质量、功能性及施工效率成为行业研究的重点。在可持续发展、绿色建筑等理念融入行业之后，装配式钢结构成为现代建筑发展的一个主要方向，得到越来越多的关注。但整体看来，装配式钢结构在高层建筑项目中的应用时间不长，在技术掌握方面还存在一定的问题，需要对其关键施工技术进行总结。

2 高层建筑装配式钢结构关键施工技术

高层建筑装配式钢结构施工难点主要体现在两方面。一是对钢构件吊装精度的要求较高，在吊装之前，需结合工程设计要求，严格确定各钢构件的吊装方案，确保安装位置精确性。二是对结构防渗能力要求较高。该类建筑的标高过高，在进行防渗漏处理时具备一定难度，施工过程中需重点关注。

2.1 装配式钢构件生产

钢构件生产之前，结合高层建筑工程总体设计给出钢构件设计图纸，并开展材料采购活动。用于装配式钢结构构件生产的钢材及其他零部件需要经过预试验，确保材料性能、强度、韧性等均达到高层建筑项目质量要求。结合结构设计图完成配料工作，检查半成品及零部件的质量、尺寸是否符合要求，全部通过后，进行钢构件的组装与焊接。注意焊接过程应使用二氧化碳为保护气，并对焊接缝进行可靠性检验[1]。最终对钢构件进行细化测量和校正，做好除锈与防锈工作。

钢构件在运输过程中要做好保护措施，适当选取运输工具、吊装方式并设置起吊点，避免在装配之前导致钢构件发生损坏，影响正常的施工进度。

2.2 装配式钢构件定位

垂直类钢构件在起吊之前需将其连接面清理干净，调节高程螺栓或添加垫圈，确保板底高度达到设计要求。对预留钢筋、预制构件等进行尺寸检测，设置PE条或橡胶条对尺寸偏差进行调整。钢构件到位后，立即开展支护系统搭建，确保每一钢构件的斜向支撑不少于2 组。构件支撑点距构件底部的距离应在整个构件高度的1/2～2/3。支撑系统安装完毕后，进行构件垂直度的调节，常用工具包括线锤和靠尺，保证钢构件的垂度符合建筑整体要求。为确保钢结构定位的精确度，该过程通常在BIM技术的辅助之下完成。

2.3 装配式钢构件吊装

钢构件起吊方案的制定需结合施工现场塔吊的实际运行能力而确定，严禁吊装总重超出塔吊的起重极限。一般使用分段技术完成吊装作业。即当钢构件的长度超过12m，宽度超过2.8m，或高度超过4.5m时，应使用分段技术确保吊装过程的平稳性。钢构件的吊装需依照提升顺序进行，当构件被吊离地面后，需使用环链葫芦将整个构件的形态调整至水平，并设置防风绳确保起吊过程构件的稳定性。在钢构件目标安装位置设置定位轴，安装临时支护结构。钢构件吊装过程中，构件受到的风阻较大，因此在下落时可选用速度较缓的座位机构。例如，在吊装板类结构时，为确减轻起重机晃动的程度，可设置临时引导装置，以保证一次性将钢板吊送至准确位置。在吊装梁结构之前，必须完成支撑结构的设置。柱结构的吊装需提前确定钢筋高程及位置，并在吊装前检查柱结构表面是否存在破损，合理确认安装方向、角度、吊装点等参数。

2.4 钢结构节点施工技术

在整个高程建筑装配式钢结构施工过程中，钢结构节点施工是最关键的环节之一。本文重点介绍梁、柱、板钢结构节点施工技术。

2.4.1 梁、柱结构的节点施工

当连接H 型柱与梁结构时，高层建筑中装配式钢结构的梁与柱结构大多使用普通高强度螺栓进行连接，尽可能避免焊接的方式，以免钢结构在焊接过程中产生焊接应力或发生形变，确保连接节点具备足够的荷载能力。钢结构中悬臂短梁与柱结构的连接一般在加工厂完成，使用焊接方式。而悬臂短梁与框架梁在施工现场进行连接，使用预制拼接的方式。在预制拼接过程中，梁结构的上下边缘可发挥就位板功能，拼接板发挥耳板功能。同样采用高强度螺栓完成节点连接，施工效率较高。

钢管柱与H 梁的连接使用全螺栓连接的方式，该连接作业相对简单，但需要严格控制连接构件的质量。例如，高层建筑当中常用高强度螺栓或高强度对拉螺栓完成钢管柱与H梁的连接。但该方法同样存在一定问题，如螺栓紧固时操作空间不足、螺栓抗拉承载力不足等。连接技术上的缺陷给装配式钢结构在高层建筑施工中的应用带来一定阻碍，但随着新型连接技术的研究和应用，以上问题也将被很好的解决。

2.4.2 板结构的节点施工

高层建筑中使用的墙板多为蒸压轻质加气混凝土板，这类墙板由水泥、砂石、钢筋网等材料构成，具备自重小、保温性能优良、耐火性强、隔音效果好、安装简便、节能环保等优点。例如，其干密度一般不超过0.55g/cm3，自重轻给其安装作业带来极大的便利。内部密实度高，且存在大量细小、排不紧密的空隙，保温效果可以达到一般混凝土材料的10倍以上[2]。在处理板结构连接节点时，需注意以下几点问题：（1）外墙板与梁的连接。若选用双层蒸压轻质加气混凝土板，首先应安装外侧墙板，使用吊装设备将墙板运送至目标高度，使用缆风绳将墙板移动至指定距离，固定L形勾头。将保温板紧密贴合在外侧墙板表面，安装内层墙板并将墙板与L 型勾头连接固定，填补灰缝。（2）墙板与墙板间的连接。墙板与墙板的连接需要通过钢骨架进行，要求岗龙骨与墙板间距300mm，使用长度在50mm 的自动螺钉固定。（3）墙板与门窗结构的连接。首先安装门窗下部的墙板，再设置钢骨架，安装上侧墙板，并使用自攻螺钉进行固定。

3 高层建筑装配式钢结构施工案例分析

3.1 工程背景简介

某高层装配式钢结构住宅建筑，总建筑面积达到145853.27m2，其中包括地下建筑面积42621.23m2。该工程中大部分装配式构件在加工厂加工，主要使用高强度螺栓进行连接，并配合少量的焊接形式。其主体结构由矩形钢管混凝土柱和H 型钢梁等构成。整个建筑的层高设计为17 层，为钢结构框架支撑结构建筑，使用钢材的体量较大，超过11000t，其装配率在88.74%左右。

由于本工程为装配式钢结构建筑，目前国内类似的工程案例相对较少。在施工前，对工程重难点进行分析。建筑中涉及到大量梁、柱钢结构，型号、规格较多。在进场后需要对各类钢构件的质量、型号、尺寸等进行核对，并高效完成安装施工，安装施工量较大。此外，钢构件节点位置、构件垂度、焊接缝可靠性等均要达到工程质量标准的要求，对施工作业的精确性提出严格要求。

3.2 装配式钢结构施工

由于该工程对钢结构装配的精度角球较高，因此整个施工过程在BIM 技术的辅助之下进行。结合以上施工重点，对该工程梁、柱钢结构安装施工方案进行介绍。

3.2.1 梁结构的安装

使用BIM 系统配合射频识别技术，对工程中钢梁构件进行编号并制作电子标签。钢梁构件在运输、吊装过程中，使用电子标签对其进行定位。这样，BIM系统能够对施工过程中全部钢梁构件的状态进行监控。在钢梁吊装之前，确定起吊位置，在确保结构形变不出超出规定范围的基础上，维持吊装平稳并为钢梁固定、解锁操作提供方便。当吊装角未达到60°时严禁起吊[3]。为防止出现应力集中问题，在吊装过程中使用橡胶垫对吊装点进行保护。（1）柱梁安装。柱梁安装依照下、中、上的顺序，高强度螺栓与钢梁端点距离不超过1m。柱梁被吊送至指定位置后，使用撬棍调整其形态，确保安装位置的准确性，再利用高强度螺栓进行固定，校正底层梁后，对螺栓进行终拧。在安装主梁的过程中预留适当的焊接收缩缝，该缝隙的大小需要提前通过试验确定。（2）次梁安装。次梁起吊前，检查其两侧的连接钢板及临时螺栓是否符合要求，临时螺栓的数量不应低于螺栓总数的2/3。次梁安装需依照从内向外、从下到上的顺序，使用钢丝绳固定次梁并进行吊运。次梁及主梁的上表面应相互对正，高强度螺栓紧固后在进行初拧和终拧。

3.2.2 柱结构的安装

钢柱的安装同样在BIM系统的辅助下进行。对钢柱进行电子编号并制作电子定位标签。（1）起吊方式确认。钢柱使用回转起吊的方式，由一台塔吊完成。使用枕木作为垫护设置在起吊设备端部。若在吊运过程中发现滑动受阻问题，应立即停止起吊并进行调整。（2）安装方案选择。对于首节钢柱的安装来说，要求其基准线及标高必须与设计方案中的具体数据保持一致。提前检查地锚螺栓的直径、裸露长度等是否达标。确定钢柱外观参数及连接板的角度并完成尺寸校验。在检测钢柱标高时，在距离柱底1m 的位置设置标记，以为尺寸校验活动提供方便[4]。根据工程基础预埋件的高度确定第一节钢柱的标高，在安装之前确保其标高达到指定要求。在安装过程中，再次验证标高，若符合要求，将钢柱吊运至指定位置。高层建筑装配式钢结构施工中，钢柱的安装需重点控制柱结构垂度的精确性。本工程使用了2组经纬仪设备，从2个方向同时对柱结构的垂度进行监控，并在过程中使用千斤顶调整柱底，以确保其垂度精确。柱顶垂度的调整使用地牛进行。在柱结构垂度达标后，设置临时支架及固定绳索。对于上节钢柱的安装，实时关注上节柱两侧连接板的状态，以确保上下节钢柱之间紧密连接。使用节点板完成固定。上节柱吊运至指定位置后，首先调节临时连接板及安装螺栓的紧固程度是否足够，确定标高达标并核对上下节钢柱对接面的重合程度，避免出现位置偏差。调整上节柱中心线的位置使其接头处达到工程精度要求，并重点观察上节柱的垂度、标高、扭曲度等参数，确保钢柱位置的准确性。使用高强度螺栓固定配合焊接的方式固定钢柱。在确定焊接方案时，应结合钢柱的材料属性、形状、精度要求等进行设计。适当选取焊接顺序、方式及精度指标，并在焊接过程中随时测量精确度，将焊接误差控制在合理范围内。

4 结论

本文对高层建筑装配式钢结构施工关键技术进行总结，在实际工作中，应重点关注钢构件的生产、定位、吊装及节点连接等工序，并积极引进BIM 技术、射频识别技术，对钢构件吊装过程进行动态化监管。确保每一钢构件位置精度达标，并做好相应的支护、保护工作。不断积累高层建筑装配式钢结构施工技术经验，促进建筑行业健康发展。