高层建筑装配式钢结构关键施工技术研究

2020-04-22王星

建材与装饰 2020年10期

王星

（贵州建工监理咨询有限公司贵州贵阳 550081）

0 引言

2018年12月24日，我国住建部开展了关于全国住房与城乡建设工作会议，会议上指出要“大力发展钢结构等装配式建筑，进一步完善装配式建筑技术与行业标准体系。”由此可见，以钢结构为主的装配式建筑已经成为行业发展的主要方向，作为施工人员应当紧抓技术，为建筑的安全性、稳定性提供保障。

1 高层使用装配式钢结构的优势

高层与超高层建筑往往具有成本投入大，建设周期长等特点，而且在施工时会消耗大量资源，产生垃圾污染、粉尘污染及噪音污染。近几年我国建筑行业劳动产能开始出现过剩趋势，高层与超高层建筑数量暴涨，伴随着智慧家居及新型技术的出现，建筑项目施工成本也在不断增加，采取传统的施工模式已经无法满足社会发展需求。因此，应用绿色环保的施工技术已经成为行业实现可持续发展的必然选择。装配式住宅在节能减排方面有良好表现，工厂按照建筑特征提前预制结构配件，运输到现场进行组装，施工现场如图1所示。从而实现预制与施工同时进行的生产模式，提高施工效率，缩短高层项目的建设周期。另外，装配式施工模式，主要是将钢结构构件提前在工厂完成生产，减少现场工序，劳动成本也相应降低。目前，我国装配式住宅按照材料，可分为：混凝土结构；木结构；钢结构三种。由于钢结构的用料特点及加工模式符合工业化生产要求，生产质量与效率都更加有保障，所以已经成为我国最适宜产业化发展的施工模式。预制件在工厂流水线上生产，采取标准化的节点连接方式，避免了传统现场施工可能出现的误差，提高了施工的精度，同时也可以减少后期维修费用，延长项目使用年限。而且装配式钢结构因为钢材的特点，可以使用大开间的平面布置，住宅设计的灵活性大大增强，例如：设计者可以创造出内部结构更加合理的开放式住宅。而传统的混凝土结构一旦采取大开间设计，就会导致剪力墙过厚，梁柱也对应增大，空间使用率被严重限制[1]。

图1 装配式钢结构施工现场

2 高层建筑钢结构施工的关键技术

2.1 BIM建模

BIM技术往往应用在装配式建筑的设计阶段，其可以按照项目需求建立标准化模型，工厂按照模型生产预制件，然后运输到现场进行施工与安装，组装成建筑整体。BIM系统可以根据设计图纸进行三维建模，使用“构件参数库”与“节点数据库”来判断三维模型参数，使用BIM技术可以实现对预制件节点的进一步优化，深入的设计结构。如今，高层建筑层数不断上涨，施工难度也在增加，BIM技术能够对图纸进行直观化、可视化的建模，能够一定程度上减少钢结构装配施工难度，实现一体化设计。BIM系统配合使用AUTOCAD及TEKLA软件，可以真实模拟出现场施工情况，CAD可直接转化工程材料图，TEKLA可以对建筑材料、加工工艺进行排版，为现场操作提供很多便利，管理人员也能根据模拟情况规避一些错误，提高钢构件安装的效率。例如：减少现场对接时间，加快安装修改速度，缩短施工梁与施工柱的加工过程，采取“一钩多吊”的方法来节约现场施工时间，控制现场工作量，从而为企业创收更多效益。

2.2 配件分段吊装

装配式建筑在现场施工时，应当按照图纸对起重工作进行设计，确保吊装起重极限维持在最佳范围内，全面分析运输条件。通常来说，配件分段长度应大于12m，宽度大于2.8m，高度大于4.5m，采用分段技术对钢预制件进行处理。分段吊装在整个钢结构装配建筑施工过程中占据重要位置，所以需要做好吊装方案设计，提高结构安全性，科学选用塔式起重机的型号，根据现场情况分布设备。起重机的吊装范围应当覆盖整个施工现场，并确保起重机性能与型号符合方案中的吊装需求，防止后期施工受阻。

2.3 外围墙施工

高层钢结构装配建筑施工时所使用的外墙板和节点连接件主要产自预制厂的流水生产线，施工人员在连接外墙板时，主要采取的操作方式为上限位点与下托点全面连接，整个连接过程都是以全熔透焊为主线。具体施工操作为：首先工作人员需要根据实际图纸所标注的参数，对钢结构安装的垂直度和平整度进行调整。然后在预制板墙起吊前，仔细检查构件型号及安装位置，确认无误后方可开展后续吊装操作。从以往工程建设中可以看出，预制外墙板的最大单块重量已达到了400kg，在实际单轨吊车操作架打造上，可以根据实际要求对其进行移动操作。在安装过程中，将支架移动到楼层边缘中，当板材起吊后，需将其安置到平稳位置处，借助于撬棍对墙板位置进行有序调整，当垂直度和平整度均达到要求后，就可以判断其达到了最佳的施工标准。最后，当构件调整好后，工作人员应继续开展埋件的焊接和固定操作，并将预制构件埋件和柱上埋件连接到一起，从而让构件系统更加稳定[2]。

2.4 钢梁柱安装

在使用BIM技术将梁、柱和建筑整体模型制作完成后，就可以开始安装施工现场的钢立柱。安装时，应当严格按照三维模拟图与碰撞检查依据来调整现场施工顺序，从而确保钢立柱安装尺寸与位置的精准度。注意安装建筑节点位置，对于临时安装钢立柱应当使用纵横梁平面试拼法，从而保证安装过程中不会出现差错。梁与柱在建筑中均能起到承重作用，尤其是当自然灾害发生时，建筑整体在灾害中表现出来的可靠性与稳定性直接取决于梁、柱的安装质量。所以，施工人员应当在现场安装之前，对已经出厂的梁的质量及型号进行仔细核查，判断其与施工要求是否相符，在完成检查后注意将安全扶手绳和扶手套上。在前期准备工作全部结束后，就可以开始现场安装梁柱，为了避免安装错位、移位等问题的出现，施工人员应当在吊装之前，将主梁两侧扎绑起来，然后按照顺序吊装其余梁柱。为了缩短施工时间，提高安装速度，施工人员可以结合现场实际情况使用“一钩多吊”技术，需要注意的是，在进行“一钩多吊”时，单次梁柱的起吊重量应当小于5t。

2.5 消能减震技术

地震灾害对高层建筑使用的安全性有着致命的威胁，做好消能减震工作，能够提高钢结构装配式建筑的稳定性，降低下沉风险。近几年，消能减震技术不断发展，已经成为避免建筑结构灾害的主要方法。消能减震技术主要是通过在建筑结构内部空间安装消能器来达到增加结构阻尼的效果。安装位置比较多样，例如：剪力墙、结构节点、连接缝、相邻建筑之间、楼层空间等等。在安装消能器后，建筑结构对强风、地震的反应会大大减弱。另外，为了进一步增强高层建筑的消能减震效果，施工人员还可以使用无屈曲波纹钢板的剪力墙，这种剪力墙可以在弹性阶段提供较大刚度，在单侧力的作用下，只会屈服不会出现屈曲变形的问题，能够最大程度上发挥出钢板剪力墙的承载效果，出现地震后，有效减少建筑耗能。而且为了满足高层建筑的消防要求，施工人员可以在无屈曲波纹钢板的两侧使用不燃材料的约束板，这样一来，施工人员不用再额外涂抹防火涂料或采取其他防火措施，大大节省了施工成本，加快施工进度[3]。